Open Library - открытая библиотека учебной информации. Нефть вещество биосферы


Биосфера и её составляющие

  1. Что такое биосфера?

Биосфера– часть Земли, населённая живыми организмами, взаимодействующими с воздухом, водой и землёй.

  1. Что в себя включает биосфера?

  1. Назовите элементы неживой природы биосферы.

  • Атмосфера

  • Гидросфера

  • Литосфера

  1. Назовите элементы живой природы биосферы.

Живые организмы

  1. Назовите возраст биосферы.

Возраст биосферы – примерно 3.5 млрд лет (фактически, как зародилась жизнь на Земле)

  1. Назовите составные части биосферы.

  • Живое вещество— вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.

  • Биогенное вещество— вещество, возникшее в результате жизнедеятельности организмов. Пример:уголь, нефть, битумы, известнякии т.д.

  • Косное вещество— вещество, образованное без участия живых организмов. Пример:небиогенные минералы и горные породы

  • Биокосное вещество —вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Пример:почва, ил, кора выветриванияи т.д. Организмы в них играют ведущую роль.

  • Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

  • Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

  • Вещество космического происхождения

  1. К какому веществу биосферы относится нефть?

Нефть относится к биогенному веществу

  1. Какова главная суть учения Вернадского о биосфере?

Биосфера – это качественная своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной степени определяется деятельностью живых организмов.

  1. В какой среде появились первые живые организмы?

Первые живые организмы появились в воде(гидросфера)

  1. Что относится к биогенному веществу биосферы?

Биогенное вещество— вещество, возникшее в результате жизнедеятельности организмов. Пример:уголь, нефть, битумы, известнякии т.д.

  1. Что относится к живому веществу биосферы?

Живое вещество— вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.

  1. Что относится к косному веществу биосферы?

Косное вещество— вещество, образованное без участия живых организмов. Пример:небиогенные минералы и горные породы

  1. Что относится к биокосному веществу биосферы?

Биокосное вещество —вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Пример:почва, ил, кора выветриванияи т.д. Организмы в них играют ведущую роль.

  1. Назовите верхнюю границу биосферы.

Верхняя граница в атмосфере: 15–20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ–излучение, губительное для живых организмов.

  1. Назовите нижнюю границу биосферы.

Нижняя граница в литосфере: 3,5–7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Нижняя граница в гидросфере: 10–11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

  1. Какие организмы обитают в нижней границе биосферы?

В литосфере – бактерии, в гидросфере – бактерии и глубоководные животные

  1. К какому веществу биосферы относится природный газ?

Природный газ — это биогенноевещество

  1. К какому веществу биосферы относится каменный уголь?

Каменный уголь — это биогенноевещество

  1. Что такое экосистема?

Экосистема– совокупность совместно обитающих разных видов живых организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

  1. Приведите примеры наземных экосистем.

Биомы, ландшафты суши, природные зоны.

  1. Что относится к пресноводным экосистемам?

К пресноводным экосистемам относятся озёра, реки, болота

  1. Что относится к морским экосистемам?

  • Глубинные зоны,

  • Коралловые рифы

  • Пелагиаль– зона моря или океана, не находящегося в непосредственной близости от дна.

  • Эстуарии (бухты, заливы и т.д.)

  • Районы с продуктивным рыболовством

  1. Сколько видов живых организмов сейчас на Земле?

Более 2 миллионов живых организмов

  1. Сколько видов животных сейчас на Земле?

Около 1.5 миллионов

  1. Сколько видов насекомых сейчас на Земле?

Свыше 1 миллиона

  1. Сколько видов растений сейчас на Земле?

Более 0.5 миллиона

studfiles.net

Биосфера

 

 

Биосфера – особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть веществ планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера включает:

-    живое вещество;

-    биогенное вещество;

-    косное вещество;

-    биокосное вещество;

-    радиоактивное вещество;

-    вещество космического происхождения;

-    рассеянные атомы.

Представление Вернандского об организованности биосферы – согласованное взаимодействие живого и неживого.

Представление о её возникновении и развитии: биосфера возникла в результате эволюции. По-видимому, первыми были анаэробные бактерии.

1.    Формирование литосферы

2.    Никогда не наблюдались периоды, лишенные жизни

3.    Живые организмы.

4.    Их количество бесконечно велико и действуют они бесконечно длительное время

5.    Движущий фактор – биохимическая энергия живого вещества

Состав и границы биосферы

Жан БатистЛамарк (1744 год – 1783 год) – термин «биосфера».

Вернадский В. И. (1926). Биосфера - поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов.

Строение биосферы:

  -   Атмосфера до высоты 25 км (озоновый слой)

  -   Гидросфера  на всю толщу (11 км)

  -   Литосфера до глубины 5 км (температурный барьер +105ºС)

Характерные черты биосферы:

  -   Наличие вещества в трех агрегатных состояниях – жидком, твердом и газообразном.

  -   Наличие большого количества воды в свободной форме.

  -   Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения.

Основные компоненты биосферы:

  -   Живое вещество – вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период.

  -   Биогенное вещество – органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти.

  -   Биокосное вещество – неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды).

Термин «Биосфера» был впервые введен в литературу австрийским геологом Э.Зюссом для обозначения всего того пространства атмосферы, гидросферы и литосферы, где обитают живые организмы. Целостное учение о биосфере было создано академиком В.И.Вернадским (1863 – 1945 гг.), который определил биосферу как область существования  и функционирования живого вещества – совокупности всех живых организмов на планете. В учении В.И.Вернадского впервые была раскрыта роль живых организмов в процессах планетарного масштаба, показано, что живые организмы и продукты их жизнедеятельности являются наиболее мощной геологической силой,  играющей первостепенную роль в механизмах разрушения горных пород, круговорота веществ, изменения водной и воздушной оболочек планеты, эволюции верхних слоев литосферы.

Наряду с живым веществом, В.И.Вернадский выделил еще несколько категорий вещества в биосфере. Живому веществу противопоставляется  косное вещество - все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Примеры косного вещества – гранит, кварц и тому подобные. Геологические породы, созданные в результате деятельности живого вещества, относятся к веществу биогенному (известняк, каменный уголь, и  пр.). В отдельную категорию выделяется биокосное вещество, представляющее собой комплекс взаимодействующих живого и косного вещества, примерами которого являются почвы, природные воды.

Живое вещество составляет примерно 0,01% от всей массы биосферы, но благодаря высокой химической и геологической активности, именно оно является основой биосферы, состав которой определяется совокупной деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом.

