Биосфера Состав живого вещества
Живые организмы в основном состоят из воды и органического вещества и, таким образом, состав живых организмов определяют химические элементы, которые образуют на поверхности Земли пары и газы: кислород, углерод, азот. При этом в любом организме обязательно присутствуют элементы, которые при полном разрушении организма (испарении воды и сгорании органического вещества до углекислого газа) образуют минеральный остаток в виде золы. Исходным источником минеральных веществ является земная кора. Сумма зольных элементов – это сложный итог взаимодействия живого вещества с земной корой. Поэтому изучение зольных элементов так же важно, как и определение главных элементов в организме.
Определение не только среднего состава всего живого вещества, но даже состава любого организма представляет собой весьма сложную задачу. Первая трудность возникает из-за того, что основным компонентом живых организмов является вода, содержание которой в организмах колеблется в широких пределах. Так, в планктоне содержится более 99% воды, в стволах деревьев – около 60%. С целью исключения влияния сильно варьирующих количеств воды и приведения данных о содержании химических элементов к выражению, удобному для сравнения, рассчитывают содержание элементов на абсолютно сухое органическое вещество (высушенное до постоянной массы при температуре 102 – 105 оС). В этом случае получают значения содержания элементов не в реальных живых организмах, а в их условной сухой биомассе.
Сухое органическое вещество содержит в качестве главных компонентов углерод (несколько менее половины по массе), кислород, водород и азот. Если сухое органическое вещество сжечь, то эти четыре главных элемента будут удалены, и в итоге останется зола – сумма так называемых минеральных веществ, которые входят в состав организма. Исследуя золу, можно более точно выяснить соотношение всех остальных химических элементов (их несколько десятков), которые входят в состав органов и тканей живого организма. Знание относительного содержания химических элементов в золе наземных растений позволяет сравнить его с концентрацией этих элементов в минеральном субстрате, на котором они произрастают и из которого получают зольные элементы.
Таким образом, существуют три варианта выражения химического состава любого биологического объекта и живого вещества в целом. Каждый из вариантов используется при решении определенных задач. Относительное содержание химических элементов можно рассчитать, во-первых, на живое («сырое») вещество организмов, во-вторых, на их сухую биомассу и, в-третьих, на золу (на сумму минеральных веществ).
В настоящее время установлено, что на долю высших растений приходится основная часть массы живого вещества суши и планеты в целом. Таким образом, состав растительности суши определяет состав всего живого вещества планеты. Подсчитано, что в живой (сырой) биомассе Мировой суши содержится 60 % воды, 38 % органического вещества, 2 % зольных элементов. При пересчете на абсолютно сухую биомассу это составляет 95 % органического вещества и 5 % зольных элементов. В случае сырого вещества 99,8% составляют 4 элемента: С, О, Н, N. В сухом веществе эти же элементы составляют 96,9%. Основные компоненты золы: Ca (35,1%), K (25,7%), S (11,2%), Mg (7,5%), Si (7,0), Cl (4,7),
Кларки главных химических элементов всего живого вещества суши приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1 – Относительное содержание химических элементов в живом веществе Мировой суши, % (цитировано по В.В. Добровольскому, 1998)
Химические элементы |
Сырая масса (А.П. Виноградов, 1954) |
Пересчет на сухое вещество |
Пересчет на золу |
C |
18,0 |
45,0 |
– |
O |
70,0 |
45,4 |
– |
H |
10,5 |
5,75 |
– |
N |
0,3 |
0,75 |
– |
S |
0,05 |
0,13 |
11,2 |
P |
0,06 |
0,175 |
4,7 |
Ca |
0,50 |
1,25 |
35,1 |
K |
0,30 |
0,75 |
25,7 |
Mg |
0,04 |
0,10 |
7,5 |
Na |
0,02 |
0,05 |
2,8 |
Cl |
0,02 |
0,05 |
4,7 |
Si |
0,20 |
0,50 |
7,0 |
Al |
0,005 |
0,013 |
0,7 |
Fe |
0,1 |
0,025 |
0,5 |
Сумма |
99,70 |
99,84 |
99,9 |