Главная » Справочник » Человек и биосфера » Круговороты второстепенных элементов в биосфере

Круговороты второстепенных элементов в биосфере

Второстепенные элементы, подобно жизненно важным, нередко мигрируют между организмами и средой, хотя и не представляют какой-либо известной ценности для организмов.

Большинство из них участвуют в общем осадочном цикле, а некоторые поступают в атмосферу. Многие элементы, не относящиеся к биогенным, концентрируются в определенных тканях иногда благодаря химическому сходству с какими-то жизненно важными элементами, хотя такие их концентрации могут оказаться опасными.

Как правило, основная часть второстепенных элементов поступает в биосферу в результате антропогенной деятельности. К ним относятся пестициды, диоксины и многие другие соединения, а также тяжёлые металлы (ртуть, кадмий, медь, цинк, свинец и др.), интенсивность антропогенного вовлечения которых в естественный круговорот значительно увеличилась.

Большинство второстепенных элементов в концентрациях, обычных для многих природных экосистем, почти не оказывают влияния на организмы, возможно, потому, что организмы к ним адаптировались.

Таким образом, миграции этих элементов мало интересовали нас, если бы в окружающую среду не слишком часто попадали побочные продукты горнодобывающей промышленности, различных производств, химической промышленности и современного сельского хозяйства, продукты, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, ядовитые органические соединения и другие потенциально опасные вещества.

Поэтому важно знать круговороты почти всех элементов. Даже очень редкий элемент, если он вносится в среду в форме высокотоксичного соединения металла или радиоактивного изотопа, может приобрести важное биологическое значение, так как даже небольшое (с геохимической точки зрения) количество такого вещества способно оказывать выраженный биологический эффект.

Примером круговорота второстепенных элементов может служить радиоактивный стронций-90, существовавший в природе, однако из-за малого периода полураспада к определённому моменту времени полностью исчезнувший в биосфере, и вновь появившийся после того, как началось искусственное расщепление атома.

Радиоактивный стронций-90 крайне опасен для человека и животных за счёт того, что в организме он становится вторичным источником внутреннего облучения, приводящему к лучевой болезни.

По химическим свойствам стронций похож на кальций и поэтому, попав в организм, накапливается в костях и оказывается в тесном контакте с кроветворными тканями. Примерно 7% всего осадочного материала, стекающего вниз по рекам, составляет кальций. На каждые 1000 атомов кальция, движущихся к морю, приходится 2,4 атома стронция.

Когда при производстве и испытаниях ядерного оружия, а также при работе атомных электростанций расщепляется уран, среди отходов оказывается радиоактивный стронций-90 — один из продуктов расщепления, характеризующийся очень длительным периодом полураспада.

Ничтожные количества радиоактивного стронция, содержащиеся в осадках, выпадающих после испытаний атомного оружия, и утекающие из ядерных реакторов, мигрируют вместе с кальцием из почвы и воды в растения, животных и пищу человека, накапливаясь в его костях. По мнению некоторых медиков, в 1970 г. в костях людей содержалось уже достаточное количество стронция, чтобы он оказывал канцерогенное воздействие. Когда был объявлен международный запрет на испытание ядерного оружия в атмосфере, опасность на время уменьшилась.

Радиоактивный цезий-137 — еще один опасный продукт деления ядра по свойствам схож с калием и потому быстро циркулирует по пищевым цепям.

Сейчас в резервуарах на атомных электростанциях хранятся большие количества радиоактивных продуктов расщепления.

Как и стронций-90, накапливаясь в организме человека и животных он приводит к их облучению и, как следствие, ранней гибели.

Ещё одним примером природного элемента, мало влияющего на организмы живых существ до наступления индустриальной эры в связи с малой концентрацией и подвижностью в природе, является ртуть.

Разработка месторождений и промышленное использование ртути изменили положение, и сейчас наличие ртути и других тяжелых металлов (например, кадмия, меди, цинка) стали серьезной проблемой.

Промышленная деятельность внесла два новых потока ртути — ее добычу и выбросы в атмосферу, в результате чего увеличились количества ртути, мигрирующие в почву и в реки, а это увеличило вероятность контакта ее с живыми организмами.

Как и в случае многих других элементов, в круговороте ртути важную роль играют микроорганизмы. Они превращают нерастворимые ее формы в растворимую, очень подвижную и очень ядовитую метилртуть.

Неорганическая ртуть Hg2+претерпевает два важных вида превращений в окружающей среде. Первый – это восстановление с образованием паров ртути.

Интересно

Известно, что некоторые бактерии способны осуществлять это преобразование. Второй важной реакцией является ее превращение в метил- и диметилпроизводные и их последующие взаимопревращения друг в друга.

Эта реакция играет ключевую роль в локальном круговороте ртути. Важно то, что метилирование ртути происходит в самых различных условиях: в присутствии и отсутствии кислорода, разными бактериями, в различных водоемах, в почвах и даже в атмосферном воздухе.

Особенно интенсивно процессы метилирования протекают в верхнем слое богатых органическим веществом донных отложений водоемов, во взвешенном в воде веществе, а также в слизи, покрывающей рыбу. Аналогично положение и с другими тяжелыми металлами, такими как кадмий, медь, цинк, свинец и др.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

Биогеохимические циклы существуют благодаря непрерывному потоку от солнца в виде электромагнитного излучения и активной деятельности живых организмов.
Все биогеохимические циклы взаимосвязаны. Эта взаимосвязь обусловлена тем, что в циклах элементы обращаются в формах разнообразных соединений (например, азот соединяется с водородом и кислородом).
Круговорот совершает не сам по себе элемент, а его атомы в составе разнообразных соединений. Например, циклы металлов состоят из превращений их соединений оксидных → в солеобразующие → металлосодержащие органические соединения.
В ходе биогеохимических циклов атомы большинства элементов проходят громадное число раз через живое вещество.
Циклы элементов в биосфере не являются полностью замкнутыми. Определенная доля вещества выходит из активного биосферного оборота и входит в медленно текущий геологический цикл.
Наличие биогеохимических циклов элементов на Земле является главным условием существования жизни и ее эволюции. Биогеохимические циклы поддерживают гомеостаз биосферы.
Деятельность человека приводит к существенным изменениям естественных циклов. Такие циклы называют природно-антропогенными (например, циклы тяжелых металлов: ртуть, свинец, медь, а также фосфор, азот, сера, калий). Течение естественных процессов нарушают отлаженные биогеохимические циклы.
Циклы особо важных химических элементов являются ключевыми для понимания эволюции живой природы. Однако нельзя не учитывать новых элементов.
Для определенных групп живых организмов некоторые элементы, совсем не характерные для живого, играют существенную роль.

Например, для креветок большое значение имеет круговорот фосфора; круговорот кремния важен для диатомовых водорослей, усваивают радиолярии. Железо усваивают железобактерии.

Предыдущая статья Критики учения о ноосфере Следующая статья Малый круговорот

Статьи по теме