Современная биосфера охватывает пространство, в котором живые организмы обитают в настоящее время. В то же время безжизненные скопления органических веществ и других соединений, образовавшихся при участии живых организмов в прежние геологические эпохи (залежи каменного угля, нефти, горючих сланцев, рудные образования, известняки и т.д.), относят к так называемым былым биосферам.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) – океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу – поверхность самой суши, а также литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосферу), а также расположенные выше и ниже ее соответственно парабиосферу и метабиосферу. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Общая протяженность эубиосферы по вертикали – 12-17 км, хотя у разных авторов эти оценки несколько варьируют.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый экран (или слой).

Озоновый экран (озоносфера) – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора – 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33-35 км.

Процессы, протекающие в биосфере и обеспечивающие ее функционирование как глобальной экосистемы, связаны с активным обменом веществом и энергией между ее компонентами. В этой связи важное значение имеют особенности физико-химической среды биосферы, такие как значительное содержание в ней жидкой воды, наличие многочисленных поверхностей раздела между твердыми, жидкими и газообразными фазами, и наконец,  мощный поток солнечной энергии, проходящий через биосферу.

 Роль биосферы (живого вещества) на Земле

  -   Захват и создание запасов солнечной энергии в процессе фотосинтеза

  -   Создание органического вещества и его перенос по планете

  -   Концентрация химических элементов

  -   Отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть, и так далее)

  -   Окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы)

  -   Создание почвы и ее плодородного слоя

  -   Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков)

Концентрация химических элементов организмами

Химические элементы

Содержание химического элемента в атмосфере. литосфере и гидросфере, %

Содержание химического элемента в телах организмов, %

Растения

Животные

Углерод

0,18

3,00

18,00

Азот

0,03

0,28

3,00

Кислород

50,02

79,00

65,00

Водород

0,95

10,00

10,00

Живое вещество – все количество живых организмов планеты как единое целое.

Ключевую роль во всех биосферных процессах играют живые организмы и сущность этих процессов раскрывается через функции живого вещества в биосфере, обусловленные его специфическими свойствами. К таким свойствам следует отнести способность быстро осваивать свободное пространство, способность к активному движению (против действующих сил), высокую приспособительную способность организмов к различным условиям, устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, феноменально высокие скорости биохимических реакций в живых организмах и высокую скорость обновления живого вещества в биотическом круговороте. Все эти свойства живого вещества проистекают из концентрации в нем больших запасов энергии.

Современная классификация функций живого вещества из которого состоит биосфера (по А.В.Лапо) выделяет десять основных функций.

1.   Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, и рассеиванием.

2.   Газовая функция проявляется в способности изменять и поддерживать определенных газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3.   Окислительно-восстановительная функция выражается в интенсификации под влиянием живого вещества процессов окисления и восстановления.

4.   Концентрационная функция заключается в способности живых организмах концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, поглощаемые из среды.

5.   Противоположная по результатам рассеивающая функция проявляется через питательную и транспортную деятельность организмов.

6.   Деструктивная функция состоит в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе после их смерти, как мертвого органического вещества, так и косных веществ.

7.   Транспортная функция выражается в переносе вещества в результате активной формы движения.

8.   Средообразующая функция является результатом совместного действия других функций и состоит в  преобразовании физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования живых организмов.

9.   Средорегулирующая функция – исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды. Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота – равенством скоростей синтеза и распада органических веществ.

10.     Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

 Распределение живого вещества по планете

Показатель

Суша

Океан

Площадь

149 х 109 км2 (29%)

361 х 109 км2 (71%)

Биомасса

2420 х 109 т (99,87%)

3,2 х 109 т (0,13%)

Растения

99,2%

6,3%

Животные

0,8%

93,7%

Энергетическая функция – основа фотосинтез, отсюда обеспечение всех жизненных процессов на Земле

Газовая функция – формирование газового состава биосферы

Концентрационная функция – накопление и извлечение живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, отсюда использование для построения тела

Окислительно-восстановительная функция – химическое превращение веществ

Деструкционная функция – разложение остатков мертвых организмов, отсюда превращение живого вещества в косное

Продуктивность различных экологических систем различна. Зависит от климатических факторов -> обеспеченности теплом и влагой.

  -   Низкая продуктивность – 0,1…0,5 г/м2 в сутки характерна для зоны пустынь и для арктического пояса

  -   Средний уровень продуктивности – 0,5 … 3 г/м2 в сутки характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны

  -   Высокий уровень продуктивности – более 3 г/м2 в сутки характерен для экосистем тропических лесов, для пашни, морских мелководий.

Превращение энергии в биосфере - «Экология» под редакцией Денисова, страница 136, рисунок 5.2

Продуценты – производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (наземные зеленые растения)

Консументы – потребители органических веществ

Редуценты (деструкторы) – восстановители. Возвращают вещества снова в неживую природу, разлагая органику.



biofile.ru

Типы вещества в биосфере

Количество просмотров публикации Типы вещества в биосфере - 1397

Границы биосферы

Учение о биосфере

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу до глубинных слоев океана.

Предел протяженности биосферы – 39-40 км. При этом жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всœего несколько десятков километров. По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера - ϶ᴛᴏ тонкая пленка жизни.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется на­растанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Её значения составляют в среднем 8-10 км от поверхности Земли на полюсах и 20-22 км (местами до 50 км) на экваторе. Именно здесь проходят границы озонового слоя планеты.

В литосфере нижняя граница проникновения организмов ограничивается прежде всœего температурой горных пород и подземных вод, которая на глубинœе 1,5 км (в молодых альпийских прогибах) - 15 км (в Европе) достигает 100 °С и более. В нефтяных месторождениях на глубинœе 2,0-2,5 км регистрируются анаэробные бактерии, а глубина 4 км является предельной для микроорганизмов.

Верхняя литосферная граница в горах поднимается до высоты 5,5-6,0 км над уровнем моря. Проникновение живых организмов на большие высоты ограничивает резкое ухудшение действия важнейших абиотических факторов (низкие температуры) и отсутствие приемлемых для жизнедеятельности субстратов. Граница распространения высших растений – 6,2 км в Гималаях. Выше (до 7 км) обитают лишь жуки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений и микроорганизмами заносимыми ветром.

В Мировом океане жизнь распространена до самых больших глубин (10 - 11 км). В 1841 году английский натуралист Э.Форбс по результатам наблюдений в Средиземном море заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических глубинах невозможна. Но спустя 20 лет с глубины 2160 м с затонувшего судна был поднят кабель: он оказался усеян кораллами, устрицами, моллюсками. 23 января 1960 ᴦ. исследователи-океанологи Ж.Пикар и Д.Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана. На глубинœе 10 525 м они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано существование живых организмов в самых глубоких местах океана.

Биосфера включает не только область жизни, но и другие структуры Земли, генетически связанные с живым веществом. В книге ʼʼХимическое строение биосферы Земли и ее окружения В.И. Вернадский выделил 7 типов вещества слагающих биосферу: живое вещество; косное вещество; биогенное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.

