Учение о биогеохимических провинциях и трансформации солнечной энергии

В.И. Вернадский высказал мысль, что для живых организмов присуща концентрационная функция – накопление отдельных элементов в своих телах. Это означает, что растения и животные являются индикаторами внешней среды. Они накапливают те или иные элементы, которые им необходимы и связаны с физиологическими потребностями. Например, йод избирательно накапливается морскими водорослями (ламинарии), селен – астрагалами, цинк – фиалками, молибден – бобовыми и др. В водорослях концентрация йода в тысячу раз превышает его содержание в водной среде. Некоторые растения и животные накапливают калий, натрий, кальций, марганец, свинец.

Многие растения и животные способные в больших количествах накапливать радионуклиды Cs–137, Sr–90. Например:

–  грибы (польский, поддубник, моховик, масленок);

–  ягоды (дикая малина, клюква);

–  бобовые (горох, фасоль);

–  овощи (свекла, морковь, редис).

Самые незначительные уровни накопления радионуклидов отмечаются:

–  плоды (яблони, вишни, смородины, крыжовника);

–  овощи (картофель, томаты, капуста);

–  мясо (свинина, курятина);

–  грибы (лисички, опята, подосиновики, белые грибы).

Характерно, что на планете неравномерно распределены не только макроэлементы, но и микроэлементы. Мысль, высказаная В.И. Вернадским была подтверждена исследованиями А.П. Виноградова и др.

В связи с избытком или недостатком микроэлементов были выделены биогеохимические провинции. Существуют районы с недостатком йода, меди, марганца, железа, кобальта и наоборот, с избытком кальция, бора, никеля, свинца, молибдена, селена, меди и др.

Например, недостаток йода в почве приводит к заболеваниям щитовидной железы, у населения, что характерно для Северной Америки, Центральной Азии, полесий Европейской равнины и др. Дефицит марганца ведет к заболеваниям костной системы у человека и животных, хлорозу у растений, молибдена (Новая Зеландия, Австралия) приводит к нарушениям обмена веществ у животных, заболеваниям клевера, избыток его вызывает подагру у человека и токсикоз у животных (Армения, Новая Зеландия). Избыток селена вызывает у животных деформацию копыт и выпадение волосяного покрова.

Характерные для территории Беларуси биогеохимические эндемии, обусловленные недостатком:

–  йода, что проявляется у населения эндемическим зобом и другой патологией со стороны щитовидной железы;

–  фтора, что проявляется развитием кариеса зубов у населения;

–  кобальта, что сказывается негативно на образовании гемоглобина в эритроцитах.

В отличие от своих современников-натуралистов начала ХХ века, считавших, что вечный удел организмов – приспособление к обстановке, создаваемой могучими силами природы, В.И. Вернадский доказал, что живое вещество планеты выступает как мощнейший геологический фактор, способный изменять поверхность планеты и формулировать экосистемы, благоприятные для его развития. По В.И. Вернадскому живое вещество обладает способностью захватывать энергию Солнца и создавать химические соединения, распад которых сопровождается выделением энергии, производящей химическую и физическую работу.

Грандиозная работа на Земле произведена молекулой хлорофилла, посредством которой при наличии солнечной энергии зеленые растения синтезируют углеводы и другие органические соединения. В результате разложения Н₂О выделяется свободный О₂. Ежегодно растения производят 320 млрд. т О₂.

В живом веществе абсолютно преобладает фитомасса, много меньше роль зоомассы и микроорганизмов. Общий вес живого вещества на Земле оценивается в триллион тонн. Подавляющая часть фитомассы сосредоточена на материках, где она распределена крайне неравномерно:

–  ее много в тропических лесах (650 т/га, в тайге (300 т/га);

–  меньше в черноземных степях (10 т/га);

–  мало в пустынях (2,5 т/га).

Большая часть живого вещества представлена лесами (82%). В океане преобладает зоомасса и микромасса – 30 млрд. т. По количеству живого вещества океан близок к пустыне (3 т/га), но в нем наблюдаются зоны резкого сгущения жизни – в Саргассовом море, на отмелях шельфа, у коралловых рифов и т.д.

Ежегодная продукция живого вещества на Земле 230 млрд. т., из них на материках – 170 млрд. т., в океане 60 млрд. т. На материках ежегодная средняя продукция биомассы – 11,5 т/га; в океане – 1,7 т/га. Суммарная биомасса суши составляет 97% всей биомассы Земли. На океан приходится лишь 3% биомассы Земли.