Глобальная система, в которой в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твѐрдой, жидкой и газовой фазах, а с другой – разнообразные формы жизни и их метаболиты. В основе всех жизненных процессов лежит обмен веществ. По этой причине взаимодействие организмов с окружающей средой происходит в форме циклических процессов массообмена. Циклы разных рангов в совокупности обусловливают глобальную систему обмена химических элементов, которая обладает высокой способностью к саморегуляции. Важная особенность миграционных циклов в биосфере – их незамкнутость, возможность свободного перехода мигрирующих масс из одного цикла в другой или частичного вывода и аккумулирования в каком- либо природном резервуаре. Сочетание множества незамкнутых циклов определяет развитие и устойчивость биосферы: нарушение в ту или иную сторону баланса масс одного цикла компенсируется за счѐт других, сопряжѐнных с ним.

Биологическое равновесие. Соотношение масс растворимых соединений и твѐрдых взвесей в речном стоке в значительной мере зависит от характера растительности суши. Факты свидетельствуют, что на протяжении геологической истории это соотношение неоднократно изменялось (теория биорексистазии). Эпохи биостазии характеризуются широким распространением устойчивых лесных фитоценозов, препятствующих механической эрозии почв, но способствующих вовлечению химических элементов в водную миграцию в растворимых формах

Серия биогеохимических превращений в водах и почвах ландшафтов, богатых органическими соединениями и содержащих свободный кислород, приводящих к образованию летучих металлорганических соединений (типа метилртуть, тетраметил свинец и др.). Способностью к метилированию (алкилированию) обладают практически все микро- организмы – бактерии и грибы, и, следовательно, процесс может протекать в любых почвах при попадании в них тяжѐлых металлов или их производных. Наиболее активен он в аэробных условиях, при нейтральной реакции среды и повышенной температуре. Активно функционирующая микробная система позволяет почвам «самоочищаться» от попадающих в них разнообразных токсичных химических веществ путѐм преобразования в летучие соединения. Процессы биометилизации недостаточно изучены, однако имеют большое значение для аэральной миграции тяжѐлых металлов.

Способы очистки грунта с использованием микроорганизмов, способных преобразовать токсичные соединения в нетоксичные или поглощать токсичные радионуклиды, что, однако, потребует в дальнейшем сбора микроорганизмов. Биологические методы обезвреживания почв основаны на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. В процессе биообезвреживания происходит вторичное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорганизмов – сероводородом и аммиаком. Биологическая очистка чаще всего используется для нейтрализации органических токсикантов и тяжелых металлов, а также азотных и фосфорных соединений в почвах и грунтах. Биологические методы можно условно подразделить на микробиодеградацию загрязнителей, биопоглощение и перераспределение токсикантов. Микробиодеградация – это деструкция органических веществ определенными культурами микрофлоры, внесенными в грунт. Процесс биоразложения протекает с заметной скоростью при оптимальной температуре и влажности. Микробиодеградация может быть использована во всех случаях, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и видовое разнообразие. Хотя процесс идет крайне медленно, его эффективность высока. Биопоглощение (фиторемедиация) – это способность некоторых растений и простейших организмов ускорять биодеградацию органических веществ или аккумулировать загрязнения в клетках.

Анализ ответной реакции организмов (биоиндикаторов) на техногенез, т.е. анализ морфологических, физиологических, продукционных и популяционно-динамических изменений. Выделяют следующие критерии выбора биоиндикаторов (по Степанову и др.): широкий ареал, эврибиотность и эвритопность, оседлость (отсутствие миграций), чувствительность к токсикантам, толерантность, лабильность, антисинантропность, высокая численность, отсутствие колебаний численности, малое число видов, легкость (надежность) определения, разработанность систематики, изученность морфологии и экологии, изученность закономерностей накопления токсикантов, изученность межвидовых различий в накоплении токсикантов в пределах родов и семейств, достаточная масса пробы (относительная крупность размеров вида), представительство от разных звеньев трофодинамических цепей, включая продуцентов, простота добычи и учета, ненанесение ущерба популяциям в результате периодического отбора. Считается, что таким критериям отвечают, например, следующие виды: 1) обыкновенная бурозубка (Sorex arancus); 2) европейский крот (Talpa europaea);
3) алтайский крот (Talpa altaica); 4) бурый медведь (Ursus arctos); 5) лось (Alces alces); 6) рыжая полевка (Clethrionomus glareolus); 7) красная полевка (Clethrionomus ritilus). В настоящее время представление о биоиндикаторах вышло за рамки понимания их только лишь как видов, способных концентрировать токсиканты. Индикаторами могут быть любые биологические объекты на всех уровнях организации (от субклеточного до экосистемного). В этом плане задачи биоиндикации во многом совпадают с задачами экотоксикологии.

Бактериальная система, защищающая атмосферу от поступления рассеянных углеводородов и других веществ. Г.А. Заварзин высказал гипотезу о наличии в почве микробиологического механизма, замыкающего метилированные соединения (тяжѐлых металлов) во внутрипочвенный круговорот и таким образом предохраняющего атмосферу от их поступления. Процесс метилизации металлов обусловлен деятельностью бактерий, в то же время одна из морфологических групп бактерий – гифобактерии- способна использовать различные метилированные соединения.

Метод поиска месторождений, заключающийся в отборе проб растений, проб из верхнего горизонта почвы. Существо метода заключается в выявлении участков повышенных концентраций рудообразующих элементов в растениях, продуктах их отмирания и метаболизма. Опробование растений позволяет обнаружить биогеохимические ореолы, а по ним и сами месторождения. Биогеохимические методы особенно важны при поисках рудных тел, перекрытых мореной, эоловыми песками и другими аллохтонными отложениями. Методика биогеохимических поисков неодинакова в разных ландшафтах.

