Модуль 1. Предмет геохимии биосферы,
методы и место и место в системе наук

Тема 1.1. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ГЕОХИМИИ БИОСФЕРЫ

1.1.1. Понятие о биосфере как особой системной оболочке

1.1.2. Геохимия биосферы. История геохимии

1.1.3. Методология геохимии и геохимии биосферы

1.1.1. Понятие о биосфере как особой системной оболочке

Сначала необходимо определиться что же такое биосфера и что же это за наука – геохимия.

Само слово "биосфера" появилось в научной литературе еще в начале ХIХ века. Ввел это понятие великий французский биолог Ж. Б. Ламарк, современник и главный соперник по научным спорам не менее великого Ж. Кювье. Впервые ввёл в науку термин «биосфера» австрийский учёный Эдуард Зюсс в 1875 году. Зюсс назвал биосферой планетарную оболочку, в пределах которой существует жизнь. Однако более чёткого определения он так и не дал, поэтому определённости в понимании того, что же такое биосфера, долгое время не было (да и сейчас ещё сохраняется немалая путаница при его употреблении). Но очень долгое время биосферу понимали просто как оболочку, в пределах которой распространена жизнь. С точки зрения современной науки такое понимание слишком поверхностно, можно даже сказать, примитивно - хотя оно и сейчас свойственно довольно многим людям, и даже в учебниках нередко встречается.

На рубеже XIX-XX веков многие географы, геологи, биологи стали применять термин «биосфера», чаще всего имея в виду совокупность всех живых организмов населяющих Землю. Трудно не заметить явные несуразности в такой трактовке.

Во-первых, отдельные животные и растения обособлены друг от друга, они не могут вместе образовывать какую-либо целостную оболочку, «сферу». Живые организмы не существуют сами по себе. Населяющие любую местность животные и растения объединены в устроенные различным образом сообщества, в которых все члены так или иначе зависят друг от друга.

Во-вторых, это противоречит сути термина в понимании его автора, Э. Зюсса. Ведь он явно имел в виду под биосферой оболочку, в которой существует жизнь. А отнюдь не сами по себе живые организмы, взятые в отрыве от среды своего обитания. Ведь очевидно, что никакая жизнь не существует вне связи с неживым веществом, причем связи взаимной: само существование живых организмов впрямую зависит от неживого вещества, необходимого им для питания и дыхания, а с другой стороны, деятельность живых организмов приводит к значительным изменениям в неживой природе. В любом районе, в любой местности существуют свои природные комплексы, со своими особенностями связей между живыми организмами, между живым и неживым веществом. Но и сами природные комплексы различных районов не изолированы друг от друга. Все они, в конечном счете, объединены в одну сложную природную систему, охватывающую практически всю географическую оболочку Земли - биосферу.

Попробуем дать более точное определение понятию «биосфера». Пониманием того, что биосфера - не просто область развития жизни, а система, объединяющая живое и неживое вещество, мы обязаны одному из величайших ученых в истории человечества - Владимиру Ивановичу Вернадскому. Он определил биосферу как системную оболочку, включающую в себя верхнюю часть литосферы, нижние слои атмосферы, гидросферу и «живое вещество». Последний термин также введён В.И. Вернадским. Так он обозначил «совокупность живых организмов, выраженную в единицах массы и энергии». Именно живое вещество, по В.И. Вернадскому, обеспечивает целостность биосферы как системы, связывая все её компоненты процессами жизнедеятельности. Биосфера, по Вернадскому – система самоподдерживающаяся, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся. Суть функционирования биосферы как системы – обмен веществом и энергией между её компонентами.

И более того: в своих работах, написанных в 20-е -30-е годы ХХ века, В. И. Вернадский убедительно доказал, что процессы, связанные с возникновением и развитием биосферы, обеспечили качественное своеобразие всей геологической эволюции Земли.