Косным веществом называются всœе тела в пределах биосферы, в образовании которых живые организмы не принимают участия. К этой форме можно отнести минœералы, горные породы и т.п.

Биогенным веществом обозначают тела, созданные и переработанные живыми организмами. Примером биогенных элементов в биосфере являются каменный уголь, известняки, нефть, торф, янтарь и др.

Биокосное вещество образуется за счёт совместной деятельности живых организмов и костных процессов. Эта форма широко распространена на планете. Примером являются почва и природные воды.

Живое вещество, по В.И. Вернадскому, есть совокупность живых организмов на планете.

referatwork.ru

Нефть и нефтепродукты в биосфере

Самым распространенным загрязняющим веществом гидросферы является нефть и нефтепродукты. Если учесть, что в Мировой океан и поверхностные воды суши ежегодно привносится 15—17 млн.т нефти и нефтепродуктов, а 1 т нефти покрывает тонкой пленкой акваторию средней площадью 12 км2, то потенциально 150—180 млн. км2 поверхности Мирового океана каждый год покрывается нефтяной пленкой. Эта оценка условна, так как не учитывает скорости разложения отдельных компонентов нефти, ее способности коагулировать, сбиваясь комками, но, тем не менее, многими исследователями отмечено, что нефтяные пятна на поверхности океанических вод между Европой и Северной Америкой уже смыкаются.[ ...]

Мономолекулярный слой нефти на 50 % снижает газопропускание, и нефтяные загрязнения препятствуют нормальному газо- и теплообмену между атмосферой и гидросферой. Эти нарушения способны вызвать неконтролируемые изменения климата планеты, а массовая гибель фитопланктона, который, по некоторым оценкам, продуцирует около 70 % кислорода, может привести к серьезным нарушениям баланса кислорода на Земле. По меньшей мере 80 % проб природных вод в той или иной концентрации содержат нефтепродукты.[ ...]

Летальное отравление морских организмов наступает в результате прямого воздействия нефтяных углеводородов на внутриклеточные процессы и особенно на процессы обмена между клетками.[ ...]

В этом отношении парафиновые углеводороды с относительно короткими (С10 и менее) цепями менее опасны. Они проявляют наркотическое действие лишь в очень больших концентрациях, отсутствующих в нефтяных пятнах. Напротив, ароматические углеводороды, растворимые в воде, представляют большую опасность: смерть взрослых морских организмов может наступить после нескольких часов контакта с ними уже при концентрации 10"4—10 2 %. Смертельные концентрации ароматических углеводородов для икринок и мальков еще ниже (табл. 52).[ ...]

Массовая гибель морских организмов отмечается, как правило, в прибрежных районах, где их обитает особенно много. При загрязнении морской воды вдали от берегов, на больших глубинах, токсичные нефтяные фракции успевают частичнр испариться, частично разбавиться водой до менее опасных концентраций. Однако и в сравнительно невысоких концентрациях ароматические углеводороды нефти оказывают негативное воздействие на морские биоценозы.[ ...]

Поражение морских организмов в результате накопления ароматических углеводородов в их тканях может происходить даже при очень низком содержании нефтепродуктов, если обитатели моря сравнительно долго пребывают в загрязненной ими среде. Присутствие полицик-лических ароматических углеводородов не только ухудшает вкус съедобных организмов, но и опасно, так как эти вещества являются канцерогенным. Так, концентрация канцерогенных многоядерных углеводородов в ткани мидий, выловленных в районе порта Тулон (Франция), достигала 1,3—3,4 мг/кг сухого вещества.[ ...]

Попадание нефтяных углеводородов в почву также вызывает негативные последствия. В районах нефтедобычи и нефтепереработки наблюдается интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почв. Глубина их изменения зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории и проявляется в смещении pH почвенного раствора в щелочную сторону, повышения общего содержания углерода в почве в 2—10 раз, а количества углеводородов в Ю—100 раз.[ ...]

Существенно меняются морфологические свойства почв: усиливается кутанообразование, происходит изменение цветовых характеристик почвенного профиля в сторону преобладания серо- и темно-коричневых оттенков, ухудшается структура почвы. Конечным результатом нефтяного загрязнения является формирование почвенных ареалов с необычными для зональных условий чертами, зональные типы сменяются техногенными модификациями, снижается продуктивность почв вплоть до необходимости вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.[ ...]

Несмотря на опасные последствия от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, в небольших количествах нефть и некоторые ее компоненты оказывают стимулирующее действие на почвенную биоту: она является энергетическим субстратом для микроорганизмов, стимулирует рост некоторых почвенных грибов — Paecilomyces, Fusarium. Некоторые виды Scolecobasidium обнаружены в почве, насыщенной нефтепродуктами. Эти виды целесообразно использовать в качестве биоиндикаторов на нефтяное загрязнение.[ ...]

Различным уровням нефтяного загрязнения почв соответствуют особые микробные системы (по Д.Г. Звягинцеву, B.C. Гузеву). Низкому уровню загрязнения соответствуют флуктуационные изменения микробной системы почв, затрагивающие интенсивность микробиологических процессов.[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-ecology.info

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ

Химия ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ

просмотров - 102

Учение А.И. Вернадского о биосфере и биогеохимическая – теоретическая основа изучения горючих ископаемых.

Большое значение для прогресса наших знаний в области углеродистых горючих ископаемых имело возникновение на границе геохимии и биологии новой науки – “биогеохимии” или “органической геохимии”, основоположником которой является Владимир Иванович Вернадский.Он значительно способствовал развитию новой науки и завоеванию ею всœеобщего признания. В классическом труде В.И. Вернадского "Очерки геохимии" (1927 ᴦ.) большое внимание уделœено геохимии углерода и проблеме генезиса нефти, и он убедительно показал огромное значение живого вещества в геологических процессах. В.И. Вернадский доказал, что соединœения углерода, принимающие участие в строении каустобиолитов, в том числе нефтей, представляют собой неотъемлемую часть геохимической системы круговорота углерода в земной коре, в котором основная роль принадлежит живому веществу биосферы. В.И. Вернадский также первым определил, что углеводородные газы, в отличие от нефти, возникают из ОВ всœех типов. Одним из важных определœений Вернадского является то, что нефть, скопившаяся в месторождениях, составляет очень малую часть от общей массы нефти в неколлекторских породах.Bylinkin G.P. Vvedenie v geoximiyu goryuchix iskopaemyx (Izd-vo Sarat.un-ta, 2000)(ru)(T)(K)(300dpi)(92s).pdf

Химия нефти и газа включает, помимо собственно химизма нефти и газа, изучение вопросов геохимии биосферы, геохимии отдельных элементов (прежде всœего углерода) и органических углеводородных соединœений.

