Основи біогеохімії

 

Сучасна концентрація  кальцію  в морських  водах приблизно в  30 разів більша,  ніж  в  річних  водах,  що  зв'язано  з вимиванням кальцію з наземних ландшафтів і накопиченням в океані. В океанічній екосистемі кальцій поглинається планктоном з наступним його осадженням, що протягом геологічного часу сприяє значному накопиченню кальцію у вигляді масивних шарів вапняку, доломіту, мармуру, вапнякових глин і інших кальційвмісних порід.

 

Поведінка кальцію в морських водах

 

Відомий парадокс морської води зв'язаний з тим, що Кальцій не осаджується спонтанно, і не відбувається розчинення раковин  на морських пляжах. Це дає змогу припускати, що в океанах система СаСО3(s)/Ca2+(aq)/CO32-(aq)  знаходиться недалеко від точки рівноваги. Однак при розрахунках цієї рівноваги необхідно приймати до уваги ряд обставин.

 

При 150С, КSP для СаСО3 дорівнює 6,0 . 10-9 (моль/л)2. На основі йонних концентрацій (табл. 2.30):

 

QSP = c(Ca2+, aq) . c(CO32-, aq) = (0,010) . (2,7 . 10-4) = 2,7 . 10-6 (моль/л)2.

 

Таблиця 2.30

 

Концентрації основних йонів в морській воді

 

Йон Концентрація, моль/л

 

Ca2+ 0,010

 

Mg2+ 0,054

 

Na+ 0,46

 

K+ 0,010

 

Cl- 0,55

 

SO42- 0,028

 

HCO3- 0,0023

 

Оскільки QSP >> KSP і у відповідності з цими розрахунками, океани повинні стати швидко перенасиченими у відношенні кальцій карбонату, то слід очікувати спонтанне осадження СаСО3.

 

Однак, подібного не відбувається, і щоб вияснити, чому, слід переглянути ці прості розрахунки, беручи до уваги йонну силу і йонну комплексацію.

Біогеохімія основних мікроелементів

У відповідності з сучасною класифікацією до мікроелементів відносяться ті хімічні   елементи, вміст   яких   в  земній корі (або їх кларк) не перевищує 1 . 10-40  %. Більшість мікроелементів є важливими поживними елементами для рослин, тварин і людини (рис. 2.19).

 

Рис. 2.19. Частина періодичної системи Д. Менделєєва,

яка показує життєво важливі мікроелементи (метали і неметали) з зазначенням

їх одночасної токсичності при поглинанні вище певного рівня

 

Антропогенна діяльність, така як спалення родовищного палива, робота транспорту, металургія і добування родовищ, сильно впливає на біогеохімічні цикли багатьох мікроелементів, посилюючи, як правило, їх доступність живим організмам. Однак, при надходженні в надлишкових концентраціях більшість мікроелементів стають токсичними, наприклад, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu і Zn . Така ж токсичність може бути  і у B, Mo, Se і As . Ці метали і неметали приймають участь в біохімічних і фізіологічних  процесах  в  живих  організмах,  що  супроводжується  їх  активною  міграцією  по  біогеохімічним  ланцюгам травлення.

 Акумуляція багатьох мікроелементів в біогеохімічних ланцюгах травлення супроводжується гострими або хронічними токсичними впливами на рослини, тварини і людину, оскільки ці елементи не включаються в фізіологічні процеси навіть у дуже незначних кількостях. Серед цих елементів, які називають також важкими металами, найбільш токсичними є Pb, Cd, U і Hg (див. рис. 2.19). Плюмбум і Меркурій будуть детально розглянуті в розділі "Біогеохімія навколишнього середовища". В цьому розділі основну увагу буде приділено мікроелементам, таким як Купрум, Цинк, Селен, Бор і Молібден, які є як поживними, так і забруднюючими речовини.

 

Біогеохімія Купруму

 

Порівняно з іншими мікроелементами  поживна  роль  Купруму  представлена  найбільш  суттєвою.  Купрум  входить  до складу  багатьох  окисно-відновних  ферментів,  в  яких  він  формує  стабільні  комплекси  зі  специфічними  білками.  При низьких концентраціях в навколишньому середовищі цей елемент необхідний для розвитку живих організмів, тоді як при високих концентраціях він токсичний. Потреба в Купруму зв'язана з його участю в утворенні лігандів N, S і О в складі білків.  В  той  же  час,  при   надходженні   у  високих   концентраціях   Купрум   проявляє   токсичні   властивості,   і  це використовується для боротьби з небажаними організмами, наприклад, для пригнічення росту водоростей і грибів у водах і грунтах. В якості прикладу можна привести купрумвмісний фермент пластоцианін, який у великих кількостях міститься в рослинних хлоропластах і приймає участь в фотосинтетичних реакціях. Дефіцит Купруму приводить до затримки дозрівання врожаю сільськогосподарських культур, також як і до різних анемій,  хвороб кісток і ендемічної атаксії тварин.  Однак, надлишкове поглинання і акумуляція Купруму у тварин супроводжується хворобами крові і нирок, а у рослин – хлорозом.

 

 

Протягом ХХ століття зростаюча антропогенна активність привела до прискореного надходження забруднюючих речовин в біосферу.  В значній мірі при цьому була змінена її біогеохімічна структура. Біогеохімічну структуру екосистем різного рівня  можна  розглядати  як  найбільш  чуткий  параметр  забруднення  оточуючого  середовища,  гнучко  реагуючий  на надходження забруднюючих речовин. Однак, розглядаючи сучасний стан біогеохімічних циклів, можна прийти до висновку, що в багатьох природних біогеохімічних субрегіонах і провінціях надходження забруднюючих речовин вже