Очень часто в литературе встречается утверждение, что биосфера – это лишь составная часть географической оболочки нашей планеты. Поверхность Земли - место особенное. Только здесь приходят в соприкосновение даже не две, а три резко различные по своему составу и свойствам оболочки - атмосфера, гидросфера и земная кора Область такого взаимодействия, в сравнении с размерами всей Земли - очень тонкая. Она целиком охватывает гидросферу, нижние слои атмосферы (до высоты примерно в 20 км) и проникает на несколько километров вглубь земной коры. Многие ученые выделяют ее в особую, географическую оболочку Земли. В чем смысл выделения такой оболочки? Из курса общей геологии Вам известно, что географическая оболочка – это комплексная оболочка земного шара, состоящая из земной коры, гидросферы, нижних слоёв атмосферы, почв, растительных и животных организмов. Географическая оболочка - оболочка системная. Она представляет собой сложную природную систему, все части которой связаны друг с другом через их участие в комплексе разнообразных природных процессов, происходящих при взаимодействии трех вещественных оболочек.

Целостность географической оболочки обусловлена тем, что все слагающие её названные выше компоненты не просто соприкасаются - они взаимодействуют между собой. В узком приповерхностном слое образования всех трех оболочек проникают друг в друга. Вода испаряется и в виде водяного пара попадает в атмосферу, где снова собирается в капельки и выпадает в виде дождя - не только в моря, но и на сушу. По трещинам в горных породах дождевые воды проникают в толщу земной коры, где вступают в различные реакции с ее веществом. Проникает туда и атмосферный воздух. С другой стороны, частицы минеральных веществ вымываются из земной коры или даже растворяются в воде, уносятся в моря и океаны, а в виде пыли могут попадать и в атмосферу на высоту до нескольких километров. постоянно взаимодействуют между собой. Ведущая роль в этом взаимодействии, по В. И. Вернадскому, принадлежит живому веществу. Именно оно определяет "лицо" всей биосферы как системы планетарного масштаба и ее важную геологическую роль. Не потому, что его много. Наоборот, в количественном отношении доля живого вещества как раз незначительна. Но именно деятельность живого вещества является той организующей силой, которая меняет ход природных процессов в географической оболочке Земли. Появление жизни - закономерный результат развития вещества в географической оболочке. Есть очень четкая зависимость развития любых систем от контрастности и разнообразия обстановок. Чем выше разнообразие, тем больше возможное количество различных видов взаимодействий и их комбинаций; возрастает само число взаимодействий. В результате, во-первых, ускоряется ход естественных процессов. Во-вторых, усложняются формы организации вещества. Поэтому не случайно, что именно в географической оболочке Земли мы сталкиваемся с наиболее высокими (из всех нам известных) темпами эволюционного развития. И именно здесь распространяется и приобретает важнейшее значение более высокая и сложная форма организации вещества во Вселенной - жизнь.

Но появившееся живое вещество, в свою очередь, само сразу же начинает изменять географическую оболочку. Появление живых организмов и их сообществ усложнило строение географической оболочки, вывело её на новый, более высокий уровень организованности: Таким образом, географическая оболочка трансформируется в биосферу. Другими словами биосфера – это качественно новое состояние географической оболочки нашей планеты. То есть, в современном понимании, биосфера – это не среда жизни, а глобальная система, где в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твердой, жидкой и газовой фазах, а с другой – разнообразные формы жизни и их метаболиты. Иначе говоря, биосферу можно понимать как новое состояние географической оболочки, в которое она переходит благодаря деятельности живых организмов. Таким образом, биосфера представляет собой единство живого вещества и пронизанной им наружной части земного шара.

Земная кора, гидросфера и атмосфера - оболочки вещественные: Они отличаются друг от друга составом и свойствами слагающего их вещества. Географическая оболочка и биосфера - оболочки системные. Они представляют собой сложную природную систему, все части которой связаны друг с другом через их участие в комплексе разнообразных природных процессов, происходящих при взаимодействии трех вещественных оболочек и живого вещества.

1.1.2. Геохимия биосферы. История геохимии

Геохимия биосферы является одним из разделов геохимии. Что же такое геохимия?

Место рождения этой науки: Кафедра минералогии Московского университета

Время рождения: 1908-1911 г.г. прошлого столетия

«Родители»: В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, Ф.У. Кларк, В.М. Гольдшмидт

Геохимия – сравнительно молодая наука, изучающая химический состав Земли и ее оболочек, и протекающие в них химические процессы:

• миграцию химических элементов;
• взаимодействия между ними;
• процессы их концентрации и рассеяния;
• распределение в различных природных средах;
• формирование ассоциаций, то есть закономерных сочетаний, химических элементов).

