Orgaaniliste ainete teke. Lihtsamate orgaaniliste ühendite moodustumine

Taime- ja loomajäänused, mis kogunevad murenenud kivimi pinnale ja selle enam-vähem ülemisse horisonti, on meil vaadeldavad väga erinevates lagunemisetappides või 1) vähelagunenud jäänuste kujul, mis kogunevad aja jooksul kujul. mitmesugustest "viltidest" (metsades - "metsavilt", steppides - "stepp"), mida iseloomustab nende koostisosade nii madal lagunemine, et suudame kergesti eristada taimede või loomade üksikuid osi; või 2) enam-vähem juba esialgse kuju ja välimuse kaotanud taimeosade (ja loomade) kujul; need ilmuvad meile siis eraldi fragmentidena, erineval määral deformeerunud, pruunistunud, õrna, mureneva tekstuuri ja struktuuriga. Ho, ja selles lagunemise etapis saame neid eraldada kivimi mineraalosakestest erinevate mehaaniliste meetoditega - elutrieerides, kuna need on spetsiifilisemad valgus, vees, mõnikord valides neid pintsettidega jne; lõpuks 3) kirjeldatavad säilmed kaotavad oma lagunemise edasises staadiumis täielikult oma algsed omadused ja satuvad kivimi mineraalainega nii tihedasse keemilisesse kooslusse, et on viimasest juba mistahes mehaaniliste meetoditega lahutamatud.
Seda lagunemisetappi iseloomustab justkui saadud produktide täielik assimilatsioon kivimi mineraalse baasiga; neid tooteid saame eraldada mineraalsest osast ainult jõuliste keemiliste meetodite abil või neid tooteid hävitades (põletades).
Taimsete ja loomsete jäänuste lagunemissaaduste ja murenenud kivimi mineraalse osa nii tiheda keemilise kombinatsiooni tulemuseks on spetsiaalsete, nn orgaaniliste mineraalsete ühendite kompleks, mis koguneb pinnasesse ühes või teises koguses. , eristuvad nende koostise võrdleva stabiilsuse ja tugevuse poolest ning annavad mullale enam-vähem tumeda värvuse. Seda toodete rühma, mis on justkui mulla lahutamatu osa, sellega “omastatud” ja keemiliselt seotud, nimetatakse mullahuumuseks (huumuseks).
Eelöeldust järeldub selgelt, et mitte iga mullas leiduv orgaaniline ühend ei peaks kuuluma huumuse ehk huumuse mullaühendite kategooriasse. Seega "vabad" süsivesikud, rasvad jne, mis võivad tekkida mullas taimsete ja loomsete jääkainete lagunemise tulemusena, ei esinda veel seda organomineraalset kasvajat, mida me huumuseks nimetame. Muldades leiduva rikkaliku mikrofloora ja pinnases leiduvate mitmekesiste ensüümide tõttu läbivad nimetatud orgaanilised ühendid tavaliselt nii kiiresti ja lihtsalt muundumisi, et neid võib selle sõna otseses mõttes nimetada põgusateks ja mööduvateks ühenditeks. Tõepoolest, otsene analüüs näitab tavaliselt nende äärmiselt muutlikku ja muutlikku kogust samas pinnases – sageli isegi väga lühikese aja jooksul. Need ühendid võivad mulla mineraalainega koostoime keeruliste reaktsioonide tulemusena oma hilisemas saatuses loomulikult muutuda mulla huumuse lahutamatuks osaks, kuid nad võivad ilma sobivaid füüsikalis-keemilisi tingimusi leidmata. see ei sisene äsja moodustunud orgaaniliste mineraalide kompleksi ja jääb "vabaks", mitte huumuse koostisosadeks.
Mis puudutab neid mineraalseid ühendeid, mis on alati osaks taime- ja loomajäänustest, siis viimaste lagunemisel tabab neid ka kahekordne saatus: osa neist vabaneb sellest tugevast ja keerulisest ühendusest, milles nad olid kogu elu jooksul. üks või teine ​​organism viimaste orgaaniliste ühenditega ja sadestub mulla pinnahorisontidesse teatud "puhaste" mineraalsete moodustistena (toimub, nagu öeldakse, "orgaaniliste jääkide täielik mineraliseerumine"); teine ​​osa võtab samuti otseselt osa selle organo-mineraalkompleksi sünteesist ja ehitamisest, millest me praegu räägime.
Seega ei ole kõik mulla mineraalsed koostisosad ja mitte kõik selle orgaanilised ühendid selle huumuskompleksi koostisosad.
Mulla humiinsete ainete kategooriast tuleb välja jätta ka need lagunevate taimede ja loomade jäänused, isegi kui need on tugevalt deformeerunud, mida suudame mehaaniliste vahenditega mullamassist eraldada (juuresüsteemi jäänused, lehtede jäägid, putukate kitiinide jäänused kaaned jne). ).
Seega eristame mulla "orgaanilise komponendi" mõistet selle "huumusosast". Teine kontseptsioon on osa esimesest. Seda tuleb meeles pidada kogu meie järgnevas käsitluses.
Selle keerulise kompleksi, mida nimetatakse mullahuumuseks ehk huumuseks, keemiline koostis on siiani väga halvasti välja selgitatud, hoolimata asjaolust, et selle objekti uurimine algas väga kaua aega tagasi. Selle uurimise puudumise peamiseks põhjuseks on asjaolu, et selle keeruka objekti kuidagi individualiseerimiseks pole veel välja töötatud usaldusväärseid meetodeid, siiani pole võimalusi selle saamiseks kristallil kujul jne.
Viimaseid aastaid on aga iseloomustanud terve rida uuringuid, mis on selle kompleksi uurimist oluliselt edasi viinud.
Kõiki ülaltoodud objektide kategooriaid looduslikus keskkonnas moodustavate orgaaniliste ühendite olemuse vahel täheldame loomulikult mitmeid järkjärgulisi üleminekuid nii lähtekivimi primaarsete mineraalide kui ka nende lagunemise lõppsaaduste vahel, ja taimede (ja loomsete) jääkide mõjutamata lagunemisprotsesside ja nende hävitamise lõppfaaside vahel võime igas pinnases jälgida mitmeid kõige erinevamaid vahepealseid moodustisi.
Kui kivimite ja mineraalide murenemise algfaasis mängivad domineerivat rolli "elutu" looduse elemendid, st atmosfääri ja hüdrosfääri elemendid, siis nende protsesside järgmistes arenguetappides, kui need kivimid omandavad võime pakkuda elu neile settivale taimestikule ja sellega seoses hakkab rikastuma viimaste lagunemissaadustega, selline roll läheb üle biosfääri elementidele. Asjaolu, et eelkõige mikroorganismid mängivad juhtivat rolli surevate orgaaniliste jääkide lagunemise protsessides, tõestati juba 1862. aastal Pasteuri hiilgava uurimistööga.
Arvukad katsed, mille eesmärk oli selgitada kõrgete temperatuuride ja erinevate antiseptiliste ainete mõju orgaaniliste ainete lagunemisele, kinnitasid lõpuks selle seisukoha. Tuleb siiski märkida, et mõned neist katsetest näitasid, et ülaltoodud tingimustes lagunemisprotsessid ei peatunud täielikult, vaid ainult pidurdusid oluliselt, mis võimaldab eeldada, et need protsessid, kuigi väga vähesel määral, võivad ikka lähevad mõnikord laguneva materjali osade puhtkeemilise vastasmõju jõusse. Igal juhul tuleks viimasele nähtuste kategooriale omistada orgaaniliste ainete lagunemisprotsessides enam kui tagasihoidlik roll.
Kui orgaaniliste ainete lagunemisprotsessid mullas on peamiselt biokeemilised protsessid, siis on selge, milliseid erinevaid vorme ja suundi võivad need protsessid pinnases looduslikes tingimustes võtta, olenevalt ühest või teisest õhu sissevoolust, mulla niiskusest, temperatuuritingimustest. , keskkonna keemilised ja füüsikalised omadused jne.
Et mõista, kui kaugele võib orgaaniliste jääkide lagunemine igal üksikjuhul ulatuda ja millistel vaheetappidel võib see lagunemine igal üksikjuhul edasi lükata, vaatleme edaspidi iga ülalnimetatud teguri olulisust nendes protsessides eraldi. pealegi piirdume kogu arvukale selleteemalisele kättesaadavale kirjandusele viitamata üksnes selles valdkonnas tehtud lõplike järelduste esitamisega.
Siin esitatud uuringute lähtekohaks on üldtuntud seisukoht, et süsihappegaasi eraldumist lagunevast orgaanilisest ainest võib tunnistada selle lagunemise kiiruse ja energia mõõdupuuks (Hoppe-Seuler). Võttes aga arvesse, et pinnases on paralleelselt orgaaniliste ainete lagunemisprotsessidega mikroorganismide elutegevuse mõjul protsessid sageli vastupidised – sünteetilised – ja seetõttu ei saa eralduva süsinikdioksiidi hulk. alati orgaanilise aine lagunemise mõõdikuna, võib kasutada teist uurimismeetodit, nimelt otse selle koostises sisalduvast lagunevast ainest eraldatud mineraalsete ühendite koguse analüüsi.
Peamistest tingimustest, mis määravad orgaaniliste ainete lagunemise kiiruse ja olemuse, keskendume temperatuuri, niiskusastme, õhu sissevoolu astme, keskkonna keemiliste omaduste ja lagunemisainesse siseneva niiskuse olemuse uurimisele. materjali nende protsesside kohta.
Temperatuuri ja niiskuse mõju. Kõige üksikasjalikuma uuringu selles küsimuses viis läbi Wollny.
Lagunev materjal asetati U-kujulistesse torudesse ja nende kaudu juhiti süsinikdioksiidivaba õhku. Need torud asetati veevannidesse, kus temperatuuri reguleeriti vastavalt soovile.
Kui võetud objekti niiskus jäi konstantseks, siis süsihappegaasi (CO2) hulk suurenes temperatuuri tõustes. Niisiis sisaldas torusid läbiv õhk süsihappegaasi (kompostimullas):

Kui temperatuur jäi omakorda muutumatuks ja niiskusaste tõusis, siis suurenes vastavalt ka CO2 hulk:

Seega mõjutavad nii laguneva substraadi temperatuur kui ka niiskus meid huvitavat protsessi ühes suunas.
Muutes oma katsetes temperatuuri ja niiskuse tingimusi vastupidises suunas, jõudis Wollny järeldusele, et CO2 moodustumine toimub kõige intensiivsemalt keskmistes temperatuuri- ja niiskustingimustes. Nii näiteks millal