В данном разделœе в краткой форме мы рассматрим вопросы геохимии биосферы, геохимии углерода, а также состав исходного для формирования углеводородов живого вещества биосферы.

Биосфера - обширная и сложная по составу земная оболочка с постоянным и устойчивым распространением в ней тех или иных форм жизни.

В состав биосферы входят смежные участки воздушной, водной и каменной оболочек Земли, причем особенно насыщены жизнью граничные зоны этих оболочек - верхний почвенный слой литосферы и верхний слой гидросферы.

Живое вещество образует основу биосферы, хотя масса организмов сравнительно невелика: по разным оценкам она составляет от 1011 до 1013т (для сравнения масса гидросферы около 1018 т).

Среди живых организмов выделяются две основные группы: автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные обеспечивают свое существование за счет элементов неорганической среды, получая их из атмосферы и гидросферы. Главные представители автотрофов - фотосинтезирующие растения.

Гетеротрофные организмы преимущественно используют готовые ОВ, синтезированные автотрофами. К ним относятся животные и некоторые сапрофитные растения, неспособные к фотосинтезу. Так как автотрофные организмы являются пищей для гетеротрофных, в общем балансе первых должно быть на порядок больше, чем вторых.

При этом соотношение между ними определяется не столько биомассой, сколько их биопродукцией - скоростью размножения организмов. По О. П. Добродееву, биомасса океана обновляется за 33 дня, а фитомасса суши (подавляющая часть биомассы суши) - за 14 лет, т. е. биопродукция моря почти на два порядка превосходит биопродукцию суши.

Биомасса, или масса живых организмов, оценивается для всœей биосферы через органический углерод (Сорг) в 53,5·1010 т, а годовая биологическая продукция - в 6,5·1010 т.

По подсчетам масса биологической продукции за всю историю Земли превышает массу стратисферы примерно в 100-150 раз. Это убедительно подтверждает одно из фундаментальных заключений В. И. Вернадского о значительном влиянии живого вещества на неживую природу, прежде всœего на осадочную оболочку планеты: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы... И чем более мы изучаем химические явления биосферы, тем более мы убеждаемся, что на ней нет случаев, где бы они не были независимы от жизни» (В.И.Вернадский, 1960, с. 21). Одним из геологических следствий длительного существования жизни на Земле В. И. Вернадский считал образование каустобиолитов.

Значения биомассы и биопродукции значительно варьируют для разных областей биосферы.

Для образования горючих полезных ископаемых океан имеет несравненно большее значение, чем педосфера. В пределах почв не накапливается ни нефтематеринское, ни углематеринское ОВ. Лишь небольшая часть ОВ, поступающая из педосферы в океан и озера может принять участие в нефтегазообразовании. А в океане, главным образом на шельфе, накапливаются огромные массы ОВ, богатого липидными компонентами (гетеротрофы, водоросли и др.), ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ может быть материнским для нефти и газа. В озерных обстановках накапливаются самые разнообразные ОВ, нередко весьма близкие к тем, которые характерны для шельфа.

Биогеохимические процессы весьма разнообразны. Важнейшие из них: фотосинтез, карбонатонакопление, углеобразование. Οʜᴎ в той или иной степени связаны с самым биофильным элементом – углеродом.

Читайте также

  • - ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ

    Учение А.И. Вернадского о биосфере и биогеохимическая – теоретическая основа изучения горючих ископаемых. Большое значение для прогресса наших знаний в области углеродистых горючих ископаемых имело возникновение на границе геохимии и биологии новой науки –... [читать подробенее]

  • oplib.ru

    Строение биосферы. Живое, косное и биокосное вещество. Учение вернадского о биосфере.

             Основоположник современного учения русский ученый Вернадский Владимир Иванович (1863 1945 гг.). Суть этого учения: биосфера это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов. Элементы неживой природы связаны воедино с помощью живых организмов. Перед   современным  обществом  стоит задача сохранить природные богатства сегодня и предупредить отрицательные последствия в будущем. Для этого необходимо изучить многообразные процессы, постоянно протекающие в природе. Основой является учение о биосфере Земли.

             Биосфера (био жизнь) часть Земли, в которой развивается жизнь организмов, населяющих поверхность ' суши, нижние слои атмосферы, и гидросферу.

    Биосфера или экосфера это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли.

     Таким образом, биосфера включает в себя:

     1) Живые организмы (растения,  животные, микроорганизмы).

     2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).

    3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.).

    4) Литосфера (верхняя часть земной коры).

    Биосфера представляет собой результат взаимодействия живой  и неживой  природы. Возраст   биосферы приблизительно 4млрд. лет. Термин "биосфера" введен в 1875г. австрийским геологом Зюссом. 

             Основным объектом исследования экологии являются экосистемы. Самой крупной в иерархии экосистем является биосфера. Биосфера (или экосфера) эта сумма экосистем, включающая  все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли.

             Нижняя часть биосферы располагается  вглубь на 3 км на суше и на 2 км ниже дна океана. Верхняя граница озоновый слой, выше которого УФ излучения солнца исключают органическую жизнь. Основой органической жизни является углерод (С). Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле растений, которые в процессе фотосинтеза синтезируют органические вещества из углерода, водорода и кислорода   под действием солнечного света. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 100 млрд. тонн органического вещества. Именно благодаря растениям на Земле получили развитие различные виды животных, и осуществляется обмен веществом и энергией между живой и неживой природой. Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

             Вернадский выделяет в биосфере  глубоко отличные и в то же время генетически связанные части:

    1) Живое вещество живые организмы.

    2)     Биогенное вещество продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

    3) Косное вещество горные породы (минералы, глины...).

    4) Биокосное вещество продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

    5) Радиоактивные    вещества,   получающиеся в результате   распада радиоактивных   элементов (радий, уран, торий и т.д.).

     6) Рассеянные    атомы   (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.

    7) Вещество    космического происхождения метеориты, протоны, нейтроны, электроны.

    Вся совокупность тел  живых организмов химически едина, вне зависимости от их  систематической принадлежности и называется  живым веществом  (закон  физикохимического единства живого вещества В.И. Вернадского). Живое вещество это совокупность и биомасса живых организмов в биосфере. Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной (2,4 – 3,6) 1012т в сухом весе. Если её распределить по поверхности планеты, то получится слой в 1,5 см. По Вернадскому это  «пленка жизни», составляющая 106 массы других оболочек Земли и  являющейся «одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты». На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объем мирового океана и огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород.

    Вернадский В.И. разработал три биогеохимических принципа:

    1. Биогенная  миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

    2.Эволюция видов в ходе  геологического времени,  приводящая к созданию устойчивых  в биосфере форм жизни, идет в направлении,  усиливающем биологическую миграцию атомов.