Ф.У. Кларк трактовал геохимию лишь как совокупность сведений о химическом составе земной коры. Но геохимия, выросшая из минералогии, по выражению одного из ее основоположников В.И. Вернадского, изучает прежде всего историю химических элементов в природе, их поведение в ходе разнообразных природных процессов.

Как известно, историю отдельных атомов, а чаще их комплексов, изучают многие научные дисциплины: минералогия, петрография, почвоведение, гидрохимия, физиология растений и животных и т.д. Однако, каждая из них изучает лишь строго определенный отрезок пути атомов, не ставя своей задачей охватить этот путь в целом. В результате длинный путь атомов оказывается разбитым на отдельные дистанции, каждая из которых изучается под особым углом зрения, а, следовательно, и особыми методами, что создает впечатление их изолированности.

Связующую роль как раз и играет геохимия, которая прослеживает всю историю поведения и все формы нахождения атом а на Земле, включая и те, с которыми имеют дело другие науки.

История геохимии:

Геохимия в качестве самостоятельного научного направления окончательно сформировалась в начале ХХ века. Важнейшими предпосылками, обусловившими появление геохимии как самостоятельного научного направления явились величайшие открытия в химии и физике на рубеже XIX-XX и в начале ХХ века, а именно:

• появление высокоточных методов спектрального и рентгеноспектрального анализа, позволяющих обнаруживать и определять химические элементы, присутствующие даже в ничтожно малых количествах (в том числе, в минералах, горных подах, природных водах, атмосферном воздухе и живом веществе),
• расшифровка сложной структуры атомов
• появление рентгеноструктурного анализа, совершившего настоящий переворот в области знаний о структурах кристаллических веществ и жидкостей.

Ф.У. Кларк (1847-1931), начиная с конца XIX в., изучал распределение химических элементов в литосфере и слагающих ее горных породах. Отобрав 880 наиболее точных химических анализов горных пород, Кларк в 1889 году впервые вычислил в них среднее содержание 10 химических элементов. В связи с чем именно Кларка американцы считают основоположником геохимии. Но он понимал геохимию очень узко, только как науку о химическом составе земной коры, нацеленную на изучение современного состояния, в первую очередь, результата тех или иных процессов, а не самих процессов как таковых.

Более целостный и разносторонний подход существовал у другого основоположника этой науки, В.И. Вернадского, который пришел к ней от минералогии через генетическую минералогию. Вернадский был учеником Докучаева, до него возглавлявшего кафедру минералогии в Санкт-Петербургском университете. Важно, что именно Вернадскому принадлежит определение геохимии как «истории химических элементов», то есть науки, изучающей процессы их миграции. Таким образом, акцент оказался смещен с результата на сам процесс, так как и сам результат каждой химической реакции и их совокупности это лишь состояние на какой-то момент времени, только один мгновенный срез с бесконечного процесса круговорота химических элементов. Поражает широта взглядов и разносторонние знания этого человека, ставшего основоположником гидрогеохимии, радиогеохимии, биогеохимии, учения о биосфере и концепции ноосферогенеза. Он во многом опередил свое время, остался не понятым многими современниками, и его огромный вклад в науку оказались способны оценить (и то еще далеко не до конца) лишь потомки. Философский склад ума, замечательное умение видеть в единичных фактах проявление общих закономерностей природы, позволили ученому создать представление о «неминеральной» или рассеянной форме нахождения химических элементов в природе и придти к выводу о том, что «все элементы есть везде».

А.Е. Ферсман - ученик и ближайший последователь Вернадского, впервые прочитал в 1912 году курс геохимии для студентов Народного университета им. А.Л. Шанявского в Москве. Он внес огромный вклад в изучение геохимии глубинных процессов, региональной геохимии СССР, в разработку геохимических методов поисков полезных ископаемых. Является автором фундаментального четырехтомника «Геохимия» (1933-1939), выходом которого фактически подведен итог первого этапа становления новой научной дисциплины. В 20-е годы прошлого столетия А.Е. Ферсман впервые начал заниматься геохимией техногенеза, но тогда это направление не привлекло внимания других ученых.

