Колообіг фосфору

Фосфор належить до одного з основних елементів живої речовини і його запаси повністю зосереджені в літосфері. Основними джерелами неорганічного фосфору є вивержені та осадові породи (апатити, фосфорити). Неорганічний фосфор у земній корі розчиняється континентальною водою і поглинається рослинами суходолу. Таким чином він залучається до трофічних ланцюгів. Потім органічні фосфати разом з трупами, виділеннями та відходами живих речовин повертаються в землю. Тут вони зазнають дії мікроорганізмів і перетворюються на мінеральні ортофосфати, які споживають зелені рослини та інші автотрофи.

У водні екосистеми фосфор постачають ріки. Останні безперервно збагачують океани фосфатами, які використовуються фітопланктоном та іншими живими організмами. Повернення мінеральних фосфатів у воду відбувається за допомогою біовідновників.

У природі фосфор трапляється в розчинних і нерозчинних формах: органічні фосфати біомаси, які перетворюються на органічні фосфати переважно з мертвої неорганічної речовини, а потім на розчинні органічні фосфати. Останні трансформуються в розчинні мінеральні фосфати, які знову повертаються в біомасу у вигляді органічних фосфатів. Фосфорний цикл у природі повністю не замикається. Якщо в наземних екосистемах колообіг фосфору здійснюється в умовах, наближених до оптимальних, з мінімальними втратами на вилуження, то в океані відбувається безперервне осадження збагачених фосфатами органічних речовин. Фосфати, що відклалися на великих морських глибинах, виключаються з біосфери і більше не беруть участі в колообігах. Однак поступово за допомогою геологічних процесів фосфорні осади підіймаються на поверхню і знову залучаються до колообігів, тривалість яких вимірюється десятками й сотнями мільйонів років. Фосфор виноситься на суходіл з виловленою рибою та птахами, що живляться рибою. Проте кількість фосфору, яка щороку надходить на сушу за рахунок рибальства, незначна і не перевищує 60 000 т. Ця кількість значно менша за ту, що надходить внаслідок змивання мінеральних добрив, які вносять в агроекосистеми. Таким чином, у природних умовах повернення фосфору з океанів не здатне компенсувати втрати цього елемента на осадження. Людина прискорює цю тенденцію, постійно збільшуючи використання мінеральних фосфорних добрив.

Колообіг сірки

У природі сірка трапляється у вигляді водних розчинів неорганічних сполук (переважно сульфатів), газоподібних речовин (Н₂S і SO₂ та різних осадів. Колообіг сірки відбувається головним чином за рахунок осадового механізму в ґрунті й воді. Основне джерело сірки, доступної для живих організмів, – це сульфати завдяки їх добрій розчинності у воді. Рослини поглинають їх, відновлюють і перетворюють на сірковмісні амінокислоти (цистин, метіонін, цистеїн).

Чорний намул, який трапляється на дні багатьох морів (наприклад, Чорного), озер та інших прісноводних водойм, багатий на організми, що розкладають сірковмісні речовини в анаеробних умовах. Деякі різновиди бактерій можуть відновлювати гідрогенсульфід до елементного сульфуру. Існують також хемосинтезуючі бактерії, що знову окиснюють сірководень до сульфатів, які використовують автотрофні продуценти. Ці бактерії здатні виробляти клітинну енергію без доступу світла за рахунок окиснення неорганічних сульфатів. Остання фаза колообігу сірки є осадовою. Вона полягає в осадженні сірки залізом в анаеробних умовах:

Н ₂S+Fе^3+aq Fе(ОН) (SН) FеS FеS₂.

Таким чином відбувається повільне і поступове накопичення сірки в глибоко розташованих осадових породах. Ці породи в біосфері містять основні запаси сірки, яка трапляється переважно у вигляді піритів і сульфатів (гіпс). В атмосферу сірка може надходити також у результаті вулканічної діяльності.