stringtranslate.com

Биогеохимия

Владимир Вернадский , основоположник биогеохимии.

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 .

История

Ранний греческий

Ранние греки установили основную идею биогеохимии о том, что природа состоит из циклов. [2]

18-19 вв.

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]

20 век

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:

  1. Абиотическая сфера – все неживые энергетические и материальные процессы.
  2. Биосфера - жизненные процессы, происходящие в абиотической сфере.
  3. Нёэзис или ноосфера – сфера познавательного процесса человека.

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

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]

Исследовать

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

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шлезингер, Уильям Х. (2020). Биогеохимия: анализ глобальных изменений. Эмили С. Бернхардт (4-е изд.). Лондон. ISBN 978-0-12-814609-5. ОСЛК  1183905251.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  2. ^ Аб Горэм, Эвилл (1 января 1991 г.). «Биогеохимия: ее истоки и развитие». Биогеохимия . 13 (3): 199–239. дои : 10.1007/BF00002942. ISSN  1573-515Х. S2CID  128563314.
  3. ^ аб Бьянки, Томас С. (01 июня 2021 г.). «Эволюция биогеохимии: новый взгляд». Биогеохимия . 154 (2): 141–181. дои : 10.1007/s10533-020-00708-0 . ISSN  1573-515Х. S2CID  227165026.
  4. ^ Дюма, Ж.-Б.; Буссенго, Ж.Б. (1844 г.). Химический и физиологический баланс органической природы; очерк (3-е изд., с новыми документами. Изд.). Лондон: Х. Байьер. дои : 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 геохимии и биосферы, тр. Ольга Бараш, Санта-Фе, Нью-Мексико, Synergetic Press, ISBN 0-907791-36-0 (первоначально опубликовано на русском языке в 1924 г.) 
  7. ^ Шлезингер, Уильям Х. (2020). Биогеохимия: анализ глобальных изменений. Эмили С. Бернхардт (4-е изд.). Лондон. ISBN 978-0-12-814609-5. ОСЛК  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 в истории Земли: эволюция концепции] . В: Докембрийские исследования . 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) Биология окружающей среды , 3.2 Биогеохимические циклы. Архивировано 27 сентября 2021 г. в Wayback Machine , OpenStax. «Creative Commons — С указанием авторства 4.0 International — CC BY 4.0». Архивировано из оригинала 16 октября 2017 г. Проверено 20 мая 2022 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link).
  11. ^ Биогеохимические циклы. Архивировано 27 сентября 2021 г. в Wayback Machine , OpenStax , 9 мая 2019 г. «Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0». Архивировано из оригинала 16 октября 2017 г. Проверено 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.

Репрезентативные книги и публикации

Внешние ссылки