Жива речовина як потужна геологічна сила (планетарна роль живої речовини)

За Вернадським, речовина біосфери складається з семи різноманітних, але геологічно взаємопов'язаних частин: відкісна речовина, жива речовина, біогенна речовина, біокісна речовина, радіоактивна речовина, розсіяні атоми, речовина космічного походження.

Кісна речовина– речовина, у формуванні якої не брали участь живі організми. Сюди відносяться мінерали і гірські породи, що утворилися або глибше за біосферу, або в межах біосфери на глибині кількох кілометрів без участі життя.

Жива речовина– сукупність живих організмів біосфери, чисельно виражена в елементарному хімічному складі, масі та енергії. Як обговорювалося вище, жива речовина є нікчемною частиною біосфери, однак саме живій речовині належить, на думку Вернадського, головна роль у формуванні земної кори та зовнішності Землі в цілому. Воно пов'язане з іншими речовинами біосфери матеріально та енергетично за допомогою біогенної міграції атомів внаслідок дихання, живлення, росту та розмноження організмів. Маючи колосальний запас енергії, жива речовина виконує в біосфері величезну роботу і є могутньою геологічною силою планетарного характеру. Його роль як геологічного фактора проявляється у контролюванні всіх основних хімічних перетворень у біосфері.

Специфіка живої речовиниполягає в наступному:

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією. У неорганічному світі за кількістю вільної енергії з живою речовиною можна порівняти лише недовговічні незастиглі лавові потоки.

2. Різка відмінність між живою та неживою речовиною біосфери спостерігається вШвидкість перебігу хімічних реакцій: у живій речовині реакції йдуть у тисячі та мільйони разів швидше.

3. Відмінною особливістю живої речовини є те, що складові її індивідуальні хімічні сполуки – білки, ферменти тощо – стійкі лише в живих організмах (значною мірою це характерно і для мінеральних сполук, що входять до складу живої речовини).

4. Довільний рух живої речовини значною мірою саморегулівний. В. І. Вернадський виділяв дві специфічні форми руху живої речовини: а) пасивну, яка створюється розмноженням та властива як тваринам, так і рослинним організмам; б) активну, що здійснюється за рахунок спрямованого переміщення організмів (вона характерна для тварин та меншою мірою для рослин). Живому речовині також властиве прагнення заповнити собою весь можливий простір.

5. Жива речовина виявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж неживу. Крім того, на відміну від неживої абіогенної речовини, жива речовина не буває представлена виключно рідкою або газовою фазою. Тіла організмів побудовані у всіх трьох фазових станах.

6. Жива речовина представлена у біосфері як дисперсних тіл – індивідуальних організмів. Причому, будучи дисперсною, жива речовина ніколи не знаходиться на Землі у морфологічно чистій формі – у вигляді популяцій організмів одного виду: вона завжди представлена біоценозами.

7. Жива речовина існує у формі безперервного чергування поколінь, завдяки чому сучасна жива речовина генетично пов'язана з живою речовиною минулих епох. При цьому характерною для живої речовини є наявність еволюційного процесу, тобто відтворення живої речовини відбувається за типомабсолютного копіювання попередніх поколінь, а шляхом морфологічних та біохімічних змін.

За Вернадським, робота живої речовини в біосфері може виявлятися у двох основних формах біогенної міграції речовин:

а) хімічну (біохімічну) – перший рід геологічної діяльності;

б) механічної – другий рід геологічної діяльності.

Діяльність першого родупроявляється у постійному обміні речовини міжорганізмами та навколишнім середовищем у процесі побудови тіла організмів, перетравлення їжі.

Діяльність другого родуполягає в переміщенні речовини організмами в ході його життєдіяльності (при будівництві нір, гнізд, при заглибленні організмів у ґрунт), переміщенні найживішої речовини, а також пропусканні неорганічних речовин через шлунковий тракт ґрунтоїдів, ілоїдів, фільтраторів .

