Биогеохимия — это научная дисциплина , которая занимается изучением химических , физических , геологических и биологических процессов и реакций, которые определяют состав природной среды (включая биосферу , криосферу , гидросферу , педосферу , атмосферу и литосферу) . ). В частности, биогеохимия — это изучение биогеохимических циклов , циклов химических элементов, таких как углерод и азот , а также их взаимодействия с живыми существами и их включения в них , транспортируемых через биологические системы земного масштаба в пространстве и времени. В этой области основное внимание уделяется химическим циклам, которые либо обусловлены биологической активностью, либо влияют на нее. Особое внимание уделяется изучению циклов углерода , азота , кислорода , серы , железа и фосфора . [1] Биогеохимия – это системная наука, тесно связанная с системной экологией .
Ранние греки установили основную идею биогеохимии о том, что природа состоит из циклов. [2]
Сельскохозяйственный интерес к химии почвы 18-го века привел к лучшему пониманию питательных веществ и их связи с биохимическими процессами. Эта связь между циклами органической жизни и их химическими продуктами была далее развита Дюма и Буссенго в статье 1844 года, которая считается важной вехой в развитии биогеохимии. [2] [3] [4] Жан-Батист Ламарк впервые использовал термин « биосфера» в 1802 году, а другие продолжали развивать эту концепцию на протяжении всего 19 века. [3] Ранние исследования климата, проведенные такими учеными, как Чарльз Лайель , Джон Тиндалл и Джозеф Фурье, начали связывать оледенение , выветривание и климат. [5]
Основоположником современной биогеохимии был Владимир Вернадский , российский и украинский учёный, чья книга 1926 года «Биосфера» [ 6] в традиции Менделеева сформулировала физику Земли как живого целого. [7] Вернадский выделил три сферы, где сфера представляла собой понятие, аналогичное понятию фазового пространства . Он заметил, что каждая сфера имеет свои собственные законы эволюции и что высшие сферы модифицируют и доминируют над низшими:
Деятельность человека (например, сельское хозяйство и промышленность ) видоизменяет биосферу и абиотическую сферу. В современной окружающей среде степень влияния человека на две другие сферы сравнима с геологической силой (см. Антропоцен ).
Американскому лимнологу и геохимику Дж. Эвелин Хатчинсон приписывают определение широких масштабов и принципов этой новой области. Совсем недавно основные элементы дисциплины биогеохимии были вновь сформулированы и популяризированы британским ученым и писателем Джеймсом Лавлоком под названием « гипотеза Геи ». Лавлок подчеркнул концепцию, согласно которой жизненные процессы регулируют Землю посредством механизмов обратной связи , чтобы сохранить ее пригодной для жизни. Исследования Манфреда Шидловского были связаны с биохимией ранней Земли . [8]
Биогеохимические циклы — это пути, по которым химические вещества циркулируют (переворачиваются или перемещаются) в биотических и абиотических средах Земли . Биотическая часть — это биосфера , а абиотическая часть — это атмосфера , гидросфера и литосфера . Существуют биогеохимические циклы химических элементов, например кальция , углерода , водорода , ртути , азота , кислорода , фосфора , селена , железа и серы , а также молекулярные циклы, например воды и кремнезема . Существуют также макроскопические циклы, такие как цикл горных пород , и антропогенные циклы синтетических соединений, таких как полихлорированные дифенилы (ПХД). В некоторых циклах существуют резервуары, в которых вещество может оставаться или изолироваться в течение длительного периода времени. [9] [10] [11]
Исследовательские группы по биогеохимии существуют во многих университетах мира. Поскольку это очень междисциплинарная область, они входят в широкий спектр основных дисциплин, включая: науки об атмосфере , биологию , экологию , геомикробиологию , химию окружающей среды , геологию , океанографию и почвоведение . Их часто относят к более крупным дисциплинам, таким как наука о Земле и наука об окружающей среде .
Многие исследователи исследуют биогеохимические циклы таких химических элементов , как углерод , кислород , азот , фосфор и сера , а также их стабильных изотопов . Также изучаются циклы микроэлементов , таких как микроэлементы и радионуклиды . Эти исследования имеют очевидное применение при разведке рудных месторождений и нефти, а также при устранении загрязнения окружающей среды.
Некоторые важные области исследований биогеохимии включают:
Эволюционная биогеохимия — это раздел современной биогеохимии, который применяет изучение биогеохимических циклов к геологической истории Земли. Эта область исследует происхождение биогеохимических циклов и то, как они менялись на протяжении истории планеты, особенно в связи с эволюцией жизни. [12]
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link).{{cite web}}
: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link).