Биогеохимия

Биогеохимията (от старогръцки: „биос“ – живот, „гео“ – Земя, „химеа“ – химия) обхваща химични, биологични и физични процеси, които полагат основите на строежа и на функциите на екосистемите и на ландшафтите (известни в българската литература и като природно-териториалните комплекси). Биогеохимията е едно интердисциплинарно научно направление, чиято тематика обхваща всички геосфери – биосфера, педосфера, атмосфера и литосфера. В частност биогеохимията изследва кръговрата на химичните вещества, като въглерод и азот, както и техните взаимодействия и взаимозависимости с живото вещество в пространството и времето. Главният фокус пада върху химичните кръговрати, които са или задвижени, или повлияни от биологична активност. Особен акцент се поставя на изучаването на кръговрата на въглерода, азота, сярата и фосфора.

История

Владимир Вернадски

За основоположник на биогеохимията се счита руският учен Владимир Вернадски. В началото на XX век се занимава с химичния състав на органичното вещество, с протичането и въздействието на геохимичните процеси, които участват в организмите. В книгата си „Биосферата“ от 1926 г. представя Земята като едно живо цяло. Разграничава три сфери, като всяка сфера е понятие, подобно на това за фазовото пространство. Забелязва, че всяка притежава своите собствени закони за еволюцията и че сферите на по-високо ниво се модифицират и доминират общия закон:

1. Абиотична сфера – цялата нежива енергия и материални процеси
2. Биосфера – живите процеси, които живеят паралелно с абиотичната сфера
3. Ноосфера – сферата на разума; сферата на човешките когнитивни процеси

Антропогенната дейност (в т.ч. земеделие и индустрия) променя живата и неживата природа. В съвременния свят влиянието, което хората оказват върху една или две сфери е сравнимо с геоложката сила на Земята.

На американския геохимик и лимнолог Джордж Евелин Хъчинсън се преписва обособяването на новата дисциплина и формулирането принципите ѝ.

В края на 60-те години на ХХ век геохимикът Джеймс Ловлок развива заедно с еволюционната биоложка Лин Маргулис Хипотезата „Гея“ (древногръцката богиня на Земята), според която живите и неживите компоненти на природната среда се явяват един саморегулиращ се организъм, като по този начин се регулира състава на атмосферата и се стабилизира климата. Тази теория се подкрепя и от биологичните взаимозависимости.

Чрез различни проблеми на околната среда през 80-те години на XX век обществеността обръща повече внимание и на биогеохимичните изследвания. Чрез детайлно проучване на веществения състав на екосистемите човекът се надява на основополагащи разкрития за функционирането и контрола върху тях, и по този начин да намери по-добро разбиране на причините за създалите се проблеми.

През 90-те години на XX век и в началото на хилядолетието се развиват множество модели за симулиране на биогеохимични процеси и взаимовръзки в екосистемите. Типичен пример е разбирането на връзката седимент – океан като една биогеохимична система.

В последно време се развива и идеята за геоинженерство като част от биогеохимията. Терминът се отнася до съображения за технически интервенции в геохимичните цикли, като например забавяне на климатичните промени или окисляване на океаните.

Връзки с други науки

Биогеохимията осъществява тесни връзки със следните науки и научни направления:

• Науки за атмосферата
• Биология
• Екология
• Геомикробиология
• Химия на околната среда
• Геология
• Океанология
• Почвознание

Много изследователи разглеждат основни биогеохимични цикли на химични елементи като въглерод, кислород, азот, фосфор и сяра, както и на техните стабилни изотопи. Кръговратите на разсеяните елементи като метали и радиоактивни такива също подлежат на изследване. Проблеми, свързани с нефтени разливи, проучвания на рудни находища и замърсяване на околната среда от всякакъв род също са обект на изследване на биогеохимиците. Основни полета на работа са:

• Моделиране на природни системи
• Окисляване на почвени и водни среди
• Еутрофикация
• Задържане на въглерод
• Поддържане и регулиране на околната среда
• Глобални промени
• Климатични промени
• Биогеохимично проучване на руди
• Химия на почвата

Източници

• Vladimir I. Vernadsky, 2007, Essays on Geochemistry & the Biosphere, tr. Olga Barash, Santa Fe, NM, Synergetic Press, ISBN 0-907791-36-0.
• Schlesinger, W. H. 1997. Biogeochemistry: An Analysis of Global Change, 2nd edition. Academic Press, San Diego, Calif. ISBN 0-12-625155-X.
• Schlesinger, W.H., 2005. Biogeochemistry. Vol. 8 in: Treatise on Geochemistry. Elsevier Science. ISBN 0-08-044642-6.
• Vladimir N. Bashkin, 2002, Modern Biogeochemistry. Kluwer, ISBN 1-4020-0992-5.
• Samuel S. Butcher et al. (Eds.), 1992, Global Biogeochemical Cycles. Academic, ISBN 0-12-147685-5.
• Susan M. Libes, 1992, Introduction to Marine Biogeochemistry. Wiley, ISBN 0-471-50946-9.
• Dmitrii Malyuga, 1995, Biogeochemical Methods of Prospecting. Springer, ISBN 978-0-306-10682-8.
• Global Biogeochemical Cycles. A journal published by the American Geophysical Union.
• Chapter 2. Biogeochemistry of Lead. Its Release to the Environment and Chemical Speciation // Lead: Its Effects on Environment and Health. Т. 17. de Gruyter. DOI:10.1515/9783110434330-002.
• Woolman, T. A., & John, C. Y., 2013, An Analysis of the Use of Predictive Modeling with Business Intelligence Systems for Exploration of Precious Metals Using Biogeochemical Data. International Journal of Business Intelligence Research (IJBIR), 4(2), 39 – 53.v [1].
• Biogeochemistry [2]. A journal published by Springer.