Кого же следует считать более крупным геохимиком – В.И. Вернадского или А.Е.Ферсмана? Оба эти выдающиеся ученые не только являлись основоположниками нового научного направления, но и внесли огромный вклад в дальнейшее развитие геохимии. Так случилось, что при жизни значительно больше лавров и почестей досталось А.Е.Ферсману. Глубину учения Вернадского современники не до конца поняли, да и власти подозрительно относились к его «идеалистическим» идеям. Но с течением времени значимость фигуры В.И. Вернадского становится всё очевиднее.

В.М. Гольдшмидт в 1910– 30-е годы прошлого столетия проводил фундаментальные исследования в области геохимии минерального вещества земной коры. Изучал закономерности формирования минеральных ассоциаций в зависимости от набора и соотношения химических элементов и физико-химических параметров среды. Он внес огромный вклад в кристаллохимические исследования, создание таблицы размеров атомных и ионных радиусов, изучение явлений изоморфизма. В.М.Гольдшмидту и В.И.Вернадскому принадлежат первые геохимические классификации элементов, сохраняющие своё значение до настоящего времени.

Со второй половины ХХ в. происходит бурное развитие отдельных направлений в геохимии. Для нас важнее всего геохимия гипергенных (поверхностных) процессов и геохимических процессов в биосфере.

Б.Б. Полынов (40-50-е гг.) сформулировал основные идеи геологии и геохимии ландшафта. Центром полыновской научной школы был Почвенный институт им. В.В. Докучаева в Москве.

«Очерки геохимии ландшафта» А.И. Перельмана (1955) стали первым монографическим изложением основ этой науки. В МГУ им, совместно с М.А. Глазовской была создана кафедра Геохимии ландшафта.

В последние годы интенсивно развивается биогеохимия. Самостоятельными направлениями стали органическая геохимия (геохимия рассеянного органического вещества, геохимия угля, нефти и газа), палеобиохимия. Большой вклад в развитие различных направлений геохимии биосферы внесли В.В. Добровольский, А.С. Орлов, О.С. Безуглова и др.

Возникает вопрос: зачем же геохимия биосферы нужна экологам?

Во-первых, ни один организм, ни одно сообщество организмов не могут существовать вне связи с внешней средой. А одной из важнейших особенностей среды является ее химизм. Знание химизма среды – необходимое условие для понимания закономерностей существования любого сообщества организмов. Изменение содержаний любого из химических элементов и их соединений может происходить в широком диапазоне - от оптимального до крайне неблагоприятного и даже губительного.

Во-вторых, что особенно важно для экологов, недостаточно просто уметь определить содержания химических элементов в тех или иных компонентах среды и правильно обрабатывать и интерпретировать результаты анализов. Ведь Вам предстоит иметь дело с весьма динамическими природными системами. Химические элементы на Земле непрерывно переходят из одной формы в другую, активно мигрируют (переносятся различными способами) с одной территории на другую, т.е. откуда-то выносятся и где-то концентрируются. И существенную роль в миграции и перераспределении химических элементов на нашей планете играют живые организмы. Все эти процессы подчиняются определенным закономерностям, которые нужно понимать. Это – основное в дисциплине «Геохимия биосферы». С другой стороны - без понимания закономерностей процессов миграции химических элементов в природных и техногенных ландшафтах невозможно разобраться во влиянии химизма среды на организмы и их сообщества.

Подчеркивая особое значение геохимии, уже почти сто лет назад В.И. Вернадский писал: «Знание достижений геохимии одинаково необходимо для химика, минералога, биолога, геолога и географа. Ее искания сталкиваются с областью, охваченной физикой, и подходят к самым общим проблемам естествознания. С ними неизбежно должна считаться философская мысль. Ее положения играют все большую и большую роль в понимании учения о полезных ископаемых и начинают входить в область земледелия и лечения» С тех пор значение геохимии для специалистов различного профиля , занимающихся изучением геосистем разного ранга, еще более возросло.

Для будущих экологов особенно важно научиться разбираться также и в сложном механизме влияния человеческой деятельности на хрупкий организм биосферы, чтобы научиться предвидеть не только непосредственные, но и отдаленные последствия тех или иных действий.

