Биогеохимияның негізгі концепциялары (сұрақ-жауап түрінде)
Биогеохимияның негізгі тұжырымдамалары. Адам мен табиғаттың бірлігін түсіну, технологияның жеткіліксіз дамуы жағынан бұл бірлікке өсіп жатқан қауіп-қатер қазірдің өзінде бірқатар шұғыл шыры қабылдауды талап етіп қоғамның назарын өзіне көбірек аударуда. Бұл мәселе қоршаған орта (атмосфера, литосфера, гидросфера және биосфера) химиялық элементтердің таралу өзгешелігін, циркуляциясын және заңдылықтарын білмей шешілмейді. Басұаша айтқанда, қоршаған ортаның биогеохимясын білу мәні өсуде.
Жергiлiктi, аймақтық және глобалдi деңгейлердегi қоршаған ортаға күшейген антропогендік әсер биосфераның және оның негiзгi компоненттерінін тұрақтылығын анықтайтын механізмын түсiнуге талап етедi. Табиғи пәндердiң арасында, биогеохимия ерекше орын алады. Бұл пәннiң аталуынын өзi әр түрлi пәндердiң күрделi қырық құрауы екенін айтады. Қазіргі ғылымдардың қатарынан көрнекті орын алған бұл пәннің пайда болуына қандай себептер әсер етті? Бұл ең алдымен зерттеушiлердiң жер бетiндегi тірі организмдер рөлiне ежелгі мүддемен шартталған. Бұл қызығушылық биологидан геологияға дейін сонымен қатар басқа пәндер арасында да байқала бастады. Тірі организмдер рөлі туралы түсінікке ғалымдар бірден келе қоймады. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар тірі ағзалардың табиғаттағы орнына сенімсіздікпен қарады. Оларға нақтылы процесстердегi жиi шектелген орны, жер бетіндегі тектоникалық процестер әсері байқалды, яғни жанартаулар. Ламарк дәуірінен бері зерттеушілердің екі түрі болды, олар жанартаулықтар және нептундықтар. Ламарктың өзі нептундықтардың қатарында болды және жер үсті құбылыстарына аса зор мән бергенін айта кеткен жөн. Биогеохимияның қалыптасуына маңызды рөл топырақтануға атқарды. Тірі және косты материяның өзара әрекеттесу мәселелерімен айналысатын ерекше ғылым (топырақтану) болуы керек деп В.В.Докучаев айтқан. Биогеохимия пән ретінде атақты табиғатзерттеушi, академик В.И.Вернадскийдiң жұмыстарының арқасында топырақтану пән3нің негізінде пайда болды. 1934 жылы атақты геохимик А.Е.Ферсман топырақтанудың басымдылығын мойындай отырып, геохимияда топырақтану ғылымының маңыздылығын әдістермен, идеялармен, фактілермен дәлелдеп берді. В.В.Докучаев, В.И.Вернадскийдің айтқан идеяларын лабораториялық жағдайда дәлелдеді. Тірі организмдердің дамуында топырақ маңызды фактор болып табылады. Осыдан биогеохимияның тірі организмдерден топырақ түзілуінде ғана емес, сонымен қатар ғаламшардың құрамдас бөліктерін толықтырып отыратынын айқындады. Топырақ, А.Е.Ферсманның сипаттауы бойынша, биосферада болып жатқан биогеохимиялық үрдістердің ерекшеліктерін анық формада қамтып көрсететін жер бетінің қабығы болып табылады.
Биогеохимияның анықтамасы
• Биогеохимия – тірі ағза құрамы және тірі зат пен өнімнің қатысуынан, оның миграцияпроцесіне, таралуына, ыдырауына, химиялық элементтердің жинақталуына орай жіктелуін зерттеумен айналысады (В.И.Вернадский).
• Биогеохимия бұл биология мен геохимияның тоғысуынан пайда болған кешенді ғылыми пін, тірі аорганизмдердің химясын және олардың әр түрлі процестерге қатысуын зерттейді (Деду сөздігі).
• Биогеохимия бұл биосфера мен химиялық элементтердің биогенді айналымын жүйелі ұйымдастырылуын зерттейді, оның негізіне өмірдің эволюциялық бірлігі, тірі зат пен қоршаған орта, атомдардың биогенді тасымалы мен биогенді байланыстарын анықтайтын заңдылықтар жатады.
Жергiлiктi, аймақтық және глобалдi деңгейлердегi қоршаған ортаға күшейген антропогендік әсер биосфераның және оның негiзгi компоненттерінін тұрақтылығын анықтайтын механізмын түсiнуге талап етедi. Табиғи пәндердiң арасында, биогеохимия ерекше орын алады. Бұл пәннiң аталуынын өзi әр түрлi пәндердiң күрделi қырық құрауы екенін айтады. Қазіргі ғылымдардың қатарынан көрнекті орын алған бұл пәннің пайда болуына қандай себептер әсер етті? Бұл ең алдымен зерттеушiлердiң жер бетiндегi тірі организмдер рөлiне ежелгі мүддемен шартталған. Бұл қызығушылық биологидан геологияға дейін сонымен қатар басқа пәндер арасында да байқала бастады. Тірі организмдер рөлі туралы түсінікке ғалымдар бірден келе қоймады. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар тірі ағзалардың табиғаттағы орнына сенімсіздікпен қарады. Оларға нақтылы процесстердегi жиi шектелген орны, жер бетіндегі тектоникалық процестер әсері байқалды, яғни жанартаулар. Ламарк дәуірінен бері зерттеушілердің екі түрі болды, олар жанартаулықтар және нептундықтар. Ламарктың өзі нептундықтардың қатарында болды және жер үсті құбылыстарына аса зор мән бергенін айта кеткен жөн. Биогеохимияның қалыптасуына маңызды рөл топырақтануға атқарды. Тірі және косты материяның өзара әрекеттесу мәселелерімен айналысатын ерекше ғылым (топырақтану) болуы керек деп В.В.Докучаев айтқан. Биогеохимия пән ретінде атақты табиғатзерттеушi, академик В.И.Вернадскийдiң жұмыстарының арқасында топырақтану пән3нің негізінде пайда болды. 1934 жылы атақты геохимик А.Е.Ферсман топырақтанудың басымдылығын мойындай отырып, геохимияда топырақтану ғылымының маңыздылығын әдістермен, идеялармен, фактілермен дәлелдеп берді. В.В.Докучаев, В.И.Вернадскийдің айтқан идеяларын лабораториялық жағдайда дәлелдеді. Тірі организмдердің дамуында топырақ маңызды фактор болып табылады. Осыдан биогеохимияның тірі организмдерден топырақ түзілуінде ғана емес, сонымен қатар ғаламшардың құрамдас бөліктерін толықтырып отыратынын айқындады. Топырақ, А.Е.Ферсманның сипаттауы бойынша, биосферада болып жатқан биогеохимиялық үрдістердің ерекшеліктерін анық формада қамтып көрсететін жер бетінің қабығы болып табылады.
Биогеохимияның анықтамасы
• Биогеохимия – тірі ағза құрамы және тірі зат пен өнімнің қатысуынан, оның миграцияпроцесіне, таралуына, ыдырауына, химиялық элементтердің жинақталуына орай жіктелуін зерттеумен айналысады (В.И.Вернадский).
• Биогеохимия бұл биология мен геохимияның тоғысуынан пайда болған кешенді ғылыми пін, тірі аорганизмдердің химясын және олардың әр түрлі процестерге қатысуын зерттейді (Деду сөздігі).
• Биогеохимия бұл биосфера мен химиялық элементтердің биогенді айналымын жүйелі ұйымдастырылуын зерттейді, оның негізіне өмірдің эволюциялық бірлігі, тірі зат пен қоршаған орта, атомдардың биогенді тасымалы мен биогенді байланыстарын анықтайтын заңдылықтар жатады.
1. Биогеохимияның негізгі концепциялары
Биогеохимияның негізгі тұжырымдамалары. Адам мен табиғаттың бірлігін түсіну, технологияның жеткіліксіз дамуы жағынан бұл бірлікке өсіп жатқан қауіп-қатер қазірдің өзінде бірқатар шұғыл шыры қабылдауды талап етіп қоғамның назарын өзіне көбірек аударуда. Бұл мәселе қоршаған орта (атмосфера, литосфера, гидросфера және биосфера) химиялық элементтердің таралу өзгешелігін, циркуляциясын және заңдылықтарын білмей шешілмейді. Басұаша айтқанда, қоршаған ортаның биогеохимясын білу мәні өсуде.
Жергiлiктi, аймақтық және глобалдi деңгейлердегi қоршаған ортаға күшейген антропогендік әсер биосфераның және оның негiзгi компоненттерінін тұрақтылығын анықтайтын механізмын түсiнуге талап етедi. Табиғи пәндердiң арасында, биогеохимия ерекше орын алады. Бұл пәннiң аталуынын өзi әр түрлi пәндердiң күрделi қырық құрауы екенін айтады. Қазіргі ғылымдардың қатарынан көрнекті орын алған бұл пәннің пайда болуына қандай себептер әсер етті? Бұл ең алдымен зерттеушiлердiң жер бетiндегi тірі организмдер рөлiне ежелгі мүддемен шартталған. Бұл қызығушылық биологидан геологияға дейін сонымен қатар басқа пәндер арасында да байқала бастады. Тірі организмдер рөлі туралы түсінікке ғалымдар бірден келе қоймады. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар тірі ағзалардың табиғаттағы орнына сенімсіздікпен қарады. Оларға нақтылы процесстердегi жиi шектелген орны, жер бетіндегі тектоникалық процестер әсері байқалды, яғни жанартаулар. Ламарк дәуірінен бері зерттеушілердің екі түрі болды, олар жанартаулықтар және нептундықтар. Ламарктың өзі нептундықтардың қатарында болды және жер үсті құбылыстарына аса зор мән бергенін айта кеткен жөн. Биогеохимияның қалыптасуына маңызды рөл топырақтануға атқарды. Тірі және косты материяның өзара әрекеттесу мәселелерімен айналысатын ерекше ғылым (топырақтану) болуы керек деп В.В.Докучаев айтқан. Биогеохимия пән ретінде атақты табиғатзерттеушi, академик В.И.Вернадскийдiң жұмыстарының арқасында топырақтану пән3нің негізінде пайда болды. 1934 жылы атақты геохимик А.Е.Ферсман топырақтанудың басымдылығын мойындай отырып, геохимияда топырақтану ғылымының маңыздылығын әдістермен, идеялармен, фактілермен дәлелдеп берді. В.В.Докучаев, В.И.Вернадскийдің айтқан идеяларын лабораториялық жағдайда дәлелдеді. Тірі организмдердің дамуында топырақ маңызды фактор болып табылады. Осыдан биогеохимияның тірі организмдерден топырақ түзілуінде ғана емес, сонымен қатар ғаламшардың құрамдас бөліктерін толықтырып отыратынын айқындады. Топырақ, А.Е.Ферсманның сипаттауы бойынша, биосферада болып жатқан биогеохимиялық үрдістердің ерекшеліктерін анық формада қамтып көрсететін жер бетінің қабығы болып табылады.
Биогеохимияның анықтамасы
:: Биогеохимия - тірі ағза құрамы және тірі зат пен өнімнің қатысуынан, оның миграцияпроцесіне, таралуына, ыдырауына, химиялық элементтердің жинақталуына орай жіктелуін зерттеумен айналысады (В.И.Вернадский).
:: Биогеохимия бұл биология мен геохимияның тоғысуынан пайда болған кешенді ғылыми пін, тірі аорганизмдердің химясын және олардың әр түрлі процестерге қатысуын зерттейді (Деду сөздігі).
:: Биогеохимия бұл биосфера мен химиялық элементтердің биогенді айналымын жүйелі ұйымдастырылуын зерттейді, оның негізіне өмірдің эволюциялық бірлігі, тірі зат пен қоршаған орта, атомдардың биогенді тасымалы мен биогенді байланыстарын анықтайтын заңдылықтар жатады.
Жоғарыда көрсетілген анықтамаларда көптеген ортақтық бар. Бұл анықтамаларда біріншіден, тірі организмдердің жетекші рөлі; екіншіден, тірі организмдердің құрамындағы элементтердің жағдайын сипаттаудағы рөлі жайлы.
Биогеохимия -- биосферада организмдердің қатысуымен жүретін геохимиялық процестерді зерттейтін ғылым саласы, геохимияның бір бөлімі. Тірі организм өз тіршілігінде түрлі химиялық элементтерді бойына сіңіреді, ал ол өлген соң бұл элементтер ыдырайды, шашырайды немесе белгілі бір орынға шоғырланады. Жер бетінде тірі организмдер біркелкі тарамаған, кейбір тіршілік ортасында олардың белгілі бір тобы көп жиылады. Бұған мұхиттар мен теңіздердегі планктон, құрлықтағы қалың орман мен шалғындар, ылғалы мол қара топырақты жерлердегі шірінді мен шымтезек, халықтың бір жерде тығыз, бір жерде сирек орналасуы мысал болады.
Биогеохимияның міндеттері
Биогеохимияның міндеттері жалпы түрде мынаған апарады:
Тірі организмдердің рөлін толығымен зерттейді.
Биосфераның құрылымды-функционалды ұйымдастырылуын зерттейді.
Тірі организмдер мен биосфераның басқа да компоненттерін, сонымен қатар биосферамен белсенді қарым-қатынасқа түсіп отыратын қабаттарды зерттейді.
В.И.Вернадский биогеохимияның маңызды міндеттерін сипаттап, бірнеше бірнеше биогеохимиялық константтарды айқындап берді:
I констант - атомдардың орташа саны орташа бөлінбейтін түрде.
II констант - орташа бөлінбейтін түрдің салмағы (яғни, жеткілікті сандық өлшемнің нәтижесінде) бөлінбейтін түрде
III констант - сол организмдердің биосфераға кіруінің орташа жылдамдығына
IV констант - биогеохимия энергияға жауапты.
В.И.Вернадский тек бұл төрттікпен шектеліп қалмай келесі міндеттемені былай сипаттады: Тағы бір маңызды ғылыми жұмыс және ғылыми ойлармен аз қамтылған, қазіргі таңда қарпайым әрі ыңғайлы сандық мәні жоқ құбылыс бар. Бұл құбылыс правизна-левизна құбылысы - деді.
Қоршаған орта биогеохимиясының гылым ретіндегі қалыптасуы мен дамуы.
Биогеохимия бұл интегралды ғылыми пәндердiң және қазiргi жаратылыстанудың үлкен бағыттарының бiрi.
В.И.Вернадский, В.В.Ковальский, В.В.Добровольский, Д.С.Орловова және тағы басқа ғалымдардың жұмыстарындағы биогеохимияның анықтамасы.
