Кальций в живой природе

Судьба кальция на нашей планете теснейшим образом связана с судьбой углерода. В своих «путешествиях» в литосфере и гидросфере кальций чаще всего связан с этим элементом. Между углеродом атмосферы (главным образом в виде СО₂) и веществом живых организмов существует относительное равновесие: ассимилируемый растениями и через них животными углерод снова возвращается в атмосферу при процессах горения, гниения, дыхания и брожения. Часть этого углерода, однако, удаляется из жизненного цикла в виде различных органических или, как их называют в геологии, биогенных минералов — торфа, каменного угля, нефти, битумов.

Много удаляется углерода из жизненного цикла не на суше, а в водной среде. В водных бассейнах суши (реках, болотах, озерах) осаждаются вещества, из которых затем образуются каменные угли, нефть, битумы, ископаемые смолы (янтарь). Но еще больше углерода удаляется из атмосферы и жизненного цикла в форме карбонатов, главным образом в виде кальцита — углекислого кальция СаСО₂. По мнению акад. В. И. Вернадского, «количество СО₂, освободившегося из жизненного цикла в виде углекислого кальция и сохранившегося как такового, во много сот раз больше всего количества углекислого газа, находящегося в данный момент в атмосфере, океане, в живом веществе и углекислом газе, соответствующем углероду пластов каменного угля, технически доступных».

Для жителей суши покажется на первый взгляд странным утверждение, что главная масса живых организмов сосредоточена в океанах, а не на суше. Вот там-то, в организмах водной среды и осуществляется связь кальция с углеродом и кислородом, и вместе с тем происходит концентрация этих элементов. Повидимому, здесь и создаются благоприятные условия для образования соединений кальция.

Образование карбоната кальция и форме различного по внешнему виду и структуре кальцита (мела, известняков, мергеля, мрамора) — это один из самых важных этапов геоистории кальция, имеющего огромное значение в жизни земной коры. Геологи утверждают, что они почти не знают известняков, химически чистых, т. е. осажденных без участия живых организмов и независимо от их жизненных процессов.

Конечно, могут быть случаи образования в воде углекислого кальция и в результате чисто химических реакций, но это не будут большие скопления его, так как образовавшийся этим путем СаСО₂ почти всегда и целиком поглощается живущими в воде организмами. Если принять во внимание те огромнейшие скопления на Земле карбонатов кальция, поднимающихся в виде мощных известняковых горных хребтов, меловых rop, необозримых пластов, слагающих равнинные пространства, то мы невольно должны поразиться грандиозностью процессов карбонизации.

Кальций по своей распространённости в природе занимает 5-е место (3,26%) вслед за кислородом, кремнием, алюминием и железом. Вместе с тем это один из распространённейших в организмах элементов. Вслед за кислородом и водородом, содержание которых в организме более 10% каждого в отдельности, идут углерод, азот, а за ними кальций: содержание его в организмах в разных случаях колеблется от 1 до 10% по весу.

Живые организмы как будто выискивают кальций, где только представится возможность к его поглощению. Они находят его даже в пыли, которая всегда содержит в степени мельчайшей раздроблённости соединения кальция. Чтобы захватить СаСО₂, организмы — концентраторы кальция — нередко производят огромную работу. Вычислено, например, что одна только устрица, чтобы построить свою раковину, должна прогнать через свое тело столь огромное количество воды, что оно превышает вес самой устрицы в 3000 — 4000 раз. В море ежегодно отлагается 2300 млн. т различных химических веществ, из которых около 1400 млн. т, т. е. около 60%, приходится на долю СаСО₂.

