Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Биохимический круговорот кремния в природе


Жизнь ставит цели науке, 
наука освещает путь жизни.

Н. К. Михайловский

Минеральный, кремнезем и k силикаты

Три с лишним миллиарда лет жизни на нашей планете коренным образом изменили ее облик. Существенную роль в этом сыграли биохимические процессы с участием соединений кремния - кремнезема, кремнекислот, силикат тов и алюмосиликатов.

Кремний является циклическим элементом, совершающим непрерывный круговорот в природе (рис. 5). "Миллионы тонн этого элемента, - указывал В. И. Вернадский, - находятся в непрерывном движении - в геохимической миграции". Несомненно, это ничтожная доля всего кремния, находящегося в земной коре. Тем не менее его количество огромно, гораздо больше, чем количество биогенного кремния, участвовавшего в жизненных процессах. Все жившие на нашей планете организмы непрерывно извлекали кремний из окружающей среды в ходе своей жизнедеятельности и выбрасывали неутилизируемую его часть с экскрементами. Весь аккумулированный этими организмами кремний также возвращался в литосферу и гидросферу в виде остаточного после их разложения продукта.

Рис. 5. Круговорот кремния в природе,
Рис. 5. Круговорот кремния в природе,

За год через живое вещество проходит огромное количество кремния, в тысячи раз большее его содержания в данный момент во всех живых организмах. Благодаря этому живое вещество имеет большое значение в геохимической истории кремния.

Биохимические функции жизни, приводящие к миграции кремния, o принадлежат к геологически вечным, то есть существующим в течение всего времени наличия биосферы на нашей планете.

Главную роль в биохимическом круговороте кремния играли и играют низшие классы организмов и растения, поглощающие его из окружающей среды и возвращающие в измененном виде после своей гибели.

Существенное влияние на круговорот кремния в природе оказывают и процессы образования осадочных пород, а также высшие беспозвоночные (черви, моллюски, членистоногие, насекомые, иглокожие, оболочники и т. д.). Последние содержат очень мало этого элемента, но следует учитывать их огромную численность и весьма интенсивную деятельность. При их воздействии почва постоянно разрыхляется, перемешивается и размельчается, а разложение растительного материала и высвобождение кремнезема протекает в 2-3 раза быстрее, чем при их отсутствии.

В круговороте кремния участвуют и млекопитающие, в особенности травоядные, однако незначительно. Участниками процесса почвообразования являются грызуны и другие животные, роющие норы.

В нашем столетии стал активно вмешиваться в круговорот кремния и человек.

Кремний в основном концентрируется в биосфере и осадочной оболочке литосферы. С увеличением глубины его количество постепенно уменьшается. На земной поверхности живое вещество постоянно захватывает кремний из его водных растворов и золей и даже из кремний содержащих горных пород и минералов. Биохимический цикл кремния начинается с разрушения горных пород и образования почвы. Первый процесс некогда рассматривался как сугубо физический. Однако теперь твердо установлено, что основной причиной его является биохимическое действие таких организмов, как бактерии, простейшие, грибы, водоросли и лишайники. Разрушение живыми организмами кристаллических горных пород привело к зарождению почвы.

Читатель уже узнал, что важную роль в геохимии кремния играют бактерии, и прежде всего силикатные. Они активно разрушают силикаты, высвобождая кремнезем, калий, фосфор и другие минеральные элементы в растворимой и усвояемой растениями форме. Таким образом, бактерии, по-видимому, оказались первыми живыми существами, которые подготовили на суше условия для появления низшей растительности.

Мощнейшим агентом разрушения горных пород являются водоросли, особенно диатомовые, которые, как уже сообщалось выше, обитают не только в соленых и пресных водоемах, но и на увлажненных скалах, прибрежных песках и других участках суши. Лишайники разрушают горные породы не только химическим, но и механическим путем.

Освобожденный биохимически из силикатных минералов кремнезем вновь непосредственно усваивается бактериями, низшими растениями и, претерпев ряд превращений, опять возвращается в почву в виде вторичных минералов. Многие неустойчивые минералы (глины, слюды, цеолиты, диатомиты и др.) давно бы исчезли с лица земли, если бы постоянно не создавались вновь живыми организмами.