Жива речовина, як геологічна сила, виконує рядфункцій:

1)енергетичну, що полягає в поглинанні сонячної енергії при фотосинтезі, її перетворенні в енергію хімічних зв'язків та теплову енергію;

2)окислювально-відновну, що полягає в зміні ступеня окислення атомів, що входять до складу речовин, що поглинаються і виділяються живими істотами. Так, у ході фотосинтезу відбувається відновлення вуглекислого газу до глюкози, у процесі дихання, навпаки, сполуки вуглецю окислюються; азотфіксуючі бактерії відновлюють азот атмосфери до аміаку, а нітрифікуючі – окислюють аміак до солей азотистої та азотної кислот; серобактерії окислюють сірководень до солей сірчаної кислоти і т. п. Біогенні процеси окислення та відновлення переважають на поверхні Землі;

3)концентраційну, що виражається у виборчому накопиченні в ходіжиттєдіяльності певних хімічних елементів Склад живої речовини різко відрізняється від складу відсталої речовини планети; у ньому переважають легкі атоми (C, H, O, N, P, S, Na, K, Zn, Ca, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu та інших.). Зміст певних елементів у деяких організмах у десятки, сотні і навіть тисячі разів більший, ніж у зовнішньому середовищі. Так створюється неоднорідність хімічного складу біосфери;

4)газову, що полягає у визначенні газового складу атмосфери: саме внаслідок дії живої речовини створюються її основні гази (N2, O2, CO2, H2S, CH4 та ін.);

5)деструктивну, що полягає в мінералізації органічної речовини, її розкладанні до неорганічної речовини, що є умовою повторного залучення атомів хімічних елементів до біологічного кругообігу;

6)средообразующую, що виражається у перетворенні фізико-хімічних параметрів середовища;

7)транспортну, що полягає в перенесенні речовини проти сили тяжіння та в горизонтальному напрямку.

В результаті діяльності живої речовини в біосфері відбувається формування біогенної речовини: вапняків, нафти, природного газу, кам'яного вугілля, бітуму.

З діяльністю живої речовини пов'язана і появабіокосної речовини, яка створюється одночасно живими організмами та відсталими процесами і є закономірною структурою з живої та відкісної речовини: майже вся вода біосфери, ґрунт, кора вивітрювання та т.д.

Вивчаючи функції живої речовини та їх роль в еволюції біосфери, В. І. Вернадський сформулював три біогеохімічні принципи.

1. Біогенна міграція атомів хімічних елементів у біосфері завжди прагне максимального прояву.

2. Еволюція видів у ходігеологічного часу, що призводить до створення стійких у біосфері форм життя, йде у напрямі, що посилює біогенну міграцію атомів.

3. Жива речовина знаходиться в безперервному хімічному обміні з космічним середовищем, що його оточує, і створюється і підтримується на нашій планеті променистою енергією Сонця.

У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди його біохімічної діяльності. Удосконалюючись у процесі еволюції, живі організми дедалі ширше поширювалися по планеті, беручи дедалі більшу участь у перерозподілі енергії та речовин у земній корі, а також у повітряній та водній оболонках Землі. Виникнення та поширення рослинності призвело до корінної зміни складу атмосфери, що спочатку містила дуже мало вільного кисню і складалася, головним чином, з двоокису вуглецю і, ймовірно, метану та аміаку. Рослини, що асимілюють вуглець із CO2, призвели до створення атмосфери, що містить вільний кисень і лише сліди CO2. Вільний кисень у складі атмосфери служив як активним хімічним агентом, а й джерелом озону, перегородив шлях коротким ультрафіолетовим променям до Землі (“озоновий екран”). Одночасно вуглець, що століттями накопичувався в залишках рослин, утворив у земній корі грандіозні енергетичні запаси у вигляді покладів органічних сполук (кам'яне вугілля, торф). Рослинний покрив змінив фізичні та хімічні характеристики планети; змінився, зокрема, коефіцієнт відбиття поверхнею суші різних ділянок сонячного спектра. Розвиток життя Світовому океані призвело до створення осадових порід, що з скелетів та інших залишків морських організмів. Ці відкладення, їх механічний тиск, хімічні та фізичні перетворення змінили поверхнюземної кори. Активне вибіркове поглинання речовин організмами викликало перерозподіл речовин у верхніх шарах кори. Шари земної кори, позбавлені нині живої речовини, перероблені їм у геологічному минулому.

Вернадський зробив фундаментальне узагальнення: «На земній поверхні немає хімічної сили, більш постійно діючої, а тому й більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж організми, взяті в цілому. » . Зовнішність Землі як небесного тіла фактично сформований Життям.