Раковины с известковым скелетом

Поразительнее всего созидающая деятельность микроскопических существ и в первую очередь различных водорослей планктона (термин происходит от греческого слова планетос — блуждающий; применяется для обозначения животных н растительных организмов, населяющих воду и свободно носящихся вместе с ней.), которые растут в огромном числе и размножаются с поразительной быстротой. Деятельность открытых недавно кальциевых бактерий, осаждающих кальций, представляется ещё более грандиозной. Из более «крупных» организмов, относящихся к типу простейших, прежде всего следует назвать корненожек-фораминифер, получивших своё название от латинских слов foramenдыра и ferre — нести: они чаще всего снабжены известковой скорлупой со множеством отверстий, через которые проходят студенистые лучеобразные отростки. Водятся они в море в невероятном количестве. По исчислению некоторых ученых, лишь в 1 г прибрежного песка насчитывается до 50000 этих животных.

В открытом океане, на глубине 3000 — 4000 м, дно океана часто на протяжении многих сотен километров выстилается слоем глобигеринового ила, образованного корненожками вида глобигерин с известковым скелетом.

Некоторые из простейших, например нуммулиты, являются «гигантами» среди простейших: Они достигают размеров 5-копеечной медной монеты и больше. Нуммулиты образуют громадные скопления своих скелетов — так называемый нуммулитовый известняк.

Скопления небольших, едва различимых простым глазом спирально свёрнутых известковых раковин уже вымерших корненожек фузулин образуют главную массу породы, называемой, фузулиновым известняком. Близ г. Подольска Московской обл. этот известняк разрабатывают в обширных каменоломнях для производства портландского цемента.

Существенное участие в образовании морских отложений карбонатов принимают известковые губки: местами они образовали почти сплошные горные породы.

Общеизвестна роль в построении горных пород кораллов, живущих на глубине 30 — 50 м. Эти крошечные организмы живут огромными колониями и образуют скалы, рифы и острова (атоллы). Морские ежи, морские звёзды, »морские лилии (кринодеи) также отлагают после своей смерти известковые остовы, образующие мощные пласты. Их деятельность особенно была велика в прежние геологические эпохи, когда они были более распространены, чем теперь. Исключительный интерес представляют отложения разнообразных моллюсков. Устрицы, например, размножаются с поразительной быстротой: одна устрица откладывает от 1 до 2 млн. яиц. У берегов устрицы нередко образуют громадные мели (банки), мешающие судоходству. Раковины устриц выбрасываются на берег, перетираются волнами и образуют раковистый известняк.

С деятельностью моллюсков связана ещё одна форма углекислого кальция — жемчуг. Жемчуг относится к драгоценным камням по причине своей редкости и красивой внешности. Он выделяется мантией некоторых моллюсков при введении в неё какого-либо инородного тела: За последнее время эта гипотеза находит полное подтверждение, так как при искусственных повреждениях эпителия раковин, в них образуется жемчуг, не уступающий по качеству естественному.

Мы должны признать, что что главная роль в образовании карбоната кальция принадлежит мельчайшим организмам. Невольно возникает вопрос, откуда же берутся в морях и океанах огромные количества кальция, которые идут на образование известковых скелетов и раковин? Ответ на этот вопрос может быть лишь один: кальций приносится в море вместе с речными водами. Кальций, входящий в различные карбонатные горные породы-известняки, мел, доломит, мергель — сравнительно легко вымывается водой, особенно в том случае, если она содержит углекислоту. Из соли — бикарбоната кальция — и происходит усвоение организмами кальция. Весьма вероятно, что углекислый кальций осаждается из кислой соли аммиаком, находящимся в выделениях животных. другие учёные утверждают, что биохимическая реакция образования карбоната кальция происходит только при участии сульфата кальция (гипса), находящегося вместе с карбонатами в морской воде.

О грандиозности этих процессов можно судить хотя бы по тому, что вся масса кальция, ежегодно поступающая с речными водами в моря и океаны в виде карбонатов и бикарбонатов, отлагается в них в течение того же срока в виде СаСО₂ с помощью бесчисленных растительных и животных организмов.

Далее: Природные минералы кальция

Главная   |  Открытая наука  |  Кальций в живой природе