    3.Живое вещество находится непрерывном  химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете энергией Солнца.

     В настоящее время на Земле существует более 2 млн. видов организмов , из них 0,5 растения, 1,5 растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых).

     В процессе развития биосферы выделяют 3 этапа :

    1)     Биосфера, где человек воздействовал на природу незначительно. (Возраст человечества примерно 1,5 млн. лет).

    2)     Биотехносфера. Современная биосфера это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество это один из этапов развития жизни на   Земле.  Деятельность  человека   следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых    последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно , что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так , чтобы они были взаимовыгодны.

     3) Ноосфера сфера разума. Это понятие ввел французский математик и философ Ле Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В    ноосфере   человек становится    крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

             Учение о биосфере это обширная область знания о функционировании и развитии биосферы, включающая в себя  ряд научных направлений естественного и общественного профилей. Учение о биосфере включает в себя общую экологию, которая состоит из четырех основных разделов: биоэкологии, геоэкологии, экологии человека и прикладной экологии, взаимосвязь которых отражена следующей схемой.

    soullife.info

    Химическое загрязнение биосферы

    Серьезные экологические проблемы, возникшие перед человечеством и биологическими науками, в частности ксенобиологией, связаны с действием двух основных факторов: быстрым повышением народонаселения в мире (демографический взрыв): с 1 млрд человек в 1825 г. до 6,0 млрд в 2000 г. и ростом промышленного производства, приведшим к большому антропогенному прессу на природу. К основным причинам, приведшим к усложнению экологической проблемы, следует отнести следующие:

    - значительное увеличение объема промышленного производства, связанное с повышением производительности труда;

    - появление экологически опасных видов техники и технологий;

    - накопление на химпредприятиях больших запасов опасных токсических веществ;

    - резкое повышение расходования природных ресурсов (нефть, газ, уголь, сланцы) с выбросом продуктов из хозяйственного использования в биосферу;

    - повышение сложности технических систем, с которыми оперирует человек, приводящее к увеличению частоты промышленных аварий и катастроф.

    В настоящее время считают, что в биосфере находится более 6 млн индивидуальных химических соединений, не говоря уже об их комбинациях. Из всех веществ, имеющихся в биосфере, 90 % – синтетического происхождения, которые в подавляющем большинстве являются  для организма чужеродными.

    Выделяют следующие типы глобального химического загрязнения биосферы:

    - загрязнение газообразными веществами;

    - тяжелыми металлами;

    - удобрениями и биогенными элементами;

    - органическими соединениями;

    - радиоактивными веществами (радионуклидами).

    Последний тип загрязнения является предметом изучения радиобиологии, поэтому мы остановимся на характеристике первых четырех типов загрязнений.

    Газообразные вещества

    Большое беспокойство вызывает загрязнение атмосферы углекислым газом – СО2. В течение последних десятилетий идет рост содержания СО2 в атмосфере за счет сжигания ископаемого топлива, вырубки лесов, окисления органического вещества почвы. После 1957 г. содержание СО2 увеличивалось на 0,3–0,5 %. Такие темпы прироста СО2 сохраняются, причем наметилась тенденция к их увеличению, а это может привести к нестабильности климата, учащению климатических аномалий (засух, снегопадов, наводнений и т. д.) и в перспективе вызвать изменение климатических зон и глобальное потепление.

    В отличие от СО2 монооксид углерода (СО) – угарный газ образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие его количества образуются в результате  вулканической деятельности и окисления метана в атмосфере. Внутри помещений СО появляется при неполном сгорании топлива в печах и курении.

    Монооксид углерода представляет опасность для человека прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Кроме того, СО может образовывать высокотоксичные соединения – карбонилы.

    Скорость связывания СО с гемом зависит от его концентрации, интенсивности обмена веществ в организме, в том числе и от частоты дыхания. Насыщение гемоглобина монооксидом углерода при объеме поступающего в легкие воздуха 10 л /мин с содержанием 0,1 % СО происходит через 6 ч, а при тяжелой работе и интенсивном дыхании (30 л/мин) оно достигается уже менее чем через 2 ч.

    Накоплению выделяемого в атмосферу СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы. У высших растений СО может связываться с аминокислотой – серином,  также может происходить его окисление до СО2. В почве некоторые микроорганизмы либо частично включают СО в органические соединения, либо окисляют до СО2. Поэтому почва играет особую роль в удалении СО из атмосферы.

    Немалую опасность представляет также и попадание в атмосферу окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива. Количество выбросов окислов азота вместе с аммиаком оценено приблизительно в 200 – 350 млн т в год.

    Часть присутствующих в атмосфере оксидов (NO, SO) и диоксидов (NO2, SO2) азота и серы образуются в ходе естественно протекающих природных процессов – вулканических извержений, разрядов атмосферного электричества, жизнедеятельности микроорганизмов. Из ежегодно накапливающихся в биосфере оксидов азота на долю природных процессов приходится 1100 млн т этих соединений, антропогенная часть составляет еще около 53 млн т.

    Следует помнить об образовании оксидов азота внутри помещений, накапливающихся в результате эксплуатации бытовых газовых приборов. Немалый вклад в их накопление вносит и курение. Содержание оксида и диоксида азота в табачном дыме соответственно составляет 98–135 и 150–226 мг/м3. Выкуривание одной сигареты сопровождается появлением в воздухе помещения 160–500 мг оксида азота.

    Основную токсикологическую опасность из окислов азота представляют диоксиды азота. В концентрации 100 мкг/м3 диоксид не вызывает каких-либо морфологических изменений в органах дыхания у крыс. Однако повышение концентрации диоксида азота до 600 мг/м3 в организме животных приводит к развитию бронхита и начальным проявлениям пневмосклероза.

    Длительное воздействие диоксида азота вызывает целый спектр изменений физиологических систем организма животных (нарушение рефлекторной деятельности, гематологические изменения и т. д.). Диоксид азота в концентрациях 40–140 мг/м3 при экспозиции не более часа может вызывать развитие бронхита и бронхопневмонии.

    Наиболее опасное  проявление острого отравления оксидами азота – отек легких. Убедительных данных о канцерогенности,  мутагенности и тератогенности оксидов азота в настоящее время не имеется.

    При оценке биохимических эффектов диоксидов азота в ранние сроки от начала воздействия в тканях легких и печени прежде всего снижается содержание глутатиона.

    В атмосфере крупных промышленных городов постоянными спутниками оксидов азота являются оксиды серы. По существующим данным ежегодно в результате деятельности человека вырабатывается около 150 млн т серы, преимущественно в результате утилизации ископаемого топлива (до 70 % – при сжигании каменного угля и 16 %– при сгорании нефтепродуктов). При выплавке меди, свинца и цинка количество образующегося диоксида серы достигает 15 млн т.