Биогеохимиядағы идеялардың дамуы және академик В.И.Вернадскийдiң оның қалыптасуындағы рөлі.
А.Е.Ферсманның, А.П.Виноградовтың, Б.Б.Полыновтың, А.И.Перельманның, В.А.Ковданың, Ф.У.Кларктың, В.М.Гольдшмитдтың биогеохимияның дамыуна қосқан үлесi. Биогеохимия бұл биосфераның жүйелiк ұйымшылдығы және тірі организмдардың рөлi туралы ғылым.
Мазмұны, негiзгi объектілері, мәселелері және қоршаған орта биогеохимиясының тұжырымдамасы.
Тірі заттың тұжырымдамасы. Биосфераның тұжырымдамасы. Биогеохимиялық циклдер.зінің соңғы анықтамасының іргелі айырмашылығын ерекшелеп, мағынасын ашып берді.
Тірі зат концепциясы
Барлық тірі организмдердің сипатты ерекшеліктеріне қарамастан олардың мөлшері, морфологиялық-физиологиялық белгілері олардың тіршілік әрекеті процесіндегі қоршаған ортаның өзгеруіне алып келеді. Сонымен қатар масса мен энергияның транформациялануына әкеледі. Тірі организмдер өзінің физиологиялық қажеттіліктерін (яғни, химиялық элементтер, көміртегі, сутегі, оттегі, азот, фосфор, калий, кремний, кальций, магний, темір және т.б.) құрылымдық органдардың жиналуы, өсуі мен көбеюі үшін ең үлкен дәрежеде біріктіреді.
Бұл элементтер мұхиттың, атмосфераның, тау жыныстарының химиялық негізін құрайды. Олардың тірі организмдермен бірігуі жер қабығының биогенді трансформациясы мен қоршаған орта элементтерінің диффернециациясына алып келеді. Микроорганизмдер темір, марганец, т.б. элементтер қосылыстарының тотығуына да қатысып, оларды тұндырады, сульфаттарды тотықсыздандырып, күкірттің биогендік кендерін түзеді. Тірі организм геохимиялық процестердің сипатын, элементтердің шоғырлану ортасын өзгертіп отырады. Тіршілік ортасы организмдер құрамына да әсер етеді, ал организмдер химиялық элементтердің биогендік шашырауына (миграциясына) себепші болады, олардың (көміртектің, оттектің) изотоптық құрамын да өзгертеді. Адамның атмосфера, биосфера және жер қыртысының изотоптық құрамына тигізетін әсері ұдайы артып келеді.
Биосфера концепциясы
Биосфера терминін австриялық геолог Эдуард Зюсс 1880 жылы алғаш рет қолданған болатын. Орыс минералог В.И.Вернадский (1863-1945) Зюсстың еңбектерінен кейін жылдан соң, біз осы күнге дейін мойындап жүрген биосфера концепциясының негізгі қағадаларын бүкіл тарихы бойында, тірі организмдердің әсеріне ұшыраған барлық қабаттарын түсінік В.И.Вернадскийдің анықтамасы бойынша, биосфера- тіршілік иелері мен тіршілік көздерінің Жер бетіндегі белгілі бір қабаты, тіршілік иелері, яғни органикалық заттар, биосферадағы еркін энергияның тасымалдаушы көзі болып табылды. Биосфера құраына адамзат қоғамы және оның өндірісі де жатады.
Ғылымның қазіргі деректеріне қарағанда, біздік планетамыз шамамен бұдан бес миллиард жыл бұрын пайда болған.
Біздің планетамыздың табиғаты тірі организмдерден және қатты, сұйық. Газды денелерден тұрады. Оларды әдетте сфера деп атайды. Тіршілік, негізінен литосфрада (жер қабатының сыртқы қатты беті), гидросферада (өзен, көл, теңіз және мұхитта және тропосферада (жер шарының газ күйіндегі қабаттар атмосфера) ұшырасады.
Биосфераның төмеңгі шекарасы жер қыртысының 2-3 км дейінгі, ал мұхит түбінен төмен 1- - км терендіктегі аумақ қамтиды, ал үстінгі жағы 20-25 км биіктіктігі озон қабат болып табылады. Тірі организмдердің ең тын орналасқан бөлігіне- тропосфераның 50 м биіктікке дейін төменгі қабаты мен топырақ қыртысы жатады.
Литосфераның беткі жоғарғы қабатын, тіршілік иелерін 99% құрайды. Жер беті мен оның қойнауындағы тірі организмдер массасы 2,4-1012 тоннадай болады.
Биокосты жүйе- ондағы тірі зат пен өлі заттың, костық заттың бір-бірімен қатынаста болатын және жағлай жасалынатын жүйе. Тірі организмдер мен тірішілік ету ортасымен жасалған, тіршілік ету ортасы мен тірі организмдер арасындағы химиялық элементтердің алмасуы жүретін жүйе. Бұл терминді 1944 жылы В.И.Вернадский ұсынды. Биокосты жүйеде химиялық элементтердің алмасуы биосфераның биогеохимиялық құрылуын құрайды. В.И.Вернадский бұл процестерді геохимиялық жолмен жүреді деп түсіндірді, бірақ екі ірі фактордың геологиялық пен биологиялық әсерінен биогеохимиялық үрдістер төңірегінде ж.реді деп атап көрсетті.
: ХХ ғ басында В.И.Вернадский (1938ж) ескерткен: тірі затпен толыққан костық табиғи денелер емес. Ол тірі және костық табиғи заттардан құралған биосфераның күрделі биокосты табиғи заты. Биокосты заттың басты ерекшелігі- экожүйе компоненті.
2. Биогеохимияның басқа ғылыми пәндермен әрекеттесуі
Қазіргі биогеохимияның басқа ғылыми пәндермен байланысы
Биогеохимия XX ғасырда биология, химия, геология ғылымдарының еңберінде қалыптасқан аралық ғылыми пін болып табылады. Биогеохимия - жер туралы ғылымдармен тығыз байланысты, әсіресе геологиялық жыныстар, минералдар, табиғи сулар мен газдардың құрамын зерттейтін ғылымдар, биолгиялық ғылымдар (организмдер мен олардың тіршілік ортасының байланысын зерттейтін ғылымдар, мысалы, экология).
Биогеохимияның принциптері микробиологиямен байланысты кең қолданылады. Микроорганизмдер мен ортаның құрамы бір-бірімен тығыз байланысты, сондықтан биогеохимиялық зерттеулерді көптеген микробиологтар кеңінен қолданады. Бүған бактериальды биогеохимия анық мысал болады. Бактериялардың атмосфераға, топыраққа, табиғи суларға, миграция процестеріне және әр түрлі элементтердің глобальды биогеохимиялық циклдеріне әсерін бағалауда биогеохимиялық әдістер қолданылады. Іс жүзінде биогеохимиялық идеялар мен әдістер геологияда, геохимиялық экологияда және биотехнологияда дамып отырады. Биогеохимияның жетістіктері қазіргі таңда көптеген ғылым салалаларында кеңінен қолданылып отыр:
Биогеохимиялық әдістерді пайдалы қазбалар орнын барлау барысында қолдану.
Адам мен жануар денсаулығын бағалауда геохимиялық жағдайды сандық сипаттау.
Қоршаған ортаға антропогендік әсерді азайтуда биогеохимиялық стандарттарды қолдану.
Биогеохимиялық зерттеулерді геологиялық экологияда қолдану, яғни қоректік тізбекті құрайтын маңызды (тіршілік) элементтерінің сарқылған және тапшы түрлерін, жануарлар мен тұрғындарға зиян келтіретін биогеохимиялық аномалилерді зерттейді. Аномалилік зерттеулерді АҚШ ғалымдары (J.Webb, 1964, 1966), Англия мен Ирландия ғалымдары (R. Ebens, 1973) жүргізді.
3. Биогеохимияның ғылым ретіндегі қалыптасуы мен дамуы
Биогеохимия ғылым ретінде 20 ғ. 20 жылдары биология, геология және химия пәндерінің тоғысқан жерінде пайда болды. Ол өз назарын химиялық элементтер миграциясындағы тірі затқа шоғырландырды. Биогеохимияның еі алғашқы белгілері 18-19 ғасырларда атақты химик, биолог және геологтардың жұмыстарында көрінді. Белгілі француз химигі А.Лавуазье (1743-1794), өсімдіктегі оттегі мен көміртегі тотығуының алмасу реакциясын зерттеп, көміртегі-органиканық заттардың негізгі элементтері ретінде ауадан өсімдіктерге сіңіп, шіру және органикалық қосылыстарды жіктеу процестері барысында ауаға бөлінетінін дәлелдеді. Ол өсімдіктер мен жануарлардың заталмасуының тіршілік ортасымен универсалдылығын көрсете отырып, биосферадағы көміртегі геохимиясының негізін салды. Осы жұмыстары арқылы ғалым биосферадағы көміртегі геохимиясына деген жаңаша көзқарасты қалыптастырды. Ауадан өсімдіктер арқылы жұтылып, ол өсімдік қалдықтарының жіктелуі кезінде көмірқышқыл газымен қайтадан ауаға шығатын- көміртегі-органикалық заттардың ең маңызды химиялық элемент екеніне көзін жеткізді. А.Лавуазье, бұл құбылыстардан кейін тірі организмдердің табиғатпен өзара әрекеттесу барысында пайда болатын айналмалы механизмнің универсалдылығы туралы шешімге келді.
Қаза болуының алдында А.Лавуазье Жер бетіндегі элементтердің шеңберлі айналымы атты трактат жазды. Бұл жұмысында табиғаттың үш патшалығы: минералдар, өсімдіктер және жануарлар арасындағы химиялық элементтердің циклдық алмасу идеясын қалады. Бұл трактатта ғалым қойған табиғат өзінің үш патшалығы арасындағы заттар айналымын қандай жолдар арқылы жүзеге асырады? деген сұрағына биогеохимия 200 жыл өткен соң жауап беруге тырысуда. А.Лавуазьенің жұмыстарынан кейін тірі организмдер негізінен жер бетіндегі газдарды түзетін элементтерден тұратыны анықталды. Химияда да, өмірде де организмдердің атмосферадағы газдармен өзара байланысы үлкен мағынаға ие болып отыр. Бұл мәселе 19 ғ-дың басында да басты назардағы проблема болып қала береді.
1841 жылы екі атақты француз ғалымдары - белгілі химик, органикалық химияның негізін салушылардың бірі Жан Батист Дюма мен агрохимияның негізін салушы, саяхатшы - натуралист Жан Батист Буссенго - атмосфера - тірі организмдер жүйесіндегі газдардың циклдық айналымы идеясын ақтық тұжырымдады. Бұл тұжырымдаманы айқын түрде былай баяндады: ...біз көріп отырғандай, жердің алғашқы атмосферасы үш ірі бөлікке бөлінеді: біріншісі, атмосфералық ауаны түзеді, екіншісі, өсімдіктермен, ал үшіншісі, жануарлармен сипатталынады... Демек, барлық ауа өсімдіктерге беріледі, өсімдіктер жануарларға, ал жануарлар оны ауаға қайтарады. Бұл мәңгі шеңбер ішінде өмір қозғалып, анықталады, ал материя өз орнын ауыстырып отырады. (Вернадский В.И. Очерки геохимии.-М., 1934.-С.172) Газ айналымының мағынасы үлкен болғанымен, тірі организмдер мен қоршаған орта арсындағы зат алмасу мұнымен шектелмейді. Құрлықтағы биогеохимиялық циклдарды ұғынудағы келесі кезек ұлы неміс химигі Ю.Либихтің зерттеулерімен байланысты. Ол химиялық элементтер өсімдіктерге 2 жол арқылы баратынын көрсетті. Бірі- ауадан көміртегі ретінде, екіншісі- топырақтан су ерітіндісі түрінде барады. Ю.Либих ауқымды зерттеулер жасады. Нәтижесінде өсімдіктер мен жануарлардың әртүрлі мүшелері мен тіршілік әрекетіндегі өнімдерінің құрамындағы минералды заттарды және топырақтың құрамын анықтайды. Негізінде, ол қазіргі кездегі ландшафт геохимиясында кең қолданылатын кездесетін талдау әдісін ең алғаш пайдаланған ғалым. Сансыз тәжірибелер нәтижесінде ол өсімдіктердің топырақтан химиялық элементтерді таңдап сіңіретінін дәлелдеді. Бұл ашылымның негізінде Ю.Либих баршамызға белгілі өсімдіктердің минералды қоректену теориясын жасады. Және топырақ - өсімдік - топырақ жүйесіндегі элементтердің циклдық миграциясын зерттеуге бастама жасады. Бұл жүйе кейін биологиялық айналым деп аталды. Биогеохимия үшін Ю.Либихтің жұмыстарының мағынасын асыра бағалау қиынға соғады. Ол биохимиялық циклдардың эксперименталды түрде зерттелуіне жолдар жасады. Әсіресе, химиялық элементтердің зерттелуіне жағдай жасады. Тірі организмдер мен минералды табиғаттың өзара әрекеттесу проблемасын философиялық тұрғыда құрастырылатын саладан нақты ғылыми зерттеулер және практикалық тәжірибелі салаға аударды. Оның жұмыстарынан кейін химиялық элементтердің биологиялық айналымы сезілетін шынайылық тапты. Либих миграциялық циклдерге қосымша элементтер массасын жасанды түрде енгізе отырып, адамдардың бұлармен қалай басқаруы керектігін көрсетті. Оның 1840 ж. Германияда жарық көрген Жер шаруашылығы мен өсімдіктер физиологиясына қосымшасындағы химия атты кітабында бөлек химиялық элементтердің табиғи масса алмасуының бұзылуымен байланысты. Елдер мен халықтар өмірін қарастыру әрекеті алғаш рет жасалды. Аналитикалық шеберлік, кең білімдарлық, ғылыми мақсаттылық қазіргі оқырмандарды таң қалдырды.
19 ғ. 80-ж. Ресейде генетикалық топырақтану пайда болды. Оның негізін салушы - жарық және біртума ғалым, Петербор университетінің профессоры В.В.Докучаев(1846-1903). Ол топырақтың көптеген факторлары топырақ түзу мүшелерінің өзара әрекеттесу нәтижесінде пайда болады деп қарастырды.
