СОДЕРЖАНИЕ

2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО И КОСТНОГО ВЕЩЕСТВА: СОСТАВ ВОЗДУХА, ВОДЫ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОЧВЫ, ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ………………………………………………………………………………………………………2

13 ПОЛНОТА БИОТИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА. ОСОБЕННОСТИ СУКЦЕССИИ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ ………………………………………………………………………………12

6 ФОТОЗИСНТЕЗ И ДЫХАНИЕ: КИСЛОРОД АТМОСФЕРЫ КАК ПРОДУКТ……18

21 ОХРАНА АТМОСФЕРЫ КАК ОДНА ИЗ ВАЖНЕЙШИХ СОВРЕМЕННЫХ ЗАДАЧ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА……………………………………………………………………………………………...20

2 Взаимодействие биологического и костного вещества: состав воздуха, воды, происхождение почвы, их биологическая регуляция

Взаимодействие биологического и костного вещества

Вещество, составляющее биосферу, существенно неоднородно. Поэтому различают косное и живое вещества. Косное вещество преобладает по массе и объему. Происходит непрерывная миграция атомов косного вещества биосферы в живое и обратно. Все исследуемые объекты в биосфере следует называть естественными телами биосферы. А среди них можно различать тела живые, а также косные или биокосные, как, например, почва или озерная вода.

В.И. Вернадский подчеркивал принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биологического единства земных естественно-природных процессов: “Между косным и живым веществом есть непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, размножении и т.п.”. В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетарном аспекте, В.И. Вернадский выделил несколько основополагающих свойств, среди которых — два биохимических принципа:

1. Геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению.

2. При эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Важная сторона естественнонаучных обобщений, сделанных В.И. Вернадским, состояла в том, что он постоянно поддерживал космические, “вселенские” аспекты процессов и явлений, происходящих в живом веществе. Перечисляя планетарные свойства жизни, В.И. Вернадский, наряду с первым и вторым биохимическими принципами, указывал также, что “живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей”. Обмен этот проявляется, в частности, в том, что живое вещество “создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца”.

Химический состав воздуха

В 1754 году Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не однородное вещество.

Состав воздуха:
Вещество	Обозначение	По объёму, %	По массе, %
Азот	N2	78,084	75,50
Кислород	O2	20,9476	23,15
Аргон	Ar	0,934	1,292
Углекислый газ	CO2	0,0314	0,046
Неон	Ne	0,001818	0,0014
Метан	CH4	0,0002	0,000084
Гелий	He	0,000524	0,000073
Криптон	Kr	0,000114	0,003
Водород	H2	0,00005	0,00008
Ксенон	Xe	0,0000087	0,00004

Состав воздуха может меняться: в крупных городах содержание углекислого газа будет выше, чем в лесах; в горах пониженное содержание кислорода, вследствие того, что кислород тяжелее азота, и поэтому его плотность с высотой уменьшается быстрее. В различных частях земли состав воздуха может варьироваться в пределах 1-3 % для каждого газа.

Воздух всегда содержит пары воды. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может вмещать максимально 5 граммов воды, а при температуре +10 °C — уже 10 граммов.

Ниже будут более подробно рассмотрены 4 наиболее весомые составляющие воздуха: Азот, Кислород и Углекислый газ.

Азот. Азот атмосферы — индифферентный для человека газ, он служит как бы разбавителем других газов. Количество азота во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе одинаково. В условиях повышенного давления вдыхание азота может оказать наркотическое действие.

Кислород. Это важнейшая составная часть воздуха. Его биологическое значение для человека состоит прежде всего в обеспечении окислительных процессов в организме. Без него невозможна жизнь людей, животных и растений. Взрослый человек в покое поглощает в среднем 12 л кислорода в час, а при физической работе — в 10 с лишним раз больше. Значительное количество кислорода воздуха расходуется на окисление органических веществ, содержащихся в нем, воде, почве, и на процессы горения. В нормальных условиях концентрация кислорода у поверхности почвы практически постоянна.

В жилых и спортивных сооружениях количество кислорода почти не изменяется благодаря естественной и искусственной вентиляции.

При нормальном атмосферном давлении вдыхание чистого кислорода полезно и широко применяется в лечебно-профилактических целях. Для повышения работоспособности и ускорения восстановительных процессов у спортсменов иногда назначается вдыхание чистого кислорода по специальной схеме.

В крови человека кислород находится преимущественно в химически связанном с гемоглобином состоянии, образуя оксигемоглобин.

Двуокись углерода, или углекислый газ. Этот газ образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения органических веществ.

Количество углекислого газа в атмосфере колеблется от 0,03 до 0,04%. В воздухе городов концентрация углекислого газа увеличивается за счет промышленных выбросов — до 0,045%, в жилых и общественных зданиях (при плохой вентиляции) — до 0,6—0,8%. Взрослый человек в покое выделяет в среднем 22 л углекислоты в час, а при физической работе — в 2—3 раза больше.