Поэтому важнейшая задача, которая ставилась при введении в программу для студентов экологических специальностей курса «Геохимии биосферы» – чтобы из стен ВУЗа не выходили «специалисты», не способные понимать процессы развития экосистем на геохимическом уровне, прогнозировать их развитие. При современных масштабах развития техногенеза это чревато слишком серьезными экологическими последствиями. В нашем лекционном курсе основное внимание будет уделено наиболее общим, фундаментальным закономерностям, определяющим ход химических процессов в биосфере. Придется вспоминать и некоторые наиболее важные моменты из химии, физики и общей геологии. А на практических занятиях Вам предстоит познакомиться с основными методами, имеющими наиболее важное значение для выполнения геохимических, биогеохимических и эколого-геохимических исследований, а также овладеть методикой сбора и обработки геохимической информации.

1.1.3 Методология геохимии и геохимии биосферы

Давайте разберемся какие основные задачи ставит перед собой геохимия и ее раздел- геохимия биосферы, а также познакомимся с основными методами, терминами и понятиями, без которых нам не обойтись при изучении данного курса. Как следует из самого названия, - геохимия – научная дисциплина, сформировавшаяся на стыке химии с геологическими и географическими науками. В чем ее специфика? Лучше всего она выявляется при сопоставлении геохимии с общей химией. Каковы же основные различия химии и геохимии (химического и геохимического мышления)?

1. Предметом химии является изучение любых возможных взаимодействий между различными химическими элементами и их соединениями. При этом в лаборатории можно искусственно создать практически любые концентрации взаимодействующих компонентов. Геохимия же изучает лишь те взаимодействия, которые реализуются в тех или иных реальных природных процессах, что определяется относительной распространенностью химических элементов. То есть, важно не только наличие тех или иных химических элементов в системе, но и величины содержаний этих элементов.
2. Химия изучает характер и результаты каждого конкретного взаимодействия двух или нескольких веществ (отдельных химических реакций). Геохимия же рассматривает совокупные результаты множества таких взаимодействий в том или ином природном процессе за весьма большие промежутки времени – тысячи, десятки тысяч, миллионы и даже миллиарды лет (интегральность геохимического мышления). Соответственно, её предметом является поведение не только отдельных элементов, но и ассоциаций большого числа элементов в этих процессах. Кроме того, геохимия рассматривает направленность развития конкретных природных химических процессов во времени (историчность геохимического мышления).

Геохимия тесно связана с очень широким кругом фундаментальных естественных наук, включая и их прикладные направления:

• химическими (физическая химия, органическая и неорганическая химия, методами химического анализа)
• геологическими (общей и региональной геологией, геохимией, минералогией, литологией, гидрогеологией, поисками полезных ископаемых и др.);
• географическими (ландшафтоведение)

Теснейшая связь существует у геохимии с космохимией: геохимия опирается на данные космохимии, позволяющие глубже познать закономерности распространения химических элементов в природе (в эволюционном аспекте). Не случайно многие учебники по геохимии начинаются с разделов по космохимии;

Для нас очень важна связь геохимии с биологическими науками, так как в природные системах атомы химических элементов в процессе своей миграции попадают в состав живых организмов, да и вне организмов среда миграции атомов в значительной мере трансформирована процессами жизнедеятельности животных и растений.

Геохимия биосферы – раздел науки, изучающей жизнедеятельность организмов в качестве ведущего фактора миграции и перераспределения химических элементов на Земле, а также процессы массобмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.

Поэтому основными задачами геохимии биосферы являются:

1. Изучение путей биогеохимической миграции химических элементов и анализ биогеохимических циклов миграции.
2. Исследование географических закономерностей распределения химических элементов, используемых живыми организмами.
3. Изучение биосферы как единой системы, в которой тесно взаимодействуют живое вещество и минеральные компоненты.
4. Изучение влияния жизни на историю земных химических элементов, их миграцию и накопление, участие живого вещества в геохимических процессах зоны гипергенеза и почвообразования.
5. Изучение особенностей химического обмена в системе человек-другие живые организмы-окружающая среда.
6. Изучение химического состава живых организмов и роли химических элементов в развитии живых организмов. Установление оптимальных потребностей живых организмов в различных химических элементах.

7. Изучение влияния технического прогресса на процессы в биосфере.