Топырақ түзушілер:
:: Топырақ түзетін тау жыныстары;
:: Өсімдіктер мен жануарлардың биологиялық белсенділігі;
:: Климаттық жағдайлар;
:: Бедер формалары, грунт сулары;
:: Грунт сулары;
:: Физикалық және химиялық желдету;
Нәтижесінде топырақ, келешек биокосты дене, екі түрлі компоненттердің бірігуін сипаттайды. Олар: тірі(биотикалық) және өлі(абиотикалық). Бұл топырақты геологиялық түр секілді ұқсас табиғи денелерден ерекшелейді. Биокосты денелер қатарына мүжілу қабығы және лайлар жатады. Докучаевтың оқулары құрлықтың топырақты қабығы - кең таралған табиғи түзулер мысалындағы тірі организмдер туралы ұлы химиктардың көзқарастарын тереңдетті, әрі нақтылады. Біруақытта алғаш рет тірі организмдердің табиғи жүйесінің басқа компоненттерімен бірлігі және бұл жүйенің өмір құбылыстарынсыз тіршілік ете алуының мүмкін еместігін көрсетеді. Көпқырлы, көпсандық және сәйкестіктері қиын фактілер мен болжамдар жаңа әдістемелік негізде қорытындылауды қажет етті. Бұл негізді геохимия қамтамасыз етті. Бұл ғылымның принциптеріне сәйкес, кез-келген объектті оны құрайтын химиялық элементтердің атомымен қатынасы арқылы сипат болады. Геохимиялық тәсіл алуан түрлі табиғи денелер мен процестерді салыстыруға және сәйкестендіруге ықпал етеді. Оның ішінде:
:: Жер шаруашылығы тірі организмдердің орташа сандық құрылымын анықтап, оны жер қабығының орташа құрылымымен сәйкестендіруі арқылы бір мерзімдегі тірі организмдердің геохимиялық қызметінің бағытын бағалауға болады.
:: Әлемдік құрлық өсімдіктерін қамтитын химиялық элементтерінің жыл сайынғы өсу массасын және жыл бойы ағатын өзен ағындыларымен шығатын аталған элементтердің массасын анықтау арқылы, әлемдік процестердің әрқайсысының мағынасы туралы мағлұматтар алуға болады.
:: Тірі зат және тірі организмдердің жекелеген топтарының қызметінің әлемдік әсерін объективті және қатаң ғылыми тұрғыда бағалауына мүмкіндік береді. Геохимияның дамуы әр елде түрлі жолдармен дамыды. АҚШ-та химиялық элементтердің бөлінуінің статистикалық зерттелуі басталды. АҚШ геологиясының қызметкері, химик Ф.У.Кларк табиғи сулар, тау жыныстары және басқа объектілердің негізгі типіндегі ең басты он химиялық элементтердің концентрациясын белгілеу мақсатында 19 ғ. 80-ж. Өзіндегі бар мағлұматтарды анализдеуге кірісті. 1889-1924 ж.ж. ол бірнеше рет химиялық элементтердің орташа кұрамы жөніндегі дәйекті мәліметтер жариялады. Ф. Кларктың The date of geochemistry атты кітабы жер қабығындағы негізгі химиялық элементтердің бөліну заңнамасының ең алғашқы дәлелдемесі болды. Ал Еуропада геохимия табиғи химиялық қосылыстар мен процестердің пайда болуын зерттейтін ғылым - минерологияның негізінде құрылды. Осы себептерге байланысты негізгі назар химиялық элементтердің таралуын анықтайтын процестерге қойылды. Норвегияда, Осло университетінде химиктер мен минерологтардың мықты ғылыми мектебі құрылды. Олар элементтердің физика-химиялық процестермен байланысты таралуын және қатынасын зерттеді. Бұл ғылыми мектептің қабырғаларынан атақты геохимик В.М. Гольдшмидт шықты. Ол химиялық элементтердің атаулары мен иондарының құрылуына байланысты таралуының заңдылықтарын жасады. Ал Ресейде геохимия Мәскеу Университетінің минерология кафедрасында пайда болды. Бұл кафедра жетекшісі В.И.Вернадский генетикалық минерологиядан курстар өткізді. Мұнда негізгі назар минералдың сыртқы белгілері мен қасиеттеріне емес, олардың пайда болу динамикасына ауды. Минералдардың пайда болу тарихының мәселелері В.И.Вернадскийді табиғи құбылыстарды атомдық дәрежеде зерттеуіне әкелді. Кейін ол химиялық элементтердің миграциясы жөніндегі геохимияның негіздері, жер қабығындағы элементтердің таралуы үшін изоморфизмнің мағынасы туралы негіздер жасады. Геохимияның аталған бағыттары биогеохимияның қалыптасуында негізгі рөлді алды. В.И.Вернадскийдің генетикалық минерология, геохимия және биосфера туралы ғылым - биогеохимия жасалған ғылыми концепциясының ең маңыздысы. Ол барлық табиғи факторлардың тығыз бірігуі және биосфераның қалыптасуындағы тірі заттар рөлінің басымдылығы болды. 1918-1919 ж.ж. ол Крым университетіндегі ең бірінші биогеохимиялық зерттеуді жүргізді. 1920 ж. В.И.Вернадский өзінің биогеохимиялық идеяларын Петерборда, Прагада, кейін 1926-1927 ж.ж. биогеохимиядан ең алғашқы курсты оқыған Сарбон қаласында насихаттады. Биосфера кітабында ғалым тірі организмнің геохимиялық рөлін дұрыс бағалау үшін, және мөлшерлік терминдердегі тірі организмнің сипатын сәйкесінше анықтау үшін: біріншіден, тірі материяның барлық организмдердің орташа химиялық құрамын, екіншіден, барлық тірі материяны білу керек. Бұл құрамы мен салмағы аталған организмнің тіршілік ететін ортаның салмағы және құрылымымен арақатынасты болуы қажет.
4. Биогеохимияның бөлімдері (жіктелуі)
Биогеохимияның жіктелуі
Биогеохимия ғылым ретінде жарты ғасырлық кезеңде бірнеше даму кезеңінен өтті. Жаңа бағыттарпайда болды, әдістемелік база нығайды, бай мағлұмат жиналды. Көптеген теориялық ережелер принциптермен, заңдар және аксиомалармен байыды.
1) Ғаламдық биогеохимия. Бұл бағыт жермен бірдей деңгейдегі жер қабықшасының өзара әрекеттесу сипатымен және олардың эволюциялық өзара әрекеттесу сұрақтарымен байланысты. Бұл бағыттың ғаламның міндеттері мыналар:
:: Жер, атмосфера, гидросфера, литосфера және криосфераның пайда болу мәселелері;
:: Өмірдің пайда болуы;
:: Тірі организмдер эволюциясының проблемалары;
:: Жер тіршілігіндегі маңызды кезеңдік оқиғалар.
2) Екінші деңгей - дербес қабықшалар деңгейі. Биогеохимияда бұл қабықшалардың компоненттері мен олардың өзара әрекеттесу сипатын оқу. Н.М.Сиберцов желдету процесіне анықтама бере отырып, желдету процесі литосфера, гидросфера, атмосфера және биосфераның шекарасында қарқынды жүреді деп жазды. Кейіннен интегралды түрдегі қабықшалардың өзара әрекеттесу идеясы В.Р.Вильямстың геология және биология айналымы туралы еңбектеріндегі негізгі ережелерге тоғыстырылады. Оның теориясында магмалық процестерінің өзі биологиялық айналымның бір бөлшегі ретінде қаралды. В.Р.Вильямстың концепциясында біз зерттеп жүрген эволюцияның ұлы динамикалық процесі - биосфера, атмосфера және литосфера элементтері арасындағы арақатынасының алғашқы сатысы - ол елдердің тундра жағдайында болуы делінген.
3) Аймақтар биогеохимиясы. Аймақтар - геологиялық құрылуының белгілері бар ірі территориялар А.Е.Ферсманның айтуы бойынша аталған төңіректің геохимиясын екі негізгі фактор анықтайды. Олар: бірі-оның геологиялық тарихы, екіншісі-геологиялық болашағы.
Климат өз кезегінде өсімдіктер сипаты мен айналым түрін анықтайды. Мұндай аймақтарға, мысалы: орыс платформасы, Қазақстандық қатпарлы Жүйе және т.б. Ауқымды түрде бұл проблема Орыс жазықтары үшін шешілді. Бұған В.А.Ковдой оның мұз дәуірінен кейінге кезеңдегі дамуының болжанған схемасын ұсынды. Осы тұспал бойынша, Орыс жазығы аясындағы топырақ түзілу секілді процестерінің және шөгінділердің пайда болуы мен даму үрдісінің ерекшелігін анықтайтын бірлігін болжайды. Бұл аймақ өте қолайлы, себебі мұндай биоклиматтық зоналардың табиғат заңына сәйкес алмасуы байқалады. Қазіргі таңда, антропогендік әсерге байланысты геологиялық және биологиялық айналым арасындағы қатынас қаншалықты өзгергені көрінетін жалғыз аймық осы.
4) Биомалар биогеохимиясы
Бұл биогеохимиялық жүйедегі жақсы зерттелгендердің бірі. Биогеохимия аясындағы Н.И.Базилевичтің биологиялық айналымға жасалған классификациясы биома төңірегіндегі биогеохимиялық процестердің ерекшеліктерін анализдеуге негіз болды.
5) Геохимиялық ландшафтілер биогеохимиясы. Бұған Б.Б.Полыновтың геохимиялық ландшафт жөніндегі оқулары негіз болды. А.И.Перельман бойынша биологиялық айналым ландшафтілер геохимиялық заңдардың ең маңыздысы болып отыр. А.И.Перельман өнімді процестер сипаттамасына жүгіне отырып, биогенді ландшафтілер тобын ұсынды. Ал М.А.Глазовскийдің геохимиялық ландшафтілер классификациясында өсімдік жамылғысының сипаттамасын негіз ретінде алды.
6) Биогеоценоз биогеохимиясы. Биогеохимиялық процестерді зерттеудің жүзеге асуы В.Н.Сукачевтың түсінігіндегі биогеоценоздың жүйесін пайдалануымен байланысты.
7) Биогеоценоздың дербес топтамаларының биогеохимиясы. Бұл кезеңде зерттеулер биогеоценоздың құрамына қарай бөлінуінің детальдылығына байланысты жүзеге асады. Осы деңгейде ғана міселе тірі организмдер, табиғи сулар және топырақ биогеохимиясы жөнінде болады. Әрі қарай зерттей келе, мәселен, орман жайылымдары, топырақ-грунтты сулар немесе өсімдіктердің белгілі-бір түрлері жайында болуы мүмкін. Әсіресе А.Л.Ковальскийдің зерттеулерін мысал ретінде келтірсек болады. Ол әсіресе өсімдік түрлерінің биогеохимиясының аймағын сипаттайтын толық көрсеткіштер кешенін ұсынды.
8) Изотоптар биогеохимиясы. Бұл тұрғыда, топырақтың жасын анықтау мақсатында топырақтануда С12, С14 элементтерін қолданғаны белгілі. Кезінде академик И.П.Герасимов көміртегінің екі формасы туралы ереже жасаған. Біріншісі - бұл айналымда белсенді айналатыны, ал екінші бөлігі айналымнан шығып топырақта түзілуі немесе жиналғаны. Қазіргі таңда қатты ластайтын, мәселен, цезий 137 және т.б. секілді элементтердің биогеохимиясы маңызды рөл атқарып отыр.
9) Тарихи биогеохимия. Бұл деңгейде зерттеулердің 2 немесе 3 деңгейін бөліп қараймыз. Бірінші кезекте бұл жерлің барлық кезеңі. Екіншіден - біз үшін мәні зор-голоцен деңгейі. Бұл биоклиматтық жағдайлардың алмасуы мен өзгеретін өзгерістерді бағалауға мүмкіндік береді. Бүгінгі таңда, топырақтүзушілік, ал ол дегеніміз белсенді биогеохимиялық циклдар субатланттық және атланттық кезеңімен ұштасқандығы болжануда. Сол кезеңде табиғи зоналардың түрлері өте аз болды. Тек болғаны 4, ал қазіргі кезде олардың саны 12. Кейбір зерттеушілер, голоцендер аясындағы жағдайлар өзге де аймақтар үшін бір түрде болмағанын болжады.
10) Техногенді ландшафтілер биогеохимиясы. Техногеноз термині геохимияда ертеден бері келе жатқанымен, соңғы жылдары зерттеулердің мәні күрт өсті. Бұл ерекше тәсілдер мен әдістерді талап етеді. Көп жағдайда техногенді зоналардағы мәселелер оның ластануымен және оның қайнар көзімен ұштастырылады. Осылай, зауыт маңайындағы, қоқыс тастайтын және шахта, сонымен қатар, мұнаймен ластанған жерлер техногенді зоналар болып табылады. Тірі организмдердің рөлі төтенше түрде маңызды деп шешілді.
11) Элементтердің жетіспеуі немесе шамадан тыс артуы - табиғи аномалиямен ұштастырылған арнайы аудандар биогеохимиясы. Бұл орайда В.В.Ковальскийдің фундаменталды идеялары негіз болды. Және биогеохимиялық провинциялар түрінде жүзеге асты.
12) Эксперименталды биогеохимия. Атап айтқанда, жер шарында адамның табиғатқа тигізетін әсерінен бастап барлығы интегралды түрде эксперименттер жүргізілді. Үлкен территорияларды жырту, тыңайтқыштар себу, бір ценоздарды екіншісіне ауыстыру, ғаламдық құрғақшылық және т.б. - мұның барлығы элементтер мен органикалық заттардың өзгеру циклы.
12.1. Пайдалы қазбаларды іздеу әдістері биогеохимияның өзінше бір бөлімін құрайды және өзінің практикалық мағынасы бар.
Жоғарыда аталған биогеохимиялық зерттеулердің жүйесі жер қабықшасының түрлі деңгейде деталді зерттелуімен негізделеді. Сонымен қатар, құбылыстар мен процестер биогеохимиясының зерттеуінде басқа да тәсілдерді жоққа шығармайды. Ғылыми әдебиеттерде кең орын алатын-бұл дербес элементтердің биогеохимиясые зерттеу. Мұндай тәсілде элементтердің биосфера төңірегіндегі жүріс-тұрысын анықтайтын қасиеттері жоғарыға қойылады.
Биогеохимиялық әдістер геохимиялық әдістермен, әсіресе органикалық геохимияда пайдаланатын әдістермен ұштасады. Екі пән де химиялық элементтердің кеңістікте, қандай уақытта, қандай жағдайда таралуын, олардың трансформациясын, миграциясын оқытады. В.И.Вернадскийдің идеясыжанатын пайдалы қазбалардың ұалыптасу теориясына негіз болды.
Қазіргі таңдағы биогеохимия кең продуктивті және артықшылығы көп ғылыми пән ретінде белгілі. Ол биология, геология және химия секілді шынайы ғылымдардың басын қосты.
Алайда, биогеохимияның өзекті мәселелерінің бірі - ол мамандандырылған кадрлардың жетіспеуі. Бұл салада мамандарды дайындау жеткіліксіз деңгейде.Ал бұл студенттерге көптеген пәндерді қажетті дәрежеде оқытуға себеп болып отыр. Мысалы, Жалпы геохимия.
