Биогенді элементтер

Биосфера эволюциясы. Қазіргі биосфераның қалыптасуы ғасырлар бойы орын алған эволюцияның нәтижесі. Биосфера эволюциясы дегеніміз түрлердің және олардың арақатынастарының үздіксіз бір мезгілде өзгеру және бір түрдің түсіп қалып, бұрын болмаған екінші бір түрдің пайда болу құбылыстары.

Биосфера эволюциясы биотадан бұрын болған, химиялық эволюция тіршіліктің пайда болуын дайындаған кезеңнен және дұрысын айтқанда биологиялық эволюциядан тұрады. Қалыптасқан көзқарастарға сәйкес олардың негізгі сатылары төменде келтірілген.

Биоталық эволюциядан бұрынғы кезеңінің біртіндеп алмасып отырған сатылары:

1. Ғаламшар мен оның атмосферасының түзілуі (шамамен 4,5 млрд. жыл бұрын). Алғашқыда пайда болған атмосфераның температурасы жоғары, тез қалпына келетін болған, сутектен, азоттан, су буынан, метаннан, аммиактан, инертті газдардан құрылған, көміртек оксидінің, сутекті цианның, формальдегид пен басқа жай қосылыстардың болуы мүмкін.

2. Күннің сәулелену энергиясы мен атмосфераның біртіндеп сууының нәтижесінде заттектердің абиоталық айналымы пайда болды. Сұйық су пайда болып, гидросфера құралды, су айналымы, элементтердің судағы миграциясы мен ерітінділерде бірнеше фазалық химиялық реакциялар жүрді. Автокатализдің арқасында молекулалардың түзілуі мен өсуі орын алған.

3. Күннің ультракүлгін сәуле энергиясының, радиоактивтіліктің және әртүрлі энергиялық күш нәтижесінде көміртектің, азоттың, сутектің, оттектің жай қосылыстары конденсация мен полимеризация процестеріне түсулері арқылы органикалық қосылыстар түзілген.

4. Бұл төртінші сатыны антропоген (терминді академик А.К. Павлов 1922 ж. ұсынған) сатысы деп атауға болады, себебі Жердің геологиялық тарихының соңғы кезеңі. Осы антропогендік кезеңнің көрнекті оқиғасы эволюцияның басқарушысы саналы адамның пайда болуы (кезеңнің атауы осыдан шыққан). Адамзат қоғамының пайда болуы мен дамуы техногенезге өте көп мөлшерде заттек пен энергия ағысын тартып, биотикалық айналымның тұйықтылығын бұзды, антропогенді эколгиялық дағдарыстар туды және эволюцияның негативті факторына айналды.

Тарихи тұрғыдан қарайтын болсақ адам пайда болып биосфераға әсерін тигізе бастаған шақтан осы кезеңге дейінгі уақыт аралығында биосфераның өзгеруін бес сатыға бөлуге болады. Бұл сатылар:

1. адамзаттың биосфераға әсері әдеттегі биологиялық түр ретінде ғана болған;

2. адамзаттың қалыптасу кезеңінде экожүйелерді өзгертпейтін бірақ өте қарқынды түрде аңшылық орын алған;

3. табиғи процестердің өзгертуіне байланысты экожүйе де өзгере бастаған;

4. жерді жырту мен ормандарды кесу арқылы табиғатқа зиян келтірілген;

5. биосфераның барлық экологиялық құрауыштары түгелімен әлемдік өзгерістерге ұшыраған.

Соңғы саты осыдан шамамен 300 жыл бұрын басталып қазіргі кезге дейін келе жатыр. Сонымен, адамның іс - әрекетінің әсерімен биосферада болатын негізгі өзгерістер түрлеріне келесі жағдайлар жатады;

                  жердің беткі қабатының құрылымының өзгеруі (даланы жырту, орманды кесу, мелиорация, жасанды көл мен теңізді құру және жер бетіндегі сулардың режиміне басқа да  өзгерістер әкелу, т.б.);

                  биосфераның құрамын, оны құратын заттектердің балансы мен айналымын өзгерту (кен қазбаларды жер қойнауынан алу, үйінділер жасау, әртүрлі заттектерді ауа мен су объектілеріне шығарынды ретінде тастау, ылғылдылық айналымын өзгерту);

                  кейбір организмдер түрлерін жою арқылы, немесе жануарлардың жаңа тұқымдары мен өсімдіктердің жаңа сорттарын шығарып, оларды жаңа мекендейтін орындарға ауыстыру арқылы биотаға өзгерістер енгізу;

                  жер шарының кейбір аудандарындағы және ғаламшар деңгейіндегі энергиялық балансты өзгерту.