Геохимия биосферы теснейшим образом связана с биологией, биохимией и такими комплексными науками, как почвоведение, ландшафтоведение и экология. Некоторые ведущие учёные (В.В. Добровольский, А.И. Перельман) пришли к выводу, что процессы интеграции в развитии науки достигли к настоящему времени таких масштабов, что разграничение между такими областями науки, как биогеохимия, почвоведение, экология и геохимия ландшафтов стало весьма условным и они всё теснее переплетаются между собой.

Естественно, как и у любой другой науки, у геохимии в целом и геохимии биосферы, в частности, существует собственная методология.

Общая методология геохимических исследований включает:

1. Геохимическое опробование. Отбор проб вещества из различных природных объектов для определения их химического состава.
2. Аналитические исследования: определение содержаний химических элементов и форм их нахождения.
3. Математическую обработку результатов аналитических исследований: определение статистических параметров, построение графиков и диаграмм, различные виды математического анализа (факторный анализ и др.) (тема 1).
4. Научный анализ и синтез полученных результатов: изучение закономерностей распределения химических элементов в природе, процессов их миграции, концентрации и рассеяния, формирования закономерных ассоциаций (парагенезов), геохимической зональности и т.д.

Методологические особенности геохимии биосферы:

1. Изучение геохимического поведения отдельных элементов, а также изменения вещества, энергии и информации в биосфере.

   Энергия, с точки зрения физики – способность объекта или системы производить работу. Энергия не может появляться и исчезать, она может только накапливаться в разных системах или объектах, а может переходить: если в одной системе энергии стало больше, значит, в другой на столько же ее стало меньше. Энергия может переходить из одного состояния в другое, по разному проявляться в разных системах.

   Всё, что касается передачи или преобразования энергии, подчиняется соответствующим физическим законам. Это относится и к энергетическим процессам в в том числе с населяющими их живыми организмами.

   Традиционный подход к изучению природных процессов предполагал, что для понимания любого процесса достаточно установить как изменяются в нем вещество и энергия. Во второй половине прошлого века к этим двум аспектам добавился третий – информационный. Информация - (от латинского слова: "информатио" - сообщаю или рассказываю) это любые сведения, которые могут передаваться от человека к человеку, от человека к животному, от животного к животному, от человека к машине, от машины к человеку и т.д. Информация трактуется как одно из фундаментальных научных понятий того же ранга, что и вещество. Энергия, пространство, время. Кроме социальной и биологической информации можно говорить и об информации в неживой природе. Анализ биогеохимических процессов с информационных позиций приобретает все большее значение.

   Информация, как и энергия, может находиться в разных состояниях, переходить или переводиться из одного состояния в другое. Причем и на восприятие информации (как говорят - считывание), и на ее изменение уходит много энергии.

   Информация - наиболее плохо изученное явление в нашем мире. Закон сохранения и преобразования энергии известен гораздо лучше, чем законы существования информации. Изучение информации человечеством, по сути, только начинается.

2. Системный подход. Информационный подход. Изучение биогеохимических систем на основе общей теории систем с точки зрения кибернетики и синергетики.

   Все, что наблюдаем, можно представить в виде системы. Система - это объект, состоящий из множества связанных между собой более мелких объектов. Каждый из Вас - тоже система, состоящая из рук, ног, головы, желудка, сердца, глаз, носа, ушей и т.д. Все части Вашего тела и все органы являются элементами системы, и без каждого из них и всей системы не будет, верно? Каждый из элементов также можно представить себе как систему иного ранга, состоящую из еще более простых элементов. Например, голова - это элемент в системе "человек", тогда глаза, уши, рот, нос, мозг - тоже элементы в системе "голова".

   К системам различного ранга относятся Земля в целом, каждая из ее оболочек, биосфера, почва, живой организм и т.д. Географическая оболочка и биосфера могут рассматриваться как природные системы наиболее высокого, глобального уровня организации. В свою очередь, в их составе могут быть выделены многочисленные и разнообразные системы более низких рангов.

   Поскольку мы сами выделяем элементы системы, которые рассматриваем,, получается, что для каждого объекта можно придумать много разных систем и каждая система отразит разные качества этого объекта. Чтобы система отражала самые основные качества объекта, надо в ней выделить самые главные, именно ему присущие элементы.