Енді біздің факультетке деген жауапкершілікті ойлауға болады. Экология мамндығын таңдаған студенттерге түсетін жауапкершілік - осы кадрлардың қатарын толтыру. Әрине, осы курстарды тыңдаған университет түлектері биогеохимияның дамуына өз үлестерін өосады деген үміттеміз.
5. Элементтердің алғашқы синтезі
Әр элементтің атомының ядросы екі негізгі элементтен құралады: протон және нейтрон. Осы аталғандардың түрлі пропорциядағы бірігуі әртүрлі элементтер мен олардың изотоптардың қалыптасуына негіз болады. Элементтердің алғашқы синтезі үшін қажетті мөлшердегі протондар мен нейтрондар ғаламның тіршілігінде бірнеше секундтар ішінде пайда болды. Өзге ядроларға қарағанда нейтрондар рекцияға қабілетті, әсіресе, протондармен байланысқанда жылдам әрекеттеседі, нейтрондармен тез сіңіріледі. Сол уақыттағы болған температураны ескере отырып, шамамен 10 К, жаңа зерттеулер алғашқы үш минутта дейтерийдің тұрақты ядролары, гелий-3, гелий-4, гелий-7 тұрақты ядролары пайда болды.
Демек, сутегінің ауыр изотопы мен гелийдің изотоптары плазмада алғашқы секундтарда 3:1 секілді массалық қатынаста синтезделді. Ал қалған 90 элемент белгілі жұлдыздар мен энергетикалық деңгейлерде синтезделді.
Элементтердің сутегіден пайда болғандығы туралы болжам дәлелденді. Себебі, нейтронға қарағанда протон тұрақты. Сонымен қатар, сутегі басымды элемент. Жұлдыздардың энергия көздері көптеген жылдар бойында талқыланып келді. Ал қазіргі таңда көп ғалымдар жұлдыздардың бойындағы бар космостық реактор сияқты гипотезаны мақұлдап келді. Мұндай реакторлар тек энергияны ғана емес, сонымен қатар, толық спектрдегі химиялық элементтерді де генерациялау мүмкін.
Элементтердің кезеңді қалыптасуы температуралық шкалада бірқалыпты бірнеше миллионнан бірнеше миллиардтаған градустың қозғалуы арқылы бақыланады. 1-суретте ол схема түрінде көрсетілген.
1 - сурет. Көптеген элементтердің синтезінің уақытша шкаласы
Космостық кеңістіктегі элементтердің синтезделуі үшін бір секундтан миллиард жылға дейін уақыт керек.
Ғаламшардың химиялық құрылымы, нейтрондық жұлдыздыр мен қара ойықтарды қоспағанда, келесідей пропорциялар түрінде сипатауға болады. 1 000 000 атомдардың ішінде 924 400 сутегімен берілген; 74 00 - гелий; 830 - оттегі; 84 - азот; 82 - неон; 35 - магний; 33 - кремний; 32 - темір; 18 - күкірт; 8 - аргон; 3 - алюминий; 3 - кальций ал қалған 2 атом өзге де элементтер үшін. Ал қалған химиялық элементтер тек аз мөлшерде кездеседі. Химиялық терминдерді қолдана отырып, барлық ғаламшар тек сутегі мен гелийдің өзге басқа элементтермен қосындысынан құралады десек болады. Осылай элементтік бөлщектер мен элементтер логикалық тәртіпке бағынады. Ал бұл өз кезегінде космостық оқиғалар мен мезгілдік даталауды түзеу ғалымдармен пайдаланылады. Оттегі мен көміртегінің қалыптасуы сутегі, дейтерия және гелийді бөлу кезінде оңай жүреді.
Жұлдызды реакциялардың ядерлы синтезінің нәтижесі 1а - таблицада уранның-238 жойылуы түрінде берілген. Радиоактивті ядролар α-, β-, Pound- сәулелендіру әсерімен жойылады. 1а - таблица. Уранның жойылу реттілігі. (no Degens, 1989)
Келесі суретте көп тараған элементтердің тізімі берілген. Күн атмосферасының қандай элементтермен жарақтанғанын көреміз.
Жер эволюциясы - өте күрделі процесс. Төменде Жердің негізгі протобиотикалық компоненттерінің қалыптасуының маңызды моменттерін ғана қарастырамыз.
6. Литосфераның эволюциясы
Жер эволюциясы
Жерді Күн жүйесінің планетасы және аспан денесі ретінде қарастырсақ, ол диск тәрізді айналып тұрған газды - шаңды бұлттан 4,6 млрд жыл бұрын пайда болған. Жер эволюциясының күрделілігі сонша бұл тарауда толығымен қарастырып шығу мүмкін емес. Тек жер протобиотикасының маңызды компоненттерінің түзілуін (атмосфера, литосфера, гидросфера) қарастырамыз.
Литосфера эволюциясы
Қазіргі таңда Күн жүйесінде айналмалы дисководты небула секілді дамығаны дәлелденген. Жердің ішкі бөлігінің температурасы мен қысымы шамамен 1400 К және 10 Па (10¯4 атм.) болған. Белгілі теорияның бірінші станиясында кальций қышқылы, алюминий, титан мен силикаттың, платина тобына жататын металдардың, темір мен никельдің түзілуі жүрді. Бұл конденсация шамамен 1360 К температурада басталды. Температураның 1200 К-ға дейін төмендеуімен силикаттың MgSiO3 түріндегі синтезі жүрді.
Протожердің көлемінің қалыптасуы Күн небулалы конденсациясы стадиясынан бұрын түзіле бастады. Нәтижесінде протожердің конденсациясынан кейінгі стадиялары небуланың шамамен 400 К температураға дейінгі суыған кезінде жүріп отырды. Түзілген теңшамалы конденсаттың құрамында темір, темір сульфиді, магнийдің гидратталған силикаттары мен көптеген шашыранды заттардан құралған. Бұл заттардың конденсаттармен қоспасы өте жоғары температурада қалыптасып, жер бетінде ұзақ жылдар бойы (10-ның 5 және 7 дәрежесі) яғни жоғары мантия қабатының қалыптасуына дейін сақталып отырды. Күн газынан шаңның үш түрі конденсацияланды: тотықтар, металды никель - темір мен магний силикаты. Темір суығаннан кейін H2S, H2O-термен әсерлесіп FeS мен FeO-ны түзді.
Одан кейінгі өзгерістер 400 К-дан төмен температурада жүріп отырды. Жердің газдан тазаруы 4 млрд жыл бұрын уақытқа созылып, нәтижесінде протоатмосфера мен протогидросфера қалыптасты. Мантия мен ағындардың коонвективті режимде болуы температура өзгерісімен байланысты болды.
Осыдан 4 млрд жыл бұрын қарқынды жанартау атқылауы, полигональды жасушалардың жылдам ауысуы мен ірі тектоникалық қысымдар континент тәрізді қабатты қалыптастырды. Осы кезеңдерде кішігірім лужайктер бірнеше жүздеген километр тереңдікке дейін көлденеңінен протоконтинеттерді қалыптастырды. Одан әлдеқайда көне жыныстардың жасы шамамен 3,8 млрд жыл болды және солар арқылы жер қабатының эволюциясын зерттеуге мүмкіндік берді.
Геологтар жерді жер қабығы, мантия және ядро деп үш негізгі қабаттарға бөліп қарастырады. Жердің қазіргі геохимиялық моделі бойынша жер құрылысын тереңдігіне қарай төмендегідей қабаттарға бөледі, км:
A - жердің беткі қабығы - 10-нан 70-ке дейін;
B жоғарғы мантия қабаты - 400-ге дейін;
C - транзиттік зона - 400-ден 1000-ға дейін;
D - төменгі мантия қабаты - 1000-нан 2900-ға дейін;
E - ішкі сұйық ядро қабаты - 4600-ға дейін;
F - транзиттік зона - 4600-дан 5150-ге дейін
G - ішкі қатты ядро қабаты - 5150-ден 6571-ге дейін.
Жердің ішкі қабаттары
Жердің беткі қабаты -- литосфераның беткі бөлігін құрайтын, төменгі жапсары Мохоровичич деңгейімен шектелген Жердің ең үстіңгі қабығы. Жер қыртысы қалыңдығына, құрамына, құрылысына қарай құрлықтық және мұхиттық болып негізгі 2 типке бөлінеді. Құрлықтық жер қыртысының қалыңдығы тектоник. жағдайына байланысты 25 -- 45 км-ден (платформаларда) 45 -- 75 км-ге дейін (тау түзілу аймақтарында), ал мұхиттық жер қыртысының қалыңд. 5 км-ден (Солтүстік Мұзды мұхит) 10 -- 12 км-ге дейін өзгереді. Жер қыртысы төмен қарай тығыздығы арта беретін жанартаутекті-шөгінді (тығызд. 1,8 -- 2,5 гсм3), гранит -- метаморфты (2,5 -- 2,7 гсм3) және базальтты (2,7 -- 3,0 гсм3) қабаттарға бөлінеді. Жер қыртысының жоғарғы бөлігі қатпарларға жиырылып, жарылымдармен қиылған және төм. сатыда метаморфталған шөгінді, терригенді және магмалық тау жыныстарынан құралған. Қалыңдығы платформаларда 1 -- 2 км, терең ойыстарда 10 -- 20 км жетеді. Шөгінді қабаттың астында салмағы жеңіл, гранит пен гнейстерден түзілген шөгінді қабаттың жыныстарымен алмасып отыратын гранит-метаморфты қабат орналасқан. Гранит қабатының қалыңд. жазықтар астында 15 -- 20 км, тау жүйелері табанында 15 -- 50 км-ге дейін. Мұхиттар түбінде граниттік қабат өте жұқа, не мүлде болмайды. Граниттік қабат Конрад бетімен шектеледі. Жер қыртысының ең төменгі бөлігінде базальт, габбро және күшті метаморфтануға (метаморфизмге) ұшыраған шөгінді жыныстардан құралған базальт қабаты орналасқан. Жер қыртысының аралық типтері: субмұхиттық жер қыртысында шөгінді жыныстар мұхиттық жер қыртысындағыдан қалың болады; субконтиненттік жер қыртысы жұқа болады әрі граниттік қабат анық байқалмайды. Геофизикалық деректер бойынша, Қазақстандағы жер қыртысының қалыңдығы Тұран тақтасы, Каспий маңы ойысында 35 -- 45 км, Тянь-Шань, Таулы Алтайда 45 -- 50 км, Орт. Қазақстанда 50 -- 55 км. Жер қыртысының үнемі дамып өзгеруі нәтижесінде геосинклинальдар сияқты қозғалмалы аймақтар платформаларға айналады. Жер қыртысының дамуының басты себептері -- Жердің аса терең қабаттары мен жоғарғы мантиясы арасында өтетін процестер.
Жер мантиясы (грекше mantіon -- жамылғы), Жердің қыртысы мен ядросының аралығында орналасқан геосфера. Жер көлемінің 83%-ын, массасының 23-ін алып жатыр. Температурасы 2000 -- 2500°С. Жоғарғы мантияның қалыңдығы 800 -- 900 км, төменгі мантияның шекарасы 2900 км тереңдікте орналасқан. Болжал бойынша мантия құрамы ауыр минералдарға бай, негізінен, магний мен темірден тұрады. Астеносфера қабатынан басқа мантиядағы заттар қатты кристалдардан құралған. Мантия тектоникалық қозғалыстармен, магмалық, жанартаулық, т.б. процестермен тығыз байланысты.
Сейсмикалық толқындардың жер мантиясының қимасынан өту жылдамдығы да қима деңгейінің терендігіне тікелей байланысты. Нақ осы байланыс негізінде, яғни сейсмикалық толқындардың мантия қимасынан өту жылдамдығындағы өзгерістерді саралау нотижесінде Ж.м. шартты түрде үш бөлікке бөлінген: жоғарғы мантия, немесе В облысы -- Мохоровичич және Голицын жазықтықтарының аралығы; төменгі мантия, немесе мантияның Д облысы (кейде "45 градусты даралану деңгейі" деп аталады), шамамен 950 км терендік пен жер ядросы жабынының (2900 км терендік) аралығын қамтиды; алмасу белдемі деп аталатын мантияның ортаңғы бөлігі (мантияның С облысы) Голицын жазықтығы мен "45 градусты даралану деңгейінің" аралығына орналасқан.
Ядро (nucleus) - жануарлар мен өсімдіктер клеткаларының ең маңызды құрам бөлігі. Ядро тұқым қуалаушылық (генетика) ақпараттың сақталуы және осыған байланысты клетка цитоплазмасындағы белоктар мен ферменттердің түзілуін қамтамасыз етеді. Ядроны алғаш рет тауықтың жұмыртқа клеткасынан байқаған 1825 ж. чех ғалымы Я.Пуркине (1787 - 1869) болды. Ядроны өсімдіктер клеткасынан ағылшын ботанигі Р.Броун (1831 - 33), ал жануарлар клеткасынан Т.Шванн (1838 - 39) анықтады. Ядро кариолеммадан (ядро қабықшасы), хромосомалардан, ядрошықтан және кариоплазмадан (ядро сөлі, шырыны) құралады. Кариолемма ядроны клетка цитоплазмасынан бөліп тұрады. Ол сыртқы және ішкі жарғақшалардан және олардың аралығындағы жарғақаралық (перинуклеарлы) кеңістіктен тұрады. Кариолеммада көптеген ұсақ тесіктер болады. Олардың саны клеткадағы түзіліс процестерінің белсенділігіне байланысты. Түзіліс процесі күшейген сайын, тесіктер саны да көбейеді. Ядро қабықшасы тесіктері арқылы клетка цитоплазмасы мен Ядро аралығында зат алмасу процесі (белоктар, көмірсулар, майлар, нуклеин қышқылдары, су, әр түрлі иондар) үздіксіз жүріп отырады. Кариолемма тесіктері арқылы ядро цитоплазмалық тормен, одан әрі клетканы қоршаған ортамен байланысады. Ядроның біркелкі қоймалжың сұйық бөлігі кариоплазма деп аталады. Оның құрамына су, белок, көмірсулар, нуклеопротеидтер, витаминдер, ферменттер, минералды тұздар иондары кіреді. Кариоплазма митоз кезінде цитоплазмамен қосылып кетеді. Ол ядроның құрам бөліктерін байланыстырып тұрады. Ядро құрамындағы қара-көк түске боялған, дөңгелек келген денешікті ядрошық деп атайды. Оның мөлшері 1 - 5 мкм, оның негізін жуандығы 60 - 80 нм жіпше торы құрайды. Ядрошықтың саны 1 - 2, кейде одан да көп болуы мүмкін. Ядрошық нуклеопротеидтен (РНҚ және белок) құралған. Онда рибосомалық РНҚ (р-РНҚ) және рибосомалар түзіледі.
