Кава та хтонічні сили. Колонка в Комп'ютерреOnline #17
Які сили повертають необхідні для організмів елементи в біологічний круговорот? Давні греки назвали б їх хтонічними – пов’язаними з первісною енергією Землі.
←
Dmytro Shabanov
→
Що відбивається у чашці кави?
Кава та хтонічні сили
Планетарна кава
Колонка в Комп’ютерреOnline #16
Колонка в Комп’ютерреOnline #17
Колонка в Комп’ютерреOnline #18
Дві колонки підряд розмірковую про те, що можна розгледіти в чашці кави (ау‑у, кавові «королі»! готовий зі скромною гідністю прийняти подяку за рекламу вашої продукції!). Незважаючи на всі зусилля, чашка не спорожніла, і на її дні можна побачити багато цікавого (достатньо на пару колонок).
У першій колонці ми обговорили, звідки береться біохімічна і теплова енергія в чашці кави. У другій – переконалися, що умовою потрапляння кави в чашку є потоки енергії, які організують її вирощування, переробку і переміщення. Сьогодні я хочу задуматися, звідки в каві з’явилися хімічні елементи, що в ній містяться.
Уявіть земну поверхню як лоскутне покривало з відносно цілісних одиниць – біогеоценозів. Зараз нам достатньо визначення біогеоценозу, як екосистеми в межах фітоценозу, іншими словами – ділянки земної поверхні, виділеної за характерним типом рослинності. Значна частина «лоскутів» на сучасній Землі – агроценози, штучні сільськогосподарські біогеоценози. Кава, як і цукровий буряк чи цукрова тростина – їхня продукція. Ви пам’ятаєте, що агроценози надзвичайно нестабільні і зберігаються лише завдяки безперервним енергетичним субсидіям? Як тільки ми припинимо енергетичні вливання, на зміну культурним рослинам, що накопичують максимум енергії в врожаї, прийдуть інші, більш «турботливі» про свою конкурентоспроможність, але менш урожайні.
Звідки беруться поля? Це змінені природні цено́зи, наприклад, колишні степи. Умови для руйнування відмерлих трав у степу не найкращі – сухо. Недорозкладена органіка накопичується в ґрунті, утворюючи чорнозем. Органічні речовини чорнозему для трав не потрібні, а ось накопичені в ньому біогени і вода надзвичайно важливі. Чорнозем у степу поступово руйнується (окислюється, вивітрюється, змивається), але при цьому безперервно поповнюється внаслідок відмирання і руйнування трав.
Коли степ перетворюється на поле, відновлення чорнозему припиняється, оскільки значна частина біомаси виводиться разом із врожаєм, а не повертається в ґрунт. Руйнування триває своїм чередом і лише посилюється. Отже, родючість полів значною мірою базується на поступово витрачаючих ґрунтах, що залишилися від зруйнованих природних біогеоценозів. У більшості агроценозів ґрунти швидше чи повільніше деградують…
Перш ніж обговорювати, як ми боремося зі зниженням родючості агроценозів, задумаймося, які елементи містяться в потоці речовини, яку ми виводимо з полів. Основні елементи в складі органічних сполук – вуглець, кисень і водень, які надходять у продукти фотосинтезу з вуглекислого газу і води. Дуже важливий і азот, без якого неможливо синтезувати ні білки, ні різноманітні сполуки типу кофеїну (пам’ятаєте, що ми говоримо про каву?). В атмосфері азоту багато, але використати його нелегко. Рослини отримують його з ґрунту, куди азот потрапляє або в результаті дії бактерій, здатних його фіксувати, або при його окисленні під час удару блискавки. На кількість блискавок рослини особливо вплинути не можуть, а ось потрібні бактерії можуть цілеспрямовано розводити: бобові роблять це у спеціальних клубочках на своїх коренях.
Склад врожаю не обмежується названими елементами. У різних концентраціях там знаходиться практично вся доуранова частина таблиці Менделєєва. Для позначення всіх елементів, необхідних організмам, використовуємо термін «біогени». Потік продукції з агроценозів – потік біогенів. Якщо вода з басейну витікає по одній трубі, її рівень залишиться постійним лише якщо вона підтекає по іншій. Які «труби» вносять біогени в агроценози?
Вуглець, кисень, водень і так собі азот надходять з атмосфери. А фосфор, сірка, калій, кальцій, залізо, магній і багато інших елементів? Це серйозна проблема, важлива не лише для агроценозів, адже виведення речовини з біогеоценозів – не винахід людей.
Уявіть собі річку, що впадає в море. Що несуть її мутні води? Масу неорганіки (пісок, глина, солі), органіки на різних стадіях руйнування і просто живих організмів. Цей «суп» містить у собі значну кількість біогенів, змитих у річку з усього водозбірного басейну. Частина з них, потрапивши в океан, повернеться на сушу (з виловленою рибою, пометом рибоїдних птахів і навіть просто бризками, які підхопив вітер). Однак переважаюча частина цих біогенів буде вилучена з кругообігу і опиниться на дні, у морських відкладеннях. Яка енергія забезпечує захоронення біогенів? Сонячна, адже саме завдяки їй дують вітри і тече річка.