2.  Биосферада тіршіліктің пайда болуы

Тіршілік жайындағы идеалистік концепцияның пайда болғанына миллиондаған ғасыр болды. Оның негізін салушы гректің ертедегі философы Аристотель еді (ол біздің заманымызға дейінгі IV ғасырда өмір сүрген). Аристотельдің айтуынша тіршілік дегеніміз – қоректену, өсу және қартаю. Оларға энтелехия, яғни өзінің ішкі мақсаты бар принцип себеп болады. Осыдан кейін биология ғылымының бүкіл тарихында аристотельдік формуланы идеалистер өңдеп, оған әрқилы мен және баға бермен болды. Идеалистік ағымының ішінде ең ықпалды дегенді – виталистер табиғаттағы барлық тірі организмдерде ерекше тіршілік күші (жаны – vis vitalis) бар деп дәлелдеді. Ол құдайдың құдіретімен тірі организмдерге беріледі. Осыған орай органикалық заттар бөлек жаралған жанды дүние деп түсіндірді. Биология ғылымында витализм ең бір реакцияшыл ағым еді.

ХVІІ – ХVІІІ ғасырларда витализмді жақтаушы дәрігер Г. Шталь (1660 – 1734) болды. Ол тірі организмнің бәрі тез ыдырап кететін химиялық қосылыстардан түзіледі, олардың ыдырап кетпеуіне бөгет жасайтын күш – жан; жан организмдегі барлық биохимиялық процестерді басқарып тұрады, организмде жан болғанда ғана адам мен жан – жануарлар денесі тірі қалпында болады, ал жан денеден шығып кетісімен-ақ денедегі органикалық заттар ыдырай бастайды деп тұжырымдады. Виталистер тіршілік күшін материясыз ерекше субстанция деп санады. Олар материя әлемге тәуелсіз деп түсіндірді. Виталистік концепцияны жақтаушылар тіршілік күші құдайдың құдіретімен жаралған деп есептеледі. Осыдан келіп ақыреттік өмір бар деген діни сенімді, жан мәңі деген теріс ұғымды таратты.

Әдетте виталистер өздерінің көзқкркстарын дәлелдеу үшін екі концепцияны ұсынды. Оның біріншісінде – тірі организмде ерекше органикалық заттар синтезделеді. Ол – қосылыстарды жасайтын тіршілік күші. Сондықтан да оларды қолдан синтездеп алуға болмайды деген қорытындыға келеді. Екіншісінде – тірі организмдерге энергия сақталу заңын қолдануға болмайды деп дәлелдейді. Бұл жағдайлардың біріншісінің 1829 жылдың өзінде-ақ дәлелсіз екені белгілі болған. Өйткені ғалым Ф. Велер лаборатория жағдайында циан қышқылының аммоний тұзын қыздырып, мочевинаны алды. Мочевина дегеніміз – адамның несебінде болатын органикалық зат. Сонымен анорганикалық қосылыстардан органикалық заттарды синтездеп алуға болатыны анықталды. Міне осыдан кейін органикалық химия жасанды қосылыстарды синтездеуді үдете түсті. Қазіргі кезде химиктер жүз мыңнан аса органикалық заттарды, олардың ішінде қантты, белокты, крахмалды, витаминдерді және органикалық қышқылдарды синтездеп алады.

Ұлы ғалым – ботаник К.А. Тимирязев фотосинтезді мысалға келтіре отырып, энергияның сақталу заңын органикалық дүниеге де қолдануға болатынын дәлелдеп берді. Сөйтіп виталистердің екінші концепциясы да жоққа шықты. Кейінгі кезде витализмге қарама – қарсы табиғат жайында механистік көзқарас пайда болды. Бұл ХVІІІ ғасырда француз материалистерінің ықпал етуіне байланысты болған еді. Осы пікірді жақтаушылар тіршіліктің мәні жайындағы идеалистік көзқарастарға қарсы шығып, бүкіл тіршілік құрылыстары химиялық және физикалық процестермен шектелінеді деп түсіндіреді. Бұл теория бойынша тірі организмдердің өлі табиғаттан айырмашылығы жоқ деп дәлелденді. Сондықтан да ғылыми тірі организмдердің қалай жаралғанын білу мүмкін емес деді.