Жер ядросы (лат. nucleus, грек, kaiyon -- ядро) -- организмдегі протеиндік алмасуды реттеу арқылы тұқымқуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізетін жасушаның негізгі бөлігі. Интерфазалық жасуша ядросы хроматин дәншелерінен (хромосомалардың көрінетін бөліктері), ядрошықтан, нуклеоплазмадан (кариоплазма -- ядро сөлі) және нуклеолеммадан (кариолемма) тұрады. Сыртқы және ішкі жарғақтардан құралған нуклеолеммада цитоплазмамен қатысатын диаметрі 80-90 нм тесіктер болады. Интерфазалық хроматин дәншелері хромосомалардың микроскоппен көрінетін бөліктері. Хромосомалардың таратылған, нашар боялатын және белсенді қызмет атқаратын бөліктерін -- эухроматин, ал ширатылып жақсы боялатын, енжар қызмет атқаратын бөліктерін гетерохроматин деп атайды. Хромосомалар тұқымқуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізетін құрылым. Олар дезоксирибонуклеопротеидтерден тұрады. Ядрошық дөңгелек келген, диаметрі 1-5 мкм денешік. Ядрошықта рибосомалар түзіледі. Кариоплазма ядроның біркелкі боялған қоймалжың бөлігі. Кариоплазма құрамында нуклеин қышқылдары мен протеиндерді түзуге керекті нуклеопротеидтер, гликопротеидтер және әртүрлі ферменттер болады.
Жер континеттерінің жаһандық қалыптасу процесі осыдан 3-2,5 млрд жыл бұрын жүрген, бұл үпроцесті ғылымда кратонизация деп атайды.Қазіргі таңда, күн жүйесі айналмалы дискі тәріздес небулдардың көмегімен дамыды деген дәлелдеме бар. Ішкі бөлігіндегі температура мен қысым шамамен 1400 К және 10 Па. Бұл теорияларға жүгінсек конденсацияның бірінші стадияларында кальций, алюминий, титан және силикат, платина тобындағы металлдар, темір және никельдің қалыптасуы жүрді. Аталған конденсация шамамен 1360 К температурасында басталды. Ал температура 1200 К төмендегенде MgSiO3формасындағы силикаттардың синтезі басталды. Прото - Жердің көлемі күн небулының конденсациясының ерте кезеңдерінде пайда болды. Нәтижесінде прото-Жер мантияның астында орналасқан магний силикатынан құралатын темірден немесе жердің қатты қабатымен байланысты бөліну қалыптаса бастады. Конденсацияның кешірек кезеңдері небулдың шамамен 400 К температурасына дейін төмендегенде жүрді. Түзілген бірқалыпты конденсаттың құрамында темір, темір сульфиді, магнийдің гидратталған силикаты және кейбір ұшатын заттар болды. Бұл заттардың конденсаттармен біріккен қоспасы жоғары температураларды түзілген және жоғарғы мантия - қабық жүйесінің пайда болуына дейін көп уақыт бойында Жерде өмір сүрген.
Жердің газсыздануы 4 млрд. Жыл бұрын болды, ал бұл протоатмосфера және прото-гидросфераның қалыптасуына әкелді. Литосфераның кезекті эволюциясы температуралық өзгерістермен байланысты. 4 илрд. Жыл бұрын вулканизм, полигонды клеткалардың жылдам орын ауыстыруы және үлкен тектоникалық қысымдар Жердің қыбығыныі қалыптасуына кедергі болды.
Геологтар жер шарын қабық, мантия және ядро деп бөледі. Ал қазіргі таңда жаңа геохимиялық ақпараттарға сүйенсек жердің келесідей құрылымдық үлгісін алуға болады. Тереңдік өлшемдері км.- мен берілген:
A - қабық - 10-нан 70 - дейін;
B - жоғарғы мантия - 400-ге дейін;
C - транзитті зона - 400-ден 1000-дейін;
D - төменгі мантия - 1000-нан ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Биогеохимияның негізгі тұжырымдамалары. Адам мен табиғаттың бірлігін түсіну, технологияның жеткіліксіз дамуы жағынан бұл бірлікке өсіп жатқан қауіп-қатер қазірдің өзінде бірқатар шұғыл шыры қабылдауды талап етіп қоғамның назарын өзіне көбірек аударуда. Бұл мәселе қоршаған орта (атмосфера, литосфера, гидросфера және биосфера) химиялық элементтердің таралу өзгешелігін, циркуляциясын және заңдылықтарын білмей шешілмейді. Басұаша айтқанда, қоршаған ортаның биогеохимясын білу мәні өсуде.
Жергiлiктi, аймақтық және глобалдi деңгейлердегi қоршаған ортаға күшейген антропогендік әсер биосфераның және оның негiзгi компоненттерінін тұрақтылығын анықтайтын механізмын түсiнуге талап етедi. Табиғи пәндердiң арасында, биогеохимия ерекше орын алады. Бұл пәннiң аталуынын өзi әр түрлi пәндердiң күрделi қырық құрауы екенін айтады. Қазіргі ғылымдардың қатарынан көрнекті орын алған бұл пәннің пайда болуына қандай себептер әсер етті? Бұл ең алдымен зерттеушiлердiң жер бетiндегi тірі организмдер рөлiне ежелгі мүддемен шартталған. Бұл қызығушылық биологидан геологияға дейін сонымен қатар басқа пәндер арасында да байқала бастады. Тірі организмдер рөлі туралы түсінікке ғалымдар бірден келе қоймады. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар тірі ағзалардың табиғаттағы орнына сенімсіздікпен қарады. Оларға нақтылы процесстердегi жиi шектелген орны, жер бетіндегі тектоникалық процестер әсері байқалды, яғни жанартаулар. Ламарк дәуірінен бері зерттеушілердің екі түрі болды, олар жанартаулықтар және нептундықтар. Ламарктың өзі нептундықтардың қатарында болды және жер үсті құбылыстарына аса зор мән бергенін айта кеткен жөн. Биогеохимияның қалыптасуына маңызды рөл топырақтануға атқарды. Тірі және косты материяның өзара әрекеттесу мәселелерімен айналысатын ерекше ғылым (топырақтану) болуы керек деп В.В.Докучаев айтқан. Биогеохимия пән ретінде атақты табиғатзерттеушi, академик В.И.Вернадскийдiң жұмыстарының арқасында топырақтану пән3нің негізінде пайда болды. 1934 жылы атақты геохимик А.Е.Ферсман топырақтанудың басымдылығын мойындай отырып, геохимияда топырақтану ғылымының маңыздылығын әдістермен, идеялармен, фактілермен дәлелдеп берді. В.В.Докучаев, В.И.Вернадскийдің айтқан идеяларын лабораториялық жағдайда дәлелдеді. Тірі организмдердің дамуында топырақ маңызды фактор болып табылады. Осыдан биогеохимияның тірі организмдерден топырақ түзілуінде ғана емес, сонымен қатар ғаламшардың құрамдас бөліктерін толықтырып отыратынын айқындады. Топырақ, А.Е.Ферсманның сипаттауы бойынша, биосферада болып жатқан биогеохимиялық үрдістердің ерекшеліктерін анық формада қамтып көрсететін жер бетінің қабығы болып табылады.
Биогеохимияның анықтамасы
:: Биогеохимия - тірі ағза құрамы және тірі зат пен өнімнің қатысуынан, оның миграцияпроцесіне, таралуына, ыдырауына, химиялық элементтердің жинақталуына орай жіктелуін зерттеумен айналысады (В.И.Вернадский).
:: Биогеохимия бұл биология мен геохимияның тоғысуынан пайда болған кешенді ғылыми пін, тірі аорганизмдердің химясын және олардың әр түрлі процестерге қатысуын зерттейді (Деду сөздігі).
:: Биогеохимия бұл биосфера мен химиялық элементтердің биогенді айналымын жүйелі ұйымдастырылуын зерттейді, оның негізіне өмірдің эволюциялық бірлігі, тірі зат пен қоршаған орта, атомдардың биогенді тасымалы мен биогенді байланыстарын анықтайтын заңдылықтар жатады.
Жоғарыда көрсетілген анықтамаларда көптеген ортақтық бар. Бұл анықтамаларда біріншіден, тірі организмдердің жетекші рөлі; екіншіден, тірі организмдердің құрамындағы элементтердің жағдайын сипаттаудағы рөлі жайлы.
Биогеохимия -- биосферада организмдердің қатысуымен жүретін геохимиялық процестерді зерттейтін ғылым саласы, геохимияның бір бөлімі. Тірі организм өз тіршілігінде түрлі химиялық элементтерді бойына сіңіреді, ал ол өлген соң бұл элементтер ыдырайды, шашырайды немесе белгілі бір орынға шоғырланады. Жер бетінде тірі организмдер біркелкі тарамаған, кейбір тіршілік ортасында олардың белгілі бір тобы көп жиылады. Бұған мұхиттар мен теңіздердегі планктон, құрлықтағы қалың орман мен шалғындар, ылғалы мол қара топырақты жерлердегі шірінді мен шымтезек, халықтың бір жерде тығыз, бір жерде сирек орналасуы мысал болады.
Биогеохимияның міндеттері
Биогеохимияның міндеттері жалпы түрде мынаған апарады:
Тірі организмдердің рөлін толығымен зерттейді.
Биосфераның құрылымды-функционалды ұйымдастырылуын зерттейді.
Тірі организмдер мен биосфераның басқа да компоненттерін, сонымен қатар биосферамен белсенді қарым-қатынасқа түсіп отыратын қабаттарды зерттейді.
В.И.Вернадский биогеохимияның маңызды міндеттерін сипаттап, бірнеше бірнеше биогеохимиялық константтарды айқындап берді:
I констант - атомдардың орташа саны орташа бөлінбейтін түрде.
II констант - орташа бөлінбейтін түрдің салмағы (яғни, жеткілікті сандық өлшемнің нәтижесінде) бөлінбейтін түрде
III констант - сол организмдердің биосфераға кіруінің орташа жылдамдығына
IV констант - биогеохимия энергияға жауапты.
В.И.Вернадский тек бұл төрттікпен шектеліп қалмай келесі міндеттемені былай сипаттады: Тағы бір маңызды ғылыми жұмыс және ғылыми ойлармен аз қамтылған, қазіргі таңда қарпайым әрі ыңғайлы сандық мәні жоқ құбылыс бар. Бұл құбылыс правизна-левизна құбылысы - деді.
Қоршаған орта биогеохимиясының гылым ретіндегі қалыптасуы мен дамуы.
Биогеохимия бұл интегралды ғылыми пәндердiң және қазiргi жаратылыстанудың үлкен бағыттарының бiрi.
В.И.Вернадский, В.В.Ковальский, В.В.Добровольский, Д.С.Орловова және тағы басқа ғалымдардың жұмыстарындағы биогеохимияның анықтамасы.
Биогеохимиядағы идеялардың дамуы және академик В.И.Вернадскийдiң оның қалыптасуындағы рөлі.
А.Е.Ферсманның, А.П.Виноградовтың, Б.Б.Полыновтың, А.И.Перельманның, В.А.Ковданың, Ф.У.Кларктың, В.М.Гольдшмитдтың биогеохимияның дамыуна қосқан үлесi. Биогеохимия бұл биосфераның жүйелiк ұйымшылдығы және тірі организмдардың рөлi туралы ғылым.
Мазмұны, негiзгi объектілері, мәселелері және қоршаған орта биогеохимиясының тұжырымдамасы.
Тірі заттың тұжырымдамасы. Биосфераның тұжырымдамасы. Биогеохимиялық циклдер.зінің соңғы анықтамасының іргелі айырмашылығын ерекшелеп, мағынасын ашып берді.
Тірі зат концепциясы
Барлық тірі организмдердің сипатты ерекшеліктеріне қарамастан олардың мөлшері, морфологиялық-физиологиялық белгілері олардың тіршілік әрекеті процесіндегі қоршаған ортаның өзгеруіне алып келеді. Сонымен қатар масса мен энергияның транформациялануына әкеледі. Тірі организмдер өзінің физиологиялық қажеттіліктерін (яғни, химиялық элементтер, көміртегі, сутегі, оттегі, азот, фосфор, калий, кремний, кальций, магний, темір және т.б.) құрылымдық органдардың жиналуы, өсуі мен көбеюі үшін ең үлкен дәрежеде біріктіреді.
Бұл элементтер мұхиттың, атмосфераның, тау жыныстарының химиялық негізін құрайды. Олардың тірі организмдермен бірігуі жер қабығының биогенді трансформациясы мен қоршаған орта элементтерінің диффернециациясына алып келеді. Микроорганизмдер темір, марганец, т.б. элементтер қосылыстарының тотығуына да қатысып, оларды тұндырады, сульфаттарды тотықсыздандырып, күкірттің биогендік кендерін түзеді. Тірі организм геохимиялық процестердің сипатын, элементтердің шоғырлану ортасын өзгертіп отырады. Тіршілік ортасы организмдер құрамына да әсер етеді, ал организмдер химиялық элементтердің биогендік шашырауына (миграциясына) себепші болады, олардың (көміртектің, оттектің) изотоптық құрамын да өзгертеді. Адамның атмосфера, биосфера және жер қыртысының изотоптық құрамына тигізетін әсері ұдайы артып келеді.
Биосфера концепциясы
Биосфера терминін австриялық геолог Эдуард Зюсс 1880 жылы алғаш рет қолданған болатын. Орыс минералог В.И.Вернадский (1863-1945) Зюсстың еңбектерінен кейін жылдан соң, біз осы күнге дейін мойындап жүрген биосфера концепциясының негізгі қағадаларын бүкіл тарихы бойында, тірі организмдердің әсеріне ұшыраған барлық қабаттарын түсінік В.И.Вернадскийдің анықтамасы бойынша, биосфера- тіршілік иелері мен тіршілік көздерінің Жер бетіндегі белгілі бір қабаты, тіршілік иелері, яғни органикалық заттар, биосферадағы еркін энергияның тасымалдаушы көзі болып табылды. Биосфера құраына адамзат қоғамы және оның өндірісі де жатады.
Ғылымның қазіргі деректеріне қарағанда, біздік планетамыз шамамен бұдан бес миллиард жыл бұрын пайда болған.
Біздің планетамыздың табиғаты тірі организмдерден және қатты, сұйық. Газды денелерден тұрады. Оларды әдетте сфера деп атайды. Тіршілік, негізінен литосфрада (жер қабатының сыртқы қатты беті), гидросферада (өзен, көл, теңіз және мұхитта және тропосферада (жер шарының газ күйіндегі қабаттар атмосфера) ұшырасады.