Sarnased tulemused sai ka Fodor, kelle uurimistöö pakub huvi ka seetõttu, et ta töötas muu hulgas väga kõrgete temperatuuridega (kuni 137 °). Kõik tema katsed kinnitasid täielikult Wollny järeldusi; muu hulgas nentis ta, et väga kõrgetel temperatuuridel oli süsihappegaasi eraldumine lagunevast massist, kuigi see jätkus, äärmiselt nõrk. Peterseni edasised uuringud musta maa orgaanilise aine lagunemise ja lehtpuude puidu lagunemise kohta, samuti Belleni ja varalahkunud P. Kostševi - langenud kaselehtede, värskete kuuseokaste ja heinaga - näitasid a. üldine, et nii temperatuur kui ka niiskus toimivad tõesti ühes suunas. , kuid teatud piirini (tõusu või vastupidi languse suunas), kui mikroorganismide elutegevus oli juba seetõttu häiritud, ja kui protsess sellega seoses väga nõrgalt ja loiult edasi liikus.
Lõpliku järelduse kõigist nendest vaatlustest võib sõnastada järgmiselt: orgaaniliste ainete lagunemisenergia saavutab oma optimumi teatud keskmise niiskuse ja temperatuuri väärtuse juures. Niiskuse puudumine alandab seda energiat ja ka selle ülejääki, sest viimasel juhul on õhu vaba ringlus lagunevas massis takistatud. Madal ja kõrge temperatuur pärsib ka kirjeldatud protsessi.
Kõigi nende katsete ja vaatluste tulemused, mis on üle kantud looduskeskkonda, aitavad meil parimal võimalikul viisil mõista selle või selle koostisega huumuse kogunemise põhjuseid selles või teises piirkonnas. Igal üksikjuhul saame neid nähtusi alati seostada ühelt poolt antud piirkonna kliimatingimustega ja nende teguritega, millest sõltub mikroklimaatiline olukord (maastik, taimestik jne), ja teisest küljest pinnase enda sisemiste füüsikalis-keemiliste omaduste kompleksiga (antud juhul selle vee- ja soojusomadused), mille kaudu murduvad kõik seda pinnast ümbritseva looduse elemendid.
Söötme keemiliste omaduste mõju. Piirdume ainult kõige üldisemate sätetega, mis selles valdkonnas kehtivad.
Wollny ja paljude teiste teadlaste katsete kohaselt avaldab keskkonna happesus lagunemisprotsessidele pärssivat mõju, mis on muidugi üsna mõistetav, kui meenutada, et bakteripopulatsiooni jaoks on see peamine patogeeni põhjustaja. protsessid, mida kirjeldame, on happeline keskkond mürk (seene mikrofloora on aga teatud piirini selle teguri suhtes, nagu me teame, tundetu).
Mis puutub leeliselise keskkonna tähtsusesse, siis peatume sellel teemal veidi lähemalt ja peame silmas ainult kaltsiumkarbonaadi olemasolu mõju meid huvitavatele protsessidele, sest just selle ühendiga kõige sagedamini tuleb käsitleda näiteks küsimust selliste tavaliste lähtekivimite nagu löss, lössilaadne liivsavi jt kaltsiumkarbonaatiderikaste moodustiste mõju orgaanilise aine lagunemise energiale.
Mitte nii kaua aega tagasi oli arvamus, et CaCO3 (kaltsiumkarbonaat) kiirendab oluliselt orgaanilise aine lagunemise kiirust. Põllumajanduse praktikas oli kuni viimase ajani levinud seisukoht, et "lubi, mis rikastab isasid, rikub lapsi", see tähendab, et see aine aitab kaasa huumuse, "välja langenud" toitainete ülikiirele lagunemisele mullas. millest (mineraal, suletud ühenditesse) tõstavad ajutiselt oluliselt mulla viljakust, kuid samal ajal jätavad mulla ilma nende ühendite varust, millest järgnevad põllukultuurid saaksid toitu ammutada. See ekslik arvamus põhines muu hulgas Peterseni uurimistööl.
Petersen tegi oma katsed 58% huumusesisaldusega (st selgelt happelise pinnasega) pinnasega ja CO2 koguse järgi väitis ta seda gaasi peaaegu kolmekordseks, kui sellele pinnasele lisati kaltsiumkarbonaati, millest mainitud autor järeldas, et lubi kiirendab oluliselt orgaanilise aine lagunemist. Teises katses töötas Petersen lubjarikka pinnasega - muutumatul kujul, samuti sama pinnasega, kuid eelnevalt töödeldud lubja eemaldamiseks vesinikkloriidhappega. Tulemused olid samad. Nimetatud teadlase esimesi katseid pälvis hiljem õiglane „kriitika varalahkunud P. Kostõtšev, kes juhtis tähelepanu eelkõige sellele, et muld, millega Petersen manipuleeris, oli kahtlemata happeline, sisaldades rohkelt vabu huumushappeid. Selge on see, et kaltsiumkarbonaadi lisamine sellisele pinnasele, söötme keskmine, lõi soodsad tingimused lagunemisprotsessideks. Mis puudutab teist Peterseni katsete rühma, siis viimane jättis pinnase esialgse vesinikkloriidhappega töötlemise mõju märkamata, mis pidi avaldama kahjulikku mõju mulla bakteriaalsele floorale.
P. Kostševi edasised katsed puude lehestiku ja tšernozemi muldadega näitasid, et kaltsiumkarbonaadi lisamine, vastupidi, langetas alati lagunemise energiat. Sarnased tulemused said ka Wollny, Reitmair, Kossovich jt.Ainult erandjuhtudel, kui mullasööde sisaldab palju vabu huumushappeid, võib lubja lisamine soodustada lagunemisprotsesse.
Teatavasti on tšernozemi muldade huumusrikastumist osaliselt seletatav kaitsva rolliga kaltsiumiühenditel, mis on osa stepivööndis enimlevinud lähtekivimitest (löss, lössilaadsed liivsavi jt).
Arvestades, et kaltsium on kolloidsete ainete (nii orgaaniliste kui ka mineraalsete) energeetiline koaguleerija, tuleb sellele elemendile omistada ka mullakihi huumusühendite energeetilise fikseerija roll. Mulla kaltsiumiühendite kadumine ühel või teisel põhjusel toob, nagu teate, selle täieliku degeneratsiooni ("lagunemise") protsessid - osa huumusainete kadumisega väljapesemise tõttu jne.
Õhu sissevoolu mõju orgaaniliste ainete lagunemisele. Õhu rolli selgitamiseks ühe tegurina Wollny orgaaniliste ainete lagunemisel viidi läbi järgmine katse: teatud piirini niisutatud kvartsliiva ja turbapulbri segu pandi U-kujulistesse torudesse, mille kaudu. läbiti erineva hapnikusisaldusega õhku, samuti puhast lämmastikku ja puhast hapnikku. Süsinikdioksiidi kogust määrati iga 24 tunni järel. Katsete tulemused näitasid, et orgaanilise aine lagunemine suureneb koos hapniku protsendi suurenemisega õhus. Vastupidi, viimase vähenemisega ja veelgi enam selle gaasi asendamisega mõne ükskõikse gaasiga (näiteks lämmastikuga) pärssis süsiniku oksüdatsioon orgaanilises aines tugevalt. Lagunevale materjalile voolav hapnikupuudus ei mõjuta mitte ainult selle lagunemise energia vähenemist, vaid kajastub ka protsessi olemuses. Sellest vaatenurgast lähtudes on tavaks eristada lagunemisprotsessi (s.o lagunemisprotsess õhu juurdepääsuga) ja lagunemisprotsessi (s.o lagunemine anaeroobsetes tingimustes).
Kui orgaanilised jäägid lagunevad täieliku juurdepääsuga õhule (aeroobne protsess on "hõõgumisprotsess"), on need protsessid oma olemuselt puhtalt oksüdatiivsed ja orgaanilise aine lagunemine võib toimuda lakkamatult (muidugi igasuguste tegurite puudumisel). nende nähtuste pärssimine) kuni selliste toodeteni nagu vesi, süsinikdioksiid, lämmastik-, väävel-, fosfor- ja muud happe soolad. Samal ajal eralduvad seega justkui lagunemisjääkide tuhaelementide hulka kuuluvad mineraalained. Toimub orgaaniliste jääkide "mineraliseerumine".
Suitsetamine toimub tavaliselt märkimisväärse soojuse vabanemisega.
Anaeroobsete protsesside ("mädanikuprotsess") käigus tuvastame mitmeid mittetäielikult oksüdeerunud ühendeid, nagu metaan (tselluloosi, tärklise, pentosaanide jne anaeroobse metaankääritamise tulemusena), vesiniksulfiid (valgu lagunemise iseloomulik saadus). ), vesinik (tselluloosi vesinikkäärimisprodukt), vesinikfosfor, ammoniaak, lämmastik jne. Lisaks näeme anaeroobse lagunemise saaduste hulgas selliseid valgu lagunemise vahevorme nagu indool, skatool jne. lagunevas massis tekib kirjeldatud tingimustes arvukalt orgaanilisi happeid - rasvhappeid (alates sipelghappest ja lõpetades õliga selle kõrgemate homoloogidega), seejärel piimhapet, bensoe-, merevaikhapet jne. Orgaanilised happed kogunevad järk-järgult suurtes kogustes, ei leia soodsat tingimused nende edasiseks lagunemiseks õhupuuduse tõttu, peatavad mikroorganismide arengu ja orgaanilise aine edasine lagunemine võib täielikult peatuda.
Suitsemine ja lagunemine on loomulikult vaid orgaanilise aine lagunemise kõige äärmuslikumad vormid, mille vahel on võimalikud erinevad vaheetapid.
Niiskuse sissevoolu olemuse mõju lagunevale ainele. Lisaks ülalloetletud teguritele mõjutab orgaaniliste ainete lagunemise energiat ja olemust väga teravalt laguneva aine niiskusega varustatuse iseloom (S. Kravkov). Erinevatest kõdunevatest taimejääkidest eraldunud mineraalsete ühendite hulga otseses uuringus juhul, kui need jäägid satuvad süstemaatiliselt läbi veega pesemise (st kui lagunemissaadused eemaldatakse pidevalt üksteisega suhtlemise sfäärist), ja juhul, kui need saadused jäävad alati laguneva materjaliga interaktsiooni, märgiti, et esimesel juhul koguneb lagunevas massis ohtralt happelisi tooteid, mis pärsivad lagunemisprotsesside edasist kulgu, teisel juhul need protsessid, vastupidi, jätkake kogu aeg väga hoogsalt. Selle nähtuse lähem uurimine näitas, et laguneva materjali läbipesu ajal on meil tegemist leelismuldmuld-aluste väga kiire kadumisega selle aine toimel, mis aitab kaasa küllastumata happeliste produktide kuhjumisele lagunevas massis, mis pärsivad. seda protsessi.
Samad nähtused tuvastas S. Kravkov seoses muldadega. Neid 1911. aastal tehtud järeldusi saab tänapäeval kõige paremini seletada K. Gedroitsi õpetuse vaatenurgast „mulda imavast kompleksist.
Kirjeldatud asjaolusid tuleb silmas pidada orgaaniliste ainete kuhjumise ja lagunemise tingimuste uurimisel erineva veeläbilaskvusega, erinevates reljeefsetes tingimustes jne.
Lisaks eelpool käsitletud teguritele mõjutavad lagunemisprotsesside energiat oluliselt ka mitmed muud tingimused: laguneva materjali peenuse aste (mida kõrgem on uni, seda suurem on kokkupuutepind atmosfääri mõjuritega: temperatuur , niiskus, õhuhapnik jne, lagunemisprotsessid kulgevad energilisemalt), laguneva materjali keemiline koostis (kõige kiiremini lagunevad valkained, suhkrud, mõned orgaanilised happed; raskem - tselluloos, ligniin, korkained; lõpuks - vaigud , vahajad ained, parkained jne). Sellest vaatenurgast tunduvad hädavajalikud teadmised nende taimekoosluste keemilisest koostisest, mis igal üksikjuhul selle või teise mulla orgaanilise aine loomisest osa võtavad.
Kõiki neid järeldusi loodusesse üle kandes võime juba ette näha, et orgaaniliste ainete lagunemise olemus ja energia peaks olema veelgi tundlikum reaktsioon selle või teise välisteguri muutumisele ühes või teises suunas kui mineraalide murenemisprotsessid. ja eespool vaadeldud kivimid. Tegelikkus kinnitab seda oletust täielikult: konkreetsesse pinnasesse akumuleeruva huumuse kogust, selle kvalitatiivset koostist, keemilisi omadusi jne saab alati tihedalt seostada ümbritsevate kliimatingimuste, reljeefi tingimuste ja taime olemusega. (ja loomade) maailma ja lõpuks koos lähtekivimi omadustega ja kogu pinnase enda sisemiste füüsikalis-keemiliste ja bioloogiliste omaduste kompleksiga.
Võttes arvesse tingimusi, millest sõltub surevate orgaaniliste jääkide lagunemise energia ja iseloom, pöördume nüüd selle lagunemisproduktide keemilise koostise ja omaduste uurimise poole.
Nii nagu pinnase mineraalses osas, eristame ühelt poolt primaarsete mineraalide ja kivimite säilmeid (jäänuseid), mis lähevad pinnasesse ilma nende sisemise keemilise olemuse olulise muutumiseta, teiselt poolt aga mitmeid nende ilmastikuolude erinevatest vaheproduktidest kuni suhteliselt rasketeni nende esindajad läbivad edasisi muutusi (mulla arengu eri etappidel - erinevad koostise ja omaduste poolest), seega võib muldade orgaanilises osas leida ka järkjärgulisi üleminekuid. primaarsed" orgaanilised ühendid, mis on osa surnud taimest, jäävad lagunemisprotsessidest ja loomadest puutumata, sellisteks orgaanilisteks ühenditeks, mida nimetatud ainekategooriaga seoses võiks nimetada ka "uuteks moodustisteks" ja mida võiks samuti ära tunda, mulla arengu igal konkreetsel etapil on suhteliselt nõrgalt vastuvõtlikud edasisele lagunemisele.
Suhteliselt kõrge stabiilsusega orgaaniliste ainete lagunemissaaduste hulka tuleb arvata ka ülalmainitud humiinained. See püsivus seletab huumuse kvantitatiivse koostise suhteliselt nõrku kõikumisi teatud aja jooksul ühes või teises mullatüübis, selle ühes või teises erinevuses. Muidugi osalevad need ained evolutsiooniprotsessis, mida iga pinnas läbib, paratamatult aktiivselt - kuni nende täieliku hävimiseni ja järgneva mineraliseerumiseni, st kuni mineraalsete ühendite väljalangemiseni - vabal kujul. ja kuni "orgaaniliste ainete" muundamiseni sellisteks lõpptoodeteks nagu CO2, H2O jne.
