Свободный кислород — один из наиболее деятельных, наиболее активных элементов. Процессы соединения с кислородом, процессы окисления дают громадное количество химических соединений, исчисляемых тысячами. Сюда входят окислы углерода и серы, железа и марганца, как особенно обильные. Благодаря этому громадное количество кислорода постоянно связывается, и процентное его содержание в атмосфере должно было бы постоянно уменьшаться, если бы не единственная в своем роде реакция освобождения кислорода в хлорофильных зернах зеленых растений.
Биохимическая реакция освобождения кислорода — единственная реакция, дающая атмосфере значительные количества этого важнейшего газа. Не надо забывать той роли, которую играют в данном процессе солнечные лучи, как источник энергии.
Дерево, содержащее в своей древесине 2500 м 3углерода, для того, чтобы ее построить, должно было освободить от углекислоты 12 млн. м 3воздуха. Урожай зерна, который мы снимаем с наших полей, дает до 14 400 млн. кг углерода, причем наши пшеничные поля, для того, чтобы сконцентрировать в своем зерне всю эту массу углерода, должны ежегодно освобождать от углекислоты не менее 24 000 000 000 000 м 3воздуха, заменяя всю имеющуюся в них углекислоту равным объемом свободного кислорода.
Исходя из этого, мы можем легко установить общий круговорот кислорода:
1. Свободный кислород воздуха.
2. Процессы дыхания, горения, коррозии металлов (ржавление) и прочие реакции окисления связывают свободный кислород воздуха, уменьшают запас его в атмосфере, обогащая последнюю углекислотой.
3. Кислород углекислоты освобождается при усвоении растениями углерода угольной кислоты и возвращается атмосфере.
4. Кислород участвует в образовании растениями углеводов, жиров и белков, а также и многих других соединений, вовлекаясь при этом в круговорот жизненных явлений.
5. При дыхании кислород органических соединений превращается в кислород углекислоты и воды или же остается связанным, входя в состав продуктов, вырабатываемых растениями.
6. Связанный кислород органических соединений или углекислоты становится материалом для питания растений, животных и человека.
Если мы признаем, что весь свободный кислород атмосферы выделен зелеными растениями, то ясно, что до появления этих растений его не было. Следовательно, в атмосфере было больше углекислоты, чем теперь, и общий состав ее не мог поддерживать дыхания животных, которых в то время и не могло быть на Земле.
Задача растений — не только в том, чтобы использовать в явлениях жизни энергию солнечных лучей, чтобы непрестанно вводить в ее круговорот частицы углерода, обогащенного этой энергией, но и в том, чтобы создать атмосферу, которая поддерживала бы нормальную жизнь.
3. ВОДОРОД
Водород в свободном виде редок на Земле и не принимает участия в процессах жизни. Его главное значение — это его участие в образовании того окисла, который мы называем водой. Без воды нет жизни, она одно из главнейших условий осуществления жизни. В процессах обмена, свойственных живым существам, вода то диссоциируется, то снова образуется. Запас воды на Земле пока настолько велик, что мы не придаем значения участию живых организмов в ее круговороте. Недостаток воды в пустынях создает сейчас же соответствующее изреживание растительного покрова, уменьшение массы растительного вещества и общее обеднение жизни.
Так как при реакции фотосинтеза, т. е. при усвоении растением световой энергии и углерода, весь кислород углекислоты возвращается атмосфере, тогда как весь кислород воды втягивается в образование углеводов, то в сумме элементы воды превалируют в составе организма даже над углеродом (48,5 % против 45 % сухого веса). Вода, как показали работы акад. В. И. Палладина, играет выдающуюся роль в реакциях диссимиляции при дыхании, она является растворителем при всех перемещениях вещества в организме, а также двигателем при подаче зольных составных частей, всосанных корнями из почвы, из корней в листья, а также при подаче пластических веществ, выработанных листьями, к растущим частям стебля и корня.
Общий круговорот воды, захватываемой в круговорот растительной жизни, таков:
1. Вода океанов, морей, озер, рек и пр., а также вода поверхностного слоя почвы и часть воды, циркулирующей в растениях, как материал для непрестанного испарения.
2. Результат испарения: вода в атмосфере, вода облаков и туманов. Вода разражающихся дождей, снегов и пр.
3. Вода в растениях как химическое сырье, входящее в реакции синтеза при образовании белков, жиров, углеводов и пр. В процессе дыхания и посмертно при разложении растительного вещества процессами гниения, брожения, тления и пр. большая часть этой воды, если не вся она, возвращается в атмосферу.
4. Вода, связанная в соединения кремния в земной коре, а также вода других соединений, образующихся в глубинных областях земной поры. Кроме того, следует учитывать и водород сернистых и хлористоводородных соединений, а также свободный водород, выделяемый вулканами.
Еще Кант в своей космогонии [21]указывал на возможность того, что в результате постоянно идущих процессов связывания воды вся она со временем израсходуется и свободной воды на Земле не останется, почему и жизнь должна исчезнуть. Современная наука выяснила, что процессы освобождения воды из гидратов достаточно мощны, чтобы поддерживать равновесие между водой, вновь образующейся, и водой, входящей в различные сложные соединения, на долгое время.
4. АЗОТ
Азот — необходимая составная часть живого вещества. Вопрос об усвоении его растениями является вопросом первостепенной важности. В сухом веществе растения содержится всего лишь около 1,5 % азота, однако он необходим для образования протеиновых соединений, без него нет белка, нет протоплазмы. Растения, выращенные в почве, лишенной соединений азота, остаются карликами, несмотря на благоприятные общие условия роста.
Основной запас азота — это океан атмосферы, нас окружающей. Зеленые растения лишены способности связывать свободный азот атмосферы, и долгое время агрономы и физиологи растений полагали, что свободный азот атмосферы и связанный азот органических соединений друг в друга не переходят. При гниении белков образуются аммиачные соединения, которые затем окисляются особыми селитряными бактериями в соединения азотной кислоты, а последние, входя в почвенный раствор, обеспечивают в дальнейшем рост растений. Таким образом, круговорот связанного азота захватывал только азот белков и азот азотнокислых солей почвы, если не считать промежуточных реакций. Позднее был открыт целый мир почвенных бактерий, которые обладают способностью окислять свободный азот атмосферы, проникающий в поры почвы вместе с воздухом. Их иногда называют азотособирателями. Способность их связывать азот, точнее, заключается в том, что их протоплазма вырабатывает катализаторы или энзимы, вызывающие соединение азота с кислородом воздуха, водой или так называемым водным остатком (ОН). Благодаря этому в почве постоянно образуются запасы азотнокислых солей, за счет которых растения могут строить свои белки и снабжать азотистой пищей животных и человека.
Кроме того, раз вошедший в состав живого вещества азот надолго входит в круговорот жизни. Дело в том, что и отбросы животных и белковые вещества мертвых животных и растений быстро разлагаются бактериями, вызывающими сложные процессы брожения и гниения.
При этом, благодаря опять-таки бактериям, азот белков переходит в азот соединений аммиака, азот аммиака — в азот азотноватой и азотистой кислот, а азот последних — в азот азотной кислоты. Последний легко образует в почве селитру или азотнокислый кальций и поглощается корнями растений, которые снова используют его на постройку белков.
Круговорот азота таков:
1. Газообразный азот атмосферы.