Тайны будущего. Прогнозы на XXI век

Надо иметь в виду, что процессы разложения, как и процессы фотосинтеза, должны идти с определенной скоростью. Все должно быть сбалансировано, и нарушение баланса в ту или другую сторону нарушает равновесие в природе. Так, в настоящее время человек ускоряет процессы разложения в природе. Он сжигает древесину и органические вещества, которые накоплены в горючих ископаемых. В результате в воздух выбрасывается СО₂, которая фиксировалась в нефти, древесине, угле. Человек ускоряет процесс разложения и тем самым обогащает атмосферу Земли СО₂, что, в свою очередь, может привести к изменению климата.

Увеличение количества СО₂ происходит и в результате ведения интенсивного сельского хозяйства, поскольку оно сопровождается ускорением разложения гумуса. Что он собой представляет? Гумусовые вещества являются устойчивыми конечными продуктами разложения. Гумус обязательно присутствует в каждой экологической системе. Как мы уже видели, вначале идет размельчение органического вещества неживого организма — детрита. Это происходит в результате как физического, так и биологического воздействия на него. При этом высвобождается из детрита растворенное органическое вещество. После этого идет быстрое образование гумусового вещества. При этом микроорганизмы (сапротрофы) высвобождают дополнительное количество растворимых органических веществ. На третьей стадии разложения происходит более медленная минерализация гумуса.

Несмотря на очень важную роль в круговороте веществ гумуса, он пока что полностью не изучен. В частности, остается неясным, каким путем гумус разлагается. Специалистами рассматриваются два варианта разложения гумуса — особыми организмами, которые выделяют специальные ферменты, или же в результате абиотических химических процессов. Известно, что гумус имеет вид темного или желтовато-коричневого аморфного или коллоидного вещества. Химический состав гумуса довольно неопределенный. Собственно говоря, он не поддается обычному химическому лабораторному анализу. Исследования необходимо проводить непосредственно в натуре, на природе.

Гумус очень устойчив и далеко не все микроорганизмы способны его разлагать. Это обусловлено его химическим строением. Специалисты установили, что гумусовые вещества — это продукты распада белков и полиса харидов. Структура молекул гумуса такова, что они очень устойчивы к разложению микробами. В молекулах гумуса, который получен из лигноцеллюлозы, это обеспечивается образованием бензольного кольца фенольного типа и боковых цепей. Устойчивость естественного гумуса — это хорошо. Плохо другое — это искусственные токсические продукты (пестициды, гербициды, промышленные отходы), которыми человек обильно засоряет окружающую среду, столь же устойчивы и не поддаются разложению микроорганизмами (у них также образуется бензольное кольцо со всеми последствиями). Указанные загрязняющие вещества не включаются в нормальный цикл с обязательным разложением и поэтому их накопление в окружающей среде очень опасно, тем более что они токсичны. Кстати, образование каменного угля является вторым этапом на пути образования гумусовых веществ. Образование гумусовых веществ происходит в присутствии кислорода, а образование из торфа лигнитов, а впоследствии бурого и в конце концов каменного угля происходит без кислорода. Концентрация углерода увеличивается по мере продвижения по этой цепи, последним звеном которой является каменный уголь.

Для проблемы избавления от загрязнителей окружающей среды важен процесс образования комплексов с ионами металлов. Эти комплексы нейтрализуют, обезвреживают данный токсический металл-загрязнитель. Если бы он не был связан указанными комплексами, то образовывались бы неорганические соли этого металла, обладающие токсическими свойствами. Этот процесс специалисты называют «захват клешней», или хелатирование (от греч. хеле — клешня). Но при чем тут клешня? Если изобразить структуру образующихся комплексов (например, на основе иона меди), то образовавшаяся структура напоминает две клешни краба, которые удерживают ион меди, связывают его, нейтрализуют его агрессивность, его токсичность. Если говорить на специальном языке, то клешнями краба являются пары ковалентных (-) и ионных (- и+) связей между двумя молекулами аминокислоты глицина. В данном случае процесс «связывания» металла очень на руку нам, поскольку благодаря ему связываются токсичные металлы, которые в больших концентрациях содержатся в промышленных отходах. Подчеркнем, что этот процесс хелатирования обязан естественному разложению органического вещества. Поэтому токсичность меди определяется не количеством меди, а тем количеством ионов меди, которые остались не связанными, но захваченными клешнями. А клешни образуются благодаря фитопланктону. Там же, где фитопланктона мало, то есть в открытом море, токсичность того же количества меди больше, чем в прибрежной полосе, где фитопланктона больше. По-видимому, такие условия, уменьшающие токсичность выбрасываемых в окружающую среду загрязненных металлов, можно создавать искусственно.