Еще в прошлом веке под биосферой подразумевали растительное и животное население Земли, т. е. это было понятие скорее биологическое, чем геологическое. В. И. Вернадский показал, что биосфера, существующая на границе трех фаз — атмосферы, гидросферы и земной коры, является одной из оболочек Земли со своеобразным составом и свойствами. Совокупность всех организмов, населяющих биосферу Земли, он предложил назвать «живым веществом».
Организмы, или живое вещество, участвуют в геохимических процессах. Поэтому те геохимические процессы, которые идут при его участии, стали называть биогеохимическими. Невозможно себе представить процессы на Земле без участия живого вещества. Это участие организмов в геохимических процессах может быть прямым — непосредственным или косвенным.
Прямое участие организмов — это образование за счет их тканей после их гибели горных пород и руд, например известняков, мела, фосфоритов, диатомита, углей, нефти и многих других биолитов, как их назвал Я. В. Самойлов. Косвенное участие организмов, или живого вещества, в геохимических процессах еще более значительно. К ним относятся разнообразные и многочисленные процессы в земной коре, идущие под влиянием продуктов жизнедеятельности организмов, а именно углекислого газа, кислорода, органических кислот, гумуса, а также процессов фотосинтеза и т. д. Повсеместно идущие на поверхности Земли процессы выветривания разнообразных горных пород, концентрации отдельных химических элементов или их соединений в осадках и осадочных породах — до участия в образовании железных, марганцевых руд, концентрации урана, ванадия, германия и других редких элементов в углях, твердых битумах, нефтях — все это явления, в которых играет роль живое вещество.
Организмы не повторяют состава среды, т. е. биосферы. С геохимической точки зрения главную массу всех организмов составляют соединения тех химических элементов, которые, будучи достаточно распространенными, образуют газы или водорастворимые соединения, очень подвижные в условиях биосферы. Из этого следует, что недостаточно одного какого-либо свойства химического элемента или его соединений, например большой распространенности, чтобы организмы использовали его в своих тканях. С другой стороны, химический состав одного вида организмов отличается от состава другого вида или, еще резче, состав рода — от состава другого рода. Можно сказать, что химический элементарный состав является одним из видовых признаков организмов.
Химический состав организмов, особенно растений, значительно меняется в зависимости от стадии развития организма и условий среды обитания. Стало известно, что многие виды накапливают некоторые элементы, например J (морские водоросли), Мо (бобовые) или NaCl (солянки) и т. д.
Можно различать два типа организмов-концентраторов. Одни организмы накапливают тот или иной химический элемент в зависимости от его концентрации в среде. Это тип групповой концентрации. Другие виды при всех условиях концентрируют тот или иной химический элемент в большей мере, чем другие виды. Это селективные организмы-концентраторы. Организмы, концентрирующие тот или иной химический элемент, в совокупности называют специфической флорой или фауной, например литиевой, галофитной, кальциевой, серпентинитовой, алюминиевой, кремниевой, цинковой, селеновой и т. д.
Разнообразие химического состава организмов, о котором мы, быть может несколько отвлеченно, только что говорили, в биосфере тесно связано со своеобразием областей обитания этих организмов. Многие растения являются показателями присутствия тех или иных горных пород или индикаторными видами при поисках руды. Действительно, нередко границы того или иного растительного сообщества совпадают с границами геологических формаций, фаций или ландшафтов. Поэтому у нас развивали учение о геохимии ландшафтов, подчеркивая, что определенный тип ландшафта выделяется на основе изучения особенностей миграции химических элементов или соединений и что этот тип миграции элементов имеет вполне определенный характер (Б. Б. Полыном, А. И. Перельман).
Однако очень трудно определить, чем геохимический ландшафт отличается от физико-географического.
Мы назвали биогеохимическими провинциями области на поверхности Земли (в биосфере), характеризующиеся уровнем содержания в них химических элементов (или их соединений) и вследствие этого вызывающие различную биологическую реакцию со стороны местной флоры и фауны.
В крайних случаях в результате резкой недостаточности или избыточности содержания какого-либо химического элемента (или элементов) в пределах биогеохимических провинций возникают биогеохимические эндемии, заболевания растений и животных.
