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生物圈地球化學

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生物圈地球化學的一個研究領域。研究生物圈的化學組成與演化,以及生物對地殼中化學元素的分佈、遷移和富集的地球化學作用。生物圈指分佈在表面和表面附近的所有生物,在空間上所形成的一個形狀不規則的圈層。它包括了由殘積物、堆積物和沉積物組成的地殼岩石圈的表層部分,整個水圈和大氣圈下部的對流層。在一些專業文獻中,把生物圈和岩石圈、水圈、大氣圈平行使用,在這種情況下,生物圈一詞僅指地球表面有機體的總和。

1發展簡史

1875年奧地利地質學家第一次提出了生物圈這一概念。直到1926年蘇聯的..維爾納茨作了兩次題為《生物圈》的講演后,這一新的學術概念才引起人們廣泛注意。其後維爾納茨基首次提出了活質的概念,認為活質是化學元素的一種特殊存在方式,是以有機體的重量、化學成分、能量和空間特性等表現出來的生物組合體。維爾納茨基系統論述了活質的化學成分、化學結構、活質能和質量守恆、活質的分佈、循環及其地球化學意義,從而奠定了生物地球化學的基礎。1938年..維諾格拉多夫首次提出了生物地球化學省學說,為現代應用生物地球化學研究開闢了道路。

2研究內容

生物地球化學的研究內容包括:①生物圈的化學組成和演化。研究生物圈不同部分的化學組成,不同生物群和種屬的化學特徵,以及它們在不同地史時期的演變規律,是生物地球化學的基礎內容。②生物在地球化學過程中的作用。許多表生地球化學過程,如岩石的風化、成土、氧化還原,以及元素的遷移、擴散、轉化、富集都有生物參與。闡明生物對這些過程作用的方式和影響程度是生物地球化學的重要內容。③生物地球化學省研究。生物地球化學省是指地球上化學元素含量水平不同於鄰近區域,因而引起當地植物群和動物群出現不同生物反應的地區。研究生物地球化學省的區劃、編圖、發生學原理和應用,查明不同生物地球化學省與省內動植物群出現的形態變異,化學成分變異和新陳代謝變異的關係,制定提高牲畜和農作物生產量和防治動植物群地方病的措施,是生物地球化學重要的應用領域。如前蘇聯非黑土地帶缺硼生物地球化學省與省內甜菜出現的爛菜心病,應用硼肥來防治病害和提高產量;英格蘭中部富鉬生物地球化學省與省內牛群出現的腹瀉病,應用銅對鉬的拮抗作用原理,用往飼料中加適量銅鹽的方法來預防。植物體中某種化學元素含量的異常增高,或生物體出現特殊的形態變異,常能提供找礦的根據,即生物地球化學找礦法(見)。④元素的生物地球化學循環。研究碳、氫、氧、氮、硫、磷等生命元素在生物圈中的貯存庫和庫存量,不同庫之間的流通量以及支配這些元素在不同庫中分配和流通的規律,是評價生物圈的基本結構和功能的基礎。

3研究手段和方法

生物地球化學採用綜合性的研究手段和方法:①野外考察。在自然界中觀察生物群的分佈、形態變異與其地球化學環境的關係。②精密的化學成分測定和顯微鏡下研究。對野外考察中系統採集的生物和其環境介質樣本,在實驗室中進行針對性的元素化學成分測定,為定量研究提供數據。在顯微鏡下研究肉眼不易觀察的樣本微形態、微結構。③室內模擬實驗和數學模型。在實驗室人工控制條件下,再現大規模發生在自然界中的化學或生物過程,以判明影響這些過程的主要因素及它們之間的關係。如用含不同濃度的某種元素的溶液作培養液,觀察其中的植物或微生物的生長發育狀況,以了解該種元素的不足或過剩對植物或微生物的成分和形態的影響。
生物地球化學應用地球化學的原理和方法來研究元素在生物圈中的行為,同時研究生物對地球化學過程的影響。因此,生物地球化學與地球化學和生物學,特別是生物化學關係密切。生物地球化學和環境地球化學在研究內容上有交叉,生物地球化學是的基礎。

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