После спонтанного зарождения органической жизни, историю биосферы можно разделить на три этапа (по В. К. Бахнову):
- гидроземный (подводные);
- атмоземный (болотный);
- литоземный (сухопутный).
Каждому из этих этапов соответствовала своя форма почвообразования, явившееся ведущим механизмом формирования биосферы, в частности её кислородсодержащей атмосферы.
Согласно данным К. И. Кобак, основная масса органического углерода (99,90%) сосредоточена в осадочных породах. Учитывая данное обстоятельство и признавая подводные почвы самой древней формой почвообразования на Земле, можно говорить о том, что огромная масса органического углерода, заключенная в осадочных породах, прошла стадию подводного почвообразования, когда органическое вещество создавалось только в водной среде микробиологическими сообществами, в которых преобладали цианобактерии.
Утилизация недоокисленного органического вещества вновь получила наивысшее выражение в последующий атмоземный период развития биосферы, о чем свидетельствуют залежи каменного угля, исходным материалом образования которого служили древние болотные экопочвы.
Выведение углерода из активного состояния в виде газа и консервация на длительное время (с понижением энтропии) – одна из основных исторических функций, выполненных болотным почвообразованием. Обогащение атмосферы кислородом коренным образом изменило геохимию Мирового океана и геохимию суши.
Решающую роль при заселении суши организмами сыграло болотное почвообразование. Растения, прежде чем поселится на суше, вынуждены сначала адаптироваться к жизни в условиях воздушного окружения. Соприкосновение их с воздушной средой было едва ли не самым трудным шагом в процессе формирования наземных растений. В то же время, выход из водной среды открывал им возможность наиболее полного использования лучистой энергии Солнца и газового состава атмосферы (количество СО2 уменьшалось!!!!).
На данном этапе становления биосферы растения во многих отношениях были сходны с водными предками, и длительное время сохраняли потребность в постоянном обильном увлажнении среды своего обитания. Роль фактора, стабилизировавшего водообеспечение, выполняло органическое вещество, которое по своей природе обладает большой способностью поглощать и удерживать воду. Эта особенность органического вещества послужила предпосылкой использования создаваемых самими же растениями запасов мертвых остатков в качестве субстрата – почвы.
Атмоземный этап развития биосферы продолжался около 200 млн. лет. За это время организмы адаптировались к жизни в условиях воздушного окружения и были подготовлены к переселению на литосферную оболочку суши. Однако растительность атмоземного периода имела слаборазвитую корневую систему, приспособленную к функционированию в условиях влажных органогенных почв. Дальнейшее совершенствование растений, прежде всего корневых систем, происходило в течении литоземного этапа. Появилась новая форма почвообразования - автоморфное. Путь к нему шел постепенно, через ряд гидроморфных и полугидроморфных почв, с постепенным уменьшением содержания перегноя, увеличением количества гуминовых кислот. По всей видимости, наиболее поздно сформировавшимися были пустынные биомы, для которых характерен наименее развитый почвенный покров.
Из выше сказанного следует вывод о том, что на протяжении всей истории биосферы между живой и неживой природой, живыми организмами и продуктами метаболизма экосистем существовала тесная связь, взаимозависимость. Для процесса почвообразования, также как и для жизни в целом, характерно рассеяние энтропии, то есть её уменьшение. В то же время происходит повышение упорядоченности, количество информации в почвенных системах в ходе развития растёт.
Наибольшую роль в уменьшение энтропии почвенных систем вносят гумусовые вещества – аккумулятор энергии Солнца, а также микроорганизмы, которые даже аналитически невозможно отделить в процессе анализа органического вещества.
Наиболее энергоемки и термодинамически устойчивы молекулы гуминовых кислот. Они состоят из ароматических конденсированных ядер и многофункциональных периферических алифатических цепей с общей системой сопряженных связей. Подобная система является довольно устойчивой, ядро состоит из 5-6-ти бензольных колец (по И. Д. Комисарову). Алифатическая периферия – переменный компонент, которые может быть, а может и не быть в составе молекулы. В процессе почвообразования к ранее сформированным ароматическим матрицам могут присоединяться цепи различной длины. В то же время при недостатке органического материала, микроорганизмы способны использовать эти цепи на нужды метаболизма.
Гуминовые кислоты, накапливая солнечную энергию, сами уподобляются в своей геометрии Солнцу. Ароматическое ядро – звезда, алифатические цепи – расходящиеся лучи.
Одним из наиболее специфических почвенных свойств стоит признать наличие специфических органических веществ, они содержаться в любой почве и большинстве парапочв. Эти вещества настолько важны в биосфере, что В. А. Ковда, продолжая учение В. И. Вернадского о биосфере, предложил считать гумусовый слой планеты особой энергетической оболочкой – гумосферой. Растительные остатки, поступая в почву, несут около 17-21 кДж энергии на 1 г сухого вещества. По данным С. А. Алиева, 1 г гуминовой кислоты содержит от 18 до 22 кДж, 1 г фульвокислоты около 19 кДж, 1 г липидов – 35,5 кДж. Почвы, содержащие среднее количество органического вещества 4-6% и имеющие средние запасы гумуса (200-400 т/га), накапливают на 1 га столько энергии, сколько дают 20-30 т антрацита.
Прочие статьи:
Слияние целых клеток. Введение
Известно, что при смешивании клеток они могут спонтанно сливаться, однако событие это чрезвычайно редкое. Эффективность слияния может быть существенно увеличена с помощью специфических антигенов. Первоначально для этой цели использовали и ...
Внутреннее строение и история геологического развития земли
Классическая термодинамика занималась только консервативными (изолированными) системами. В таких системах при самопроизвольных процессах энтропия увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения в состоянии равновесия.
...
Концентрирование уксусной кислоты
В столовом уксусе содержится 5—9% кислоты (в СССР) или 4% (США), получаемой из 10—13%-го уксуса. Уксус с концентрацией 20—30% кислоты получают путем вымораживания исходного раствора. Лед, который образуется в этом процессе, отбрасывается. ...