Биогеохимияның негізгі концепциялары (сұрақ-жауап түрінде)

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 79 бет
Таңдаулыға:

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.

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.

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.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.