Jättes kõrvale nende mööduvate ja "põgusate" ning seetõttu ebajärjekindlate ja ebaloomulike lagunemissaaduste koostise ja omaduste käsitlemise, millest eespool rääkisime, pöördume edasi selle spetsiifilise mullamoodustise, mida nimetatakse huumuseks, uurimise juurde.
Mulla huumusühendid, millel on nii oluline roll mulla moodustamisel ja taimede elus, on pikka aega pälvinud paljude uurijate tähelepanu. Vaatamata sellele ei ole endiselt võimalik täielikult mõista kogu huumuse tekkega seotud nähtuste kompleksi, selle koostist ja omadusi.
Mullahuumuse koostise ja omaduste mõistmiseks on analüütilist teed kasutatud juba pikka aega: seda kompleksset kompleksi on pikka aega püütud ühel või teisel viisil eraldada mulla kogumassist, millele järgneb selle koostise ja selle koostise analüüs. omadused.
Sprengeli pakutud ja Grandeau modifikatsioonis tänapäevani oma tähtsust kaotanud meetod mullast humiinainete ekstraheerimiseks seisneb mulla töötlemises mingi leeliskarbonaadiga (naatriumkarbonaat, kaaliumkarbonaat või ammoniaakkarbonaat). Pinnase pikaajalisel ja korduval pesemisel nimetatud reagentidega on sageli võimalik saavutada selle pinnase peaaegu täielik värvimuutus ja filtraadis saada must või pruun vedelik, mis on seega uuritava pinnase huumusainete leeliseline lahus. ("must aine"). Arvestades asjaolu, et teatud osas võivad "musta aine" lahusesse sattuda need mulla mineraalained, mis otseselt huumusühendite hulka ei kuulu (kõige õhemate suspensioonidena), on mainitud filtreerimist. ülaltoodud toimingud viiakse praegu tavaliselt läbi spetsiaalsete filtrite abil, mis võivad need suspensioonid täielikult edasi lükata (kasutades näiteks Chamberlaini saviküünlaid jne).
Nagu uuringud on näidanud, ei ole siiani võimalik kõiki huumuseühendeid sel viisil eraldada: ükskõik kui kaua ja korduvalt me ​​pinnast süsivesinike leelistega töötleme, sisaldab viimane peaaegu alati teatud koguses orgaanilisi aineid, mida ei saa lahustuda ja väljutada. . Kirjanduses on viiteid sellele, et mõnes mullas on 15–30 ja isegi 40% orgaaniliste ainete kogumassist neis muldades, mis muidugi viitab äärmisele tähtsusele ja tungivale vajadusele lähima uurimise järele. see mulla huumuse ekstraheerimata osa. Varasemad uurijad nimetasid neid leeliste toimel mittelagundatavaid ühendeid mullahuumuse "ükskõikseteks" aineteks (humiin – tumedama värvusega, ulmiin, hein jne – pruunikaks).
Protsessi, mille käigus osa muldade huumusainetest leeliseekstraktiks muudeti, nagu eespool käsitletud, peeti tavaliselt erinevate humiinhapete lahustuvate leeliseliste soolade moodustumiseks.
Selles mullahuumuse happelises osas eristasid endised uurijad: 1) ulmiinhapet, 2) humiinhapet, 3) mädarõikahapet (võti) ja 4) apokreenhapet (settevõti) ning arvati, et ulmiinhape ja humiinhape on. mulla huumuse kõige vähem oksüdeerunud osa, see tähendab, et need on selle sünteesis osalenud teatud orgaaniliste ühendite lagunemise noorim ja algseim vorm; kreenhape on toode, mis on juba rohkem oksüdeerunud kui eespool mainitud; lõpuks on apokreenhape veelgi enam oksüdeerunud aine, mis iseloomustab nende orgaaniliste ühendite veelgi sügavamat lagunemist, mis osalevad mulla huumuse ehituses.Iga eelpool mainitud huumuse väidetavat komponenti peeti konkreetseks keemiliseks indiviidiks ja oli mida erinevad autorid on riietanud erinevatesse spetsiifilistesse keemilistesse valemitesse.
Eespool loetletud mulla huumuse komponentidel on mitmete teadlaste sõnul järgmised omadused:
Humiinhape (ja selle lähedal ulmic) - must; vees väga vähe lahustuv. Selle soolad ("humaadid") - seskvioksiidid, samuti kaltsiumi, magneesiumi ja raudoksiidi soolad on samuti lahustumatud. Lahustuvad ainult selle leeliselised soolad (kaalium, naatrium, ammoonium).
Krepphape ("võti" hape) - vees kergesti lahustuv; selle vesilahus on värvitu. Selle soolad ("krenaadid") - leelis-, leelismuld- ja raudoksiidi soolad - lahustuvad kergesti. Sama tuleb öelda ka alumiiniumoksiidi happesoolade kohta; seskvioksiidide soolad - keskmised, samuti mangaan ja vask - on vees raskesti lahustuvad.
Apokreenhape ("settevõtme" hape) lahustub vees mõnevõrra vähem kui kreenhape. Selle leeliste ja raudoksiidi soolad ("apokrenaadid") lahustuvad vees kergesti; leelismuldmetallide soolad - mõnevõrra raskem; seskvioksiidide, mangaani ja vase soolad on raskesti lahustuvad.
Mulla huumusekomponentide kirjeldatud omadused on aluseks ka olemasolevatele nende eraldiseisva tootmise meetoditele.
Ideed huumusest kui mitmesuguse kindla koostisega hapete ja nende soolade kompleksist toetavad ka mitmed kaasaegsed uurijad. Niisiis eristab Sven-Oden mulla huumuse koostises järgmisi ühendeid:
Huumussöed (vastab endiste autorite ulmiinile ja humiinile). Need on "huumus-" ja hümatomelaanhapete anhüdriidid. Need on vees lahustumatud ja ei anna kolloidseid lahuseid. Kaetud musta või tumepruuniga.
Humiinhape; vastab kõigi oma omadustega eelmiste autorite humiinhappele (lahustub vees ja alkoholis väga vähe; kõik selle soolad, välja arvatud aluselised, on samuti lahustumatud; võib anda veega kolloidseid lahuseid; hape on must- pruuni värvi).
hümatomelaanhape; vastab endiste autorite ulmihappele. Pruun värv. Omadustelt sarnane humiinhappega, kuid lahustub alkoholis. Veega annab kolloidseid lahuseid.
Fulvohapped vastavad eelmiste autorite krepp- ja apokreenhapetele. Vees kergesti lahustuv, nagu enamik nende sooli. Värvitud kollaseks.
Nii möönab Sven-Oden oma uurimistöö põhjal, et mulla humiinaineteks on tõepoolest teatud keemilised ühendid (happed ja nende derivaadid), kuid osaliselt, olles kolloidses olekus, võivad need anda ka nn. "imavad ühendid".
Paralleelselt mulla huumusainet moodustavate komponentide olemuse väljaselgitamise katsetega on juba pikemat aega kestnud aktiivne uurimistöö selle kompleksse kompleksi sisestruktuuri väljaselgitamiseks. Erilist tähelepanu pöörati tuhaainete ja selle lämmastikuühendite huumuse "südamikuga" seose olemuse ja tugevuse küsimusele.
Mõnede tööde põhjal võib arvata, et mullahuumust moodustavad mineraal-orgaanilised ühendid on humiinhapete liht- ja kaksiksoolad, kus tuhaained on seotud orgaaniliste ainetega nagu aluste side hapetega, järgides seega seadusi. lihtsatest keemilistest reaktsioonidest (Schibler, Mulder, Pitch). Teisest küljest on tõendeid selle kohta, et tuhaained on huumuses palju tugevamini kinni ja neid ei saa sellest tavapäraste meetoditega töötlemisel täielikult eraldada, vaid alles pärast selle täielikku hävitamist (näiteks põletamise teel) Meil ​​on viiteid. sellest isegi eelmistelt autoritelt. Näiteks leidis Rodzianko pärast huumuse korduvat sadestamist ja 30% vesinikkloriidhappega töötlemist sellest siiski umbes 1,5% tuhka. Kõik need uuringud annavad alust arvata, et huumuskompleksi enda molekulis leidub mineraale.
Huumusaine sisaldab mitmete teadlaste (Gustavson) hinnangul peale happelise vee jääkide ka alkoholijääke, mille vesinikku saab asendada nõrga happelise iseloomuga metallidega (raud, alumiinium). Huumusaine tuhas leidub just neid polüaatomilisi metalle, mis võivad olla lülideks mineraalse ühendi ülejäänud mineraalse osa (P2O5, SiO2, osaliselt teiste alustega küllastunud) ja orgaaniliste ainete vahel. Sellist ühendit ei tohiks leelised lagundada, sest nagu teada, ei saa alkoholi vesijääkide vesinikku asendada leeliselise iseloomuga radikaalidega.
Veelgi enam, Hoppe-Seyleri töö, mis näitas, et huumusained koos söövitava leelise ja veega annavad 200 ° C-ni kuumutamisel protokatehiinhappe (üks dioksbensoehapetest), viitavad sellele, et huumuskompleksis on fenoolseid vesijääke ( kinnitavad hiljutised uuringud – F. Fischer).
Reinitzer, kes on väitnud humiinhappe võimet taastada Fehlingi vedelikku, kaldub arvama, et see sisaldab ka aldehüüdrühma või hüdroksüülrühma, nagu fenoolis, või mõlemat. On teatud viiteid karboksüülrühmade olemasolule humiinhappe koostises. Levakovsky, P. Slezkin, S. Kravkov usuvad, et huumuse side orgaaniliste ja mineraalsete osade vahel on sama tugev kui värskes taimes ning osa oma tuhaosadest saab tumus justkui “pärilikult” huumuse moodustaja. Sellest vaatenurgast satuvad huumuse tuhaained orgaanilise aine molekulidesse ja huumusekompleks surevatest taime- (ja loomsetest) jääkidest mingil määral "valmis" kujul, s.t mitte orgaanilise aine kujul. puhtalt orgaaniline, kuid mineraalne-orgaaniline aine, mis justkui viimistleb hiljem mulda sattudes oma lõplikku moodustumist, lisades hulga muid juba mullast pärit tuhaelemente. Teatavat kinnitust sellele seisukohale leiame B. Odintsovi ja Gartneri hilisematest töödest, kes said lagunevatest taimejääkidest väljavõtteid, mis koostiselt ja omadustelt on väga sarnased mulla huumusega.
Suur hulk uuringuid on pühendatud konkreetsemale küsimusele - mis kujul on lämmastik mulla huumuses. On tõendeid selle kohta, et see element esineb huumuses osaliselt ammoniaagiühendite kujul, mida tõestab võimalus neid ühendeid eemaldada huumusainete keetmise teel söövitavate leelistega ja hapetega uuesti sadestades. Tenar, tugevalt mädanenud sõnnikust, ekstraheeris hapet, mis pärast 10-kordset lahustumist KHO-s ja happega sadestamist ei vähendanud lämmastikusisaldust; sellest järeldas autor, et see lämmastik ei ole ammoniaak, vaid kuulub happe enda osakesesse ja seda saab sealt välja tõrjuda alles siis, kui aine on täielikult hävinud, näiteks sulatamisel söövitava leelisega jne. Teised teadlased väitsid samuti, et mulla huumuses leidub mõningaid – lähemalt uurimata – väga tugevaid lämmastikuühendeid. Berthelot, Andre tööd näitasid, et mulla huumuses sisalduv lämmastik on teadaolevalt amiidide ja aminohapete kujul. Samas näitasid viimaste meie poolt nimetatud autorite katsed, et mulla huumus sisaldab lisaks amiid- ja aminohappelisele (ja ammoniaagile) lämmastikule mõningal määral (20–66% lämmastiku üldkogusest) see element mingil kujul (milles üks jäi ebaselgeks), ei lagune leelised ega lämmastikhape. Mõned uurijad peavad seda huumuse stabiilset lämmastikku sisaldavat osa loomse päritoluga ainete (keratiin, kiniin jne) jäänusteks. Varalahkunud P. Kostšev pidas neid lämmastikku sisaldavaid aineid mullahuumusel elavate elavate bakterite ja seente osaks. On oletatud (Demyanov), et valgulised ained on huumuses olemas, kuid mitte vabal kujul (milles nad on haprad ja kergesti lagunevad – nii keemilistest reagentidest kui ka ensüümide mõjul), vaid tugevamas koosluses teistega. happelised ained, näiteks park- ja fosforhappega ning lõpuks lämmastikuvabade humiinhapetega või veetustatud vaskuloosiga. Mullahuumuses on põhjust kahtlustada nukleiinide, nukleoproteiinide, letsitiini jt lämmastiku esinemist. Valgu olemasolu mulla huumuses kinnitavad A. Shmuki tööd.
Edusammud, mida kolloidkeemia on saavutanud, eriti viimastel aastatel, ei saanud muud kui peegelduda teatavates mullateaduse sätetes ja eriti ei saanud aidata, kuid mängivad olulist rolli humiinainete tõelise olemuse selgitamisel. Van Bemmeleni, Fischeri, Ehrenber g tööd ja vene teadlase K. Gedroitsi silmapaistvad uurimused võimaldavad nüüd käsitleda mulla humiinaineid teatud määral kolloidses olekus ühenditena. Selleni viib meid terve rea nende ainete omapäraste omaduste uurimine. Seega on nende võime koaguleeruda lahustest hapete ja soolade, külma ja elektrivoolu mõjul, nende poolt kõige tugevam veeimavus ja - selle tulemusena - tugevaim paisumisvõime ning pärast kuivamist kõige tugevam langus. maht, väga nõrk elektrolüütiline juhtivus, humiinsete ainete toimel toimuvate transformatsioonide alluvus - pindpinevuse seadused, mitte stöhhiomeetrilised seadused, huumusainete võime sadestada vastupidiselt laetud kolloidide sooleid, võime moodustada keerulisi segusid ja keerulisi liitprodukte jm - kõik see kinnitab, et huumusainetega silmitsi seistes näeme kompleksset ühendite kompleksi, mis on oma teadaolevates osades kolloidses olekus.
Sellest vaatenurgast tuleks mõningaid ülaltoodud humiinsete ainete omadusi tuua meile mõnevõrra erineval kujul. Seega tuleks tuhka, näiteks osa huumusainetest, pidada mitte mingiks spetsiifiliseks keemiliseks ühendiks, vaid "absorbeerivaks ühendiks"; humiinainete lahused leelis ei tohiks olla tõelised lahused, vaid pseudolahustid, mis on kahe- ja kolmeväärtuslike katioonide (Ca ++, Mg ++, Al +++, Fe +) humiinainetele sadestav toime. ++) - koagulatsiooni, koagulatsiooni, geeli moodustumise jne protsessina W. Gemmerlingi järgi suureneb huumusainete hajuvus paralleelselt nende oksüdatsiooniastmega ja paralleelselt nende aktiivsusega. Sellest vaatenurgast peab W. Gemmerling kõige vähem hajutatud kehadeks humiini ja ulmiini ning kõige enam hajutatud kehadeks krepp- ja apokreenhappeid.
