Чтение онлайн

Именно эволюция живого покрова планеты – биоты является постоянно действующим фактором активного изменения биогеоценоза, а с ним и почвы и других глобальных экскретов.

На этот счёт имеется гипотеза, что жизнь возникла именно в грунте первичных материалов Земли и что древнейшие существа планеты – почвенные микробы появились первыми в земном реголите – грунте, похожем на грунт Луны. Кстати, низшие растения действительно могут расти на грунте такого состава, что доказано экспериментально.

Важной составляющей почвообразования является процесс разложения минералов той горной породы, на которой образовалась почва. Разложение микробами горных пород имеет огромное значение для биосферы. Не будь его, живые организмы очень быстро исчерпали бы ресурсы большинства биогенных элементов. Особенно важно это в условиях влажного климата, где дожди постоянно промывают почву и выносят все растворимые элементы минерального питания, которые не успели перехватить другие микроорганизмы или же корни растений.

Существует множество микроорганизмов (в их числе бактерии, водоросли, грибы, актиномицеты, дрожжи), способных разрушать минералы и извлекать нужные им элементы или химические соединения – такие как кислород, азот, железо, серу, калий и др. Бактерии способны эффективно разрушать горные породы. Для этого у них есть целый арсенал «химического оружия»: ферменты, слизи, кислоты. Ферменты – средство строго избирательного воздействия. Например, с помощью ферментов серобактерии окисляют содержащие серу минералы. Многие микробы, попав в анаэробные условия, то есть в условия, где нет кислорода, способны с помощью особых ферментов "отнимать" кислород у окислов железа. А содержащие железо минералы при этом разрушаются.

Не столь избирательное, но ещё большее по масштабам действие оказывают на минералы различные слизи, выделяемые микробами. Многие бактерии в почвах буквально погружены в слизь. Именно она составляет основную массу органических полимеров, особенно полисахаридов. Содержащиеся в слизи кислоты могут разрушать кристаллические решётки минералов, тем самым переводя в раствор, в усвояемое состояние нужные микробам вещества.

Микробы выделяют кислоты и в чистом виде, даже такие сильные, как азотная и серная. Иногда эти кислоты для микробов являются не оружием нападения на минералы, а просто экскретами, отбросами. Отмечается [87], что автотрофные микроорганизмы, в частности нитрификаторы и серобактерии, могут порой "захлебнуться" в выделяемых ими же самими кислотах.

В биогеоценозе живут и другие существа, которые охотно поглощают минеральные соединения растворенных горных пород, но наиболее ярко выражена способность к кислотообразованию у микроскопических грибов. С помощью кислот микробы извлекают из минералов фосфор, многие металлы. В разложении горных пород достаточно велика и роль гумусовых кислот, фенольных соединений.

В процессе жизнедеятельности микробы выделяют и щёлочи, особенно при разложении органики, аммонификации. Накоплению в почве щёлочей способствует внесение навоза и других органических удобрений, если они содержат много азота. И вот уже щёлочи растворяют кварц, трудно растворимые фосфаты, алюмосиликаты, нефелины. Микробы выделяют и такие сильные химические реагенты, как водород, сероводород, метан, которые также разрушают минералы.

Все эти явления очень важны для почвообразования, для снабжения растений элементами минерального питания, для всей жизни биогеоценозов. Но совершенно очевидно, что эти же процессы ещё важнее для эволюции почвы, для формирования почвенного слоя, накопления запаса биогенных элементов в живом веществе экосистемы при развитии почв на чистой скальной поверхности, песке или глине. Здесь свободно поселяются автотрофные микроорганизмы, лишайники (они тоже выделяют кислоты и могут растворять минералы), а всё остальное – дело времени.

Однако микробы не только разрушают минералы, но и способствуют созданию многих новых, особенно содержащих кальций, фосфор, кремний, железо и алюминий. На их основе могут возникнуть залежи полезных ископаемых – глобальных экскретов. Например, плесневые грибы в опытах за неделю извлекали из размельченного базальта 54 % железа, 59 % – магния, 11 % – алюминия, немало кремния.

Как видим, важнейшие химические процессы в почвах регулируются деятельностью живого вещества, особенно микробов и высших растений. Поэтому почвы столь же изменчивы, непостоянны по своим свойствам, как и жизнь организмов, которые их создали.

Подобные процессы возникновения глобальных экскретов наблюдаются и в других природных средах. Рассмотрим механизм возникновения и трансформацию глобального экскрета на примере возникновения залежей подводного метана. Метан является самым «опасным» парниковым газом, так как выбросы этого газа провоцируют очередной этап глобального потепления. На определённом этапе повышения температуры на планете учёные предсказывали начало выбросов метана из океанов и зон вечной мерзлоты в полярных зонах Земли. В частности, в последние годы исследователи обнаружили выбросы значительных запасов метана со дна Северного ледовитого океана [92]. По мере потепления мирового океана вода прогревает его дно, и это провоцирует выбросы метана.

Предположительно этот глобальный экскрет возникает так. В океане организмы умирают, опускаются на дно и частично разлагаются в метан. Под высоким давлением и под воздействием низких температур молекулы метана «попадают в капкан» – превращаются в супрамолекулярное соединение метана с водой, известное как газовый гидрат [93], который стабилизируется в плотный тонкий слой под дном океана.

Энциклопедия [94] определяет этот продукт так. «Гидрат метана – супрамолекулярное соединение метана с водой, устойчив при низких температурах и повышенных давлениях, наиболее широко распространённый в природе газовый гидрат».

Отмечается, что гидрат метана может стать ценным источником экологически чистой энергии, так как горящий метан вырабатывает значительно меньше углекислого газа, чем любые горючие ископаемые минералы. Гидрат метана – это похожая на лёд субстанция, состоящая из воды и метана, которая стабильна только в холодной воде и под большим давлением. Газовые гидраты внешне напоминают спрессованный снег, могут гореть, легко распадаются на воду и газ при повышении температуры. Благодаря своей структуре газовый гидрат объёмом 1 см3 может содержать до 160–180 см3 чистого газа.

Распадающийся гидрат метана служит своеобразным индикатором изменения планетарного климата. «Так как придонная температура растёт, гидрат распадается, следовательно мы имеем ещё одно подтверждение роста температур в океане под влиянием меняющегося климата", – считают исследователи [92]. Заметим, что по предварительным данным, за последние 30 лет температура воды в Северном Ледовитом океане увеличилась в среднем на 1 градус по Цельсию.

В 40-е годы прошлого века советские учёные высказывают гипотезу о наличии залежей газовых гидратов в зоне вечной мерзлоты. В 60-е годы они же обнаруживают первые месторождения газовых гидратов на севере СССР. С этого момента газовые гидраты начинают рассматриваться как потенциальный источник топлива. Постепенно выясняется их широкое распространение в океанах и нестабильность при повышении температуры. Поэтому сейчас природные газовые гидраты приковывают особое внимание как возможный источник ископаемого топлива, а также участник изменений климата.