Эти провинции широко распространены в районах с гумидным климатом, с ландшафтами тундры, тайги, широколиственных лесов, влажных субтропиков и тропиков. Кислое выщелачивание почв приводит здесь к резкому дефициту многих биоэлементов, что определяет минеральное голодание фауны, низкое содержание в организмах кальция, развитие различных «биогеохимических эндемий дефицитности». В некоторых почвах высока подвижность Al, Fe, и растения накапливают эти элементы (например, в золе плаунов, чая десятки процентов Al2O3). И эти провинции, вероятно, были центрами видообразования. Биогеохимические провинции типа W были широко распространены на территории России в нижнем карбоне, конце триаса и юре, многих эпохах мела и палеогена. К классу W1 относятся провинции с кислыми водами и почвами, а к классу W2 – с кислыми глеевыми почвами, болотными и грунтовыми водами, богатыми растворѐнными органическими веществами. Это в основном заболоченные низменности, но в районах с многолетней мерзлотой они распространены и на возвышенностях, и в горах (А.И. Перельман).

Данные провинции характерны для лесостепи, степей и пустынь, а также для гумидных территорий, сложенных карбонатными породами. Палеобиогеохимические провинции типа V существовали на территории России в четвертичные ледниковые эпохи, в девонском и пермском периодах, на территории Средней Азии – в конце юры, меловом периоде и кайнозое. Класс V1 – провинции с пресными, преимущественно гидрокарбонатно-кальциевыми водами. Характерны расчленѐнный, реже плоскоравнинный рельефы, преобладают незасоленные почвы. Аридный климат определил здесь сравнительно слабую миграцию кальция, флора и
фауна в основном не испытывают дефицита этого элемента, дефицит многих других элементов выражен слабее, чем в провинциях типа W, но всѐ же он полностью не исключается. Возможен здесь и избыток элементов с соответствующими эндемиями. В районах с гумидным климатом провинции класса V распространены на карбонатных и других породах, богатых кальцием и магнием. Провинции класса V2 – с сильноминерализованными хлоридно-сульфатными водами, засоленными почвами, как и провинции класса V1, распространены в степях и пустынях, занимают огромные площади, особенно в депрессиях рельефа бессточных областей (Прикаспийская, Туранская и другие низменности, соляная пустыня Деште-Кевир в Иране, засоленные котловины Тибета и Цайдама в Китае и т. д.). Организмы здесь существуют в условиях высокого содержания в почвах и водах Na, Mg, Cl, сульфат-иона. Это центры видообразования многих семейств растений.

Провинции класса S1 с сернокислыми водами формируются на участках окисления горных пород и руд, содержащих пирит и другие сульфиды. При участии различных бактерий здесь образуется серная кислота, pH вод понижается до 2 – 3, местами до 0, в водах приобретают высокую подвижность многие металлы, которые накапливаются растениями, обусловливая биогеохимические эндемии. Таковы цинковые, медные и другие провинции, особенно характерные для складчатых металлогенетических поясов: это серебряный пояс, простирающийся на западе Америки от Аляски до Огненной Земли, рудные провинции Урала, Тянь-Шаня, Альпийского складчатого пояса и др. В прошлые геологические эпохи палеобиогеохимические провинции с избытком многих рудных элементов, вероятно, были центрами видообразования организмов, обогащѐнных Cu, Pb, Zn, Ni, Cd и другими металлами. Провинции класса S2 с солянокислыми водами известны в вулканических областях, где за счѐт продукта вулканизма HCl идут кислые дожди, текут солянокислые реки, образуются источники, озѐра, почвы, имеющие низкий pH. В водах высоко содержание алюминия, железа, они часто богаты фтором и хлором, но содержание халькофильных металлов может быть невысоким. Подобные провинции известны на Камчатке, Курильских островах, в Японии, Индонезии и других вулканических областях (А.И. Перельман).

Содовые воды образуются в различных ландшафтно-геохимических условиях: в солонцах, в аридных вулканических регионах на участках разгрузки сильнощелочных гидротерм (Восточная Африка, Калифорния и др.), при выходе на поверхность «нефтяных» вод и т. д. Видообразование здесь протекает в условиях дефицита многих важных биоэлементов, особенно Ca. Содовые воды благоприятны для миграции и накопления Na, Li, B, Zn, Cu, Ag, Be, Si, Ge, Sn, Ti, W, Mo, Y, редкоземельных элементов иттровой группы. Биогеохимия многих этих элементов не изучена, и можно только предполагать, какие особенности организмов в провинциях типа F обусловлены повышенным содержанием в среде редких земель, Y, Zr и других элементов «содовой миграции». Провинции типа F до сих пор не привлекали должного внимания исследователей. К палеобиогеохимическим провинциям типа F относили многие районы распространения красноцветных ландшафтов пермского периода в России, мела, палеогена и миоцена в Средней Азии и Казахстане, эоцена в США (А.И. Перельман).

Район, в котором концентрация химических соединений в верхних горизонтах почв и организмах в силу природных причин оказывается выше или ниже оптимального уровня. Биогеохимические провинции – это территории, где флора и фауна, а во многих случаях и люди резко реагируют на содержание в атмосфере, почвах, водах, продуктах питания определѐнных химических элементов, – районы распространения биогеохимических эндемий.