   Это устройство системы называется структура. Для каждой системы характерны противоположные процессы, связывающие ее части в единое целое. Таким образом, структура – это совокупность составных частей системы и способ связи между ними.

   Общая теория систем различает прямые и обратные связи. Обратная связь положительна, когда результат процесса усиливает его и система эволюционирует, т.е. все более удаляется от исходного состояния. Обратная связь отрицательна, когда результат процесса ослабляет этот процесс и стабилизирует систему, т.е восстанавливает ее исходное состояние. В результате действия отрицательной обратной связи в системе возможно саморегулирование.

   Во многих системах существует структурный центр – главная ее часть, определяющая своеобразие данной системы. К таким централизованным системам относятся Солнечная система (центр – Солнце), животные и человек (центр – мозг), ландшафт (центр – растительный покров водоразделов), предприятие (центр- дирекция) и т.д. Существуют также нецентрализованные (не имеющие центра), бицентрические (с двумя равноправными центрами) и полицентрические ( с множеством центров) системы. Структуру можно представить как систему, в которой выделены главные элементы. Обратите внимание: мы сами выделяем нужные нам элементы систем, чтобы лучше понять изучаемые объекты. Очень важно понять, какие же элементы в системе самые главные. Например, палец - это элемент системы "человек", мозг - элемент той же системы. Какой из них важнее? Конечно, мозг. Без пальца человек будет жить и сохранит все, чем отличается от любого другого животного, а вот без мозга он жить не сможет. Именно благодаря своему большому и сложно устроенному мозгу он может быть именно человеком с его сложным поведением и умением думать. Исследование любой системы следует начинать с изучения ее центра.

   Ученые разделяют системы на статические и динамические. Элементы, из которых состоит статическая система, неподвижны, и потому сама система не способна изменяться, если на нее ничто не воздействует извне. А в динамической системе элементы подвижны, связи между ними сложнее, и сама система способна к самопроизвольным изменениям.

   Геохимия в целом и геохимия биосферы, в частности, изучает те же системы, что и другие науки о Земле, но их специфика состоит в изучении этих систем на атомарном уровне. Системы, изучаемые в геохимии можно разделить на четыре основных типа:

   1. Абиогенные системы, включающие лишь неорганическое вещество
   2. Биологические системы – живые организмы и их ассоциации, например, биоценозы
   3. Биокосные системы, для которых характерно тесное взаимопроникновение живых организмов и неорганической («косной» по В.И. Вернадскому) материи. Например, почвы, коры выветривания, ландшафты, океаны и т.д. Самая крупная биокосная система – биосфера.
   4. Техногенные системы – промышленные предприятия, города, транспортные артерии и т.д.

   При изучении систем необходимо исследовать их вещество, энергетику, информацию. Информационный подход приобретает особенно большое значение, т.к. с ним связаны понятия центр, структура, обратная связь, сложность, упорядоченность, самоорганизация и другие важные характеристики систем. При системных исследованиях в геохимии применяются методы общей теории систем, теории информации, кибернетики.

   Для многих систем характерны нелинейные соотношения, когда незначительный по интенсивности сигнал приводит к крупным (иногда даже катастрофическим) изменениям в системе. К подобным системам относится и биосфера.

3. Эволюционный подход. Изучение геохимической эволюции биосферы, ее изменения во времени (принцип историзма)

   Это важнейший методологический принцип геохимии и биогеохимии. В былые геологические эпохи химический состав оболочек Земли существенно отличался от сегодняшнего и миграция химических элементов протекала не так, как сейчас.

   Важное значение и в геохимии в целом, и в геохимии биосферы имеет и картографический метод исследования (изучение пространственных, географических закономерностей миграции химических элементов).

   По мере развития геохимии изменялось и расширялось понимание её значения. Вначале делался основной упор на прикладное значение этой науки для поисков рудных месторождений. В дальнейшем росло осознание значения геохимии для комплексного понимания природных процессов в, для экологических исследований. Здоровье человека, животных и растений во многом определяется содержанием (дефицитом или избытком) различных химических элементов в окружающей среде. В последнее время всё более возрастает понимание значения геохимии для решения проблемы загрязнения окружающей среды.