5. Обмін речовин і енергії між ґрунтом і літосферою

Енергетику геохімічних процесів в системі ґрунт – літосфера та обмін енергії між різними шарами літосфери вивчали Белов М.В. та Лебедєв В.І. (1957). Вони встановили, що атоми основних мінералів зони гіпергенезу мають значно вищий запас енергії, ніж атоми мінералів вивержених порід. Це пояснюється тим, що перші утворюються в процесі вивітрювання і ґрунтоутворення при ендогенних реакціях з поглинанням сонячної енергії. В геології відомо, що в деяких регіонах земної кулі відбувається опускання земної кори, в результаті чого осадові породи з підвищеним запасом енергії потрапляють в досить глибокі горизонти літосфери, де існують високі температури і тиск. Тому мінерали, які утворились в процесі ґрунтоутворення і вивітрювання трансформуються в атомні системи з меншою енергоємкістю. Енергія, яка при цьому виділяється, посилює внутрілітосферні процеси.

Другим джерелом енергії, яка передається в надра землі є розкладання радіоактивних елементів, які входять до складу гірських порід. Який з цих двох джерел є домінуючим ще не встановлено. Проте однозначно відомо, що всі складові енергетичного балансу літосфери відіграють важливу роль в енергетиці загального процесу розвитку Землі. Одночасно ґрунт здійснює передачу речовин атмосфери в надра Землі. Суть цієї функції полягає в тому, що в процесі ґрунтоутворення відбувається поглинання газів, які у складі органічних сполук ґрунту надходять в осадові породи. Разом з органічними речовинами осадові породи уносять з собою додатково певну кількість кисню, який входить до складу оксидів (Fe₂O₃, MnO₂, SO₄^2- та інші). В глибинах літосфери в анаеробних умовах ці сполуки відновлюються до FeO, MnO, S^2-.

Ґрунтовий покрив планети відіграє важливу роль у біологічній фіксації атмосферного азоту. Численними дослідженнями встановлено, що надходження азоту до складу органічних сполук відбувається переважно в ґрунті.

Колосальну кількість диоксиду вуглецю (СО₂) зв’язує ґрунтово-рослинний покрив планети, який у складі органічних речовин та карбонатів надходить в осадову оболонку літосфери. За підрахунками Б.Б.Полинова тільки у фанерозойських відкладах накопичено понад 910²¹ г органічного вуглецю, а карбонатного в кілька разів більше.

Одночасно відбувається зворотний процес – виділення з надр СО₂ та інших газів в атмосферу. Поповнення атмосфери на вміст СО₂ підтримує життя на Землі і формує резерв цього газу шляхом накопичення органічної речовини і карбонатних порід. В разі відсутності такого двобічного спрямованого процесу найважливіші біосферні процеси і саме життя на Землі швидко себе вичерпають тому, що наявний рухомий фонд елементів, який забезпечує життєдіяність організмів, досить малий. Розрахунки Ронова (1980) показали, що при обмеженому рухомому резерві вуглецю в системі атмосфера – океан – біосфера накопичення карбонатів і життя мають геологічно миттєво вичерпати свої ресурси, якщо б не діяв механізм виносу і зв’язування глибинної вуглекислоти.

Таким чином, акумуляція СО₂ атмосфери при формуванні органічних речовин і карбонатних осадових порід з одного боку, та виділення СО₂ та інших газів, - з другого, мають принципове значення для стабілізації геологічної активності планети. Аналіз А.Б.Роковим цих процесів дали йому підстави сформулювати геохімічний принцип збереження життя на Землі. «Життя на Землі та інших планетах, при інших рівних умовах, можлива лише до тої пори, доки ці планети активні і відбувається обмін енергії і речовини між їх надрами і поверхнею. З енергетичною смертю планет неминуче повинно припинитися і життя». Цей принцип вказує на залежність проявів живого від динаміки літосфери і геологічної активності планети в цілому.

Наведена вище інформація показує наскільки є важливим вивчення всіх процесів, у тому числі ґрунтових, які забезпечують стабільність геологічної активності Землі.