Признаки ухудшения самочувствия у человека появляются только при продолжительном вдыхании воздуха, содержащего 1,0— 1,5% углекислого газа, выраженные функциональные изменения — при концентрации 2,0—2,5% и резко выраженные симптомы (головная боль, общая слабость, одышка, сердцебиение, понижение работоспособности) — при 3—4%.

Гигиеническое значение углекислого газа заключается в том, что он служит косвенным показателем общего загрязнения воздушной среды помещений. Параллельно с увеличением его содержания повышаются температура, относительная влажность, запыленность воздуха, изменяется его ионный состав, главным образом за счет увеличения положительных ионов.

Гигиенической нормой содержания углекислого газа в воздухе жилых и служебных помещений, спортивных залов считается концентрация 0,1 %.

Состав воды

При прохождении через различные породы вода приобретает характерные для этих пород свойства. Так пройдя через известковые породы, вода становится известковой, через доломитовые – магниевой, через каменную соль и гипс – минеральной.

Свойства воды. Они оказывают своё влияние и на здоровье человека, и на состояние систем водоснабжения, и на работу бытовых приборов.

1. Водородный показатель – десятичный логарифм концентрации ионов водорода, но с обратным знаком. Для всего живого в воде минимум - рН=5, в питьевой воде может быть рН 6,0-9,0, а в воде водоёмов культурно-бытового водопользования - 6,5-8,5.

2. Общая жесткость – совместная концентрация ионов кальция и магния. Вода может в зависимости от величины жесткости быть: очень мягкой – 0-1,5 мг-экв/л, мягкой – 1,5-3 мг-экв/л, средней жёсткости – 3-6 мг-экв/л, жёсткой – 6-9 мг-экв/л, очень жёсткой – более 9 мг-экв/л. Оптимальный уровень жёсткости воды для внутреннего употребления -3,0-3,5 мг-кв/л. Употребление воды с большей жёсткостью может привести к заболеваниям суставов, образованию камней. Жёсткость воды свыше 4,5 мг-экв/л приводит к отложению осадка на стенках бытовых приборов, накоплению осадка в трубах водоснабжения.

3. Хлориды – их содержание в природных водах может быть от долей миллиграмма до нескольких граммов на литр. Наличие хлоридов в воде более 350 мг/л, даёт ей солёный вкус и приводит к заболеваниям у людей пищеварительной системы.

4. Сульфаты – их содержание обусловлено вымыванием солесодержащих пород. Если содержание в воде сульфатов превышает 500 мг/л, то это ведёт к заболеванию кишечно-пищеварительного тракта.

5. Нитраты – содержатся в основном в поверхностных водах. В концентрации превышающей более 20 мг/л, на организм человека оказывают токсическое действие. Использовании в пищу воды с увеличенным содержанием нитратов может повлечь за собой заболевания сердечно-сосудистой системы, крови.

6. Сульфиды – сероводород. Находится чаще всего в подземных источниках. Появление сероводорода в поверхностных водах может быть следствием сброса неочищенных вод. Присутствие в воде сероводорода обнаруживается по неприятному запаху издаваемому им.

7. Железо – вода получает красно-коричневую окраску, развиваются железобактерии, трубы засоряются. Из-за слизеобразования железобактерий ухудшаются свойства воды, ухудшается её вкус. Высокое содержание железа в воде неблагоприятно действует на кожу человека, возможно изменение морфологического состава крови, может способствовать развитию аллергии.

8. Марганец – присутствие в питьевой воде до 0,5 мг/л не влияет на здоровье людей, но может быть неприятным, так как вода имеет металлический привкус. Также наличие в воде марганца может вызывать образование плёнки на трубах, которая позже отслаивается в виде чёрного осадка.

9. Перманганатная окисляемость – общая концентрация кислорода, соответствующая количеству иона перманганата МпО4, необходимому для обработки этим окислителем пробы воды. Характеризует количество органических и неорганических веществ в воде и предназначен для оценки качества водопроводной воды. При перманганатной окисляемости выше 2 мгО2/л, воду требуется обеззараживать, так как в ней много легко окисляющихся органических соединений. Если обеззараживать такую воду хлорированием, то образуются ещё более вредные для здоровья хлоруглеводы.

10. Аммоний – азот аммонийный, конечный продукт разложения – аммиак, наличие его в воде не опасно. Если же аммиак образовался после разложения белка сточных вод, то такая вода для питья непригодна. Содержание аммония в воде не может превышать 0,5 мг/л.

11. Щелочность – под этим подразумевается содержание в воде гидроксильных ионов ОН.

12. Кремниевая кислота - слабая минеральная кислота, соли которой имеются в природной воде.