Baumanni ja Gully töödes on aga van Bemmelenni teiste ülaltoodud seisukohad leidnud äärmusliku väljenduse; mainitud autorid püüdsid tõestada, et humiinhapped ei moodusta kunagi päris sooli, et kõigil sooladena kirjeldatud ühenditel ei ole tegelikult ei koostise püsivust ega võimet ioonreaktsioonideks, olles eranditult "absorptiivsed (adsorptiivsed) ühendid". ." Praegu peame neid seisukohti liialdatuks pidama, sest nagu eespool märkisime, võib mullas kolloidses olekus olla vaid osa humiinainetest; lisaks tuleb märkida, et aine kolloidne olek ei välista aine võimet astuda keemilistesse reaktsioonidesse.
Mitmete hilisemate uuringute põhjal tuleb arvestada, et ükski ülalmainitud "hapetest" ei ole konkreetne keemiline indiviid, vaid üksikult võetuna on erinevate ühendite kompleks. Sellest vaatenurgast tuleb olemasolevaid meetodeid mulla huumuse eraldamiseks ülalmainitud komponentideks pidada tingimuslikeks, mis tähendab sõnadega "huumus", "krepp" ja "apokreenhapped" ainult komplekside kogumit, mis on oma füüsikaliselt homogeensed. ja keemilised omadused.
Meil on selle kohta viiteid varasematelt autoritelt (Post, Muller, Reinitze, Berthelot jt), kes väitsid, et muldade orgaaniline osa sisaldas mitmeid väga erinevaid orgaanilisi ühendeid (vaigud ja rasvad, glütserool, nukleiinid, aldehüüdid). ja paljud teised). ); See säte sai aga Ameerika teadlaste (Schreiner ja Shorey jt) tööde järel eriti tugeva põhjenduse. Viimased rakendasid huumusühendite koostise ja omaduste uurimiseks Ameerika erinevatel muldadel mitmeid kõige erinevamaid reagente – et eraldada muldadest kõige mitmekesisemad orgaaniliste ühendite rühmad, mida võib leida. need mullad. Sel eesmärgil kasutasid nad lahustitena söövitavat leelist, mineraalhappeid, alkoholi, petrooleetrit ja etüüleetrit jne.).
Leitud hapetest olid: monooksüsteariin-, dioksisteariin-, parafiin-, lignoteeriin-, agrotseeriin-, oksaal-, merevaik-, krotoon- ja muud happed.
Süsivesikutest leiti: pentosaane, heksoosi jne.
Süsivesinikest: entriakontaan.
Alkoholidest: fütosterool (kolesterooli ainete rühmast), agrosterool, mannitool jne.
Estritest: vaikhapete estrid, kapriin- ja oleiinhapete glütseriidid jne.
Lämmastikku sisaldavatest ainetest: trimetüülamiin, koliin.
Diaminohapped: lüsiin, arginiin, histidiin jne.
Tsütosiin, ksantiin, hüpoksantiin, kreatiin.
Pikoliinkarboksüül- ja nukleiinhapped.
Lisaks mainitud ühenditele on paljudes muldades eraldatud bensoehapet, vanilliini ja paljusid teisi. teised
Kõigist loetletud ainetest humiinhappes (st leeliselise ekstrakti vesinikkloriidhappega töötlemisel tekkinud sademes) olid ülekaalus järgmised: vaikhappe estrid, vaikhapped, rasvhapete glütseriidid, agrosterool, fütosterool, agrotseerhape, lignotserool, parafiinhape jne; kreen- ja apokreenhapete koostises (s.o ülalmainitud setete happefiltraadis) leiti: pentosaane, ksantiin, hüpoksantiin, tsütosiin, histidiin, arginiin, dioksüsteariin- ja pikoliinkarboksüülhapped jne.
Huvitav on märkida, et muldade korduval töötlemisel söövitava leelisega (2%) sisaldas viimane siiski olulisel määral mõningaid orgaanilisi ühendeid, mis ei läinud lahusesse (varasemate autorite “humiin” ja “ulmiin”).
Muidugi pole praegu kahtlust, et niinimetatud humiin-, krepp- ja apokreenhape ei esinda mingeid konkreetseid keemilisi indiviide, vaid on igaüks eraldi vaadeldav erinevate orgaaniliste ühendite segu. Eespool mainitud Ameerika teadlaste tööd ei lahenda aga kuidagi huumuse koostise selgitamisega kaasnevat probleemi, sest jääb selgusetuks, kas nad määrasid kõik ülalloetletud ained uuritud muldade orgaanilises osas üldiselt või lihtsalt nende koostise huumusosa (tuletage meelde nende kahe mõiste eristamist, mille me eespool tegime). Pigem tuleb eeldada, et kõik ülalpool muldadest eraldatud orgaanilised ühendid on üldiselt muldade orgaanilise osa komponendid; kuid millised neist on osa mulla huumusest, jääb selgusetuks. Loomulikult ei saa kahelda kõigi nende orgaaniliste ühendite olemasolu pinnases, mis on osa taimede ja loomade jäänustest, samuti nende ühendite erinevate vahepealsete lagunemisvormide olemasolust. Seetõttu ei vii Ameerika teadlaste tehtud uuringud meid vaevalt edasi selle orgaanilis-mineraalse mulla kasvaja, mida me nimetame huumuseks, koostise ja omaduste küsimuse lahendamisel. Parimal juhul annavad need meile lisaargumendi - kahtlustada nende komplekside keemilist keerukust ja mitmekesisust, mida me tinglikult ühendame sõnadega "huumus", "krepp" jne. happed.
Arvestades asjaolu, et seni pole leitud meetodeid, mille abil saaksime puhtaid humiinaineid mullast eraldada ja seeläbi neid individualiseerida, saab nüüd väljendatud kaalutlusi suuremal või vähemal määral rakendada ka kõigi teiste uuringute ja tööde puhul. kes ühel või teisel viisil püüavad dešifreerida mulla huumuse koostist ja omadusi, püüdes viimast mullast isoleerida, sest me ei saa kunagi olla kindlad, kas meil on tõesti tegemist mulla huumusainetega või on tegemist ainult nende orgaaniliste ühendite mitmesugused säilmed, mis olid osa surnud taime- ja loomajäänustest ja mida peame üldiselt tunnistama selle mulla orgaanilise osa mööduvateks ühenditeks.
Pole põhjust oletada, kas kõik selle meetodiga määratud orgaanilised ühendid on mingid uued moodustised, mis on saadud uuritud muldade töötlemisel ühe või teise kasutatud reagendiga (leelised, alkohol jne). Lõpuks ei saa mainimata jätta, et huumuse koostis erinevates muldades on loomulikult väga erinev (olenevalt sureva taimestiku koostisest, kliimatingimustest, mineraalse osa füüsikalis-mehaanilisest ja keemilisest koostisest). muld jne). Seetõttu on soov selgitada mulla huumuse koostist ja omadusi ülalmainitud viisil kahtlemata väga paljudes raskustes, mis annab meile igal üksikjuhul tinglikud konkreetsed ideed saadud andmete kohta.
Kõiki nüüd väljendatud kaalutlusi saab täielikult kohaldada, nagu me eespool märkisime, viimaste katsete puhul, mida mitmed teadlased on hiljuti teinud, et leida meetodeid humiinainete eraldamiseks mullamassist. Erilist tähelepanu pööratakse praegu mulla humiinsete ainete eraldamise meetodile, töödeldes viimaseid atsetüülbromiidiga (CH3COOBr) – meetodit pakkusid välja Karrer ja Boding-Wieger ning Springer kasutab laialdaselt. Nagu vastavad uuringud näitavad, toob atsetüülbromiid lahusesse kõik mulla orgaanilised ained, mis ei ole veel taimejääke niisutanud ja peaaegu ei mõjuta mulla humiinseid aineid, mis näib avavat laialdased võimalused viimaste järgnev otsene uurimine ja analüüs. Seda meetodit on aga veel liiga vähe uuritud ja vähe testitud, mistõttu peame esialgu hoiduma igasugustest kindlatest hinnangutest. Seda enam on asjakohane see, mida on öeldud seoses muude hiljutiste katsetega eraldada mullast humiinaineid – meetoditele, näiteks pinnase töötlemisele vesinikperoksiidi, püridiiniga jne. Peame tunnistama, et kõik need meetodid on tingimuslikud ja vastuolulised. Schreineri ja Shorey kasutatud meetod, mille tulemusena tekitavad kõik eelnimetatud uurijate poolt mulla humiinsete ainete koostise ja omaduste kohta esitatud kaalutlused ja sätted hulga lahendamatuid kahtlusi.
Seda silmas pidades ei pea me võimalikuks selles kursuses esitada kõiki ülalnimetatud autorite poolt huumusainete koostise, struktuuri ja omaduste kohta väljendatud seisukohti, mis põhinevad ebausaldusväärsetel ja tingimuslikel alustel.
Huumusainete koostise ja omaduste hindamisel on pikka aega püütud rakendada teistsugust meetodit, nimelt sünteetilist meetodit või õigemini geneetilist meetodit ehk siis huumusainete kunstliku saamise meetodit (koos kõik nende iseloomulikud omadused) teatud keemilistelt indiviididelt kõigi nende vaheetappide üksikasjaliku uurimise käigus, mille need isikud oma teel läbivad. Peame tunnistama huumuse geneetilise uurimise teed kahtlemata viljakamaks ja võimeliseks andma meile kiiresti võtme selle keeruka kompleksi päritolu, koostise ja omadustega seotud küsimuste lahendamiseks.
Sellel teel saab kasutada kahte meetodit: kas või proovida saada kunstlikult humiinainetega sarnaseid ühendeid, töödeldes ühe või teise reagendiga erinevaid taimekehas levinumaid orgaanilisi ühendeid. Seda teed kasutati laialdaselt endiste teadlaste töödes (eriti palju selliseid katseid tehti süsivesikutega, töödeldes neid tugevate mineraalhapetega). Või selleks, et vältida selliste "vägivaldsete" uuritavate objektide humifitseerimismeetodite kasutamist, võib kasutada teistsugust meetodit, nimelt: asetades teatud keemilised indiviidid (valgud, süsivesikud jne) ja nende kombinatsioonid erinevatesse tingimustesse. nende lagunemise kohta (erinevatel temperatuuridel, erinevatel õhutus- ja niiskustingimustel, bioloogiliste tegurite osalusel ja ilma jne), proovige uurida, millised uuritud objektidest ja millistel tingimustel võivad muutuda huumusega sarnasteks aineteks ja millised ei saa, ja uurides nende objektide vaheetappe teel lõpliku huumuse moodustumiseni, püüdke tungida sel juhul toimuvate keemiliste muundumiste olemusse. Peame tunnistama, et see tee on nii loomulikum kui ka produktiivsem.
Üldise korra esimene küsimus, mis tuleneb meid huvitava probleemi sellisest sõnastusest, on järgmine: millised on surevate taime- ja loomajäänuste koostisosad, mis on otseselt seotud huumuse ehitusega? Teisisõnu: milliseid nendest koostisosadest peaksime pidama huumuse ainelise koostise "algallikateks"? Mõned uurijad, lähtudes teoreetilistest eeldustest, et huumuse ehituses peaksid osalema ainult need taimede (ja loomade) koostisosad, millel on oma lagunemisprotsessides suhteliselt stabiilsus ja tugevus, oletavad, et huumuse tekke peamiseks allikaks on kiudained, inkrusteerivad ained, ligniin, kummi, parkained jne. Taimsete jääkide muud koostisosad (valgud jne) lagunevad nende lagunemisprotsesside käigus mullas nii kergesti ja kiiresti lõpptoodeteks (CO2, H2O jne), et nende teadlaste sõnul ei saa nad kinnituda mullamassis ja seega ei saa nad osaleda selle tugeva ja stabiilse kompleksi, milleks on huumus, sünteesis. Teised uurijad esitavad teistsuguse seisukoha, mis on teatud määral vastupidine äsja väljaöeldule, nimelt, et mullahuumuse tekkes on kõige lähem ja vahetum osa, vastupidi, kõige liikuvam ja eelkõige ainult surevate orgaaniliste jääkide vees lahustuvad lagunemissaadused (Levakovsky, Hoppe-Seyler, Slezkin, Kravkov).
Nende teadlaste töö põhjal on näha, et ka värskest, s.t veel lagunemisprotsessidest mitte allutatud, atmosfäärivesi suudab taimejäänused välja uhtuda hulga nii orgaanilisi kui ka tuhaühendeid, mis hiljem, all. erinevate füüsikalis-keemiliste ja biokeemiliste ainete mõjul on võimalik muutuda tumedateks huumuselaadseteks aineteks. See protsess toimub muidugi veelgi dramaatilisemal skaalal juhul, kui vesi peab mõjutama surnud taimejäänuseid, mis on juba teatud lagunemisetapi läbinud (juhtum, millega tuleb tegeleda peamiselt looduslikes tingimustes).
Eespool välja toodud vastuolulised hinnangud mullahuumuse materiaalse koostise algallikate kohta tuleb nüüd lugeda oma teravuse kaotanuks. Nüüd pole enam kahtlust, et enne huumuseks muutumist peavad täielikult orgaanilised ühendid kahtlemata läbima vedela faasi. Ja kuna absoluutselt stabiilseid ja absoluutselt muutumatuid orgaanilisi ühendeid ei eksisteeri ning need kõik võivad puhtalt keemiliste või biokeemiliste ainete mõjul läbi viia mitmesuguseid muutusi, sealhulgas nende liikuvuse ja lahustuvuse suurendamise suunas (isegi ligniin, vaigud ja tanniinid). ), tuleb tõdeda, et mullamassi huumussüdamiku ehituses võivad üldiselt osaleda kõik orgaanilised ühendid, millest koosnevad taime- ja loomsed jäägid. Küsimus taandub ainult iga orgaanilise ühendi osatähtsuse selgitamisele selle tuuma ehitamise protsessis ja mis kõige tähtsam, nende keerukate keemiliste, füüsikalis-keemiliste ja biokeemiliste vastastikmõjude selgitamisele, mis toimuvad orgaaniliste ühendite ja mineraalse aine vahel. pinnas ehk teisisõnu nende keeruliste nähtuste uurimisele, mis kaasnevad orgaanilis-mineraalse kompleksi ehk mullakeha tekkeprotsessiga.