После разложения остатков низшей растительности часть аморфного кремнезема усваивается высшими растениями. Другая часть его вымывается и, попадая в ручьи и реки, выносится в озера, моря и океаны.

Однолетние растения возвращают накопленный кремнезем в почву в конце вегетации - отмирая, а многолетние сбрасывают его вместе с листьями. Опавшие листья гумифицируются тем медленнее, чем выше в них содержание кремнезема. Гумусовые кислоты участвуют в разложении силикатов. Некоторую роль в разложении опавших листьев играют животные (в основном низшие). Так завершается цикл биохимического круговорота кремния в природе.

А. П. Виноградов указывал, что в наше время па суше биогенный геохимический круговорот кремния особенно энергично протекает в тропических областях. Там интенсивная жизнедеятельность почвенных организмов, высокая температура и влажность способствуют быстрому перемещению кремнезема из горных пород в почву в виде гелей кремнекислоты. Последняя в избытке поглощается растениями (бамбук, сахарный тростник и другие злаки), в тканях которых отлагается аморфный кремнезем. С гибелью растения он возвращается в почву.

В океанах, морях и озерах начинается самый мощный по масштабам цикл круговорота кремния. Осаждение растворенного в морской воде кремния происходит лишь биогенным путем. Об этом свидетельствуют современные морские и озерные отложения кремнезема, состоящие из остатков низших организмов (скелеты диатомей, спикулы губок и др.). Исключительно биогенное происхождение имеет и взвешенный в оводе кремний.

А. П. Виноградов допускает присутствие в морских и океанических водах кремнийорганических соединений, являющихся продуктами распада древнейших реликтовых кремнийконцентрирующих организмов. Их останки постепенно минерализируются и в виде взвеси медленно оседают на дно водоемов. В ходе этого процесса они частично растворяются, частично поедаются кремнийкон- центрирующими животными, возвращаясь снова в круговорот кремния.

Основная же масса биогенного кремния образует на дне огромные залежи кремнезема (диатомовый, глауконитовый и радиоляриевый илы, яшма, халцедон и т. д.). Наиболее распространены в этих отложениях диатомовые осадки. Они составляют 70-75% всех кремнеземистых осадков и расположены в основном в холодных частях океана, ближе к его северным областям. В отложениях тропических и субтропических областей океанов преобладают скелеты радиолярий. Вместе с диатомовыми отложениями они составляют 98-99% всех кремнеземистых осадков Мирового океана. Остатки кремниевых губок и Других кремнеорганизмов составляют лишь 1-2% донных отложений кремнезема (хотя в отдельных водоемах, например в озере Байкал, спикулы кремнистых губок составляют существенную часть отложений).

За год на дне океанов отлагается 190 миллионов тонн кремнезема. Это несколько сотен тысяч кубических километров. Такие донные отложения занимают 20,4% площади Индийского океана, 14,7%-Тихого и 6,7%-Атлантического.

Вследствие частичного растворения остатков кремне-организмов вода, находящаяся в порах осадков кремнезема, представляет собой насыщенный раствор. Очень высока концентрация кремния и в придонном слое воды. Поднятый восходящими потоками наверх кремний возвращается в биологический круговорот. Нередко в почвах в значительных количествах содержатся скелеты диатомовых водорослей и спикулы кремнистых губок.

Человеческая деятельность вносит диссонанс в био-геохимический круговорот кремния в водоемах. Так, недавно фосфатные сточные воды вызвали в южной части озера Мичиган столь сильное развитие диатомей, что содержание кремния в воде опустилось ниже минимального значения, необходимого для их жизнедеятельности, и создались все условия для вытеснения диатомовых водорослей сине-зелеными.

Горючие полезные ископаемые органического происхождения - каустобиолиты (нефть, уголь и горючие сланцы) также содержат сравнительно много кремния. В состав золы нефтяного кокса, например, входит до 15% кремнезема. Однако вопрос о том, является ли происхождение кремния в каустобиолитах биогенным, остается до сих пор открытым. Не исключено, что в нефти содержатся и кремнийорганические соединения.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'