stringtranslate.com

Биогеохимия

Владимир Вернадский , основоположник биогеохимии

Биогеохимия — это научная дисциплина , которая включает в себя изучение химических , физических , геологических и биологических процессов и реакций, которые управляют составом 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 , и их взаимодействия с живыми существами и их включения в них , транспортируемых через биологические системы земного масштаба в пространстве и времени. Область фокусируется на химических циклах, которые либо управляются 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 .

История

Ранний греческий

Древние греки сформулировали основную идею биогеохимии, что природа состоит из циклов. [2]

18-19 вв.

Сельскохозяйственный интерес к химии почв 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 расширена 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, и другие продолжали развивать эту концепцию на протяжении всего 19-го века. [3] Ранние климатические исследования таких ученых, как Чарльз Лайель , Джон Тиндаль и Жозеф Фурье, начали связывать оледенение , выветривание и климат. [5]

20 век

Основателем современной биогеохимии был Владимир Вернадский , русский и украинский ученый, чья книга 1926 года «Биосфера » [6] в традициях Менделеева сформулировала физику Земли как живого целого. [7] Вернадский различал три сферы, где сфера была понятием, аналогичным понятию фазового пространства . Он заметил, что каждая сфера имела свои собственные законы эволюции , и что высшие сферы модифицировали и доминировали над низшими:

  1. Абиотическая сфера – все неживые энергетические и материальные процессы
  2. Биосфера – жизненные процессы, протекающие в абиотической сфере.
  3. Ноозис или ноосфера – сфера познавательных процессов человека

Человеческая деятельность (например, сельское хозяйство и промышленность ) изменяет биосферу и абиотическую сферу. В современной среде величина влияния человека на две другие сферы сопоставима с геологической силой (см. Антропоцен ).

Американскому лимнологу и геохимику Г. Эвелину Хатчинсону приписывают описание широкого охвата и принципов этой новой области. Совсем недавно основные элементы дисциплины биогеохимии были переформулированы и популяризированы британским ученым и писателем Джеймсом Лавлоком под названием « Гипотеза Геи» . Лавлок подчеркивал концепцию, согласно которой жизненные процессы регулируют Землю посредством механизмов обратной связи , чтобы поддерживать ее пригодной для жизни. Исследования Манфреда Шидловски были связаны с биохимией ранней Земли . [8]

Биогеохимические циклы

Биогеохимические циклы — это пути, по которым химические вещества циркулируют (переворачиваются или перемещаются) через биотические и абиотические отсеки Земли . Биотический отсек — это биосфера , а абиотические отсеки — это атмосфера , гидросфера и литосфера . Существуют биогеохимические циклы для химических элементов, таких как кальций , углерод , водород , ртуть , азот , кислород , фосфор , селен , железо и сера , а также молекулярные циклы, такие как вода и кремний . Существуют также макроскопические циклы, такие как цикл горных пород , и вызванные человеком циклы для синтетических соединений, таких как полихлорированные бифенилы (ПХБ). В некоторых циклах существуют резервуары, где вещество может оставаться или быть изолированным в течение длительного периода времени. [9] [10] [11]

Исследовать

Исследовательские группы по биогеохимии существуют во многих университетах по всему миру. Поскольку это высоко междисциплинарная область, они находятся в широком диапазоне базовых дисциплин, включая: атмосферные науки , биологию , экологию , геомикробиологию , химию окружающей среды , геологию , океанографию и почвоведение . Их часто включают в более крупные дисциплины, такие как науки о Земле и науки об окружающей среде .

Многие исследователи изучают биогеохимические циклы химических элементов , таких как углерод , кислород , азот , фосфор и сера , а также их стабильные изотопы . Циклы микроэлементов , таких как микроэлементы и радионуклиды , также изучаются. Это исследование имеет очевидное применение в разведке рудных месторождений и нефти, а также в ликвидации загрязнения окружающей среды.

Некоторые важные области исследований биогеохимии включают в себя:

Эволюционная биогеохимия

Эволюционная биогеохимия — это раздел современной биогеохимии, который применяет изучение биогеохимических циклов к геологической истории Земли. Эта область изучает происхождение биогеохимических циклов и то, как они изменялись на протяжении истории планеты, особенно в связи с эволюцией жизни. [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Шлезингер, Уильям Х. (2020). Биогеохимия: анализ глобальных изменений. Эмили С. Бернхардт (4-е изд.). Лондон. ISBN 978-0-12-814609-5. OCLC  1183905251.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  2. ^ ab Gorham, Eville (1991-01-01). "Биогеохимия: ее происхождение и развитие". Биогеохимия . 13 (3): 199–239. doi :10.1007/BF00002942. ISSN  1573-515X. S2CID  128563314.
  3. ^ ab Bianchi, Thomas S. (2021-06-01). «Эволюция биогеохимии: пересмотр». Биогеохимия . 154 (2): 141–181. doi : 10.1007/s10533-020-00708-0 . ISSN  1573-515X. S2CID  227165026.
  4. ^ Дюма, Ж.-Б.; Буссенго, Ж.Б. (1844). Химическое и физиологическое равновесие органической природы; эссе (3-е изд., с новыми документами. ред.). Лондон: H. Bailliere. doi :10.5962/bhl.title.137099.
  5. ^ Бард, Эдуард (1 июня 2004 г.). «Парниковый эффект и ледниковые периоды: историческая перспектива». Comptes Rendus Geoscience . 336 (7): 603–638. Бибкод : 2004CRGeo.336..603B. doi :10.1016/j.crte.2004.02.005. ISSN  1631-0713.
  6. ^ Владимир И. Вернадский, 2007, Очерки по геохимии и биосфере, пер. Ольга Бараш, Санта-Фе, Нью-Мексико, Synergetic Press, ISBN 0-907791-36-0 (первоначально опубликовано на русском языке в 1924 году) 
  7. ^ Шлезингер, Уильям Х. (2020). Биогеохимия: анализ глобальных изменений. Эмили С. Бернхардт (4-е изд.). Лондон. ISBN 978-0-12-814609-5. OCLC  1183905251.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  8. ^ Манфред Шидловски : [?via%3Dihub Изотопы углерода как биохимические регистраторы жизни на протяжении 3,8 млрд лет истории Земли: эволюция концепции] . В: Precambrian Research . Том 106, выпуски 1-2, 1 февраля 2001 г., страницы 117-134.
  9. ^ Моисей, М. (2012) Биогеохимические циклы Архивировано 22 ноября 2021 г. в Wayback Machine . Энциклопедия Земли .
  10. ^ Фишер М. Р. (ред.) (2019) Экологическая биология , 3.2 Биогеохимические циклы. Архивировано 27 сентября 2021 г. на Wayback Machine , OpenStax. "Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0". Архивировано из оригинала 16 октября 2017 г. Получено 20 мая 2022 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link).
  11. ^ Биогеохимические циклы Архивировано 27 сентября 2021 г. на Wayback Machine , OpenStax , 9 мая 2019 г. "Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0". Архивировано из оригинала 16 октября 2017 г. Получено 20 мая 2022 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link).
  12. ^ Башкин, Владимир Н.; Ховарт, Роберт В. (2002). Современная биогеохимия . Дордрехт: Kluwer Academic Publ. ISBN 978-1-4020-0992-1.

Представительные книги и публикации

Внешние ссылки