    Определенное количество выброшенных в атмосферу окислов азота и серы удаляется в результате сорбции почвой, растительным покровом, водой и кислотных дождей. Последние снижают интенсивность фотосинтеза, вызывают гибель наземных растительных сообществ, подкисление водоемов и связанную с ним гибель гидробионтов.

    Воздействие оксидов серы на дыхательные пути приводит к увеличению респираторных заболеваний у населения, ослабляет иммунную защиту у людей и животных и т. д.

    При накоплении в атмосфере фторсодержащих углеводородов уменьшается содержание озона. Общие выбросы углеводородов в атмосферу составляют не менее 200 млн т в год; особенно опасны для живых организмов, объединенных общей областью распространения (биоты), полициклические ароматические углеводороды, в частности бенз(а)пирен, образующиеся при сгорании различных видов топлива и других  высокотемпературных процессах и  вызывающие мутагенные и канцерогенные эффекты.

    Тяжелые металлы

    О масштабах загрязнения тяжелыми металлами можно судить из данных, характеризующих общемировое годовое производство. Однако необходимо учитывать и другие источники. Например, 1,5–2 тыс. т ртути ежегодно поступает в биосферу при переработке минералов и руд, 0,1–8 тыс. т – при сжигании топлива; ежегодно в биосферу при сжигании угля попадает  около 3,5 тыс. т свинца, 56 тыс. т – в результате выветривания и 110 тыс. т выносят реки.

    Степень токсичности тяжелых металлов для человека и животных, а также для растений неодинакова и колеблется в весьма широких пределах. К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые другие; они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Так, цинк, титан характеризуются низкой токсичностью для человека и теплокровных животных, но даже в низких концентрациях они оказывают губительное действие на рыб и других обитателей водных экосистем.

    Наиболее часто металлы, в том числе и высокотоксичные, попадают в окружающую среду в результате промышленных сбросов в водоемы со сточными водами, не прошедшими эффективной очистки, а также использование пестицидов, в состав которых они входят.

    В ряде случаев происходит депонирование металлов в придонных слоях, особенно значительное в холодное время; по мере повышения температуры происходит постепенное их растворение. Для повреждения механизмов природного самоочищения водоемов бывает достаточным даже кратковременное повышение концентрации металлов в водной экосистеме, что весьма существенно при организации мониторинга тяжелых металлов в сточных водах.

    Коротко рассмотрим токсикологическую характеристику наиболее распространенных  металлов-поллютантов.

    Кадмий относится к числу металлов, которые, попав в живой организм, влияют на него губительно. Весьма важным является фактор длительности воздействия кадмия на организм человека и животных в связи с его способностью накапливаться в печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах и др. Кадмий характеризуется выраженной нефротоксичностью при попадании в организм с питьевой  водой.

    Высокой чувствительностью к действию кадмия характеризуются водные организмы. Так, пребывание рыб (гуппи, карп, карась и др.) на протяжении суток  в воде с содержанием Cd2+ 0,001–0,3 мг/л приводит к их гибели.

    Свинец попадает в окружающую среду в больших количествах. Ежегодно в земную атмосферу выбрасывается около миллиона тонн его соединений, значительная часть которых водорастворима, что обусловливает экологическую опасность Pb2+. Основной источник – этилированный бензин. Токсикологическая опасность свинца усугубляется его активным всасыванием в пищеварительном тракте человека и животных, значительным объемом распределения в тканях и накоплением в костях. Депонированный в костях свинец способен поступать в кровь, с током которой доставляется в различные органы. Считают, что в организм взрослого человека с водой и продуктами питания за сутки поступает 0,3 мг свинца и еще 0,3 мг попадает из табачного дыма у интенсивных курильщиков.

    Случаи хронического отравления свинцом наблюдаются при длительном употреблении питьевой воды, в которой его содержание достигает 0,04 –1 мг/л.

    В наибольшей степени опасному воздействию свинца подвергаются рабочие, занятые на его добыче в шахтах, а также при выплавке. В этом случае металл поступает в организм ингаляционным путем.

    Примерно 35 % свинца, попавшего в дыхательные пути человека, оседает в легких. Около 10 % свинца, поступившего с продуктами питания в пищеварительный тракт, всасывается. Выведение свинца из организма человека осуществляется преимущественно (более 70 %) почками и в меньшей мере через пищеварительный тракт (~ 10 %).

    Проведенные в Гренландии исследования показали, что содержание свинца во льду, образованном примерно в середине XVIII в., оказалось примерно в 25 раз выше, чем во льду, образование которого было отнесено к VIII в. до н. э. С 1750 г. накопление свинца в ледниках  Гренландии постоянно возрастает. С 40-х гг. XX в. этот процесс усилился  и продолжается до настоящего времени.

    Определенную роль в накоплении свинца в экосистемах играют растения, получающие металл не только из атмосферы, но и из почвы. Отмечается видовая специфичность растений при его накоплении. Так, при выращивании растений присутствующий в атмосфере свинец обнаружен в листьях салата и бобов, но практически отсутствует в томатах, кочанной капусте, картофеле и моркови.

    Свинцовая интоксикация вызывает нарушение биосинтеза гемоглобина на уровне ингибирования левулинатдегидратазы и гемсинтетазы. Имеются сведения о нарушении синтеза цитохрома Р-450 при свинцовой интоксикации.

    Главной мишенью воздействия свинца при хронических отравлениях являются центральная и периферическая нервные системы (свинцовая энцелопатия: появление головной боли, нарушение сна, памяти, возникновение тремора, галлюцинаций и т. д.). Для различных вариантов отравления свинцом характерно поражение почек, пищеварительного тракта.

    Ртуть и ее соединения относятся к веществам общетоксического действия, вызывающим у людей летальный исход, попадая в организм с питьевой водой в количестве 75–300 мг в сутки. Наиболее токсична двухлористая ртуть (сулема), однократная летальная доза которой составляет для человека 0,2–0,5 г. Ртуть характеризуется высокой нефротоксичностью, приводящей к быстро развивающейся почечной недостаточности. Выведение ртути осуществляется почками, через пищеварительный тракт, потовыми и молочными железами.

    Начиная с концентрации 0,006–0,01 мг/л ртуть в виде водорастворимых солей оказывает губительное влияние на рыб и другие водные организмы.

    При отравлениях ртутью, особенно ее органическими соединениями, отчетливо выражены симптомы поражений нервной системы (парезы, параличи, нарушения зрения и слуха).

    Удобрения и биогенные элементы

    Общее потребление минеральных удобрений (N + P2O5 + K2O) составляет около 100 млн т в год. Содержание в воде нитратов и нитритов варьирует от 0 до 200 мг/л.

