Круговорот фосфора
Фосфор является важнейшим биогенным элементом. В свободном виде в природе по причине своей очень сильной окисляемости он не встречается, но входит в состав многих минералов (их насчитывается до 120) и множества органических веществ. Большинство минералов, содержащих фосфор, являются редкими. Наиболее важные минералы (природные фосфаты) – апатит, вивианит, а также осадочная горная порода фосфорит, состоящая из мелкокристаллического или аморфного фосфата кальция с примесью некоторых других веществ.
Несмотря на свою малую распространенность, фосфор, однако, имеет исключительно важное значение в жизни растительных и животных организмов. Он присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорной кислот, входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), фосфопротеидов и фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран, коферментов, ферментов. Фосфор составляет также важнейшую часть основных энергетических молекул АТФ и АДФ.
В отличие от биогеохимических циклов углерода, кислорода, азота и серы, круговорот фосфора в природе существенно разомкнут, так как газовая форма соединений фосфора (например, РН3) практически не участвует в биогеохимическом цикле фосфора.
Запасы фосфора, доступные живым организмам, в основном сосредоточены в литосфере. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (например, апатиты) или осадочные породы (например, фосфориты). Минеральный фосфор – довольно редкий элемент в биосфере, в земной коре его содержание не превышает 1 %, что является основным фактором, лимитирующим продуктивность многих экосистем. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Затем он поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения, и таким образом включается в трофические сети. Затем органические фосфаты вместе с трупами, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где снова подвергаются воздействию микроорганизмов и превращаются в ортофосфаты, готовые к использованию автотрофами.
В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. С речными водами в океан ежегодно выносится около 1 млн т фосфора, а возвращается на сушу (с выловом рыб человеком и птицами) лишь около 60 тыс. т. Остальные 940 тыс. т осаждаются в виде мертвого органического вещества в донных отложениях океана на больших глубинах и надолго выключаются из круговорота. Только в зонах апвеллинга осуществляется вовлечение в активный круговорот донных отложений фосфатов. Органический фосфор, осевший на небольшой глубине приливно-отливных и неритических зон, вовлекается в круговорот гораздо быстрее, что и обусловливает большую биологическую продуктивность, чем зон открытого океана.
Таким образом, в естественных условиях механизм возвращения фосфора на сушу совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию в донных отложениях на больших глубинах.
В последние 50–75 лет общая картина распределения и миграции фосфора в биосфере резко нарушена человеком. Происходит мобилизация фосфора из агроруд и шлаков, производство и применение фосфорных удобрений; производство многочисленных фосфорсодержащих препаратов и их использование в быту; производство фосфорсодержащих ресурсов продовольствия и кормов, вывоз и потребление их в зонах концентрации населения и больших городов; развитие рыбного и китобойного промыслов, добыча морских моллюсков, водорослей влечет за собой перераспределение фосфора с океана на сушу.
В итоге наблюдается процесс фосфотизации суши. Процесс этот проявляется неравномерно. Увеличивается содержание фосфора в окружающей среде больших городов, индустриальных центров, и, наоборот, страны, экспортирующие органические продукты и не применяющие фосфорных удобрений, теряют запасы фосфора в своих почвах.