1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Жидкая субстанция, состоящая главным образом иэ смеси различных по молекулярному весу углеводородов, может и' самостоятельно мигрировать, проникая через поры и трещины земных недр. Основными составными частями природного газа являются ннзкомолекулярные углеводороды (прежде всего метан и этан), нефть же представляет собой высокомолекулярные углеводороды.

Названия каменный уголь, нефть, указывающие на их происхождение из неживого материала (геологическое, а не биологическое), оправданы только отчасти. В действительности эти продукты образовались нз веществ, возникших в результате жизнедеятельности животных н растений, и поэтому имеют биологическое происхождение. Однако те превращения, которые привели к образованию нз животных и растительных организмов каменного угля, нефти и газа, в большинстве своем не носят биологического характера, а являются следствием геологических и геохимических условий (давление, температура и т.д.), создавшихся в окружающей неживой среде.

Известны и другие минералы, которые представляют собой продукты превращений биологических веществ (напрнмер мел). Происхождение энергии угля, нефти и природного газа Таким образом, основные природные источники энергии имеют биологическое происхождение и содержат главным образом углерод. В связи с этим естественно возникают различные вопросы. Откуда берется энергия у живых существ7 Какую роль играет углерод в энергоносите- 3 Заказ 10 лях? Кан происходит накопление энергии в них и ее последующее превращение в тепло или работу? Глубоко не вдаваясь в подробности биологических процессов, можно сказать, что в развитии живого мира решающую роль играют растения. Известно, что растения могут существовать без животных, а животные без растений нет. Значительная часть животных поедает растения, остальные (плотоядные) питаются мясом травоядных (это относится также к человеку).

Таким образом„косвенно, онн добывают свою пищу также нз растительного мира; последний служит не только материалом для строительства тканей тела, но и дает необходимую нм энергию. Итак, чтобы узнать происхождение энергии у живых организмов„достаточно исследовать вопрос о происхождении энергии, аккумулированной в растениях.

Вопрос о происхождении вещества, нз которых строятся растительные организмы, составляет предмет научного спора уже в течение столетий, поскольку процесс питания растений (в отличие от животных) не поддается непосредственному наблюдению. Только в ХгХ столетии было окончательно установлено, что растения строят свои организмы из атмосферного углекислого газа, всасываемой из почвы воды, а также азота, фосфора, серы, калия и других элементов, входящих и состав неорганических веществ, которыми питаются растения.

Углекислый газ н вода, служащие основным питанием растений,- очень простые, энергетически бедные соединения, характеризующиеся низкой химической активностью, тогда как основные соединения растительного (а также животного) происхождения имеют, как правило, очень сложный состав, высокое энергетическое содержание н, прн определенных условиях, относительно большую химическую активность. Таким образом, естественно предположить, что построение растительных организмов из природного "сырья" должно происходить под воздействием некоего мощного источника энергии„которая может быть превращена в химическую энергию сложных соединений.

Только во второй половине Х1Х столетия было точно установлено, что источником этой энергии является Солнце (его световая энергия). Энергия солнечного излучения., ежегодно достигающая Земли, равна 10и ккал. Большая ее часть превращается в тепло или снова отражается в мировое пространство. Незначительную часть (сотые доли процента), однако, потребляют растения и с помощью хлорофилла, содержащегося в их зеленых частях, в процессе фотосинтеза строят из углекислого газа, воды и других энергетически бедных веществ сахар, крахмал, глюкозу, протеин, нуклеиновые кислоты, алкалоиды и другие энергетически богатые н сложные по составу соединения. В общих чертах зто совершается следующим образом: с помощью поглощаемой хлорофиллом световой энергии химические связи в углекислом газе, воде и других питательных веществах ос- 34 слород; затем в ходе длинного ряда сложных превращений при поглощении кислорода вновь образуется углекислый гяз н вода и т.д.