Биосфераның төмеңгі шекарасы жер қыртысының 2-3 км дейінгі, ал мұхит түбінен төмен 1- - км терендіктегі аумақ қамтиды, ал үстінгі жағы 20-25 км биіктіктігі озон қабат болып табылады. Тірі организмдердің ең тын орналасқан бөлігіне- тропосфераның 50 м биіктікке дейін төменгі қабаты мен топырақ қыртысы жатады.
Литосфераның беткі жоғарғы қабатын, тіршілік иелерін 99% құрайды. Жер беті мен оның қойнауындағы тірі организмдер массасы 2,4-1012 тоннадай болады.
Биокосты жүйе- ондағы тірі зат пен өлі заттың, костық заттың бір-бірімен қатынаста болатын және жағлай жасалынатын жүйе. Тірі организмдер мен тірішілік ету ортасымен жасалған, тіршілік ету ортасы мен тірі организмдер арасындағы химиялық элементтердің алмасуы жүретін жүйе. Бұл терминді 1944 жылы В.И.Вернадский ұсынды. Биокосты жүйеде химиялық элементтердің алмасуы биосфераның биогеохимиялық құрылуын құрайды. В.И.Вернадский бұл процестерді геохимиялық жолмен жүреді деп түсіндірді, бірақ екі ірі фактордың геологиялық пен биологиялық әсерінен биогеохимиялық үрдістер төңірегінде ж.реді деп атап көрсетті.
: ХХ ғ басында В.И.Вернадский (1938ж) ескерткен: тірі затпен толыққан костық табиғи денелер емес. Ол тірі және костық табиғи заттардан құралған биосфераның күрделі биокосты табиғи заты. Биокосты заттың басты ерекшелігі- экожүйе компоненті.
2. Биогеохимияның басқа ғылыми пәндермен әрекеттесуі
Қазіргі биогеохимияның басқа ғылыми пәндермен байланысы
Биогеохимия XX ғасырда биология, химия, геология ғылымдарының еңберінде қалыптасқан аралық ғылыми пін болып табылады. Биогеохимия - жер туралы ғылымдармен тығыз байланысты, әсіресе геологиялық жыныстар, минералдар, табиғи сулар мен газдардың құрамын зерттейтін ғылымдар, биолгиялық ғылымдар (организмдер мен олардың тіршілік ортасының байланысын зерттейтін ғылымдар, мысалы, экология).
Биогеохимияның принциптері микробиологиямен байланысты кең қолданылады. Микроорганизмдер мен ортаның құрамы бір-бірімен тығыз байланысты, сондықтан биогеохимиялық зерттеулерді көптеген микробиологтар кеңінен қолданады. Бүған бактериальды биогеохимия анық мысал болады. Бактериялардың атмосфераға, топыраққа, табиғи суларға, миграция процестеріне және әр түрлі элементтердің глобальды биогеохимиялық циклдеріне әсерін бағалауда биогеохимиялық әдістер қолданылады. Іс жүзінде биогеохимиялық идеялар мен әдістер геологияда, геохимиялық экологияда және биотехнологияда дамып отырады. Биогеохимияның жетістіктері қазіргі таңда көптеген ғылым салалаларында кеңінен қолданылып отыр:
Биогеохимиялық әдістерді пайдалы қазбалар орнын барлау барысында қолдану.
Адам мен жануар денсаулығын бағалауда геохимиялық жағдайды сандық сипаттау.
Қоршаған ортаға антропогендік әсерді азайтуда биогеохимиялық стандарттарды қолдану.
Биогеохимиялық зерттеулерді геологиялық экологияда қолдану, яғни қоректік тізбекті құрайтын маңызды (тіршілік) элементтерінің сарқылған және тапшы түрлерін, жануарлар мен тұрғындарға зиян келтіретін биогеохимиялық аномалилерді зерттейді. Аномалилік зерттеулерді АҚШ ғалымдары (J.Webb, 1964, 1966), Англия мен Ирландия ғалымдары (R. Ebens, 1973) жүргізді.
3. Биогеохимияның ғылым ретіндегі қалыптасуы мен дамуы
Биогеохимия ғылым ретінде 20 ғ. 20 жылдары биология, геология және химия пәндерінің тоғысқан жерінде пайда болды. Ол өз назарын химиялық элементтер миграциясындағы тірі затқа шоғырландырды. Биогеохимияның еі алғашқы белгілері 18-19 ғасырларда атақты химик, биолог және геологтардың жұмыстарында көрінді. Белгілі француз химигі А.Лавуазье (1743-1794), өсімдіктегі оттегі мен көміртегі тотығуының алмасу реакциясын зерттеп, көміртегі-органиканық заттардың негізгі элементтері ретінде ауадан өсімдіктерге сіңіп, шіру және органикалық қосылыстарды жіктеу процестері барысында ауаға бөлінетінін дәлелдеді. Ол өсімдіктер мен жануарлардың заталмасуының тіршілік ортасымен универсалдылығын көрсете отырып, биосферадағы көміртегі геохимиясының негізін салды. Осы жұмыстары арқылы ғалым биосферадағы көміртегі геохимиясына деген жаңаша көзқарасты қалыптастырды. Ауадан өсімдіктер арқылы жұтылып, ол өсімдік қалдықтарының жіктелуі кезінде көмірқышқыл газымен қайтадан ауаға шығатын- көміртегі-органикалық заттардың ең маңызды химиялық элемент екеніне көзін жеткізді. А.Лавуазье, бұл құбылыстардан кейін тірі организмдердің табиғатпен өзара әрекеттесу барысында пайда болатын айналмалы механизмнің универсалдылығы туралы шешімге келді.
Қаза болуының алдында А.Лавуазье Жер бетіндегі элементтердің шеңберлі айналымы атты трактат жазды. Бұл жұмысында табиғаттың үш патшалығы: минералдар, өсімдіктер және жануарлар арасындағы химиялық элементтердің циклдық алмасу идеясын қалады. Бұл трактатта ғалым қойған табиғат өзінің үш патшалығы арасындағы заттар айналымын қандай жолдар арқылы жүзеге асырады? деген сұрағына биогеохимия 200 жыл өткен соң жауап беруге тырысуда. А.Лавуазьенің жұмыстарынан кейін тірі организмдер негізінен жер бетіндегі газдарды түзетін элементтерден тұратыны анықталды. Химияда да, өмірде де организмдердің атмосферадағы газдармен өзара байланысы үлкен мағынаға ие болып отыр. Бұл мәселе 19 ғ-дың басында да басты назардағы проблема болып қала береді.
1841 жылы екі атақты француз ғалымдары - белгілі химик, органикалық химияның негізін салушылардың бірі Жан Батист Дюма мен агрохимияның негізін салушы, саяхатшы - натуралист Жан Батист Буссенго - атмосфера - тірі организмдер жүйесіндегі газдардың циклдық айналымы идеясын ақтық тұжырымдады. Бұл тұжырымдаманы айқын түрде былай баяндады: ...біз көріп отырғандай, жердің алғашқы атмосферасы үш ірі бөлікке бөлінеді: біріншісі, атмосфералық ауаны түзеді, екіншісі, өсімдіктермен, ал үшіншісі, жануарлармен сипатталынады... Демек, барлық ауа өсімдіктерге беріледі, өсімдіктер жануарларға, ал жануарлар оны ауаға қайтарады. Бұл мәңгі шеңбер ішінде өмір қозғалып, анықталады, ал материя өз орнын ауыстырып отырады. (Вернадский В.И. Очерки геохимии.-М., 1934.-С.172) Газ айналымының мағынасы үлкен болғанымен, тірі организмдер мен қоршаған орта арсындағы зат алмасу мұнымен шектелмейді. Құрлықтағы биогеохимиялық циклдарды ұғынудағы келесі кезек ұлы неміс химигі Ю.Либихтің зерттеулерімен байланысты. Ол химиялық элементтер өсімдіктерге 2 жол арқылы баратынын көрсетті. Бірі- ауадан көміртегі ретінде, екіншісі- топырақтан су ерітіндісі түрінде барады. Ю.Либих ауқымды зерттеулер жасады. Нәтижесінде өсімдіктер мен жануарлардың әртүрлі мүшелері мен тіршілік әрекетіндегі өнімдерінің құрамындағы минералды заттарды және топырақтың құрамын анықтайды. Негізінде, ол қазіргі кездегі ландшафт геохимиясында кең қолданылатын кездесетін талдау әдісін ең алғаш пайдаланған ғалым. Сансыз тәжірибелер нәтижесінде ол өсімдіктердің топырақтан химиялық элементтерді таңдап сіңіретінін дәлелдеді. Бұл ашылымның негізінде Ю.Либих баршамызға белгілі өсімдіктердің минералды қоректену теориясын жасады. Және топырақ - өсімдік - топырақ жүйесіндегі элементтердің циклдық миграциясын зерттеуге бастама жасады. Бұл жүйе кейін биологиялық айналым деп аталды. Биогеохимия үшін Ю.Либихтің жұмыстарының мағынасын асыра бағалау қиынға соғады. Ол биохимиялық циклдардың эксперименталды түрде зерттелуіне жолдар жасады. Әсіресе, химиялық элементтердің зерттелуіне жағдай жасады. Тірі организмдер мен минералды табиғаттың өзара әрекеттесу проблемасын философиялық тұрғыда құрастырылатын саладан нақты ғылыми зерттеулер және практикалық тәжірибелі салаға аударды. Оның жұмыстарынан кейін химиялық элементтердің биологиялық айналымы сезілетін шынайылық тапты. Либих миграциялық циклдерге қосымша элементтер массасын жасанды түрде енгізе отырып, адамдардың бұлармен қалай басқаруы керектігін көрсетті. Оның 1840 ж. Германияда жарық көрген Жер шаруашылығы мен өсімдіктер физиологиясына қосымшасындағы химия атты кітабында бөлек химиялық элементтердің табиғи масса алмасуының бұзылуымен байланысты. Елдер мен халықтар өмірін қарастыру әрекеті алғаш рет жасалды. Аналитикалық шеберлік, кең білімдарлық, ғылыми мақсаттылық қазіргі оқырмандарды таң қалдырды.
19 ғ. 80-ж. Ресейде генетикалық топырақтану пайда болды. Оның негізін салушы - жарық және біртума ғалым, Петербор университетінің профессоры В.В.Докучаев(1846-1903). Ол топырақтың көптеген факторлары топырақ түзу мүшелерінің өзара әрекеттесу нәтижесінде пайда болады деп қарастырды.
Топырақ түзушілер:
:: Топырақ түзетін тау жыныстары;
:: Өсімдіктер мен жануарлардың биологиялық белсенділігі;
:: Климаттық жағдайлар;
:: Бедер формалары, грунт сулары;
:: Грунт сулары;
:: Физикалық және химиялық желдету;
Нәтижесінде топырақ, келешек биокосты дене, екі түрлі компоненттердің бірігуін сипаттайды. Олар: тірі(биотикалық) және өлі(абиотикалық). Бұл топырақты геологиялық түр секілді ұқсас табиғи денелерден ерекшелейді. Биокосты денелер қатарына мүжілу қабығы және лайлар жатады. Докучаевтың оқулары құрлықтың топырақты қабығы - кең таралған табиғи түзулер мысалындағы тірі организмдер туралы ұлы химиктардың көзқарастарын тереңдетті, әрі нақтылады. Біруақытта алғаш рет тірі организмдердің табиғи жүйесінің басқа компоненттерімен бірлігі және бұл жүйенің өмір құбылыстарынсыз тіршілік ете алуының мүмкін еместігін көрсетеді. Көпқырлы, көпсандық және сәйкестіктері қиын фактілер мен болжамдар жаңа әдістемелік негізде қорытындылауды қажет етті. Бұл негізді геохимия қамтамасыз етті. Бұл ғылымның принциптеріне сәйкес, кез-келген объектті оны құрайтын химиялық элементтердің атомымен қатынасы арқылы сипат болады. Геохимиялық тәсіл алуан түрлі табиғи денелер мен процестерді салыстыруға және сәйкестендіруге ықпал етеді. Оның ішінде:
:: Жер шаруашылығы тірі организмдердің орташа сандық құрылымын анықтап, оны жер қабығының орташа құрылымымен сәйкестендіруі арқылы бір мерзімдегі тірі организмдердің геохимиялық қызметінің бағытын бағалауға болады.
:: Әлемдік құрлық өсімдіктерін қамтитын химиялық элементтерінің жыл сайынғы өсу массасын және жыл бойы ағатын өзен ағындыларымен шығатын аталған элементтердің массасын анықтау арқылы, әлемдік процестердің әрқайсысының мағынасы туралы мағлұматтар алуға болады.
:: Тірі зат және тірі организмдердің жекелеген топтарының қызметінің әлемдік әсерін объективті және қатаң ғылыми тұрғыда бағалауына мүмкіндік береді. Геохимияның дамуы әр елде түрлі жолдармен дамыды. АҚШ-та химиялық элементтердің бөлінуінің статистикалық зерттелуі басталды. АҚШ геологиясының қызметкері, химик Ф.У.Кларк табиғи сулар, тау жыныстары және басқа объектілердің негізгі типіндегі ең басты он химиялық элементтердің концентрациясын белгілеу мақсатында 19 ғ. 80-ж. Өзіндегі бар мағлұматтарды анализдеуге кірісті. 1889-1924 ж.ж. ол бірнеше рет химиялық элементтердің орташа кұрамы жөніндегі дәйекті мәліметтер жариялады. Ф. Кларктың The date of geochemistry атты кітабы жер қабығындағы негізгі химиялық элементтердің бөліну заңнамасының ең алғашқы дәлелдемесі болды. Ал Еуропада геохимия табиғи химиялық қосылыстар мен процестердің пайда болуын зерттейтін ғылым - минерологияның негізінде құрылды. Осы себептерге байланысты негізгі назар химиялық элементтердің таралуын анықтайтын процестерге қойылды. Норвегияда, Осло университетінде химиктер мен минерологтардың мықты ғылыми мектебі құрылды. Олар элементтердің физика-химиялық процестермен байланысты таралуын және қатынасын зерттеді. Бұл ғылыми мектептің қабырғаларынан атақты геохимик В.М. Гольдшмидт шықты. Ол химиялық элементтердің атаулары мен иондарының құрылуына байланысты таралуының заңдылықтарын жасады. Ал Ресейде геохимия Мәскеу Университетінің минерология кафедрасында пайда болды. Бұл кафедра жетекшісі В.И.Вернадский генетикалық минерологиядан курстар өткізді. Мұнда негізгі назар минералдың сыртқы белгілері мен қасиеттеріне емес, олардың пайда болу динамикасына ауды. Минералдардың пайда болу тарихының мәселелері В.И.Вернадскийді табиғи құбылыстарды атомдық дәрежеде зерттеуіне әкелді. Кейін ол химиялық элементтердің миграциясы жөніндегі геохимияның негіздері, жер қабығындағы элементтердің таралуы үшін изоморфизмнің мағынасы туралы негіздер жасады. Геохимияның аталған бағыттары биогеохимияның қалыптасуында негізгі рөлді алды. В.И.Вернадскийдің генетикалық минерология, геохимия және биосфера туралы ғылым - биогеохимия жасалған ғылыми концепциясының ең маңыздысы. Ол барлық табиғи факторлардың тығыз бірігуі және биосфераның қалыптасуындағы тірі заттар рөлінің басымдылығы болды. 1918-1919 ж.ж. ол Крым университетіндегі ең бірінші биогеохимиялық зерттеуді жүргізді. 1920 ж. В.И.Вернадский өзінің биогеохимиялық идеяларын Петерборда, Прагада, кейін 1926-1927 ж.ж. биогеохимиядан ең алғашқы курсты оқыған Сарбон қаласында насихаттады. Биосфера кітабында ғалым тірі организмнің геохимиялық рөлін дұрыс бағалау үшін, және мөлшерлік терминдердегі тірі организмнің сипатын сәйкесінше анықтау үшін: біріншіден, тірі материяның барлық организмдердің орташа химиялық құрамын, екіншіден, барлық тірі материяны білу керек. Бұл құрамы мен салмағы аталған организмнің тіршілік ететін ортаның салмағы және құрылымымен арақатынасты болуы қажет.
