Формы нахождения фосфора в биосфере и земной коре
Кларк фосфора в земной коре невысокий - 0,1%. Фосфор относится к элементам, поступившим в атмосферу в результате мобилизации из земной коры. На протяжении последних полмиллиарда лет из гранитного слоя земной коры было извлечено 17% фосфора. Основная масса фосфора, вынесенного из гранитного слоя, находится в осадочных породах, где сконцентрировано 99% фосфора. Фосфор в наибольшей степени связан в биомассе живых организмов по сравнению с другими элементами, выплавленными из земной коры. Концентрация фосфора в базальтах – 0,14%, в гранитах – 0,07%. Большинство фосфорных отложений имеют морское происхождение. Отношение N : Р в растительных тканях 8 – 15, содержание в растениях колеблется от 0,1 до 2,5%. Фосфор входит в более чем 200 различных минералов. Фосфориты (Ca3(PO4)2), апатиты (Ca5(PO4)2) . F, Cl, OH используют в качестве фосфорных удобрений.
В почве фосфор может находится в составе первичных минералов, таких как фосфаты кальция, железа, алюминия и др.; в органической форме в составе фитина, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, лецитина. В гумусе содержание фосфора колеблется от 0,10 до 0,3%. В органические соединения фосфор входит в окисленной форме. Ни растения, ни микроорганизмы фосфор не восстанавливают. Большинство соединений фосфора, участвующих в биогеохимическом цикле сформировались при выветривании фосфорсодержащих минералов. Фосфор непосредственно связан с образованием нервной ткани, его недостаток снижает умственную деятельность. В кислых подзолистых почвах фосфор находится в основном в труднорастворимой форме фосфатов железа и алюминия (Fe2(PO4)3, FePO4, AlPO4, Al2(PO4)3), среднерастворимых фосфатов Са и Mg (Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2). Самыми подвижными формами фосфора являются фосфаты одновалентных катионов: K3PO4, KHPO4 и др. Для сульфидных месторождений характерно наличие таких металлов, как пироморфит [Pb5(PO4)3Cl] и отенит [Ca(UO2)2(PO4)2 * 8 H2O]. В кислых средах фосфор может образовывать хелаты-органо-минеральные комплексы и увеличивать свою подвижность. Известны комплексообразования фосфора с нуклеотидами, нуклеиновыми кислотами, специфическими гумусовыми кислотами почв.
При взаимодействии катионов металлов с фосфатными группами возможно формирование структур нескольких типов:
1. Хелатный комплекс с двумя атомами кислорода одной фосфатной группы, формирование сопровождается образованием четырехчленных циклов. Такие циклы довольно устойчивы только с катионами большого радиуса:
О
Р М
О
2. Восьмичленные циклы, образующиеся в случае взаимодействия катиона М с атомами кислорода двух фосфатных групп одновременно, которые могут упрочнятся внутримолекулярными связями с участием молекул Н2О:
О М О
Р
Р
О М О
3. Полимерные структуры, в которых лиганд служит мостиком между катионами. В таких реакциях комплексообразования могут быть задействованы все три атома О2 фосфатной группы (РО3).
В болотах или болотных почвах при некотором повышении рН, там где имеется РО43− и Fe2+ выпадает минерал вивианит Fe3(PO4)2 * 8 H2O.
95% всех запасов фосфоритов приурочена к морским отложениям, 5% - костяные брекчии и гуано.
Фосфориты образовались в результате отмирания зоо- и фитопланктона, морских животных. Доказательством этому является содержание Ca3(PO4)2 – фосфата Са в количестве 60% в позвоночнике высших животных. Раковины некоторых брахиопод (Zingula, Obolus) содержат 100% Ca3(PO4)2. Богаты фосфором скелеты рыб и их чешуя. В фосфоритах содержится много органики – до 36% - доказательство органического происхождения фосфоритов, деятельности живых организмов.