|
Рассматривая геохимию земной коры, мы узнали о рассеянном состоянии химических элементов. Распространение рассеянных элементов не ограничивается земной корой. Они входят во все известные формы вещества — и твердые, и жидкие, и газообразные. Так, например, золото обнаружено в глубинных и осадочных горных породах, в воде и растениях, в различных живых организмах. Кларк золота очень мал — 0,00000043%. В 1 т горных пород содержится около 5 мг, в 1 м3 морской воды — 0,004 мг этого благородного металла. Конечно, миллиграммы и их доли — ничтожные цифры. Но представим себе, сколько тонн горных пород в земной коре, сколько кубометров воды в Мировом океане, и мы поразимся, какое огромное количество золота на поверхности планеты. По этому поводу В. И. Вернадский писал: «Впечатление о ничтожности рассеяния в реальности исчезает; оно заменяется обратным: впечатлением грандиозности1».
Переходу в состояние рассеяния, по-видимому, способствует циклическая миграция элементов, охватывающая все верхние оболочки планеты. Геохимические циклы не замкнуты. В них не только вовлекаются огромные массы элементов, но наряду с этим значительная часть атомов выходит из генерального русла миграции и рассеивается в окружающей среде. Процессы рассеяния приобретают особое значение в почве, которую пронизывают самые мощные на поверхности Земли миграционные потоки.
В почве рассеянные элементы вовлекаются в биологический круговорот, а попадая в состав живого вещества, переходят в новое качество — они становятся микроэлементами. Чтобы разобраться в этом, вернемся к составу живого вещества. Присутствие в нем углерода, кислорода, водорода, кальция, калия, фосфора, серы хорошо объяснимо: все эти элементы входят в состав тканей, из которых состоят живые организмы. Каково же значение рассеянных элементов? Являются ли они случайными примесями или выполняют какую-то определенную роль в сложных системах живого вещества?
Можно провести условную аналогию между нахождением рассеянных элементов в живом и кристаллическом веществе. В кристаллах одна часть этих элементов находится в неупорядоченном состоянии, а другая входит в кристаллохимические структуры, подчиняясь законам изоморфизма. В живых организмах некоторые рассеянные элементы также являются примесями, но другие входят в состав соединений, играющих очень важную роль.
Сейчас каждый школьник знает, что в организме человека есть железо, которое входит в состав гемоглобина. Оно поступает из внешней среды с водой и пищей. Если организм будет получать недостаточное количество железа, то его нормальное состояние нарушается. Это часто наблюдается во многих странах с влажным тропическим климатом. Благодаря сильной выщелоченности почв в сельскохозяйственных культурах недостаточно железа. Это вызывает нехватку железа в организме человека и как следствие особую болезнь — анемию, поражающую преимущественно детей младшего возраста.
Подобно железу, рассеянные элементы входят в состав соединений, которые содержатся в небольшом количестве, но обеспечивают и регулируют жизненно важные биохимические процессы. К этим соединениям относятся витамины, ферменты, гормоны, играющие в живых организмах роль природных катализаторов. Особые активизирующие свойства гормоны и близкие им вещества приобретают благодаря рассеянным химическим элементам. При увеличении концентрации микроэлементы утрачивают свою особую функцию. Так мы встречаемся еще с одним проявлением основного закона материалистической диалектики — переходом количества в качество.
Здесь поучительно вспомнить историю одного открытия. Как известно, в организме человека очень важную роль играет щитовидная железа. Нарушение деятельности железы вызывает различные тяжелые заболевания и сопровождается увеличением ее размеров, иногда очень сильным, вплоть до образования уродливого зоба. В начале прошлого века наполеоновская Франция вела бесконечные войны, для продолжения которых требовались все новые солдаты. С целью очередного пополнения армии представители власти проводили обследование селений в области Альп. Там было обнаружено большое число людей с огромными зобами, пораженных глухонемотой и кретинизмом. Эти заболевания в горной местности были так широко распространены, что появился специальный приказ Наполеона, обязывающий выяснить причину этого явления.
Так как были известны старинные способы лечения зоба морскими растениями, в которых много йода, а этот химический элемент был только что открыт, то врачи предприняли попытки лечить им зоб. Но применение чистого йода вызывало тяжелые отравления людей. Поэтому это лечение было так скомпрометировано, что стали отрицать благотворное влияние малых концентраций йода. В то же время обнаруживались все новые факты, свидетельствующие о связи зобной болезни с недостатком йода.
В середине XIX в. французский химик А. Шатэн сообщил французской Академии наук данные об определении йода в почвах, воздухе, воде и продуктах питания в четырех районах Франции. Сопоставляя эти результаты с числом заболеваний, он пришел к выводу о том, что недостаток йода влияет на распространение болезни.
А. Шатэн был блестящим мастером химического анализа и мог обнаружить очень небольшие количества йода, но его современники не владели таким искусством. Поэтому специальный суд ученых при Французской Академии наук признал труды А. Шатэна несостоятельными. Лишь в самом конце XIX в. немецкие химики Е. Бауман и несколько позже А. Освальд установили, что в щитовидной железе имеется много йода и в ней образуются йодсодержащие гормоны. Так было подтверждено важное физиологическое значение этого элемента.
Изложенная история хорошо иллюстрирует принципиально различный эффект действия макро- и микроколичеств химического элемента на живой организм. Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма необходим рассеянный йод. Заболевания, вызванные его недостатком, нельзя лечить большими дозами этого элемента.
В качестве микроэлементов известны многие рассеянные элементы, а также некоторые элементы, содержащиеся в земной коре в большом количестве (например, железо). Среди микроэлементов важное место занимают тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, никель, кобальт, молибден и др.). Поданным В. А. Ковды, микроэлементы принимают участие в таких важнейших биохимических процессах, как дыхание (железо, медь, цинк, марганец, кобальт), фотосинтез (марганец, железо, медь), синтез белков (марганец, железо, кобальт, медь, никель, хром), образование крови (кобальт, медь, марганец, никель, цинк), белковый, угле-водный и жировой обмен (молибден, железо, ванадий, кобальт, вольфрам, бор, марганец, цинк) и пр.
Энергичное поглощение живым веществом рассеянных элементов сказывается на повышенном содержании этих элементов в верхней части почвы, обогащенной отмершими остатками растительных и животных организмов. По образному выражению одного из основателей геохимии — норвежского ученого В. Гольдшмидта, растения как насос перекачивают рассеянные элементы из коры выветривания в верхние горизонты почвы. Этот процесс настолько ярко выражен, что даже в почвах, энергично промываемых атмосферными и поверхностными водами, в гумусовом горизонте и в лесной подстилке содержатся рассеянные элементы.
|