4. Биогеохимияның бөлімдері (жіктелуі)
Биогеохимияның жіктелуі
Биогеохимия ғылым ретінде жарты ғасырлық кезеңде бірнеше даму кезеңінен өтті. Жаңа бағыттарпайда болды, әдістемелік база нығайды, бай мағлұмат жиналды. Көптеген теориялық ережелер принциптермен, заңдар және аксиомалармен байыды.
1) Ғаламдық биогеохимия. Бұл бағыт жермен бірдей деңгейдегі жер қабықшасының өзара әрекеттесу сипатымен және олардың эволюциялық өзара әрекеттесу сұрақтарымен байланысты. Бұл бағыттың ғаламның міндеттері мыналар:
:: Жер, атмосфера, гидросфера, литосфера және криосфераның пайда болу мәселелері;
:: Өмірдің пайда болуы;
:: Тірі организмдер эволюциясының проблемалары;
:: Жер тіршілігіндегі маңызды кезеңдік оқиғалар.
2) Екінші деңгей - дербес қабықшалар деңгейі. Биогеохимияда бұл қабықшалардың компоненттері мен олардың өзара әрекеттесу сипатын оқу. Н.М.Сиберцов желдету процесіне анықтама бере отырып, желдету процесі литосфера, гидросфера, атмосфера және биосфераның шекарасында қарқынды жүреді деп жазды. Кейіннен интегралды түрдегі қабықшалардың өзара әрекеттесу идеясы В.Р.Вильямстың геология және биология айналымы туралы еңбектеріндегі негізгі ережелерге тоғыстырылады. Оның теориясында магмалық процестерінің өзі биологиялық айналымның бір бөлшегі ретінде қаралды. В.Р.Вильямстың концепциясында біз зерттеп жүрген эволюцияның ұлы динамикалық процесі - биосфера, атмосфера және литосфера элементтері арасындағы арақатынасының алғашқы сатысы - ол елдердің тундра жағдайында болуы делінген.
3) Аймақтар биогеохимиясы. Аймақтар - геологиялық құрылуының белгілері бар ірі территориялар А.Е.Ферсманның айтуы бойынша аталған төңіректің геохимиясын екі негізгі фактор анықтайды. Олар: бірі-оның геологиялық тарихы, екіншісі-геологиялық болашағы.
Климат өз кезегінде өсімдіктер сипаты мен айналым түрін анықтайды. Мұндай аймақтарға, мысалы: орыс платформасы, Қазақстандық қатпарлы Жүйе және т.б. Ауқымды түрде бұл проблема Орыс жазықтары үшін шешілді. Бұған В.А.Ковдой оның мұз дәуірінен кейінге кезеңдегі дамуының болжанған схемасын ұсынды. Осы тұспал бойынша, Орыс жазығы аясындағы топырақ түзілу секілді процестерінің және шөгінділердің пайда болуы мен даму үрдісінің ерекшелігін анықтайтын бірлігін болжайды. Бұл аймақ өте қолайлы, себебі мұндай биоклиматтық зоналардың табиғат заңына сәйкес алмасуы байқалады. Қазіргі таңда, антропогендік әсерге байланысты геологиялық және биологиялық айналым арасындағы қатынас қаншалықты өзгергені көрінетін жалғыз аймық осы.
4) Биомалар биогеохимиясы
Бұл биогеохимиялық жүйедегі жақсы зерттелгендердің бірі. Биогеохимия аясындағы Н.И.Базилевичтің биологиялық айналымға жасалған классификациясы биома төңірегіндегі биогеохимиялық процестердің ерекшеліктерін анализдеуге негіз болды.
5) Геохимиялық ландшафтілер биогеохимиясы. Бұған Б.Б.Полыновтың геохимиялық ландшафт жөніндегі оқулары негіз болды. А.И.Перельман бойынша биологиялық айналым ландшафтілер геохимиялық заңдардың ең маңыздысы болып отыр. А.И.Перельман өнімді процестер сипаттамасына жүгіне отырып, биогенді ландшафтілер тобын ұсынды. Ал М.А.Глазовскийдің геохимиялық ландшафтілер классификациясында өсімдік жамылғысының сипаттамасын негіз ретінде алды.
6) Биогеоценоз биогеохимиясы. Биогеохимиялық процестерді зерттеудің жүзеге асуы В.Н.Сукачевтың түсінігіндегі биогеоценоздың жүйесін пайдалануымен байланысты.
7) Биогеоценоздың дербес топтамаларының биогеохимиясы. Бұл кезеңде зерттеулер биогеоценоздың құрамына қарай бөлінуінің детальдылығына байланысты жүзеге асады. Осы деңгейде ғана міселе тірі организмдер, табиғи сулар және топырақ биогеохимиясы жөнінде болады. Әрі қарай зерттей келе, мәселен, орман жайылымдары, топырақ-грунтты сулар немесе өсімдіктердің белгілі-бір түрлері жайында болуы мүмкін. Әсіресе А.Л.Ковальскийдің зерттеулерін мысал ретінде келтірсек болады. Ол әсіресе өсімдік түрлерінің биогеохимиясының аймағын сипаттайтын толық көрсеткіштер кешенін ұсынды.
8) Изотоптар биогеохимиясы. Бұл тұрғыда, топырақтың жасын анықтау мақсатында топырақтануда С12, С14 элементтерін қолданғаны белгілі. Кезінде академик И.П.Герасимов көміртегінің екі формасы туралы ереже жасаған. Біріншісі - бұл айналымда белсенді айналатыны, ал екінші бөлігі айналымнан шығып топырақта түзілуі немесе жиналғаны. Қазіргі таңда қатты ластайтын, мәселен, цезий 137 және т.б. секілді элементтердің биогеохимиясы маңызды рөл атқарып отыр.
9) Тарихи биогеохимия. Бұл деңгейде зерттеулердің 2 немесе 3 деңгейін бөліп қараймыз. Бірінші кезекте бұл жерлің барлық кезеңі. Екіншіден - біз үшін мәні зор-голоцен деңгейі. Бұл биоклиматтық жағдайлардың алмасуы мен өзгеретін өзгерістерді бағалауға мүмкіндік береді. Бүгінгі таңда, топырақтүзушілік, ал ол дегеніміз белсенді биогеохимиялық циклдар субатланттық және атланттық кезеңімен ұштасқандығы болжануда. Сол кезеңде табиғи зоналардың түрлері өте аз болды. Тек болғаны 4, ал қазіргі кезде олардың саны 12. Кейбір зерттеушілер, голоцендер аясындағы жағдайлар өзге де аймақтар үшін бір түрде болмағанын болжады.
10) Техногенді ландшафтілер биогеохимиясы. Техногеноз термині геохимияда ертеден бері келе жатқанымен, соңғы жылдары зерттеулердің мәні күрт өсті. Бұл ерекше тәсілдер мен әдістерді талап етеді. Көп жағдайда техногенді зоналардағы мәселелер оның ластануымен және оның қайнар көзімен ұштастырылады. Осылай, зауыт маңайындағы, қоқыс тастайтын және шахта, сонымен қатар, мұнаймен ластанған жерлер техногенді зоналар болып табылады. Тірі организмдердің рөлі төтенше түрде маңызды деп шешілді.
11) Элементтердің жетіспеуі немесе шамадан тыс артуы - табиғи аномалиямен ұштастырылған арнайы аудандар биогеохимиясы. Бұл орайда В.В.Ковальскийдің фундаменталды идеялары негіз болды. Және биогеохимиялық провинциялар түрінде жүзеге асты.
12) Эксперименталды биогеохимия. Атап айтқанда, жер шарында адамның табиғатқа тигізетін әсерінен бастап барлығы интегралды түрде эксперименттер жүргізілді. Үлкен территорияларды жырту, тыңайтқыштар себу, бір ценоздарды екіншісіне ауыстыру, ғаламдық құрғақшылық және т.б. - мұның барлығы элементтер мен органикалық заттардың өзгеру циклы.
12.1. Пайдалы қазбаларды іздеу әдістері биогеохимияның өзінше бір бөлімін құрайды және өзінің практикалық мағынасы бар.
Жоғарыда аталған биогеохимиялық зерттеулердің жүйесі жер қабықшасының түрлі деңгейде деталді зерттелуімен негізделеді. Сонымен қатар, құбылыстар мен процестер биогеохимиясының зерттеуінде басқа да тәсілдерді жоққа шығармайды. Ғылыми әдебиеттерде кең орын алатын-бұл дербес элементтердің биогеохимиясые зерттеу. Мұндай тәсілде элементтердің биосфера төңірегіндегі жүріс-тұрысын анықтайтын қасиеттері жоғарыға қойылады.
Биогеохимиялық әдістер геохимиялық әдістермен, әсіресе органикалық геохимияда пайдаланатын әдістермен ұштасады. Екі пән де химиялық элементтердің кеңістікте, қандай уақытта, қандай жағдайда таралуын, олардың трансформациясын, миграциясын оқытады. В.И.Вернадскийдің идеясыжанатын пайдалы қазбалардың ұалыптасу теориясына негіз болды.
Қазіргі таңдағы биогеохимия кең продуктивті және артықшылығы көп ғылыми пән ретінде белгілі. Ол биология, геология және химия секілді шынайы ғылымдардың басын қосты.
Алайда, биогеохимияның өзекті мәселелерінің бірі - ол мамандандырылған кадрлардың жетіспеуі. Бұл салада мамандарды дайындау жеткіліксіз деңгейде.Ал бұл студенттерге көптеген пәндерді қажетті дәрежеде оқытуға себеп болып отыр. Мысалы, Жалпы геохимия.
Енді біздің факультетке деген жауапкершілікті ойлауға болады. Экология мамндығын таңдаған студенттерге түсетін жауапкершілік - осы кадрлардың қатарын толтыру. Әрине, осы курстарды тыңдаған университет түлектері биогеохимияның дамуына өз үлестерін өосады деген үміттеміз.
5. Элементтердің алғашқы синтезі
Әр элементтің атомының ядросы екі негізгі элементтен құралады: протон және нейтрон. Осы аталғандардың түрлі пропорциядағы бірігуі әртүрлі элементтер мен олардың изотоптардың қалыптасуына негіз болады. Элементтердің алғашқы синтезі үшін қажетті мөлшердегі протондар мен нейтрондар ғаламның тіршілігінде бірнеше секундтар ішінде пайда болды. Өзге ядроларға қарағанда нейтрондар рекцияға қабілетті, әсіресе, протондармен байланысқанда жылдам әрекеттеседі, нейтрондармен тез сіңіріледі. Сол уақыттағы болған температураны ескере отырып, шамамен 10 К, жаңа зерттеулер алғашқы үш минутта дейтерийдің тұрақты ядролары, гелий-3, гелий-4, гелий-7 тұрақты ядролары пайда болды.
Демек, сутегінің ауыр изотопы мен гелийдің изотоптары плазмада алғашқы секундтарда 3:1 секілді массалық қатынаста синтезделді. Ал қалған 90 элемент белгілі жұлдыздар мен энергетикалық деңгейлерде синтезделді.
Элементтердің сутегіден пайда болғандығы туралы болжам дәлелденді. Себебі, нейтронға қарағанда протон тұрақты. Сонымен қатар, сутегі басымды элемент. Жұлдыздардың энергия көздері көптеген жылдар бойында талқыланып келді. Ал қазіргі таңда көп ғалымдар жұлдыздардың бойындағы бар космостық реактор сияқты гипотезаны мақұлдап келді. Мұндай реакторлар тек энергияны ғана емес, сонымен қатар, толық спектрдегі химиялық элементтерді де генерациялау мүмкін.
Элементтердің кезеңді қалыптасуы температуралық шкалада бірқалыпты бірнеше миллионнан бірнеше миллиардтаған градустың қозғалуы арқылы бақыланады. 1-суретте ол схема түрінде көрсетілген.
1 - сурет. Көптеген элементтердің синтезінің уақытша шкаласы
Космостық кеңістіктегі элементтердің синтезделуі үшін бір секундтан миллиард жылға дейін уақыт керек.
Ғаламшардың химиялық құрылымы, нейтрондық жұлдыздыр мен қара ойықтарды қоспағанда, келесідей пропорциялар түрінде сипатауға болады. 1 000 000 атомдардың ішінде 924 400 сутегімен берілген; 74 00 - гелий; 830 - оттегі; 84 - азот; 82 - неон; 35 - магний; 33 - кремний; 32 - темір; 18 - күкірт; 8 - аргон; 3 - алюминий; 3 - кальций ал қалған 2 атом өзге де элементтер үшін. Ал қалған химиялық элементтер тек аз мөлшерде кездеседі. Химиялық терминдерді қолдана отырып, барлық ғаламшар тек сутегі мен гелийдің өзге басқа элементтермен қосындысынан құралады десек болады. Осылай элементтік бөлщектер мен элементтер логикалық тәртіпке бағынады. Ал бұл өз кезегінде космостық оқиғалар мен мезгілдік даталауды түзеу ғалымдармен пайдаланылады. Оттегі мен көміртегінің қалыптасуы сутегі, дейтерия және гелийді бөлу кезінде оңай жүреді.
Жұлдызды реакциялардың ядерлы синтезінің нәтижесі 1а - таблицада уранның-238 жойылуы түрінде берілген. Радиоактивті ядролар α-, β-, Pound- сәулелендіру әсерімен жойылады. 1а - таблица. Уранның жойылу реттілігі. (no Degens, 1989)
Келесі суретте көп тараған элементтердің тізімі берілген. Күн атмосферасының қандай элементтермен жарақтанғанын көреміз.
