Тема №1: Предмет, история, методология и практическое значение экологической геохимии и биогеохимии

Вопросы:

1. Предмет геохимии, место среди наук

2. История экологической геохимии и биогеохимии

3. Становление геохимии, ее развитие в первой половине XX столетия

4. Геохимия в эпоху научно-техни­ческой революции (НТР)

5. Методология геохимии и биогеохимии

6. Практическое приложение геохимии (прикладная геохимия)

Предмет геохимии - химические элементы, их поведение в земной коре и более глубоких оболочках планеты. Это история атомов Земли. Как само­стоятельная отрасль науки оформилась в первом десятилетии XX в. в России, ее основателем был В. И. Вернадский (1863-1945). В недрах науки геохимии возникла как новое научное направление – «Биогеохимия» [1].

Двадцатый век нередко именуют «атомным», и не толь­ко потому, что человечество овладело атомной энер­гией, но и в связи с прогрессом наук об атомах, проникновением идей со­временной атомистики в самые раз­личные отрасли естествознания, раз­витием особого атомистического под­хода - исследования природных процессов на «атомарном уровне», с точ­ки зрения судьбы атома в данной природной системе. Хотя корни этой методологии уходят в глубь веков к Левкиппу (500-440 лет до н. э.), Де­мокриту (460-370), Эпикуру (341-270) и Лукрецию Кару (99-55), инструментом активного познания мира атом впервые стал в химии в на­чале XIX столетия после того, как Д. Дальтон разработал атомистиче­скую теорию. Ф. Энгельс в «Диалекти­ке природы» отмечал, что в химии но­вая эпоха начинается с атомистики. В физику атомарный уровень ис­следования также проник в XIX сто­летии (кинетическая теория газов, в конце века - открытие электрона и радиоактивности). Развитие в XX в. современных представлений о слож­ном строении атома, об атомном ядре сделало физику признанным лидером естествознания и техники. Атомарный уровень исследования проник и в естественноисторические науки, опреде­лив появление новых научных направлений. К их числу относится геохи­мия и биогеохимия, которая изучает геологические процессы при активном участии живого вещества на атомарном уровне [1,2].

В XX в. происходит скрещивание различных от­раслей знания. Подобные гибридные науки используют для решения стоя­щих перед ними задач идеи, понятий­ный аппарат и методы разных, часто достаточно далеких друг от друга раз­делов естествознания (геофизика, био­физика, биохимия, молекулярная био­логия, биокибернетика и т. д.). Биогеохи­мия - также гибридная наука, она возникла на стыке химии, биологии и геологии.

Интересы биогеохимии стали более разнообразными, а глав­ное, у нее четко обозначилось новое направление - изучать не только гео­химическую роль живого вещества, но и обратную связь, а именно - воз­действие геохимической среды на живые организмы. Это определило по­ложение биогеохимии, изучающей взаимодействие живой и неживой при­роды. В настоящее время биогеохимия занимает промежуточное положение между науками о живой и неживой природе (рисунок 1).

Неживую природу изучают геологические науки, живую - биологичес­кие, а взаимодействие живой и неживой природы исследуют такие науки, как ландшафтоведение, геохимия ландшафтов, экология, биогеоценология и биогеохимия.

Ландшафтоведение описывает состав и свойства компонентов ланд­шафта, участвующих во взаимодействии живой и неживой природы, опре­деляет характер растительности, тип почвы, формы рельефа, размеры пло­щадей, занятых однотипным ландшафтом, и т.д.

Геохимия ландшафтов изучает химический состав горных пород, слагающих ландшафт, и типы миграций химических элементов. Живое ве­щество рассматривается этой наукой как фактор биогенной миграции хи­мических элементов.

Биогеоценология- наука о единой взаимообусловленности природ­ного комплекса, включающего растительное сообщество вместе с населяю­щим его животным миром и соответствующим участком земной поверх­ности (ландшафтом), с его особыми свойствами атмосферы (микрокли­мата), геологического строения, почв и водного режима.

Биогеоценология выявляет связи, пищевые цепи и возможные влияния друг на друга всех компонентов биогеоценоза.

Экология в современном понятии исследует структуру, организацию, функциональные связи и взаимовлияние компонентов биогеоценоза (ланд­шафта, экосистемы), а также потоки энергии в экосистеме.

Биогеохимияизучает взаимодействие живой и неживой природы в масштабе ландшафта (биогеоценоза, экосистемы), географической (био­геохимической) провинции, страны, континента, суши и всей биосферы Земли.

Геохимия- наука об истории атомов химических элементов в разви­тии планеты, а также о современном химическом составе горных пород и путях миграции химических элементов на Земле.

Следует иметь в виду, что такие понятия, как ландшафт, биогеоценоз, экосистема, используются разными науками как свои таксономические уровни, хотя в целом до содержанию и по своим пространственным разме­рам они, как правило, совпадают и, следовательно, термины «ландшафт», «биогеоценоз», «экосистема» можно условно считать синонимами.

Таким образом, биогеохимия занимает центральное место в системе наук, изучающих различные формы взаимодействия живой и неживой при­роды. Объектами изучения биогеохимии являются живая и неживая при­рода, их химический состав, влияние химического состава неживой при­роды на живые организмы и, наоборот, воздействие живого вещества на неживую природу [1-3].

Это и определяет задачи биогеохимии как науки, кото­рые могут быть сформулированы следующим образом:

1. Изучение химического состава живых организмов и роль различных химических элементов в развитии организмов и формировании их хими­ческого состава.

2. Определение роли различных химических элементов в эволюции живых организмов.

3. Установление существующих взаимодействий между различными химическими элементами в различных биохимических процессах.

4. Анализ влияния геохимической среды на формирование и жизнедея­тельность живых организмов.

5. Установление оптимальных потребностей живых организмов в раз­личных химических элементах.

6. Выявление роли живого вещества в геохимических процессах зоны гипергенеза и в процессах почвообразования: и выветривания.

7. Определение роли живых организмов, а также степени участия их в биологическом круговороте как агентов миграции химических элемен­тов. Биогеоценоз рассматривается здесь как элементарная ячейка биосферы.

8 Анализ биогеохимических циклов миграции химических элементов. Решение этих задач будет способствовать разработке ряда практичес­ких проблем, например получение сбалансированного по химическому составу урожая сельскохозяйственных культур путем внесения в почву строго рассчитанных количеств различных химических удобрении и как результат предотвращение различных заболеваний.

Рекомендации биогеохимической науки используются для поиска ред­ких рассеянных элементов, для выявления биогеохимических провинций, где возможны эндемические заболевания, для применения микроудобре­ний в растениеводстве и использования микроэлементов в животноводстве. Задачи биогеохимии решаются специалистами различных научных дисциплин: геохимиками, биохимиками, почвоведами, агрономами, агро­химиками, ботаниками, врачами, гидрохимиками, зоологами, зоотехни­ками, микробиологами и др. [4]