    Особую тревогу вызывает применение азотных удобрений, поскольку повышенное содержание нитратов и нитритов в питьевой воде, в овощах, зеленых кормах для человека и животных представляет токсикологическую опасность.

    Вместе с некоторыми удобрениями в почву попадают и побочные загрязняющие элементы (например, фтор, кадмий). Растения используют часть внесенных минеральных удобрений. Остальная часть может смываться в водоемы.

    Загрязнение почвы биогенами (фосфор, азот) происходит не только при внесении избыточного количества удобрений, но и другими путями (фекальные отходы животноводства, коммунально-бытовые загрязнения и т. д.). Только в США ежегодное поступление биогенов в водоемы составляет: азота – около 5 млн т, фосфора – примерно 250 тыс. т. Все это приводит к эвтрофикации внутренних водоемов, а также прибрежных участков океана.

    Ежедневное потребление нитратов на душу населения в США оценивается примерно в 400 мг: 200 мг с овощами, 115 мг с мясными продуктами и 85 мг с водой. В Англии – 225 мг в сутки с овощами, 110 мг с мясом и 105 с водой (итого 440 мг). У нас эти дозы несколько ниже.

    Органические соединения

    Среди большого количества разнообразных органических соединений  выделим наиболее распространенные загрязнители, такие, как нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и поверхностно-активные вещества (ПАВ).

    Нефть и нефтепродукты. Глобальное загрязнение этими веществами складывается из эмиссии в атмосферу (вследствие испарения и сгорания), загрязнений наземных экосистем и морской среды. Нефть весьма медленно разлагается в окружающей среде. На поверхности воды она разливается на большие расстояния с образованием тонкой пленки (1 т нефти образует пленку на 12 км2), что и приводит к гибели гидробионтов. Нефть и ряд нефтепродуктов весьма токсичны для живых организмов, многие ее продукты канцерогенны.

    Пестициды. Среди ксенобиотиков особое место занимают средства защиты сельскохозяйственных растений от сорняков, насекомых, грибов. Около  14 %  всего урожая в мире ежегодно  теряется из-за насекомых, 12 % – из-за болезней растений, вызываемых грибами и червями, 9 % – из-за сорняков и 10 % уничтожают грызуны. Общие потери урожая в мире оцениваются примерно в 1,8 млрд т.

    В этой связи человек вынужден использовать огромное количество химических средств защиты. Применение пестицидов, в свою очередь, приводит к их попаданию в биосферу, где живые организмы начинают испытывать на себе огромный «пестицидный пресс». Сформировался своеобразный «пестицидный парадокс», смысл которого состоит в том, что человечество, применяя пестициды, само становится мишенью их воздействия.

    Кроме того, попадание большого количества пестицидов и других ксенобиотиков в водоемы приводит к деградации водных экосистем и быстрому уменьшению ресурсов чистой воды.

    Важное экономическое значение пестицидов обусловливает рост объемов их производства и использования в мировом земледелии. В рамках основных групп пестицидов их применение в отдельных регионах мира в процентах от общего количества характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1.

    Таблица 1.1

    Использование пестицидов в различных регионах мира (в процентах от общего количества)

    Регион

    Гербициды

    Инсектициды

    Фунгициды

    Северная Америка

    42,2

    21,6

    11,3

    Западная Европа

    25,5

    16,0

    41,4

    Восточная Европа

    3,8

    6,1

    4,3

    Латинская Америка

    10,0

    9,6

    9,4

    Дальний Восток

    16,6

    33,1

    31,2

    Остальные страны

    1,9

    13,6

    2,4

    Отмечается корреляция между показателями урожайности основных сельскохозяйственных культур и интенсивностью использования пестицидов (табл. 1.2).

     

    Таблица 1.2

    Урожайность основных сельскохозяйственных культур и расход пестицидов в 1990 г.

    Регион

    Урожайность, ц/га

    Расход пестицидов, кг/га пашни

    Япония

    54,8

    10,70

    США

    26,0

    1,49

    Европа

    34,3

    1,87

    Латинская Америка

    19,7

    0,22

    Океания

    15,7

    0,20

    Африка

    12,1

    0,13

    Россия

    15,9

    0,15

    Казахстан

    10,6

    0,10

    Такая тенденция к повышению урожайности сельскохозяйственных культур с ростом применения пестицидов, в свою очередь, порождает постоянный рост производства пестицидов. В бывшем СССР ежегодная продукция пестицидов достигла в пересчете на действующее вещество 450 тыс. т в год.

    В связи с ростом объема производства и применением пестицидов возникают, как уже отмечалось, проблемы, прежде всего экологические и медицинские. Поэтому требуется совершенствование их синтеза, разработка менее опасных, но более эффективных средств защиты. Использованию промышленных и поиску новых достаточно безопасных пестицидов должно способствовать изучение их поведения в биосфере.

    Наиболее широко распространены два класса пестицидов – фосфорорганические (ФОП) и хлорорганические (ХОП) пестициды.

    ФОП – потенциальные источники достаточно тяжелых отравлений людей как в условиях сельскохозяйственного производства, так и в быту. Бытовые отравления хлорофосом характеризуются высокой степенью летальности (20–30) %. В основе токсического действия ФОП лежит их взаимодействие с холинэстеразой (ХЭ), ведущее к торможению ее активности. Ингибирование ХЭ с последующим быстроразвивающимся нарушением метаболизма ацетилхолина дает основание рассматривать ФОП как синаптические яды, подавляющие передачу нервного импульса в холинреактивных системах.

    ФОП оказывают повреждающее действие на мембрану, а именно, снижают скорость АТФ-зависимого транспорта Са2+ в микросомах печени крыс, стимулируют перикисное окисление липидов биологических мембран, приводящее к нарушению их функционального состояния и т.д. Наиболее вероятные пути поступления ФОП в организм человека и животных – через желудочно-кишечный тракт, кожу и ингаляционным путем.

    В идеальном случае ФОП, как и другие пестициды, должны характеризоваться безопасностью для человека, животных и значительной токсичностью по отношению к вредным насекомым.

    Особенности биотрансформации этих соединений во многом определяют характер их воздействия на биологические объекты. Разнообразие метаболических превращений ФОП, участие в этих процессах разнородных ферментативных систем и их выраженные видовые особенности во многом определяют избирательность токсического  действия.

    К положительным моментам следует отнести быструю деградабельность ФОП в почве; не отмечено сколько-нибудь существенного их накопления в среде (в почве). Хотя даже непродолжительное сохранение ФОП в почве ведет к последующему проникновению их в культивируемые на обработанных площадях растения, в грунтовые воды и атмосферу. Доказана возможность появления ФОП в моркови, рапсе, луке при их использовании в качестве инсектицидов.