Якби процес міграції речовин на дно океанів нічим не компенсувався, на Землю чекав би сумний кінець. Повітря і вода підняли б континенти і вирівняли морське дно. Планету покрив би океан глибиною понад кілометр. Більш щільні, ніж вода, речовини опустилися б вниз, уносячи безліч біогенів. У освітлених сонцем водах утворилася б хімічна «пустеля», а біогени накопичилися б на дні, де панує темрява. За таких умов земне життя ледве б існувало.
Які сили утримують біосферу від такої сумної долі? Ті, що забезпечують виверження вулканів і гіроутворювальні процеси. Вони піднімають нові і нові гірські породи вгору, у зону водно‑повітряного руйнування. З гірських порід виводяться біогени, які потрапляють у кругообіг у складі живої речовини. Ці сили і роблять Землю планетою життя! Де їх джерело?
Нагріте (передусім – внаслідок гравітаційної диференціації недр у епоху ранньої молодості) ядро Землі повільно віддає свою енергію через в'язку, напіврідку мантію. Циркуляція мантії призводить до того, що утворюючі земну кору плити повільно плавають по поверхні планети. Коли континентальні частини плит нагромаджуються одна на одну, до неба піднімаються гори; коли океанські ділянки плит втискаються у глибину, збагачені водою осадові породи у вигляді перегрітої магми вивертаються на поверхню через жерла вулканів.
Як назвати сили, які виконують цю колосальну роботу? Стародавні греки назвали б їх хтонічними – пов’язаними з первісною енергією Землі. Раніше хтонічними силами вважали титанів, боротьба з якими викликає землетруси. Тепер можна говорити про хтонічну енергію Землі, що забезпечує елементне різноманіття процесів, що відбуваються на її поверхні. Можна сказати, що хтонічні сили в певній мірі протистоять сонячним, не дозволяючи їм «приховати» біогени від організмів.
Чи можуть живі організми впливати на надходження біогенів на поверхню планети? Лише в невеликій мірі, прискорюючи руйнування гірських порід. Однак вони можуть зв’язувати недостаючі елементи в біотичному кругообігу речовин, по можливості мінімізуючи їх втрати.
На біостанції в місцевості Хаббард‑Брук в Америці був проведений жорстокий експеримент. Вибрали струмок, що витікає з невеликого водозбірного басейну, обмеженого гірськими хребтами. Виміряли кількість витікаючої з нього води і вміст у ній різних біогенів. Знищили в цьому басейні всю рослинність за допомогою дефоліантів. Виміряли, скільки води витікає з практично безжиттєвого басейну, і скільки з нею виноситься різних елементів. Отже, знищення рослинності не лише збільшило виведення води, а й значно підвищило виведення біогенів. Ті елементи, які раніше утримували в собі місцеві рослини, у нових умовах вода понесла вниз по течії…
Хтонічні сили можуть підтримати елементне різноманіття природних біогеоценозів. Агроценози програють у трьох важливих аспектах. По‑перше, з них виводиться дуже багато біогенів. По‑друге, високі врожаї вимагають постійного біогенового багатства. По‑третє, агроценози позбавлені багатьох механізмів утримання біогенів, характерних для природних біосистем. Вихід один: добрива. Штучність, а часто й надмірність внесення добрив призводять до того, що вони недостатньо зв’язуються ґрунтом і швидко виносяться водою, потрапляючи у водойми. Біогенове забруднення водойм призводить до їх заболочування і порушення водного режиму суміжних територій. Цілий клубок проблем!
Сучасна міфологія стверджує, що «органічні» добрива (гній, рослинна біомаса) «екологічніші» за хімічні. Детально доводити зараз не буду, але скажу, що органічні добрива мають свої серйозні недоліки (наприклад, малоконтрольований склад), і до того ж для всіх полів їх все одно не вистачить.
Розмова про каву була розпочата, щоб показати принципові особливості нашого виду. Чи проявляються вони в нашій діяльності, яку ми обговорювали?
Біогеоценози змінюють не лише люди. Ті ж бобри перетворюють ділянки лісу на заводі. Агросистеми створюють не лише люди, а й мурахи. Листорізи роблять грибні городи, звичайні лісові мурахи охороняють і розводять тлю. Продукцію виводять і переміщують не лише люди.
Саранча летіла, летіла
І сіла.
Сиділа, сиділа, все з’їла
І знову полетіла.
А. С. Пушкін
Добривають території не лише люди. Виліт із прісноводних водойм комарів і вихід молодих жаб виносять біогени в околиці наземних місць існування. Отже, усі відмінності – кількісні, а не якісні? Можна вважати, що так. Але, на мій погляд, жоден вид не поєднує виведення продукції з штучних біогеоценозів з доставкою туди біогенів з інших джерел. Ми багаторазово прискорюємо надходження біогенів в екосистеми порівняно з тим, що забезпечують хтонічні сили.
Тож елементне різноманіття ранкової кави – і результат дії материнських сил Землі, і наслідок нашої активності. Аромат‑то який…
←
Dmytro Shabanov
→
Що відбивається у чашці кави?
Кава та хтонічні сили
Планетарна кава
Колонка в Комп’ютерреOnline #16
Колонка в Комп’ютерреOnline #17
Колонка в Комп’ютерреOnline #18