Биокосные системы (коры выветривания, почвы, природные воды, илы)

В соответствии с системным принципом организации биосферы, а также с тем, что в основе ее функционирования лежат круговороты веществ и энергии, современной наукой сформулированы биохимическая, термодинамическая, био-геоценотическая, кибернетическая концепции биосферы.

Согласно В.И. Вернадскому, биосфера — это такая обо­лочка, в которой существует и существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась и подвергается воздействию живых организмов.

Эта оболочка включает в себя:

· живое вещество, образованное совокупностью организ­мов;

· биогенное вещество, которое создается и перерабатыва­ется в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмо­сферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);

· костное вещество, которое образуется без участия жи­вых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты);

· биокостное вещество, представляющее собой совмест­ный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Биокосные системы Земли разных уровней организации (почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты, артезианские бассейны, моря, океаны и др.) являются естественно-историческими образованиями, сформировавшимися в конкретной геохимической обстановке при участии живого вещества в процессе развития физико-географической оболочки.

Как и все другие объекты Природы, биокосные системы обладают энергоинформационной и физической структурами.

Энергоинформационная структура, в силу специфических ее свойств, несет информацию о развитии биокосных систем; находится в непрерывном взаимообмене на уровне энергии и информации с конкретно-материальной физической структурой и способна оказывать на нее влияние путем передачи информации по голографическому принципу.

Изменение энергоинформационной программы развития биокосных систем может быть обусловлено внутренними, в результате аутоэволюции, и внешними факторами, обусловленными действием активных химических веществ, повышенного радиоактивного фона, магнитных и гравитационных полей, космических излучений, энергоинформационных и информационных воздействий и др.

Изменение энергоинформационной структуры биокосных систем ведет к адекватным изменениям их физической структуры.

Энергоинформационные структуры биокосных систем находятся во взаимосвязи с аналогичными структурами своего окружения, изменяясь и оказывая влияние на другие системы.

Под биокосными понимаются системы, для которых характерно взаимопроникновение живых организмов и неорганической (косной) материи. В ходе кругооборота биокосные системы не возвращаются в прежнее состояние, для них характерно поступательное развитие. В результате кругооборота формируется окислительно-восстановительная зональность биокосных систем. Например, в верхней зоне озер, где развит фотосинтез и О2выделяется растениями, формируется окислительная обстановка, в глубоких частях, где происходит разложение органического вещества, растет содержание в воде СО2, а в илах может сложится восстановительная (глеевая или сероводородная) среда.

Так в озерах формируется окислительно-восстановительная зональность, тоже происходит и в других биокосных системах и биосфере в целом. Следовательно, работа живого вещества создает резко окислительные условия на земной поверхности и резко восстановительные в болотах, илах и особенно подземных водах.

Геохимическое своеобразие биокосных систем определяется сочетанием биогенной, физико-химической и механической миграции. По уровням организации среди них выделяются низкоорганизованные (почвы, илы, коры выветривания) и более высокоорганизованные (ландшафты, моря, океаны и т.д.).

Во всех биокосных системах происходит взаимодействие горных пород с природными водами и организмами. Характерны два противоположных процесса: выветривание и цементация. Для первого (выветривания) типичен вынос из пород элементов – водных мигрантов (Ca, Mg, K, Na) и присоединение воздушных мигрантов (О2, Н2О, СО2). Для цементации наиболее характерны аккумуляция водных мигрантов на геохимических барьерах, уменьшении пористости. Выветривание и цементация – разные стороны одного процесса, но в конкретных системах соотношение между ними неодинаково. Выветривание особенно широко развито в почвах и коре выветривания, хотя происходит и цементация; в водоносных горизонтах доминирует цементация.

Все биокосные системы литосферы богаты свободной энергией и неравновесны, дифференцированы в пространстве, и в них формируется окислительно-восстановительная и кислотно-щелочная зональность.

Почва – это верхний горизонт литосферы, вовлеченный в биологический кругооборот при участии растений, животных и микроорганизмов; это область наивысшей геохимической энергии живого вещества. Геохимическая сущность почвообразования заключается в разложении органических веществ микроорганизмами. Эти процессы интенсивны во влажных тропиках и угнетены в тундре. В почвах происходит биогенная аккумуляция веществ, направленная снизу вверх, а также нисходящая миграция водных растворов, вызывающих выщелачивание. Почвообразование приводит к дифференциации элементов, то есть, однородная горная порода превращается в неоднородный зональный почвенный профиль со многими горизонтами. И с геохимической точки зрения сущность почвообразования состоит в окислительно-восстановительных реакциях; для всех почв характерна окислительно-восстановительная зональность, которая отражает процессы разложения органических веществ.

Выделяют почвы окислительные (сухопутные растительные), в том числе черноземы, буроземы, каштановые почвы равнин) и восстановительные: глеевые (почвы заболоченных равнин влажного климата) и сероводородные (солончаки и некоторые другие).

Ил – природное тело, аналогичное почве, где роль атмосферы занимает гидросфера. Для илов также характерен профиль, расчленяющийся на горизонты, окислительно-восстановительная зональность, геохимические барьеры. Характерно постоянное увлажнение, при образовании ила не принимают участия высшие растения, он более однороден, чем почва.

Систематизируются илы по окислительно-восстановительной обстановке. Окислительные илы образуются в океанах, морях, реках, где господствуют кислородные воды, преимущественно на небольших глубинах в прибрежных частях океанов и морей или на больших глубинах, но там где в холодной воде растворено много О2 и мало органики (например, красные глубоководные глины Тихого океана). Глеевые илы – в озерах влажного климата, где разлагается много органического вещества. В озерах лесной зоны формируются глеевые илы – сапропели. Сероводородные илышироко развиты в морях, океанах, озерах степей и пустынь.