Необходимо заметить, что имеет значение не только абсолютное содержание химического элемента в какой-либо области, в ее породах или почвах, но и содержание определенной его формы, например Fe2+ или Fe3+, Mn2+ или Mn4+, Se2- или Se4- и т. д. Таким образом, мы нередко встречаемся не только с абсолютной недостаточностью или избыточностью, но и с относительной недостаточностью или избыточностью: это зависит от степени доступности той или иной формы нахождения химического элемента для данной флоры и фауны. Так, например, Со и многие другие химические элементы в условиях щелочной реакции среды, в частности в результате известкования почв, мало доступны растениям. Наоборот, Мо в этих условиях весьма доступен растениям вследствие образования легкорастворимых молибдатов (отсюда болезнь животных — молибденозис). Но Мо плохо усваивается в кислых почвах из-за образования труднорастворимой молибденовой кислоты и т. п. Когда мы говорим о биологической реакции местной флоры и фауны на среду, мы имеем в виду два главных аспекта: 1) своеобразие естественного подбора и состава местной флоры и фауны, возникшее под воздействием химической или геохимической среды в подобных провинциях, и 2) изменчивость местных видов, а именно появление уродливых форм, вариаций, временной изменчивости и, наконец, возникновение более устойчивых изменений с появлением рас и подвидов.
В настоящее время установлено более 30 химических элементов, с которыми связано образование биогеохимических провинций и эндемий в случаях их недостаточности или избыточности в среде. Это химические элементы, которые в биосфере образуют легкоподвижные и легкорастворимые соединения — Li, В, С, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, V, Cs, Mn, Fe, Go, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, J, Sr, Ba, U и др.
Химические элементы, не образующие в биосфере, как правило, легкорастворимых соединений, например Ti, Th, Zr, Nb и другие, независимо от их содержания в почвах или породах не вызывают образования биогеохимических эндемий.
Систематическое геохимическое изучение биогеохимических провинций, их картирование позволяет в настоящее время выделить среди них по генезису по крайней мере два типа. Первый тип биогеохимических провинций, встречающихся в виде небольших пятен или занимающих более обширные области, постоянно наблюдается в пределах некоторых вполне определенных современных почвенно-климатических зон. Так, например, в пределах зоны подзолистых и дерново-подзолистых лесных почв у нас в СССР, начиная с зоны этих почв в прибалтийских республиках, через Подмосковье и Урал, далее через всю Сибирь до берегов рек Зеи и Бурей на востоке, встречаются биогеохимические провинции, связанные с недостаточностью J, Са, Со, Сu и др. Они строго приурочены к этой зоне.
Подобного рода биогеохимические провинции с биогеохимическими эндемиями, например простого зоба, ломкости костей животных, акобальтоза, анемических и других заболеваний скота, не встречаются в соседней почвенно-климатической зоне — зоне чернозема. Из-за незначительного содержания в этих почвах органического вещества и других обстоятельств ионы многих элементов не фиксируются этими почвами. Таким образом, этот тип биогеохимических провинций и эндемий является зональным, приуроченным к определенной зоне, и носит негативный характер, т. е. возникает в результате недостаточности определенных химических элементов.
Второй тип биогеохимических провинций и эндемий обнаруживается вне связи с какой-либо определенной почвенно-климатической зоной. Биогеохимические провинции и эндемии этого типа могут встречаться в любой зоне и, таким образом, имеют интерзональный характер, Так, была обнаружена борная биогеохимическая провинция и соответствующая эндемия среди флоры и фауны, флюороз — среди людей, живущих вблизи вулканов, и т. д. Этот тип провинций и эндемий возникает вследствие образования первичных или вторичных ореолов рассеяния соленосных отложений, вулканических эманации, рудных тел и месторождений различных ископаемых. Такие провинции и эндемии, в отличие от первого типа, имеют позитивный характер, т. е. возникают на почвах с избыточным содержанием тех или иных химических элементов. Интересно привести некоторые примеры провинций и эндемий, которые были обнаружены за последние годы в СССР. Нечего говорить о том, что выяснение характера подобных эндемий дало в руки исследователей возможность найти средства для борьбы с ними.