Laiaulatuslikke uuringuid nendes valdkondades viis meie laboris läbi A. Trusov. Pannes erinevaid orgaanilisi ühendeid - sageli üsna pikaks ajaks - erinevatesse lagunemistingimustesse, tegi nimetatud autor oma katsete põhjal järgmised peamised järeldused:
1. Süsivesikud (kiudained, hemitselluloos, tärklis, sahharoos, glükoos ja levuloos) ilmselt ei osale huumusainete moodustumisel.
2. Õlid võtavad selles sünteesis vaid kõige piiratud osa.
3. Huumusmoodustajateks ei tohiks liigitada ka orgaanilisi happeid, kummikuid, korki.
4. Peamisteks mulla humiinsete ainete "varustajateks" on valgud, parkained, koorivad ained (ligniin) ja mitmesugused polüfenoolsed ühendid (hüdrokinoon, ortsiin, pürogallool jt).
5. Valkained humifitseerimisel lagunevad peamiselt hüdrolüütiliselt; toimub selle hüdrolüüsi produktide edasine oksüdatsioon ja kondenseerumine. Sellistest valkude hüdrolüütilise lagunemise saadustest moodustuvad pürrool- ja benseeniühendid humiinaineid ning viimastest - peamiselt fenoolrühma sisaldavad, näiteks: indool, skatool, proliin, trüptofaan, fenüülalaniin, türosiin jne. oksükinoonide iseloomuga.
6. Ligniini humifitseerimine (kooruvad ained) on tingitud selles sisalduvatest fenool- ja kinoonrühmadest. Saadakse mitmesuguseid tihendatud tooteid - jällegi oksükinoonide iseloomuga.
7. Tanniinide humifitseerimine – nende ainete hüdrolüüsi tulemusena tekkiv gallushape läheb jällegi oksükinoonide iseloomuga tihendatud toodete moodustumiseks; lisaks saadakse tannomelaanhapet, pürogallooli, purpurogalliini jne.
8. Ligikaudu samu tooteid saadakse taimejääkide hulka kuuluvate polüfenoolsete ühendite humifitseerimisel.
Kõikide ülalnimetatud orgaaniliste ühendite humifitseerimine toimub mullas väga erinevate nii bioloogiliste kui ka keemiliste tegurite mõjul.
Võttes kokku kõik humifitseerimisprotsessid ühe üldskeemi alla, võib seega öelda, et nende protsesside esimene etapp on erinevate süsinikuühendite hüdrolüütiline lagunemine, st keerulise süsinikuahela lagunemine lihtsamateks osadeks.
Huumusainete moodustumise teine ​​etapp väljendub vee jõulises kadumises ja sisemise tihenemise nähtustes.
A. Trusov, nagu näeme, joonistas meid huvitavate protsesside kohta ainult üldise skeemi. Viimasel ajal on muldade humiinainete sünteetilist (geneetilist) uurimismeetodit laialdaselt kasutanud Ameerika teadlane Waksman.
Lähtudes asjaolust, et surnud taime- ja loomseid jääke moodustavad orgaanilised ühendid omavad erineval määral vastupanuvõimet mikroobide hävitavale toimele ning erineval määral nende keemilist liikuvust ja reaktsioonivõimet ning sellest tulenevalt erineval määral ka võimalikku osalemist mikroobide sünteesis. et suhteliselt stabiilne kompleks Mis on mulla huumus, jagab Waksman, olles välja töötanud sobiva tehnika, kõik taimses aines leiduvad orgaanilised ühendid mitmeks fraktsiooniks, mida ühendavad mõned ühised omadused.
1. Kui üht või teist taimset ainet (turvast jne) ekstraheeritakse peamiselt eetriga, lähevad need lahusesse; eeterlikud ja rasvõlid, osa vaha- ja vaigustest ainetest jne. Seda ühendite rühma tuleks iseloomustada kui suure vastupidavusega mikroorganismide lagundavale toimele ja sellisena võivad nad osaleda selle suhteliselt tugeva kompleksi moodustamises , mis on mulla huumus.
2. Jäägile toimides, pärast töötlemist eetriga, veega (algul külm, siis kuum), aitame kaasa erinevate suhkrute (glükoos, mannoos, pentoos jne), aminohapete, mõne lahustuva lahusele üleminekule. valgud, mõned orgaanilised happed (viin-, äädik-, arabaan-, maloonhape jne), alkoholid (mannitool jne), teatud kogus tärklist, parkaineid jne. See ainete rühm, välja arvatud tanniinid, vastupidi , võib iseloomustada kui väga kergesti lagunevat mikroorganismide (bakterite ja seente) mõjul, mistõttu mullas kiiresti hävinuna ei ole see huumuskompleksi ehitamisel otsene allikas.
3. Edasi toimides analüüdi jäägile keeva 95° alkoholiga, viime lahusesse mõned vaigud ja vahad, alkaloidid, klorofüll ja muud pigmendid, tanniini, koliini, kõrgemad alkoholid (inositool) jne. Kogu see fraktsioon peab olema mida iseloomustab suur stabiilsus ja vastupidavus mikroorganismide lagundavale toimele ning seetõttu võib see oma kergelt muudetud kujul olla mulla huumuse koostises.
4. Mõjutades eelmise töötlemise jääkidele lahjendatud keeva hapetega (näiteks 2% HCl), aitame kaasa hemitselluloosi (“võlts” kiudaine) ülekandele, mis selle toimingu käigus läbib hüdrolüüsi, s.t. muutub lihtsaks. süsivesikud Hemitselluloosid on teatavasti nii heksoosid kui pentoosid anhüdriidid (viimaste derivaadid nn pentosaanid on taimekehas väga levinud).
Töödeldes eelmise toimingu jääki kontsentreeritud hapetega (80% H2SO4 ja 42% HCl), lahustame tselluloosi (“päris” kiud), mis on kompleksne glükoosanhüdriid.
Nii tselluloos kui ka hemitselluloos on taimejäänuste kuivaine üks põhikomponente.
Ehkki keemilisest seisukohast tuleks mõlemat nimetatud orgaaniliste ühendite rühma seega iseloomustada kui väga tugevaid ja stabiilseid ühendeid, lagunevad need hüdrolüüsivaid ensüüme sekreteerivate spetsiaalsete mikroorganismide toimel siiski üsna kiiresti ja täielikult. mullas, mistõttu on nende olemasolu mulla huumuses väga kahtlane.
5. Ülejäänud kõik eelnevad toimingud annavad meile võimaluse määrata nn ligniini (taime rakuseinte vajalikuks osaks olevad ained). Ligniini keemiline olemus on ebaselge. See on koondkontseptsioon, mis hõlmab erinevate ühendite kompleksi, mis ei allu hüdrolüüsile isegi selliste kontsentreeritud hapete nagu ülalmainitud 80% H2SO4 ja 42% HCl mõjul. Selle suur vastupidavus mikroobide hävitavale toimele annab õiguse pidada seda üheks tavaliseks mulla huumuse komponendiks.
6. Rühm lämmastikku sisaldavaid ühendeid mängib taimede ja loomade elus äärmiselt olulist rolli, olles rakuplasma lahutamatu osa. See rühm on arvukas ja oma omaduste poolest mitmekesine. Mõned neist ühenditest on vees lahustuvad (vt eespool: lahustuvad valgud, aminohapped jne); teine ​​osa hüdrolüüsub kergesti keeva lahjendatud hapete (tegelikult valkude) mõjul ja annab seejärel vees lahustuvad ühendid; kolmas osa hüdrolüüsitakse ainult kontsentreeritud hapetega jne.
Sellest vaatenurgast tuleb lämmastikku sisaldavate orgaaniliste ühendite rühma tunnistada väga erinevaks - selle üksikute esindajate stabiilsuse ja lagunevuse astme ning sellest tulenevalt huumuse moodustamises osalemise astme poolest. keeruline.
Lisaks erinevatele ülalmainitud orgaanilistele ühenditele jälgime surevate taimede ja loomade keha koostises alati erinevat kogust kõige mitmekesisemaid ja mineraalseid (tuha) aineid. Kõik need mitmekesised ühendid, mis langevad pinnase moodustumise käigus ilmastikuolude kivimite erinevatesse horisontidesse, saavad erineva saatuse: mõned neist, saades mikroobide omandiks, varisevad kiiresti ja lagunevad, teised läbivad mitmeid keerulisi koostoime nähtusi. mulla mineraalsed koostisosad, mille üheks tulemuseks on suhteliselt stabiilne ja vastupidav organomineraalkompleks, mida nimetatakse huumuseks. Need interaktsiooninähtused on keerulised ja mitmekesised: esineb ka puhtkeemilisi reaktsioone lagunenud kivimi koostisosade ja orgaaniliste jääkide lahustuvate lagunemissaaduste vahel, mis viimastest süstemaatiliselt leostuvad atmosfääri sademete toimel, ning mikrobioloogilisi nähtusi, mis koosnevad erinevatest protsessidest. orgaaniliste ühendite lagunemine ja nende koostise lihtsustamine ning teisest küljest nende toitumise käigus mikroorganismide kehas moodustunud toodete pöördsüntees koos uute komplekssete orgaaniliste ainete moodustumisega ja lõpuks ka organismiga seotud füüsikalis-keemilised nähtused. interakteeruvate ainete kolloidne olek, mis põhjustab pinnases spetsiaalsete "adsorptsiooniühendite" moodustumist.
Lähtudes sellest, et kõigist taimejääke moodustavatest orgaanilistest ühenditest on ligniinil suurim vastupidavus mikroobide lagundavale toimele; teisest küljest nentides tõsiasja, et nende jääkide lagunemise käigus kuhjuvad valgu- (ja muud lämmastikku sisaldavad) kompleksid ning lisaks, et kõigis autori poolt analüüsitud muldades moodustasid nüüd mainitud ained üles. kuni 80% nende muldade orgaanilisest ainest jne , - Waksman oletab, et mulla huumus koosneb aluselisest ja komplekssest kompleksist - tuumast, mis sisaldab peamiselt ligniini ja valgu fraktsioone, mis on tihedas keemilises kombinatsioonis üksteist.
Selle põhisüdamikuga on kaasas veel hulk aineid, mis kas jäävad alles taimede ja loomade jäänuste lagunemisel või on sünteesitud mikroorganismide elutegevuse tõttu.
Nende mullahuumuse sekundaarsete koostisosade hulgas on mõned rasvad ja vahad, hemitselluloosid, kõrgemad alkoholid, orgaanilised happed jne. Waksmani poolt analüüsitud ülalnimetatud muldades sisaldab orgaaniline aine tegelikult ainult umbes 16% vees lahustumatuid süsivesikuid (tselluloos, hemitselluloos). jm). ) ja ainult 2,5–3% eetris ja alkoholis lahustuvaid aineid, samas kui valgu ja ligniini kogus moodustas nende muldade kogu orgaanilisest ainest kuni 80%.
Arvestades, et koos taime- ja loomajäänustega pinnasesse sattuv, samuti mikroobide sünteesimise käigus tekkiv valgufraktsioon võib oma keemilise koostise poolest varieeruda ning ligniinirühm võib olla ka ühendite kompleks. mis erinevad üksteisest oluliselt, on selge, et ligniin-valgu tuuma sisemine koostis erinevates muldades, mis moodustuvad ja arenevad erinevates tingimustes, võivad omavahel oluliselt erineda.
Waksman suutis selle ligniini-valgu kompleksi laboritingimustes kunstlikult sünteesida. Viimane osutus oma omaduste kogusumma poolest järsult erinevaks selle üksikute komponentide - ligniini ja valgu - omadustest ning omandas samal ajal kõik need keemilised, füüsikalis-keemilised ja bioloogilised omadused, mida me üldiselt tunneme. peetakse huumusele (või õigemini selle osale, mida nimetatakse humiinhappeks) iseloomulikuks: lahustuvus leelistes ja sellele järgnev hapete sadestumine, tume värvus, vastupidavus mikroobide (valkained, mis on tavaliselt kergesti vastuvõtlikud) lagunemisele. mikroorganismide lagundav toime, omandavad nende koostoimel ligniiniga, nagu selgus, suurema stabiilsuse).
Lisaks suutis Waksman saada erinevate alustega (Ca, Mg, Fe, Al) tehislikke "lignovalgu" kompleksi ühendeid, pealegi sarnaste meetoditega, mida tavaliselt kasutatakse humiinhappe erinevate soolade saamiseks; Need uuringud võivad oma edasise arenguga tuua teatud selgust teadmistesse orgaanilise tuuma ja mulla huumuse tuhaelementide vahelise seose kohta. Muuhulgas leiti, et ligniini-valgu kompleksil on

