3.2.4. Круговорот фосфора
Фосфор широко распространенный химический элемент, входящий в состав различных минералов. Содержание фосфора в земной коре составляет 0,09 %. В минералах фосфор содержится в форме неорганического фосфата-иона (РО3 -4). Круговорот фосфора протекает совместно с круговоротом углерода, кислорода, азота (рис. 3.5).
Рисунок 3.5 -
Круговорот фосфора в биосфере (по П.
Дювиньо, М. Тангу, 1973)
Основные запасы фосфора содержат горные породы, которые за счет вымывания и выветривания отдают фосфаты наземным экосистемам. В биосфере преобладают соединения пятивалентного фосфора, поэтому во всех источниках он содержится в виде оксида Р2О5. Фосфаты обладают растворимостью, но не образуют газообразных форм, т.е. нелетучие.
Фосфаты потребляются, прежде всего растениями разного уровня организации и используются ими для синтеза органических веществ, таких как аминокислоты, ферменты и др. В растениях фосфор выступает уже в форме так называемого органического фосфата. В этой форме он уже способен к движению по пищевым цепям и к его передаче организмам экосистем. При разложении растительных остатков и трупов животных бактериями фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растительными организмами и микробами. Кроме этого часть фосфатов выносится с паводковыми водами в море, что обеспечивает развитие фитопланктона и существование зависящих от него организмов. Часть фосфора возвращается на сушу при вылове рыб, моллюсков, ракообразных, водорослей и т.д.
Фосфор – один из наиболее важных элементов живого вещества, принимающих участие в биохимических реакциях, обеспечивающих жизнедеятельность организма и его целостность. Фосфор входит в состав тканей мозга, скелета, панцирей животных и др. Без фосфора невозможен процесс синтеза белка. Фосфор необходим организмам для построения генов и молекул соединений, переносящих энергию внутри клеток.
В настоящее время все большие количества фосфора изымается человеком из круговорота за счет добычи фосфорсодержащих пород (~ 2,5 млн. т), используемых в качестве минерального сырья, безвозвратного вылова рыбы, промысловых ракообразных, морских птиц и др.
3.2.5. Круговорот серы
Сера играет важную роль в круговороте веществ в биосфере (рис. 3.6).
Соединения серы участвуют в биохимических процессах живой клетки, формировании химического состава почв и подземных вод. Это один из главных биогенов, который попадает в почвенные горизонты в результате естественного разложения отдельных горных пород, содержащих такие минералы, как пирит – серный колчедан (FeS2), медный колчедан (CuFeS2) и при разложении органических веществ, преимущественно растительного происхождения. Из почвы по корневым системам сера поступает в растения, где синтезируются серосодержащие аминокислоты – цистин, цистеин, метионин.
Рисунок 3.6 -
Круговорот серы в биосфере
В природе сера образует минералы – сульфиды. Их много в изверженных горных породах. Затем после окисления сера со стоком воды попадает в Мировой океан, где и поглощается морскими обитателями. Особенно много серы накапливается в моллюсках.
Круговорот серы в морях происходит с помощью сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают сульфаты до сероводорода, а он затем поднимается в верхние слои воды и окисляется с помощью кислорода и сернистых бактерий. Некоторые бактерии накапливают серу в своих организмах, а после гибели бактерии вся сера остается на дне океана.
На континентах круговорот серы осуществляется с помощью растений. После их отмирания сера переходит в почву, где одни организмы восстанавливают органическую серу до минеральной серы, а другие уже окисляют ее до сульфатов, которые вновь поглощаются корнями растений.
Круговорот серы – ключевой в общем процессе синтеза и разложения биомассы. Техногенные выбросы серы в атмосферу (в основном в виде окислов SOх при сгорании органического топлива) составляют 75…100 млн. т в год.
Длительное существование жизни на Земле, которое невозможно без непрерывного использования минеральных веществ, обязано описанному выше процессу круговорота вещества и энергии. Если бы в биосфере не было этого биотического круговорота и минеральные продукты только бы расходовались на восполнение и поддержание жизни, то в силу их конечности рано или поздно они бы исчерпались и жизнь прекратилась как планетарное явление. Биогеохимические явления круговорота вещества и энергии свидетельствуют об огромной роли зеленых растений – основных продуцентов органического вещества и организмов-деструкторов, или биоредуцентов.
Принципиально важно, что интенсивность жизнедеятельности всех трех основных слагаемых органического мира – продуцентов (производителей), консументов (потребителей) и редуцентов (разрушителей) – обязательно находится во взаимном равновесии, которое устанавливалось миллионами лет эволюции биосферы. Это основное свойство биосферы и неизменное условие ее существования.
Биосфера является саморегулирующейся системой, если она не подвергается несбалансированному и эволюционно не закрепленному воздействию иных факторов и прежде всего антропогенного происхождения.