Ф. Энгельс «Табиғат диалектикасы» және «Анти Дюринг» атты еңбектерінде тіршіліктің пайда болуын, оның дамуын диалектикалық материализм тұрғысынан түсіндірді. Сондай – ақ тіршіліктің мәнін түсінудің принципін бірінші рет дәл көрсетті. Энгельс тіршілікті тірі материяның ерекше қозғалыс формасы деп қарады. Осы тұрғыдан өлі және тірі материяның біртұтастығы мен тіріге тән сапалық ерекшеліктерінің бар екенін білді.

Табиғаттағы тірі және өлі заттардың шыққан тегі бір екенін химиялық анализ жасап білуге болады. Барлық тірі организмдердің химиялық құрамы 20 – 30 элементтен тұрады. Тірі заттар анорганикалық қосылыстардан түзілетінін білу қиын емес. Мысалы, анорганикалық және органикалық қосылыстардың құрамында литий, арий, стронций, мыс, мырыш, хром, йод, элементтері бар. Тірі организмнің өлі табиғаттан құралатыны кейінгі кезде анықтала түсті. Мысалы, өсімдік организіміндегі органикалық заттар тек анорганикалық элементтерден ғана түзіледі. Өсімдік қурағаннан кейін олар қайтадан топырақ құрамына енеді. Сөйтіп табиғатта элементтер айналым жасап тұрады. Тірі организм өзінің сапалылығы жағынан өзгеше бір қосылыстар болып саналады.  (1)    

3.    Биосфера - өзін құрайтын 3 құрамдас бөлігімен сиптталады.Олар – атмосфера,гидросфера және литосфера.

       Атмосфера – біздің планетамыздың ғарыш кеңестігімен шектесіп жатқан аралығы.Атмосфера арқылы Жер мен ғарыш зат алмасады. Жерге атмосфера арқылы ғарыштан ғарыштық шаң – тозаң, метеорит материалдары түсіп жатса, өзі сутегі, гелий сияқты жерге күн радиациясы еркін өтіп жер бетіндегі жылу режимін реттей отырып,ондағы атмосфералық газдардың молекуласын ыдыратып және атомдарды иондарға айналдырып жатады. Сондықтан атмосфераның жоғарғы қабаттары иондардан тұрады.Ол қабатты ғылыми тілде – ионосфера қабаты деп атайды.Негізінен жер бетінен жоғары қарай – тропосфера, озон, стратосфера, мезосфера,ионосфера және экзосфера қабаттарын ажыратуға болады.Әрбір қабат өзіндік атқаратын функциясы, газдық құрамы, биіктік деңгейі, тығыздығы,көлемімен сипатталы. Мәселен,атмосферадағы барлық газдар көлемін салыстырсақ: азот – 78,08 %;оттегі – 20,95 %;аргон – 0,93%,көмір қышқыл газы – 0,03 % алса,қалған газдар 0,01 % үлес алатыны белгілі.

    Атмосфера қабаттарының ішінде озон қабатының рөлі ерекше. Озонның негізгі массасы жер бетінен 10-50 км биіктікте, яғни тропосфера мен стратосфера қабаттары аралығында жатыр. Оның негізгі атқаратын функциясы ғарыштан жер бетіне еркін өтетін ультракүлгін сеулелерді сіңіріп немесе кейін шағылыстырып отырады.Ал,радиациялық сәуленің жерге өтіп кетуі тіршілік үшін өте қауіпті.Соңғы жылдары жер шарында “озонның жұқаруы” проблемасы планета тұрғындарын алаңдатуда.Оның баста себебі – антропогендік факторлар.”Озонның жұқаруы” туралы мәліметтер көп.1996 жылы бір топ ғалымдарға химиялық экология саласы бойынша Нобель сыйлығы беріледі.Олар;американдық ғалымдар Ш.Роуланд,М.Малин және неміс ғалымы П.Крутцен болатын.Аталған ғалымдар “озонның жұқару” проблемасының толық мазмұнын ашып береді.Яғни,озонды бүлдіретін адам баласының өз қолымен өндіретін химиялық зат – хлорфторкөміртегі (ХФК) екені дәлелденді.Оның көзі - өндірісте, автокөліктерде, ракеталарда қолданылатын химиялық қосылыстар.Оларды фреондар деп атайды.Оның әсер ету механизмі төмендегідей:фреондар атмосфераның жоғары қабатына көтеріліп ультракүлгін сәулелердің әсерінен ыдырап кеңістікке хлор бөлінеді.Хлор – озон молекуласын ыдыратып отырады.Нәтижесінде, хлордың бір молекуласы озонның он мындаған молекуласын жойып жібереді.Осылайша озон қабаты жұқара бастайды.Соңғы жылдары планета тұрғындары “озонның жұқаруы” проблемасы өте қауіпті екенін түсініп,1987 жылы Монреаль келісіміне 56 мемлекет қол қойды. Содан соң 1990 ж. Лондон және 1992 жылы Копенгаген қаласында дүние жүзіндегі өнеркәсібі дамыған мемлекеттер фреон шикізатын өндіруді тоқтату туралы қаулы қабылдап, ол 1996 жылы оны өндіруді біржолата тоқтатты.Бұл қадам ХХІ ғасыр табалдырығындағы адам баласының болашақ ұрпаққа тағдыры үшін істеген адамгершілік парыздарының бірі болып тарихта қалмақ..