Orgaanilise aine teke nii maal kui ka ookeanis saab alguse päikesevalguse toimest roheliste taimede klorofüllile. Igast miljonist footonist, mis jõuavad geograafilisse ümbrisesse, ei lähe toidu tootmiseks rohkem kui 100. Neist 60 tarbivad maismaataimed ja 40 ookeani fütoplankton. See valguse osa varustab planeeti orgaanilise ainega.

Fotosüntees toimub temperatuurivahemikus 3–35 °C. Kaasaegses kliimas hõivab taimestik maismaal 133,4 miljonit km 2. Ülejäänud ala langeb liustikele, veehoidlatele, hoonetele ja kivistele pindadele.

Maa praeguses arengufaasis on biosfääri mandri- ja ookeaniosa erinevad. Ookeanis kõrgemaid taimi peaaegu pole. Litoraali pindala, millel kasvavad põhja kinnituvad taimed, moodustab vaid 2% ookeanipõhja kogupindalast. Ookeani elu aluseks on mikroskoopilised fütoplanktoni vetikad ja mikroskoopilised zooplanktoni taimtoidulised. Mõlemad on vees äärmiselt hajutatud, elu kontsentratsioon on sadu tuhandeid kordi väiksem kui maismaal. Ookeani biomassi varasemad ülehinnangud on üle vaadatud. Uute hinnangute kohaselt on see kogumassis 525 korda väiksem kui maismaal. V. G. Bogorovi (1969) ja A. M. Rjabtšikovi (1972) andmetel on biomassi aastane tootlikkus Maal 177 miljardit tonni kuivainet, millest 122 miljardit tonni tuleb maismaa taimestikust ja 55 miljardit tonni mere fütoplanktonist. Kuigi biomassi maht meres on tunduvalt väiksem kui maismaal, on selle tootlikkus 328 korda suurem (A. M. Rjabtšikov) kui mandril, on selle põhjuseks vetikate põlvkondade kiire vahetumine.