Жер эволюциясы - өте күрделі процесс. Төменде Жердің негізгі протобиотикалық компоненттерінің қалыптасуының маңызды моменттерін ғана қарастырамыз.
6. Литосфераның эволюциясы
Жер эволюциясы
Жерді Күн жүйесінің планетасы және аспан денесі ретінде қарастырсақ, ол диск тәрізді айналып тұрған газды - шаңды бұлттан 4,6 млрд жыл бұрын пайда болған. Жер эволюциясының күрделілігі сонша бұл тарауда толығымен қарастырып шығу мүмкін емес. Тек жер протобиотикасының маңызды компоненттерінің түзілуін (атмосфера, литосфера, гидросфера) қарастырамыз.
Литосфера эволюциясы
Қазіргі таңда Күн жүйесінде айналмалы дисководты небула секілді дамығаны дәлелденген. Жердің ішкі бөлігінің температурасы мен қысымы шамамен 1400 К және 10 Па (10¯4 атм.) болған. Белгілі теорияның бірінші станиясында кальций қышқылы, алюминий, титан мен силикаттың, платина тобына жататын металдардың, темір мен никельдің түзілуі жүрді. Бұл конденсация шамамен 1360 К температурада басталды. Температураның 1200 К-ға дейін төмендеуімен силикаттың MgSiO3 түріндегі синтезі жүрді.
Протожердің көлемінің қалыптасуы Күн небулалы конденсациясы стадиясынан бұрын түзіле бастады. Нәтижесінде протожердің конденсациясынан кейінгі стадиялары небуланың шамамен 400 К температураға дейінгі суыған кезінде жүріп отырды. Түзілген теңшамалы конденсаттың құрамында темір, темір сульфиді, магнийдің гидратталған силикаттары мен көптеген шашыранды заттардан құралған. Бұл заттардың конденсаттармен қоспасы өте жоғары температурада қалыптасып, жер бетінде ұзақ жылдар бойы (10-ның 5 және 7 дәрежесі) яғни жоғары мантия қабатының қалыптасуына дейін сақталып отырды. Күн газынан шаңның үш түрі конденсацияланды: тотықтар, металды никель - темір мен магний силикаты. Темір суығаннан кейін H2S, H2O-термен әсерлесіп FeS мен FeO-ны түзді.
Одан кейінгі өзгерістер 400 К-дан төмен температурада жүріп отырды. Жердің газдан тазаруы 4 млрд жыл бұрын уақытқа созылып, нәтижесінде протоатмосфера мен протогидросфера қалыптасты. Мантия мен ағындардың коонвективті режимде болуы температура өзгерісімен байланысты болды.
Осыдан 4 млрд жыл бұрын қарқынды жанартау атқылауы, полигональды жасушалардың жылдам ауысуы мен ірі тектоникалық қысымдар континент тәрізді қабатты қалыптастырды. Осы кезеңдерде кішігірім лужайктер бірнеше жүздеген километр тереңдікке дейін көлденеңінен протоконтинеттерді қалыптастырды. Одан әлдеқайда көне жыныстардың жасы шамамен 3,8 млрд жыл болды және солар арқылы жер қабатының эволюциясын зерттеуге мүмкіндік берді.
Геологтар жерді жер қабығы, мантия және ядро деп үш негізгі қабаттарға бөліп қарастырады. Жердің қазіргі геохимиялық моделі бойынша жер құрылысын тереңдігіне қарай төмендегідей қабаттарға бөледі, км:
A - жердің беткі қабығы - 10-нан 70-ке дейін;
B жоғарғы мантия қабаты - 400-ге дейін;
C - транзиттік зона - 400-ден 1000-ға дейін;
D - төменгі мантия қабаты - 1000-нан 2900-ға дейін;
E - ішкі сұйық ядро қабаты - 4600-ға дейін;
F - транзиттік зона - 4600-дан 5150-ге дейін
G - ішкі қатты ядро қабаты - 5150-ден 6571-ге дейін.
Жердің ішкі қабаттары
Жердің беткі қабаты -- литосфераның беткі бөлігін құрайтын, төменгі жапсары Мохоровичич деңгейімен шектелген Жердің ең үстіңгі қабығы. Жер қыртысы қалыңдығына, құрамына, құрылысына қарай құрлықтық және мұхиттық болып негізгі 2 типке бөлінеді. Құрлықтық жер қыртысының қалыңдығы тектоник. жағдайына байланысты 25 -- 45 км-ден (платформаларда) 45 -- 75 км-ге дейін (тау түзілу аймақтарында), ал мұхиттық жер қыртысының қалыңд. 5 км-ден (Солтүстік Мұзды мұхит) 10 -- 12 км-ге дейін өзгереді. Жер қыртысы төмен қарай тығыздығы арта беретін жанартаутекті-шөгінді (тығызд. 1,8 -- 2,5 гсм3), гранит -- метаморфты (2,5 -- 2,7 гсм3) және базальтты (2,7 -- 3,0 гсм3) қабаттарға бөлінеді. Жер қыртысының жоғарғы бөлігі қатпарларға жиырылып, жарылымдармен қиылған және төм. сатыда метаморфталған шөгінді, терригенді және магмалық тау жыныстарынан құралған. Қалыңдығы платформаларда 1 -- 2 км, терең ойыстарда 10 -- 20 км жетеді. Шөгінді қабаттың астында салмағы жеңіл, гранит пен гнейстерден түзілген шөгінді қабаттың жыныстарымен алмасып отыратын гранит-метаморфты қабат орналасқан. Гранит қабатының қалыңд. жазықтар астында 15 -- 20 км, тау жүйелері табанында 15 -- 50 км-ге дейін. Мұхиттар түбінде граниттік қабат өте жұқа, не мүлде болмайды. Граниттік қабат Конрад бетімен шектеледі. Жер қыртысының ең төменгі бөлігінде базальт, габбро және күшті метаморфтануға (метаморфизмге) ұшыраған шөгінді жыныстардан құралған базальт қабаты орналасқан. Жер қыртысының аралық типтері: субмұхиттық жер қыртысында шөгінді жыныстар мұхиттық жер қыртысындағыдан қалың болады; субконтиненттік жер қыртысы жұқа болады әрі граниттік қабат анық байқалмайды. Геофизикалық деректер бойынша, Қазақстандағы жер қыртысының қалыңдығы Тұран тақтасы, Каспий маңы ойысында 35 -- 45 км, Тянь-Шань, Таулы Алтайда 45 -- 50 км, Орт. Қазақстанда 50 -- 55 км. Жер қыртысының үнемі дамып өзгеруі нәтижесінде геосинклинальдар сияқты қозғалмалы аймақтар платформаларға айналады. Жер қыртысының дамуының басты себептері -- Жердің аса терең қабаттары мен жоғарғы мантиясы арасында өтетін процестер.
Жер мантиясы (грекше mantіon -- жамылғы), Жердің қыртысы мен ядросының аралығында орналасқан геосфера. Жер көлемінің 83%-ын, массасының 23-ін алып жатыр. Температурасы 2000 -- 2500°С. Жоғарғы мантияның қалыңдығы 800 -- 900 км, төменгі мантияның шекарасы 2900 км тереңдікте орналасқан. Болжал бойынша мантия құрамы ауыр минералдарға бай, негізінен, магний мен темірден тұрады. Астеносфера қабатынан басқа мантиядағы заттар қатты кристалдардан құралған. Мантия тектоникалық қозғалыстармен, магмалық, жанартаулық, т.б. процестермен тығыз байланысты.
Сейсмикалық толқындардың жер мантиясының қимасынан өту жылдамдығы да қима деңгейінің терендігіне тікелей байланысты. Нақ осы байланыс негізінде, яғни сейсмикалық толқындардың мантия қимасынан өту жылдамдығындағы өзгерістерді саралау нотижесінде Ж.м. шартты түрде үш бөлікке бөлінген: жоғарғы мантия, немесе В облысы -- Мохоровичич және Голицын жазықтықтарының аралығы; төменгі мантия, немесе мантияның Д облысы (кейде "45 градусты даралану деңгейі" деп аталады), шамамен 950 км терендік пен жер ядросы жабынының (2900 км терендік) аралығын қамтиды; алмасу белдемі деп аталатын мантияның ортаңғы бөлігі (мантияның С облысы) Голицын жазықтығы мен "45 градусты даралану деңгейінің" аралығына орналасқан.
Ядро (nucleus) - жануарлар мен өсімдіктер клеткаларының ең маңызды құрам бөлігі. Ядро тұқым қуалаушылық (генетика) ақпараттың сақталуы және осыған байланысты клетка цитоплазмасындағы белоктар мен ферменттердің түзілуін қамтамасыз етеді. Ядроны алғаш рет тауықтың жұмыртқа клеткасынан байқаған 1825 ж. чех ғалымы Я.Пуркине (1787 - 1869) болды. Ядроны өсімдіктер клеткасынан ағылшын ботанигі Р.Броун (1831 - 33), ал жануарлар клеткасынан Т.Шванн (1838 - 39) анықтады. Ядро кариолеммадан (ядро қабықшасы), хромосомалардан, ядрошықтан және кариоплазмадан (ядро сөлі, шырыны) құралады. Кариолемма ядроны клетка цитоплазмасынан бөліп тұрады. Ол сыртқы және ішкі жарғақшалардан және олардың аралығындағы жарғақаралық (перинуклеарлы) кеңістіктен тұрады. Кариолеммада көптеген ұсақ тесіктер болады. Олардың саны клеткадағы түзіліс процестерінің белсенділігіне байланысты. Түзіліс процесі күшейген сайын, тесіктер саны да көбейеді. Ядро қабықшасы тесіктері арқылы клетка цитоплазмасы мен Ядро аралығында зат алмасу процесі (белоктар, көмірсулар, майлар, нуклеин қышқылдары, су, әр түрлі иондар) үздіксіз жүріп отырады. Кариолемма тесіктері арқылы ядро цитоплазмалық тормен, одан әрі клетканы қоршаған ортамен байланысады. Ядроның біркелкі қоймалжың сұйық бөлігі кариоплазма деп аталады. Оның құрамына су, белок, көмірсулар, нуклеопротеидтер, витаминдер, ферменттер, минералды тұздар иондары кіреді. Кариоплазма митоз кезінде цитоплазмамен қосылып кетеді. Ол ядроның құрам бөліктерін байланыстырып тұрады. Ядро құрамындағы қара-көк түске боялған, дөңгелек келген денешікті ядрошық деп атайды. Оның мөлшері 1 - 5 мкм, оның негізін жуандығы 60 - 80 нм жіпше торы құрайды. Ядрошықтың саны 1 - 2, кейде одан да көп болуы мүмкін. Ядрошық нуклеопротеидтен (РНҚ және белок) құралған. Онда рибосомалық РНҚ (р-РНҚ) және рибосомалар түзіледі.
Жер ядросы (лат. nucleus, грек, kaiyon -- ядро) -- организмдегі протеиндік алмасуды реттеу арқылы тұқымқуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізетін жасушаның негізгі бөлігі. Интерфазалық жасуша ядросы хроматин дәншелерінен (хромосомалардың көрінетін бөліктері), ядрошықтан, нуклеоплазмадан (кариоплазма -- ядро сөлі) және нуклеолеммадан (кариолемма) тұрады. Сыртқы және ішкі жарғақтардан құралған нуклеолеммада цитоплазмамен қатысатын диаметрі 80-90 нм тесіктер болады. Интерфазалық хроматин дәншелері хромосомалардың микроскоппен көрінетін бөліктері. Хромосомалардың таратылған, нашар боялатын және белсенді қызмет атқаратын бөліктерін -- эухроматин, ал ширатылып жақсы боялатын, енжар қызмет атқаратын бөліктерін гетерохроматин деп атайды. Хромосомалар тұқымқуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізетін құрылым. Олар дезоксирибонуклеопротеидтерден тұрады. Ядрошық дөңгелек келген, диаметрі 1-5 мкм денешік. Ядрошықта рибосомалар түзіледі. Кариоплазма ядроның біркелкі боялған қоймалжың бөлігі. Кариоплазма құрамында нуклеин қышқылдары мен протеиндерді түзуге керекті нуклеопротеидтер, гликопротеидтер және әртүрлі ферменттер болады.
Жер континеттерінің жаһандық қалыптасу процесі осыдан 3-2,5 млрд жыл бұрын жүрген, бұл үпроцесті ғылымда кратонизация деп атайды.Қазіргі таңда, күн жүйесі айналмалы дискі тәріздес небулдардың көмегімен дамыды деген дәлелдеме бар. Ішкі бөлігіндегі температура мен қысым шамамен 1400 К және 10 Па. Бұл теорияларға жүгінсек конденсацияның бірінші стадияларында кальций, алюминий, титан және силикат, платина тобындағы металлдар, темір және никельдің қалыптасуы жүрді. Аталған конденсация шамамен 1360 К температурасында басталды. Ал температура 1200 К төмендегенде MgSiO3формасындағы силикаттардың синтезі басталды. Прото - Жердің көлемі күн небулының конденсациясының ерте кезеңдерінде пайда болды. Нәтижесінде прото-Жер мантияның астында орналасқан магний силикатынан құралатын темірден немесе жердің қатты қабатымен байланысты бөліну қалыптаса бастады. Конденсацияның кешірек кезеңдері небулдың шамамен 400 К температурасына дейін төмендегенде жүрді. Түзілген бірқалыпты конденсаттың құрамында темір, темір сульфиді, магнийдің гидратталған силикаты және кейбір ұшатын заттар болды. Бұл заттардың конденсаттармен біріккен қоспасы жоғары температураларды түзілген және жоғарғы мантия - қабық жүйесінің пайда болуына дейін көп уақыт бойында Жерде өмір сүрген.
Жердің газсыздануы 4 млрд. Жыл бұрын болды, ал бұл протоатмосфера және прото-гидросфераның қалыптасуына әкелді. Литосфераның кезекті эволюциясы температуралық өзгерістермен байланысты. 4 илрд. Жыл бұрын вулканизм, полигонды клеткалардың жылдам орын ауыстыруы және үлкен тектоникалық қысымдар Жердің қыбығыныі қалыптасуына кедергі болды.
Геологтар жер шарын қабық, мантия және ядро деп бөледі. Ал қазіргі таңда жаңа геохимиялық ақпараттарға сүйенсек жердің келесідей құрылымдық үлгісін алуға болады. Тереңдік өлшемдері км.- мен берілген:
A - қабық - 10-нан 70 - дейін;
B - жоғарғы мантия - 400-ге дейін;
C - транзитті зона - 400-ден 1000-дейін;
D - төменгі мантия - 1000-нан ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz