• Колообіг сульфуру

Як відомо, близько 50% сірки потрапляє в атмосферу за рахунок її біологічних перетворень у ґрунті і воді, в яких провідну роль відіграють мікроорганізми. Причому кожний їх вид виконує певну реакцію – окислення або відновлення. Вважають, що внаслідок цих мікробіологічних процесів сірка вивітрюється у вигляді сірководню.

Для кругообігу сірки характерним є те, що в надходженні сірчаних сполук до атмосфери природні екосистеми відіграють більш важливу роль, ніж антропогенна діяльність. Для колообігу атмосферної сірки характерним є окислення сірководню до двоокису сірки, а останнього – до сульфатів. Двоокис сірки може бути окисленим у реакції з ОН і Н₂О. В реакції з ОН утворюється H₂SО₃. Сульфати надходять безпосередньо в атмосферу і разом з частинками морської солі в краплях морської води. У північній півкулі антропогенна сірка переважає природні потоки. В даний час надходження субмікронних частинок сірки в тропосферу північної півкулі становить 0,17·1012 г із природних джерел і 0,23·1012 г внаслідок антропогенної діяльності.

Загальна кількість сірки, залучена в її біогеохімічний цикл, оцінюється наступними цифрами (в рік): з океану в атмосферу поступає 82 млн т, а осідає 96 млн т. З суші в атмосферу поступає 130 млн тонн і повертається 116 млн т. Антропогенні джерела дають 46% надходження сірки з суші в атмосферу, і практично всі її з'єднання, що поступили туди техногенним шляхом у вигляді оксидів і інших з'єднань, повертаються на поверхню землі і надають згубну дію на екосистеми. Одне з основних антропогенних джерел з'єднань сірки, що поступають в біосферу, — це сіра витягнутих з надр нафти і вугілля або сіра, накопичена живою речовиною минулої біосфери протягом величезного часу, що повертається в сучасну біосферу «залпом». За прогнозами, глобальні викиди техногенних оксидів сірки в порівнянні з початком 70-х рр. XX в. до 2000г. можуть збільшитися в 2—3,5 рази. Таке перенасичення сприятиме значній зміні природного колообігу сірки в природі.

Велика частина двоокису сірки протягом декількох днів після викиду в атмосферу перетворюється на сульфати і сірчану кислоту. За цей час вітри можуть віднести ці забруднення на сотні кілометрів від місця їх викиду, викликати кислотні дощі і, як результат, руйнування матеріалів, пошкодження рослин, захворюваність і навіть смерть тварин. Вважають, що високий зміст оксидів сірки в повітрі безпосередньо впливає на збільшення захворюваності людей і навіть на зростання смертності.

• Колообіг фосфору

Фосфор належить до головних органогенних елементів, який живі організми вживають у достатньо великій кількості (приблизно 0.1 необхідної кількості азоту). Він входить до складу нуклеїнових кислот, складних білків, клітинних мембран, кісткової тканини і дентину, є основою біоенергетичних процесів.

У наземних біогеоценозах відбувається активний кругообіг фосфору в системі ґрунт > рослина > тварина > ґрунт. Рослини асимілюють фосфор у вигляді фосфат-іона (РО43-) безпосередньо із ґрунту і води. Утворені лишки органічного фосфору, одержаного з їжею, виносяться з організму із сечовиною у вигляді фосфатів. Одночасно деякі групи бактерій перетворюють наявний у детриті фосфор у фосфат. Як бачимо, в кругообігу фосфору в біогеоценозі беруть участь лише ґрунт і вода. У зв'язку з тим що мінеральні сполуки фосфору не розчиняються швидко, а тому майже недоступні рослинам, останні використовують легкодоступні форми фосфору, які утворюються із органічних решток рослин і тварин. Проблема полягає в тому, що в грунт вноситься недостатньо органічних добрив ( приорювання рослинних решток замість їхнього спалювання, внесення перегною, компосту та ін.). На доступність фосфору для рослин впливає чимало факторів середовища. Наприклад, у лужному середовищі фосфат-іони легко з'єднуються з натрієм або кальцієм, утворюючи нерозчинні сполуки. У кислому ж середовищі фосфат перетворюється в добре розчинну фосфорну кислоту.

У сільськогосподарській практиці надто кислі ґрунти нейтралізують додаючи вапно (СаСО₃), щоб підвищити доступність фосфору для рослин. У процесі розкладання трупів тварин, які при житті асимілювали рослинний фосфор бактеріями, фосфати повертаються в ґрунт і знову використовуються рослинами.