Maa biomass koosneb fütomassist, zoomassist, sealhulgas nii putukatest, kui ka bakterite ja seente biomassist. Mullaorganismide kogumass ulatub umbes 1-10 9 tonnini ja zoomassi koostises langeb põhiosa (kuni 99%) selgrootutele organismidele.
Üldjoontes on maismaa biomassis absoluutselt ülekaalus taimede ainestik, peamiselt puitunud: fotomass moodustab 97-98% ja zoomass 1-3 massiprotsenti (Kovda, 1971).
Kuigi elusaine mass pole lito-, hüdro- ja isegi atmosfääri mahuga võrreldes suur, on selle roll looduses võrreldamatult suurem kui selle erikaal. Näiteks 1 hektaril, mida hõivavad taimed, võib nende lehtede pindala ulatuda 80 hektarini, äri saab teha otse ja klorofülli terade pindala, st aktiivselt töötav pind, on sadu kordi suurem. Kõigi Maa roheliste taimede klorofülli terade pindala on ligikaudu võrdne Jupiteri pindalaga.

Rõhutame veel kord, et fotosüntees on väga täiuslik energia akumulatsiooni vorm, mille hulka väljendatakse arvuga 12,6-10 21 J (3-1021 cal). See energia toodab Maal aastas umbes 5,8–10 11 tonni orgaanilist ainet, sealhulgas maismaal 3,1 ∙ 10 10 tonni. Sellest arvust moodustavad metsad 2,04-10 10, stepid, sood ja niidud 0,38-10 10, kõrbed 0,1 ∙ 10 10 ja kultuurtaimestik 0,58-10 10 t (Kovla, 1971).

1 g mullas puuvillapõllul sisaldab 50-100 tuhat mikroorganismi, mis on mitu tonni hektari kohta (Kovda, 1969). Mõned mullad hektari kohta sisaldavad kuni 10 miljardit ümarussi, kuni 3 miljonit vihmaussi ja 20 miljonit putukat.

Kaasaegse Maa tingimustes orgaaniliste ühendite looduslikku moodustumist anorgaanilistest praktiliselt ei toimu. Pealegi on elusa orgaanilise aine tekkimine võimatu. Mis puutub varajasse Maasse, siis tingimused sellel olid täiesti erinevad. Suure vesiniku, metaani ja ammoniaagi kontsentratsiooniga redutseeriv atmosfäär, päikese intensiivne ultraviolettkiirgus, mida selline atmosfäär ei neela, ja võimsad elektrilahendused atmosfääris lõid tekkeks vajalikud ja ilmselt ka piisavad tingimused. orgaanilistest ühenditest. Tõepoolest, laboratoorsed katsed, mis tehti tingimustes, mis simuleerivad varajase Maa oletatavat atmosfääri, on võimaldanud saada mitmeid orgaanilisi ühendeid, sealhulgas aminohappeid, millest koosnevad elusvalgud.

Hapniku puudumine atmosfääris oli orgaanilise aine spontaanse sünteesi vajalik tingimus. Hilisemate transformatsioonide seisukohalt osutus see tegur aga hävitavaks. Tegelikult edastab hapnikuvaba atmosfäär peaaegu vabalt võimsat ultraviolettkiirgust (kaasaegse Maa atmosfääris on osoonikiht, mis on tekkinud koos hapnikukomponendiga, mis seda kiirgust neelab). Kiirgus, mis annab energiat orgaaniliste ühendite sünteesi keemiliste reaktsioonide jaoks, püüab samal ajal neid kohe hävitada. Seetõttu olid atmosfääris vaevu tekkinud biopolümeerid, lipiidid ja süsivesinikud hukule määratud. Et mitte surra, tuli neil varjuda päikese ultraviolettkiirguse kahjulike mõjude eest. Arvatakse, et mõned neist orgaanilistest ühenditest pääsesid surmast, sattudes primaarsete reservuaaride veekeskkonda.

Siin osalesid orgaanilised ühendid vesikeskkonnas mitmesugustes keemilistes reaktsioonides, mille hulgas olid ülimuslikud reaktsioonid, mis viisid kõige aktiivsemate katalüsaatorite isearenguni. Loodus juhtis väga jäigalt tsüklilist tüüpi reaktsioonide loomulikku valikut, mis on suutelised iseseisvalt toime tulema, sealhulgas reaktsiooni käigus vabaneva energia tõttu. Evolutsiooniliste reaktsioonide, eriti polümerisatsioonireaktsioonide (sama tüüpi molekulide - monomeeride ühendamine makromolekulideks) energiavarustuse probleem näib selles evolutsiooni etapis olevat kõige olulisem, kuna vesikeskkond ei aita eriti kaasa rakkude aktiveerimisele. keemilised reaktsioonid. Seetõttu võivad "ellu jääda" ainult kõrge energiaga reaktsioonid eriti tõhusate isearenevate katalüsaatorite osalusel.

Siin saabus üks arengu võtmehetki. Oletame, et bioevolutsioonile üleminekuks vajalikud keemilised reaktsioonid on tekkinud ja omandanud isemajandamise omaduse. Nende säilimiseks (ja loomulikult edasiarendamiseks) tuleb vastavad mahud kuidagi isoleerida korrastamata keskkonnast, kaotamata sellega võimalust ainet ja energiat vahetada. Nende kahe, esmapilgul kokkusobimatu tingimuse samaaegne täitmine oli keemilise evolutsiooni kvalitatiivselt uuele tasemele jõudmiseks hädavajalik.

See võimalus leiti lipiididest spetsiaalsete struktuuride moodustumise tõttu - membraani kestad . Kaasaegsete laboratoorsete katsete tulemused annavad alust arvata, et teatud lipiidide kontsentratsiooni juures vees ja välistingimustes, mis modelleerivad toonase Maa atmosfääri ja hüdrosfääri seisundit, toimub iseloomulik iseorganiseerumisprotsess, mis viib membraaniomadustega lipiidkestade iseseisev kokkupanek.

Lisaks on lihtne eeldada, et tsükliliste katalüütiliste reaktsioonide valiku ja lipiidide kestade isekoosnemise protsessid langesid ajas ja ruumis kokku. Seega võisid tekkida looduslikud moodustised, mis on isoleeritud keskkonna hävitavatest mõjudest, kuid seotud sellega ainevahetuse kaudu. Omamoodi reaktoris hakkasid toimuma isemajandavad reaktsioonid, mis aitasid kaasa selles sisalduva biopolümeeride süsteemi olulise mittetasakaalu säilimisele. Nüüd on keemiliste reaktiivide positsioon muutunud korrapäraseks, adsorptsiooniprotsessid kestal aitasid kaasa nende kontsentratsiooni suurenemisele ja seeläbi katalüütilise efekti aktiveerimisele. Tegelikult toimus üleminek keemilistelt segudelt organiseeritud süsteemidele, mis on kohandatud edasiseks ülespoole arenemiseks.

