Экология природопользования

1. Закон физико-химического единства живого вещества и биогеохимические принципы В.И. Вернадского. Термодинамическое правило Вант-Гоффа - Аррениуса и другие физико-химические закономерности развития основ жизни

Закон физико-химического единства живого вещества и биогеохимические принципы В.И. Вернадского - одни из важнейших закономерностей развития биосистем.

Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского) звучит так: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂ и т.д.) обусловлены живым веществом - как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое было на Земле в течение всей геологической истории.

Согласно этому закону, имеющему важное теоретическое и практическое значение, понимание общих химических процессов, протекавших и протекающих на поверхности суши, в атмосфере и в заселенных организмами глубинах литосферы и вод, а также геологических слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических и биогенных факторов, в том числе эволюционных. Поскольку люди воздействуют прежде всего на биосферу и ее живое население, они тем самым изменяют условия биогенной миграции атомов, создавая предпосылки для еще более глубоких химических перемен в исторической перспективе. Таким образом, процесс может стать саморазвивающимся, не зависящим от желания человека и практически, при глобальном размахе, неуправляемым. Отсюда одна из самых насущных потребностей - сохранение живого покрова Земли в относительно неизменном состоянии. Тот же Закон определяет и необходимость учета воздействий на биоту при любых проектах преобразования природы. В этих случаях происходят региональные и локальные изменения в химических процессах, ведущие при любых крупных ошибках к деградации среды - опустыниванию [2, С.55].

Вернадским В.И. также сформулированы следующие биогеохимические принципы:

- первый биогеохимический принцип В.И. Вернадского: биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению;

- второй биогеохимический принцип В.И. Вернадского: эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов;

- третий биогеохимический принцип В.И. Вернадского: живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца [2, С.57].

Закон константности (В.И. Вернадского) звучит так: количество живого вещества природы (для данного геологического периода) есть константа. Любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за собой такую же по размеру его перемену в каком-либо регионе, но с обратным знаком. Полярные изменения могут быть использованы в процессах управления природой, но следует учитывать, что не всегда происходит адекватная замена. Обычно высокоразвитые виды и экосистемы вытесняются другими, стоящими на относительно эволюционно более низком уровне (крупные организмы - более мелкими), а полезные для человека формы - менее полезными, нейтральными или даже вредными.

Закон физико-химического единства живого вещества В.И. Вернадского гласит: все живое вещество Земли физико-химически едино. Из Закона естественно вытекает следствие: вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части, или: вредное для одних видов существ вредно и для других. Отсюда - любые физико-химические агенты, смертельные для одних организмов (например, средства борьбы с вредителями), не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Вся разница состоит лишь в степени устойчивости видов к агенту. Поскольку в любой многочисленной популяции всегда находятся разнокачественные особи, в том числе менее или более устойчивые к физико-химическим влияниям, скорость отбора по выносливости популяций к вредному агенту прямо пропорциональна скорости размножения организмов, быстроте чередования поколений. Исходя из этого, при растущем воздействии физико-химического фактора, к которому организм с относительно медленной сменой поколений устойчив, на менее устойчивый, но быстрее размножающийся вид их способность противостоять рассматриваемому фактору уравнивается. Именно поэтому длительное применение химических методов борьбы с вредителями растений и возбудителями болезней человека и теплокровных животных экологически неприемлемо. С отбором устойчивых особей быстро размножающихся членистоногих нормы обработки приходится увеличивать. Однако и эти увеличенные концентрации оказываются малоэффективными, но тяжело отражаются на здоровье людей и позвоночных животных.

Термодинамическое правило Вант-Гоффа - Аррениуса гласит, что скорость химических реакций существенно зависит от температуры и, как правило, увеличивается в 2-3 раза при возрастании температуры на 10°. Этому правилу подчиняется подавляющее большинство процессов в живых организмах, основанных на молекулярных реакциях, в том числе и сложные цепи биохимических реакций на клеточном уровне [1, С.81].

Следует помнить, что правило Вант-Гоффа применимо только для реакций с энергией активации 60-120 кДж/моль в температурном диапазоне 10-400°C. Правилу Вант-Гоффа также не подчиняются реакции, в которых принимают участие громоздкие молекулы, например белки в биологических системах. Температурную зависимость скорости реакции более корректно описывает уравнение Аррениуса.

Уравнение Аррениуса стало одним из основных уравнений химической кинетики, а энергия активации -- важной количественной характеристикой реакционной способности веществ.

Содержание