Наиболее ранние исследования (в 30-х годах) в этом направлении велись по борьбе с эндемией простого зоба главным образом в горных районах Кавказа, Средней Азии, Восточной Сибири и др. При Наркомздраве была создана центральная комиссия по борьбе с зобом. Было организовано снабжение населения этих районов так называемой полноценной — иодированной солью. В связи с этим были проведены многочисленные исследования по содержанию йода в почвах, растениях, местных продуктах. В начале 40-х годов усилились исследования уровского заболевания у людей (деформация скелета) в Восточном Забайкалье между реками Шилкой, Аргунью и Ундой, главным образом по Урову, Газимуру и другим рекам этого горно-таежного района. Уровская эндемия впервые была здесь открыта более ста лет назад. Здесь мы касаемся лишь одной стороны эндемии — геохимической особенности территории, т. е. химического состава ее почв, рек, растительного покрова, явившихся причиной ее возникновения. Были произведены обширные исследования в этом направлении. В результате было найдено, что распространенность уровской болезни, ее напряженность в отдельных районах этого края прямо коррелируется с содержанием Са в местных водах. «Здоровые» села приурочены к областям развития известняков, к источникам с жесткой водой. «Больные» села приурочены были к областям с наиболее низким содержанием Са в окружающей среде, мягким водам и к тому же к пище, бедной Са. Таким образом, его недостаток в местной воде, пище и другие неблагоприятные обстоятельства приводили к деформации костей еще в детском возрасте и оставляли след на всю жизнь. В результате были приняты меры к устранению этого заболевания.
В работах главным образом Я. В. Пейве, Я. М. Берзина и других были обнаружены районы акобальтоза у скота в Латвии и других районах СССР. В связи с этим у нас появились геохимические исследования по поведению Со в процессах гипергенеза (В. В. Ковальский и др.). В результате были предложены мероприятия для борьбы с этой эндемией.
Обширные исследования были проведены по изучению причин невызревания хлебов на торфяных почвах Белоруссии, где основной причиной была либо недостаточность содержания в почвах Си, либо нахождение ее в форме, недоступной для растений. Было начато геохимическое изучение обширной области с борным засолением почв, охватывающей почти всю Арало-Каспийскую низменность и ряд районов Средней Азии. Эта борная биогеохимическая провинция характеризуется высоким содержанием В в почвах, растениях и водах. В результате здесь были открыты эндемические формы растений и эндемическое заболевание скота (Н. В. Шахова). Систематически велись исследования в областях, богатых Sr, с целью выявления его роли в местных эндемических заболеваниях, затем в урановых, селеновых, молибденовых и многих, других геохимических провинциях (В. В. Ковальский с сотрудниками).
Таким образом, накопилось огромное количество сведений по геохимии в зоне гипергенеза. Если к этому добавить широкое развитие в СССР исследований по микроэлементам в смысле их значения в сельском хозяйстве, медицине, давших несомненно уже много практически важных решений, а также по химической экологии, которые в ряде случаев привели к открытию специфических флор, например литиевой (Т. Ф. Боровик-Розанова, А. Риш и др.), то нужно сказать, что геохимические исследования поверхности Земли велись у нас очень разносторонне и обширно.
Действительно, изучение содержания микроэлементов в почвах, растениях и животных за последние годы приняло весьма широкий размах. Это облегчалось расширением и усовершенствованием количественного спектрального анализа. Анализы почв имеют непосредственный агрохимический интерес и являются исходным материалом для составления карты СССР по распределению микроэлементов в почвах. Содержание микроэлементов в организмах стало основой изучения физиологического обмена микроэлементов в живом веществе. Вместе с тем изучение биогеохимических провинций и эндемий, химической экологии и специфической флоры явилось основой для разработки биогеохимического метода поисков полезных ископаемых. Главная его задача — нахождение ореолов рассеяния рудных месторождений по почвам и растениям. Опытный геоботаник по составу флоры или ее изменчивости может многое подсказать геохимику. Однако обычно геохимик предпочитает проведение химического анализа почв и растений изучаемого района геоботаническим наблюдениям. Между тем состав флоры и ее изменчивость, нахождение видов-концентраторов тех или иных элементов не должны забываться. Биогеохимический метод позволяет выявлять повышение концентраций некоторых элементов или веществ на глубине нескольких, иногда свыше десятка, метров (растения временами обусловливают гигроскопический подъем влаги с глубоких горизонтов и т. п.).
Этот метод имеет преимущество по сравнению с другими геохимическими методами в районах с выщелоченными открытыми ореолами, а также в тундровой зоне, зоне пустынь (в закрытых ореолах) и т. п. В Советском Союзе биогеохимичеокий метод с успехом применялся на многих месторождениях (С. М. Ткалич, Д. П. Малнхга, В. В. и Р. Т. Поликарпочкины и др.). Систематически он был изложен Д. П. Малюгой (1963).
—Источник—
Развитие наук о Земле в СССР. М.: Наука, 1967
Автор: А. П. Виноградов
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