     Ауа бассейнінің тағы бір өзекті проблемасының бірі – қышқыл жауындар.”Қышқыл жауындар” терминін алғаш рет ағылшын инженері Роберт Смит енгізген.Қышқыл жауындар – азот пен күкірт қышқылдарының жауынның құрамындағы мөлшерін көбейіп кетуінен болады.Ал, аталған химиялық қосылыстардың көбейіп кетуінің негізгі көздері – көмір,сланц, мазут, т. б. Отындарды жаққанда ауаға азот пен күкірттің қос тотығының бөлінуі болып табылады.Табиғаттағы азот айналымы өте күрделлі процесс. Әлем тәжірибесінде 1974 жылы 20 сәуір күні Шотландия елінің Питлокерн қаласының үстіне РН 2,4 тең жауын жауған.Оның құрамы кәдімгі асханада пайдаланылатын сірке қышқылы құрамымен бірдей болып шекті мөлшерден (РЗШ) 100 есе асып кеткен.Нәтижесінде, өсімдіктер, бау – бақша мен ірі құрылыстарға, адам денсаулығына ұлттық деңгейде орасан зор нұқсан келтірген.Үстіміздегі ғасырдың 70 – жылдары мұндай экологиялық апаттар АҚШ,Канада,Батыс Еуропа жерлеріндегі жиі болып жергілікті орман байлығының 30 -50 % зиян шеккені мәлім.  

    Соңғы жылдары қышқыл жауындар проблемесын шешу бағытында халықаралық келісімдер жасалуда.Оның мақсаты - өнеркәсіптерден бөлінетін зиянды заттардың мөлшерін азайтуды қолға алу.

    Ауаның автокөліктерден бөлінетін зиянды заттардан бұзылуы да күн тәртібінде тұр. Соңғы жылдары автокөліктердің көбейе түсуі бұл проблеманы ұшындыра түсуде. Дүние жүзінің кейбір қалаларымен қатар біздің республикамыздың Алматы, Қарағанды, Тараз, Лениногор, тағы басқа қалаларымыз да зиянды заттардан зардап шегуде. Әсіресе, Алматықаласында автокөліктерден бөлінетін зиянды заттардың мөлшері барлық ластанудың 60-70% үлес көлемін алуда. Мұның өзі қала тұрғындарының денсаулығына айтарлықтай зиянын тигізуде.

Дүние жүзіндегі қалаларда «фотохимиялық улы тұманда» түзілу процесі жиі байқалып отыр. Аталған зиянды заттардың өсімдіктер мен жануарлар дүниесіне және адам баласына зияны туралы көп жазылуда. Осыған орай, шет елдерде, және біздің республикамызда атмосфераны қорғау мақсатында автокөліктердің моторларын жетілдіру, нейтрализаторлар орнату, газбен, электр қуатымен жүретін автокөліктер шығару, сутегі отынын пайдалану, электромобильдер шығару және жанар майлардың альтернативті түрлерін шығару жолдары іздестірілуде.

Биосфераның гидросфера қабаты  - жер шарының 3/2 бөлігін алып жатыр. Су әлемінде алғашқы тіршілік нышаны байқалғаннан бері – гидросфера қабығы планетаның бүкіл тыныс-тіршілігін реттеуде негізгі роль атқарып келеді. Барлық заттар суда еріген күйінде болып, оның үлкен және кіші айналымы арқылы зат алмасу процесі тұрақты жүреді де, одан әрі биосфера шегіндегі биогеохимиялық айналымға ұласуда. Нәтижесінде, жер шарындағы барлық судың 94% мұхиттар мен теңіздердің, ал қалған 6% өзен, көлдер, жер асты сулары, мұздықтардың үлесіне тиіп, оның сарқылмайтын табиғат қор екені адамзаттың болашағына деген сенімін мәңгілік етуде.