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.

* I. Kant. Sammtliche Schriften. 1754.

Еще Кант в своей космогонии* 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. 2. Окисление его почвенными бактериями в азот азотной кислоты. Образование солей последней. 3. Использование солей азотной кислоты растениями. Образование растительных белков (протеинов). 4. Питание животных растительными протеинами. 5. Образование животными отбросов, богатых азотом. Умершие животные и растения с их белками. 6. Процессы гниения, переводящие азот белков в азот соединений аммиака, кратко называемых амидами. 7. Окисление азота амидов нитритными бактериями в азот азотистой кислоты. 8. Окисление азота солей азотистой кислоты нитробактериями в азотную кислоту. Образование ее солей. 9. Использование растениями этих солей. Содержание свободного азота в атмосфере и его связывание работою почвенных бактерий, по-видимому, шли равномерно в течение всей истории жизни на Земле. Кроме того, в круговорот жизни входит в незначительном количестве еще и азот неорганического происхождения. Хотя в породах литосферы его и не содержится, но зато в воздухе свободный азот, как показал уже Кавендиш в XVII в., соединяется с кислородом при действии электрических искр во время гроз. Так как при этом обычно нет недостатка и в воде, то получается соединение, содержащее в себе азот, водород и кислород, именно азотная кислота (HNO₃). В других случаях, если в соединение вступает не вода, а свободный водород, то электрические разряды вызывают образование аммиака (NH₃). Вот почему дождевая вода может содержать в себе небольшую примесь азотной кислоты или аммиака. В результате всего этого запас азота сравнительно с потребностью очень велик и не внушает никаких опасений со стороны его возможного истощения.