Arvesse võetakse ka mitmeid teisi mudeleid, mis viivad sarnase olulise, kuid siiski vahepealse sündmuseni bioloogilisele evolutsioonile ülemineku teel. Üks neist käsitleb protsesse, mis on seotud algsete orgaaniliste ühendite moodustumisega atmosfääris, eeldusel, et varane Maa oma haruldase redutseeriva atmosfääriga oli külm keha, mille temperatuur oli umbes -50 °C. Selle mudeli põhipunkt on eeldus, et atmosfäär nendes tingimustes oli ioniseeritud, st oli külma plasma olekus. Seda plasmat peetakse keemilise evolutsiooni reaktsioonide peamiseks energiaallikaks. Madala temperatuuri eeldusega selgitatakse atmosfääris moodustunud biopolümeeride säilimist: külmudes langesid need Maa jääkattele ja neid säilitati selles looduslikus külmikus "kuni paremate aegadeni". Sellisel kujul ei olnud ultraviolettkiirgus ja võimsad elektrilahendused neile enam nii ohtlikud.

Lisaks oletatakse, et "paremad ajad" saabusid tektoonilise aktiivsuse intensiivistumisega, massiliste vulkaanipursete algusega. Vulkaanilise tegevuse saaduste atmosfääri paiskamine tõi kaasa selle tihenemise ja ionisatsioonipiiri nihkumise kõrgematesse kihtidesse. Temperatuuritingimuste muutumisel jääkate looduslikult sulas ja tekkisid primaarsed reservuaarid, milles pärast sulatamist alustasid aktiivset keemilist tegevust pika aja jooksul kogunenud biopolümeerid, lipiidid ja süsivesinikud. Seetõttu võib rääkida nende kõrgest kontsentratsioonist "ürgne puljong"(nagu saadud ainet sageli nimetatakse), mis oli veel üks positiivne tegur keemilise evolutsiooni aktiveerimisel.

Korduvad katsed on kinnitanud, et sulatamise ajal demonstreerivad lipiidid tegelikult isekoosnemist, moodustades kümnete mikromeetrite läbimõõduga mikrosfääre. Pole tähtis, kuidas biopolümeerid nende sisse satuvad – kas nad tungivad läbi membraanikihi või ümbritseb lipiidkest neid järk-järgult. Oluline on, et membraaniga ümbritsetud mahus võiks alata uus evolutsiooni etapp – üleminek keemilistelt reaktsioonidelt biokeemilistele.

Mis puudutab otsustavat hetke - üleminekut kõige lihtsamale rakule, siis seda võib pidada mateeria iseorganiseerumisele iseloomuliku hüppe tulemuseks. Selleks hüppeks valmistumiseks oleks pidanud keemilise evolutsiooni käigus ilmuma veel mõned struktuurid, mis suudaksid täita protoelemendile vajalikke funktsioone. Selliseid struktuurseid fragmente võetakse arvesse rühmitusi , mis tagab laetud osakeste ülekandmise, mis on vajalik aine transportimiseks. Teised rühmitused peavad tagama energiavarustuse - peamiselt fosforit sisaldavate ühendite molekulid (ADP-ATP süsteem). Lõpuks on vaja moodustada polümeersed struktuurid nagu DNA ja RNA, mille põhiülesanne on teenida katalüütiline maatriks enesepaljundamiseks.

Me ei tohiks unustada veel üht võtmepunkti, mis on seotud isomeerse sümmeetria rikkumisega. Kuidas tuli valik vasakukäelise orgaanilise aine kasuks, võib vaid oletada, kuid see, et see kõikumine eelnes vahetult elu sünnile, tundub üsna loomulik. Võib oletada, et bioloogilise evolutsiooni "käivitas" vasakukäelise protoraku tekkimine.

Heterotroofse hüpoteesi üks peamisi eeldusi on, et elu tekkele eelnes orgaaniliste molekulide kuhjumine. Tänapäeval nimetame orgaanilisteks molekulideks kõiki neid molekule, mis sisaldavad süsinikku ja vesinikku. Nimetame molekule orgaanilisteks ka seetõttu, et algselt arvati, et selliseid ühendeid suudavad sünteesida ainult elusorganismid.

Kuid juba 1828. a. keemikud on õppinud anorgaanilistest ainetest uureat sünteesima. Karbamiid on orgaaniline ühend, mis eritub paljude loomade uriiniga. Elusorganisme peeti ainsaks karbamiidi allikaks seni, kuni seda laboris sünteesiti. Laboratoorsed tingimused, milles keemikud orgaanilisi ühendeid hankisid, jäljendavad ilmselt mingil määral keskkonnatingimusi maa peal selle eksisteerimise algperioodil. Need tingimused võivad heterotroofse hüpoteesi autorite sõnul viia orgaaniliste ühendite moodustumiseni hapniku-, vesiniku-, lämmastiku- ja süsinikuaatomitest.

Chicago ülikoolis töötav Nobeli preemia laureaat Harold Ury tundis huvi keemiliste ühendite evolutsiooni vastu Maal selle eksisteerimise algperioodil. Ta arutas seda probleemi ühe oma õpilase Stanley Milleriga. 1953. aasta mais avaldas Miller artikli pealkirjaga "Aminohapete moodustumine tingimustes, mis on sarnased Maal varasel perioodil eksisteerinud tingimustele", milles ta osutas, et A.I. Oparin väljendas esimest korda mõtet, et elu alus – orgaanilised ühendid tekkisid ajal, mil Maa atmosfäär sisaldas metaani, ammoniaaki, vett ja vesinikku, mitte aga süsihappegaasi, lämmastikku, hapnikku ja vett. Hiljuti on see idee leidnud kinnitust Urey ja Bernali robotites.

Selle hüpoteesi kontrollimiseks lasti spetsiaalses seadmes läbi torude süsteemi gaaside CH4, NH3, H2O ja H2 segu ning teatud ajahetkel tekkis elektrilahendus. Saadud segus määrati aminohapete sisaldus.

Milleri disainitud õhukindlas, metaani, vesiniku ja ammoniaagiga täidetud seadmes lasti läbi elektrilahendus. Veeaur tuli spetsiaalsest seadmest, mis oli seotud seadme põhiosaga. Seadet läbiv aur jahtus ja kondenseerus vihma kujul. Seega reprodutseeriti laboris üsna täpselt tingimused, mis eksisteerisid ürgse Maa atmosfääris. Nende hulka kuuluvad kuumus, vihm ja lühikesed valgussähvatused. Nädal hiljem analüüsis Miller gaasi, mis oli katsetingimustes. Ta leidis, et varem tekkinud värvitu vedelik muutus punaseks.

Keemiline analüüs näitas, et vedelikku ilmusid mõned ühendid, mida katse alguses ei olnud. Mõnede gaasimolekulide aatomid rekombineerusid, moodustades uusi ja keerukamaid molekule – orgaanilisi molekule. Vedelikus leiduvaid ühendeid analüüsides avastas Miller, et seal tekivad aminohapeteks tuntud orgaanilised molekulid. Aminohapped koosnevad süsiniku, vesiniku, hapniku ja lämmastiku aatomitest.

Iga süsinikuaatom on võimeline moodustama teiste aatomitega neli keemilist sidet. Milleri katsed näitavad, et sarnased protsessid võivad toimuda ka Maa atmosfääris selle eksisteerimise algperioodil. Need katsed olid heterotroofse hüpoteesi oluliseks kinnituseks.

muude ettekannete kokkuvõte

"Taimede rakkude ja kudede kultuur" - Hormoonide funktsioonid kallusogeneesis. Sünteesi mõjutavad tegurid. diferentseerunud rakud. Raku- ja koekultuuride tüübid. geneetiline heterogeensus. Taimede rakukultuurid. Diferentseerumine. Kalluserakkude iseloomustus. Ajaloolised aspektid. Kroonsapi moodustumine. Üksikute rakkude kultuur. Asünkroonsuse põhjused. Sekundaarsete metaboliitide süntees. kalluse kudede diferentseerumine. füüsikalised tegurid.

"Taimede lehed" - lehed petiolate. Mis on lehelaba serv? Leht on ka taime hingamis-, aurustumis- ja gutatsiooni (veepiiskade väljutamise) organ. Mis tüüpi ventilatsioon? Komplekssed lehed. Kirjeldage lehte. Lehed asuvad varre mõlemal küljel üksteisest teatud kaugusel. istuvad lehed. Lehe tera serv. Kolmik. Vastupidi. Keerdunud. Veenid. Lihtsad lehed. Leht – botaanikas taime välimine organ, mille põhiülesanne on fotosüntees.

"Puuviljade klassifikatsioon" - Tykvin. Pommeri. Puuviljade klassifikatsioon. Õistaimede organid. Võrdlema. Berry. Apple. Mahlased puuviljad. Otsige lisa. Polükostjanka. Õpitud materjali koondamine. Drupe. Perikarp. suguelundid. Puuviljad, nende klassifikatsioon.

"Puuviljad ja seemned" - kaun. Ära lase oma hingel laisk olla. Laboratoorsed tööd. Tykvin. Teravili. Teadmised. Drupe. Ülekanne. Teadmiste puu. Küsimused konsolideerimiseks. Laotamise teel levitamine. Levib veega. Seemne märgid. Viljatus. Märkamatu lill. Ülekandmine väliskaantel. Lootekasvatus. Kast. Rühmatöö. Polükostjanka. Loode. Tuul levib. Miks seemned levivad?

"Põgenemisstruktuur" - mugul. Neerude tüübid. Moodustub varre põhjas olevatest pungadest. Põgenemise väline struktuur. orgaanilised ained. Sisemine struktuur. Neerust põgenemise areng. Sõlmevahed on selgelt määratletud. Põgenemine. Juuremugul. Varre kasv. Vars. Põgenemise modifikatsioonid. Põgenemise sort. Corm. Ainete transport piki vart. Risoom. Pirn. Hargnemine. Pirn ja mugulsibul. Kaalud. Bud.

"Ülesanded taimede struktuuri kohta" – juhtivate kimpude asukoht. Vaata pilti ja vasta küsimustele. horisontaalne transport. Võrsete maa-alused modifikatsioonid. Neerude struktuur. Võrsete asukoht ruumis. taimekuded. Hargnevad võrsed. Kasvukoonuse struktuur. Juure väline struktuur. mullaharimine. Juurte modifikatsioonid. Mõelge joonisele. Interaktiivse tahvli didaktika bioloogias. Lehtede paigutus.