    Перемещение в растения является не единственным путем миграции ФОП в почве. ФОП достаточно быстро мигрирует по профилю почвы, где происходит достаточно интенсивная деградация (в отличие от хлорированных пестицидов). При попадании ФОП в водоемы их деградация идет преимущественно по гидролитическому пути.

    Тем не менее ФОП могут представлять серьезный источник экологической опасности для человека. Главным образом эта опасность становится реальной в результате нарушения норм и правил применения пестицидов, а также условий их хранения, что влечет за собой их нерегламентированное попадание в окружающую среду.

    ХОП достаточно давно стали применяться в качестве пестицидов; классическим представителем этой группы является дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ). По некоторым данным в настоящее время их распылено в атмосфере около 3 млн т. Высокая устойчивость, низкая растворимость в воде, выраженная липофильность – все это привело к тому, что и в настоящее время этот ксенобиотик является одним из основных загрязнителей среды. Во многих странах, в том числе и у нас, применение ДДТ было запрещено уже в 60-х гг. ХХ в.

    Для ХОП характерна высокая кумулятивная способность, что и определяет возможность хронических отравлений. Токсичность ХОП для человека довольно высока. Так, эндрин вызывает у людей судороги при попадании внутрь в дозе около 2 мг/кг, ДДТ вызывает аналогичный эффект в дозе 16 мг/кг, минимальная летальная доза токсофена – 2–7 г.

    Сохранность ХОП в почве определяется рядом факторов (кислотность, структура, степень минерализации, температура, количество осадков, состав микрофлоры и т. д.). Длительное пребывание ХОП в почве приводит к накоплению их в культурных растениях.

    В настоящее время есть основания утверждать, что ХОП в высоких дозах обладают выраженным повреждающим действием на репродуктивную систему.

    У человека ХОП поражает нервную, пищеварительную, кроветворную и сердечно-сосудистую системы. Являясь высоколипофильными соединениями, ХОП вызывают повреждения биологических мембран. Большинство ХОП стимулируют пролиферацию эндоплазматического ретикулума (ЭР) и индуцируют микросомальные оксидазы, в частности цитохром Р-450.

    ХОП влияют и на активность ряда ферментов. Некоторые исследователи рассматривают изменения активности ферментных систем углеводно-фосфорного обмена в качестве раннего показателя интоксикации некоторыми ХОП.

    Можно отметить и массовые отравления, вызываемые ХОП. Так, в Турции в 60-х гг. после употребления в пищу семян, обработанных гексахлорбензолом, заболело более 50 тыс. детей. Симптомы болезни проявлялись в усилении пигментации кожи лица, изъязвлении, нарушении функционирования печени, возникновении неврологической симптоматики.

    Загрязнение атмосферы ПХБ связано, главным образом, с утилизацией отходов, в частности при сжигании. Так, поступление ПХБ в окружающую среду (в процентах от годового производства) колеблется от 1 % при испарении до 52 % при сжигании отходов на свалках. Также источником загрязнения окружающей среды является утечка ПХБ, которая может произойти при транспортировке, при авариях на производстве и при удалении жидких промышленных отходов.

    Попадая в атмосферу, ПХБ достаточно быстро сорбируются на взвешенных частицах, которые или быстро оседают, или вымываются из атмосферы с осадками. Большая часть ПХБ, переносимая с потоком воздуха, находится в парообразной фазе.

    По мере повышения степени хлорирования интенсивность метаболической деградации ПХБ живыми организмами снижается. ПХБ экологически опасны в силу высокой персистентности и способности накапливаться в жировых тканях человека и животных, молоке и во всех гидрофобных средах. Токсичность ПХБ была обнаружена сравнительно недавно, хотя только в США с 1930 по 1970 г. произведено 500 000 т ПХБ. Всего в биосфере, как считают, накопилось 750 000 т ПХБ. Серьезную экологическую опасность представляет попадание ПХБ в водоемы и грунтовые воды, преимущественно в местах выброса промышленных отходов.

    Попадающие в организм животных ПХБ влияют на частоту развития спонтанных пневмоний и абсцессов легких, что свидетельствует о снижении сопротивляемости к инфекции. Считают, что ПХБ действуют и на репродуктивную функцию органов.

    При производстве ПХБ в  промышленных масштабах в 30-х гг. ХХ в. у рабочих отмечались отдельные случаи профессиональных заболеваний, основными проявлениями которых были угревидные высыпания на коже. Летом 1968 г. в Японии была зарегистрирована значительная группа больных, которые употребляли в пищу рисовое масло. Это масло было загрязнено ПХБ, попавшими в него из теплообменника в процессе рафинирования. Поражение, носившее характер эпидемической вспышки, получило название болезни Юшо. Первыми признаками отравления были отек век, повышенная секреция мейболиевых желез, пигментация слизистых оболочек и ногтей. Дальнейшими характерными симптомами для болезни Юшо можно назвать гипертрофию кожных фолликулов, гиперкератоз и др. Как правило, кожные поражения осложнялись присоединившейся стафилококковой инфекцией. В последующие годы появились сообщения о том, что часть детей, употреблявших загрязненное масло, отставали в росте от сверстников (это оказались исключительно мальчики).

    Поверхностно-активные вещества (ПАВ). В последние годы общемировое производство ПАВ сильно возросло и составляет, по оценкам специалистов, около десятка миллионов тонн в год.

    Будучи амфифильными соединениями, детергенты хорошо растворимы в воде и, следовательно, могут эффективно переноситься с водными массами на большие расстояния.

    Экотоксикологическая опасность этих веществ связана с модифицирующим воздействием на биологические мембраны, в первую очередь на их транспортно-барьерные свойства; при высоких концентрациях ПАВ наблюдаются более сильные эффекты – солюбилизация мембран. Необходимо также иметь в виду, что ПАВ оказывают влияние на активность ферментов в мембране, причем при низких концентрациях в ряде случаев наблюдается активация, а при высоких – ингибирование ферментативной активности. Механизм мембранотропного действия этой группы соединений связан со способностью неполярной части молекулы встраиваться в липидные структуры мембраны.

    Таким образом, приведенные данные указывают на неблагоприятное влияние ксенобиотиков на живую природу. Разработка целенаправленных мероприятий по снижению и предупреждению негативного действия экзогенных ксенобиотиков невозможна без познания вызываемых ими мембранотропных эффектов, путей поступления и превращения и т. п. в живых системах на разных уровнях их организации (мембранном, клеточном, органном и т.д.).

    Токсическое действие, биоактивность ксенобиотиковТипы мембранотропности, хим. связейНеорганические ксенобиотикиМеханизмы действия хелатирующих агентовБиоаккумулирование, факторыИзбирательность действия ксенобиотиков

    

    biofile.ru