13. Сухой остаток – служит ориентиром наличия в воде неорганических солей.

14. Кислород растворённый – растворяется в природной воде при контакте с воздухом.

15. Углекислый газ – имеется в природной воде, после растворения из воздуха и как результат протекания в воде и почве биохимических процессов.

16. Хлор остаточный – или избыточный обладает очень сильным бактерицидным действием. Нормативы содержания в воде: свободный хлор 0,3-0,5 мг/л, связанный 0,8-1,2 мг/л.

17. Медь и её соединения часто встречаются в природных водах, но, как правило, их концентрация не превышает десятых долей мг/л.

18. Алюминий – высокие концентрации редки, основными источниками поступления в водопроводную воду могут быть коагулянты на основе солей алюминия.

Образование почвы

Почва образуется из горных пород благодаря одновременному воздействию двух процессов: выветривания горных пород и почвообразования.

Выветривание горных пород. Выветриванием называется совместное действие различных факторов и процессов, приводящих к разрушению и глубоким изменениям горных пород, составляющих земную кору. Главными факторами выветривания являются температурные колебания, ветер, вода и др.

В. Р. Вильямс пишет: «Горная порода, чтобы стать почвой, должна развить два новых свойства, слагающих существенный признак почвы — ее плодородие. Она должна приобрести способность к образованию и сохранению запаса воды, необходимой для обеспечения развития растений, и она должна сконцентрировать и удержать необходимый для развития растений запас элементов их зольной и азотной пищи».

При выветривании горные породы начинают разрушаться под влиянием следующих факторов.

Благодаря значительным колебаниям дневных и ночных температур, а также в результате неравномерного нагревания и охлаждения верхних и внутренних слоев этих пород, образуются трещины и разрывы. Вода и атмосферные осадки — дождь и снег — продолжают это разрушение. Замерзая в трещинах, вода разрывает их еще больше, измельчая верхние слои пород. Ветер довершает разрушение, причем мягкие породы истачиваются ветром быстрее и измельченные частицы нередко переносятся в другие места.

В конечном результате под влиянием ветра, воды, дождя, снега обнажающаяся поверхность горных пород теряет свою массивность, образуется рыхлый слой, так называемый рухляк, представляющий собой измельченную минеральную массу из обломков разнообразной величины и формы, а также частиц различной величины (песок, пыль, ил). Этот рыхлый слой горной породы отличается от первоначальных горных пород тем, что он стал проницаем для воды и воздуха.

Одновременно с физическим происходит и химическое выветривание горных пород, в результате чего происходит изменение их химического состава. Вода, имея примесь углекислоты, энергично разлагает сложные горные породы, образуя новые соединения. Воздух при химическом выветривании действует на горные породы своими составными частями: кислород воздуха, окисляя, переводит одни соединения в другие; углекислота воздуха, соприкасаясь с водой, растворяется в ней, увеличивая тем самым растворяющую способность воды.

В результате химического выветривания первичных (кристаллических) горных пород появляемся так называемые вторичные, или осадочные, породы известняки, песчаники, глинистые сланцы и др. В процессе химического выветривания отлагаются конечные продукты выветривания — песок, пыль и ил, а сложные нерастворимые соединения переходят в простые и растворимые соли, которые затем вымываются атмосферной водой.

Разрушенная размельченная горная порода еще не является почвой, так как не обладает плодородием. Однако процессы выветривания уже подготовили горную породу для перехода ее в почву: появляется поглотительная способность, капиллярность, связность (глинистые частицы), влагоемкостькость (способность удерживать воду). Так закладываются почвообразующие, или материнские породы.

На такой материнской породе поселяются растения, корни которых как при жизни растений, так и после отмирания и гниения их остатков выделяют различные органические кислоты, растворяющие минеральные соединения и усиливающие процесс разрушения горных пород. На почвообразующих материнских породах поселяются также бактерии и другие микроорганизмы, выделяющие кислотные соединения и участвующие таким образом в изменении горных пород и минеральные соединений.

В результате жизнедеятельности растений и микроорганизмов происходит процесс синтеза и разрушения органического вещества, протекают биологические и физико-химические процессы, происходит обогащение гумусом, образуется плодородная почва.

Совокупность процессов, в результате действия которых на материнской породе формируется почва, носит название почво образовательного процесса.

На ход почвообразовательного процесса оказывают влияние материнская порода, климат, рельеф, растительный и животный мир. В этом процессе основным фактором, по Вильямсу, является биологическое воздействие растительных формаций, являющихся природными комбинациями различных групп зеленых растений и бесхлорофилльных микроорганизмов.

В зависимости от различных природных условий, процессы почвообразования происходили по-разному, благодаря чему в настоящее время мы имеем различные почвы, основные типы которых приурочены к географическим местностям с определенными природными условиями.