Жива речовина і її енергія (частина 2)

У доарістотелівські часи вважали, що життя починається з абіогенезу (з таких мертвих тіл природи, як камінь, скеля, вода, газ, земля). Арістотель, – писав В.І.Вернадський (1969), – визнавав біогенез для людини, птахів, майже всіх ссавців та деяких нижчих тварин, окремих з хребетних, багатьох рослин. Він у виняткових випадках допускав гетерогенез (різнорідне зародження) і для вищих рослин, і для тварин. Пройшли два тисячоліття з часу смерті Арістотеля, утвердився в науці принцип Реді ("все живе з живого"), але й сьогодні йде пошук взаємозв'язків живої і неживої речовини, які служать надійним механізмом невпинного руху життя в біосфері.

Для того щоб краще зрозуміти суть цих механізмів, слід з'ясувати, з яких речовин, крім живої, складається біосфера. Незважаючи на те що уявлення про склад біосфери, викладені В.І.Вернадським у праці "Хімічна будова біосфери Землі і її оточення", останні десятиріччя уточнювалися і розвивалися, подаємо її у вигляді оригіналу: "Речовина її (біосфери. – авт.) складається із семи глибоко різнорідних природних частин, геологічно невипадкових".
По-перше, із сукупності живих організмів, живої речовини, розсіяної в міріадах особин.
По-друге, з біогенної речовини – джерела потужної потенціальної енергії (кам'яне вугілля, бітуми, вапняки, нафта тощо).
По-третє, з косної речовини – твердої, рідкої, газоподібної (камінь, вода, повітря), у відтворенні якої не беруть участі живі організми.
По-четверте, біокосної речовини, яка створюється одночасно живими організмами і косними процесами, являючи собою динамічні зрівноважені системи перших і других. Такою є вся океанська і майже вся річна вода біосфери, ґрунт, кора вивітрювання і т.п.
По-п'яте, з речовини, яка перебуває в радіоактивному розпаді. Останні десятиліття випробування ядерної зброї й аварії на атомних електростанціях підтвердили наявність у живій і неживій природі великої кількості елементів радіоактивного розпаду.
По-шосте, з речовини, просякнутої розсіяними атомами, які безпосередньо утворюються із різних земних речовин під впливом сонячного випромінювання.
По-сьоме, з речовини космічного походження (космічний пил, метеорити тощо).

Отже, речовина біосфери В.І.Вернадським розподіляється за декількома ознаками: за походженням (земна, космічна), характером речовини (жива, нежива), за характером вихідної речовини (біогенна, косна), за радіоактивністю, за ступенем дисперсності (розсіяні атоми). Слід зазначити, що сучасна жива речовина – цілком біогенного походження, оскільки вона трансформується вже з існуючих живих організмів. Для кількісної оцінки живої речовини В.І.Вернадський запропонував такі її параметри: хімічний склад, середня маса організмів і середня швидкість заселення усієї поверхні земної кулі.

Які ж функції живої речовини в біосфері? В.І.Вернадський називає такі: а) газова; б) киснева; в) окислювальна; г) кальцієва; д) відновлювальна; е) концентраційна; є) руйнування органічних речовин; ж) відновлювального розкладу; з) метаболізму і дихання організмів.

А.В.Лаппо, враховуючи набутий досвід останніх років та нові підходи, перегруповує названі В.І.Вернадським функції (табл. 7.4).

Таблиця 7.4 Основні функції живої речовини в біосфері

Першою названа енергетична функція. Автор наводить слова академіка В.Д.Комарова на І з'їзді радянських ботаніків: "Лише життя з його морфологічним ускладненням може утримати сонячне проміння на Землі мільйони років, як ми побачимо на прикладі кам'яного вугілля. Дійсно, лише завдяки "зеленому екрану" біосфери – фотоавтотрофам – сонячна енергія не просто відбивається від поверхні планети, нагріваючи лише поверхневий шар, а глибоко проникає в товщі земної кори і є енергетичним джерелом, по суті, для всіх екзогенних процесів".
Уся маса живої речовини, яка була на Землі хоча б протягом 1 млрд років, вже перевищує масу земної кори. Дійсно, біомаса Землі (в сухій речовині) становить 2,44·1012 т, тобто 0,00001% земної кори (2·1019 т). Беручи до уваги , що останній мільярд років продукція земної кулі була близькою до сучасної, можна розрахувати її сумарну кількість 2·1011·109=2·1020 т, тобто в 10 разів більше маси земної кори. Слід брати до уваги, що жива речовина – це надзвичайно активна хімічнодіюча маса, а тому стає зрозумілою і її велетенська енергетична роль.
Якщо врахувати, що на земну поверхню щорічно надходить 21·1025 кДж сонячної енергії, то на поверхню, покриту зеленою рослинністю і водоймищами з їх фітопланктоном, припадає лише близько 40%, або 8,4·1023 кДж енергії. З урахуванням витрат сонячної енергії внаслідок відбивання та інших причин, а також енергетичного виходу фотосинтез не перевищує 2%. Загальна кількість енергії, яка запасається щороку у процесі фотосинтезу, виражається величиною порядку 20,9·1022 кДж. В табл. 7.5 наведені одиниці енергії, які використовуються в екології.