Циклический характер химии живого мира, т.е. то обстоятельство, что при распаде снова образуются исходные продукты ("сырье"), чрезвычайно важен, так как в результате этого сырьевой баланс живых организмов никогда не может быть нарушен. Если бы, например, микробы не разлагали отмершие организмы, то жизнь на Земле не могла бы долго продолжаться, так как в этом случае имеющийся в нашем распоряжении запас углерода "за короткий срок" (с геологической точки зрения) осел бы в отмерших организмах. Не следует забывать, что изученная часть Земли (земная кора н воздух) содержит лишь О,09/о углерода. В течение своего "нормального" круговорота углерод задерживается в живых организмах относительно короткое время (самое большое - несколько сотен лет).

Уже здесь он может быть использован: древесина и остальные части растений также являются энергоносителями, используемыми людьми с древнейших времен. С ростом потребности общества в энергии дерево уже не могло больше удовлетворить этой потребности, а стремительное уменьшение лесных массивов привело к настоятельной необходимости использовать вместо дерева другие источники энергии. В Х1Х столетии быстро возрасло значение каменного угля как источника энергии. Уголь начали добывать уже с Х1П века, но до Х1Х века его в основном использовали лишь для отопления. Нарушение круговорота Каменный уголь фактически образовался вследствие нарушения естественного круговорота углерода, когда распад сложных углеродных соединений живых организмов не дошел до самого низкого энергетического состояния'(до углекислого газа), а остановился на промежуточной ступени.

Для беспрепятственного круговорота углерода, т.е. полного завершения процесса распада, необходимо столько кислорода, сколько можно выделить иэ воздуха. Если же в ходе процесса распада органические вещества были по каким-либо причинам геологического характера лишены доступа воздуха, то течение его изменялось - он значительно замедлялся. В этих условиях вследствие недостатка кислорода окислительные процессы уступали место восстановительным, продукты которых во многом зависят от физических и химических условий превращения (давление, температура, микроорганизмы и т.д.).

При образовании нефти и газа из соединений органического происхождении, состоящих главным образом из углерода„в первую очередь возникают углеводороды, в то время как в ходе образования угля из большей части веществ погибших организмов углерод высвобождается. Как углеводороды, так н элементарный углерод содержат больше химической энергии, чем углекислый 36 гэз, поэтому они сжигаются (соединяются с кислородом) с вьщеленнем тепла и при этом образуется более бедный энергией углекислый газ: СНа+ 20э -+ СОз+ 2НгО+ 2!0,8 ккал, СзНв+ 50э -+ ЗСОэ+ 4Н|О+ 526,3ккал, С + Оз -+ СОэ + 94,3 ккап.

Углекислый газ несгораем, он не может при соединении с воздухом (кислородом) высвобождать энергию. Какое состояние вещества наиболее стабильно2 На первый взгляд может показаться неожиданным, что элементарная форма углерода.энергетдчески не самая бедная, не самая стабильная. Следует отметить, что наиболее стабильными являются такие состояния веществ„при которых в данных условиях их энергия имеет наименьшее значение.

Рассмотрим пример из механики. Пусть в комнате на четвертом этаже шар находится в устойчивом положении тогда, когда он лежит на полу. На столе илн на шкафу состояние шара менее устойчиво: отсюда он может "сам по себе" (без подвода энергии) упасть на пол, причем его потенциальная энергия превращается в кинетическую, а затем прн ударе об пол - в тепловую и звуковую. В обратном направлении зто процесс "сам по себе" идти не может. Перенести шар на стол или шкаф возможно лишь прн затрате определенной энергии.

На полу (при условии, что он ровный и строго горизонтальный) шар сам по себе не будет перемещаться„его состояние стабильно. Однако эта стабильность относительна н не означает„что шар больше не обладает потенциальной энергией - ведь он находится на значительной высоте над землей. В данном случае имеет место только относительный минимум энергии.

Характеристики

Список файлов книги