Біогеохімічний цикл фосфору має найбільш простий характер. Основний запас фосфору зосереджений на планеті у вигляді гірських порід та мінералів. При їх вивітрюванні утворюються фосфати, які використовуються рослинами для побудови органічних речовин свого тіла. Після відмирання рослин фосфор мінералізують мікроорганізми-редуценти. Втрати фосфору з біогеохімічного циклу пов'язані в основному з винесенням фосфору в моря та океани. Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки через рибу або гуано. Втрати фосфору роблять його круговорот менш замкнутим. Ці порушення пов'язані з наступними антропогенними чинниками.

1. Витягання фосфору з руд і шлаків, виробництво і застосування добрив для сільського господарства. 2. Виробництво препаратів, що містять фосфор і що використовуються в індустрії і побуті. 3. Виробництво великої кількості фосфорсодержащих продуктів і кормів, вивіз і споживання їх в зонах концентрації населення. 4. Здобич морепродуктів і споживання їх на суші, яке включає за собою перерозподіл біогенних фосфатів з океану на сушу.

Заміна природних біоценозів агроценозами супроводжується втратою значних запасів фосфору, оскільки його вміст у фітомасі лісів і лугових степів досягає нерідко десятків кілограмів на гектар, а в лісових підстилках — ще більше. Втрати фосфору при водній ерозії грунтів також вельми значні. Грунти, що еродують, втрачають фосфору до 9-22 кг з гектара в рік.

Основна кількість фосфатів витягується з гірських порід, решта частини — з гуано. Подальше використовування цього фосфору таке: з 10 частин фосфору, витраченого на корм худобі, людині з продуктами харчування потрапляє одна частина, три частини поглинаються грунтом і залишаються там, а шість частин, або 60%, поступають в екскрети і, якщо не використовуються як добрива, що нерідко і відбувається на практиці, то змиваються у водоймища і викликають їх евтрофізацію (цвітіння водойм). Що потрапив в річки фосфор тільки частково поступає в океан. Частина його утримується у водосховищах, знову ж таки стимулюючи їх евтрофізацію. Таким чином, спостерігається перекачування фосфору з гірських порід (апатити, фосфорити) в клітини синьо-зелених водоростей, що нагромаджуються в евтрофіцированних водоймищах.

На жаль, діяльність людини веде до посиленої втрати фосфору, що робить його кругообіг менш замкнутим. Хоча людина виловлює багато морської риби, вважають, що в рік цим способом на сушу повертається 60000 т елементарного фосфору. Видобувається ж на добрива щорічно 1-2 млн.т. фосфоровмісних порід; більша частина цього фосфору змивається і вимикається з колообігу.

Екологи приділяють велику увагу круговороту фосфору, вважаючи, що його важливість сильно зросте в майбутньому, так як з усіх макроелементів, тобто елементів, необхідних для всього живого у великих кількостях, фосфор - один з найрідкісніших в сенсі його відносного великої кількості в доступних резервуарах на поверхні Землі.

Особливістю природних екосистем є повторне використання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах деякі з таких елементів і губляться, надходячи в депо, і робляться недоступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний. Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність процесів спалювання палива, в т.ч. і для потреб сільськогосподарського виробництва, призводить до надходження в атмосферу близько 20 млрд тонн вуглекислого газу та 700 млн тонн інших газів і твердих часток. Самі вирубки лісу призводили тільки на території СРСР до винесення з екосистем лісу до 1,2—5 тис. тонн фосфору, 6—20 тис. тонн азоту та 1,2—6 тис. тонн кремнію. Перенесені в урбанізовані райони або в аґроекосистеми, ці речовини виявляються або зовсім, або тимчасово виключеними з природного їх кругообігу. Ці процеси, по суті, ведуть до появи нового техногенного типу кругообігу хімічних елементів.

Отже, є всі підстави вважати теперішній стан біосфери порушеним і неномальным. Такий стан може перейти в кризовий, якщо людство не проведе спеціальні заходи по оздоровленню навколишнього середовища. В нинішній час вся територія нашої планети підвержена різним антропогенним впливам. Серйозний характер набули наслідки руйнування біоценозів і забруднення середовища. Вся біосфера знаходиться під все більш зростаючим тиском діяльності людини.