71. Круговорот p
Фосфор - очень важный элемент для всего живого, элемент жизни на Земле, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях - биосинтез белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и др.; входит в состав скелета, тканей, мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки. По сравнению с азотом, фосфор - относительно редкий элемент, например, отношение P:N в природных водах составляет примерно 1:23.
Обычно рассматривают континентальный круговорот фосфора, в целом относительно медленный, который складывается из малых круговоротов в почве, растительности и поверхностных водах; гидробиогеохимический, относительно быстрый, с учетом речного стока и Мирового океана.
Цикл фосфора в биосфере открытый, неравновесный. Энергетической основой миграции фосфора является фотосинтез. На рис. 4.8 представлены закономерности биохимических превращений фосфора как элемента жизни.
Антропогенное воздействие ведет к нарушению круговорота фосфора за счет вырубки лесов, использования удобрений и т. п.
Природные фосфаты имеют ограниченные запасы, которые могут истощиться при современном темпе вывода их из естественного круговорота фосфора за 75-100 лет. Это, с учетом огромного значения фосфора для жизнедеятельности живого вещества, требует бережного к ним отношения. Как заметил образно Э. Диви-младший: «...фосфор слишком драгоценен, чтобы отдавать его на съедение сине-зеленым водорослям». Важная задача, стоящая перед человеком, - корректировка ресурсного цикла с тем, чтобы поддерживать естественный круговорот фосфора.
72. Круговорот s
Сера является важным составным элементом живого ве-щества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде орга-нических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организме и активизирующих некоторые ферменты.
Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в за-висимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.
В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита FeS2, пирронита Fe7S8, халькопирита FeCuS2, в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов CaSO4З2H2O, в ископаемых углях - в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические соединения.
В связи с окислением сульфидных минералов в процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан, где SO42- занимает второе место по распространению после Cl-. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные. Обобщенная схема круговорота серы представлена на рис.
Направление 1 отвечает переходу от сульфидов и сероводорода к элементарной сере. При недостатке кислорода происходит накопление серы в виде залежей; при избытке - постепенный переход в серную кислоту (направление 2). Затем серная кислота, реагируя с различными солями, содержащимися в воде и почве, переходит в сульфаты.
Согласно линии 3 в биосфере идет, кроме окислительных процессов 1,2, и восстановительный. Сульфаты, уносимые водами рек в моря, образуют пласты, которые в результате геологических смещений земной коры попадают в более глубокие слои Земли. Под влиянием повышенных температур сульфаты реагируют с увлеченными при осаждении органическими веществами.
Сероводород выходит на поверхность земли либо прямо в газообразном состоянии, либо растворившись предварительно в подземных водах.
Аналогично переход осуществляется под влиянием бактерий, когда восстановительные процессы протекают при разложении органических веществ под слоем воды, содержащей растворимые сульфаты.
Направление 4 показывает, что сульфаты, содержащиеся в почве, извлекаются растениями и претерпевают превращения до серусодержащих белков, которые частично усваиваются животными, а после отмирания как их, так и растительных организмов разлагаются (линия 5). Сера выделяется в виде H2S и вновь вводится в круговорот.
В круговороте серы велика роль микроорганизмов. Специализированные микроорганизмы выполняют следующие реакции: а) H2S -> S -> SO42- - бесцветные, зеленые и пурпурные серобактерии; б) SO42- -> H2S - (анаэробное восстановление сульфата); в) H2S -> SO42- (анаэробное окисление сульфида); г)органическая сера -> SO42-, H2S - аэробные и анаэробные гетеротрофные микроорганизмы, соответственно.
Несмотря на то, что в круговороте серы протекают как окислительные, так и восстановительные процессы, часть серы выводится из кругооборота, восстановление не компенсирует окисление. Это усугубляется и сознательной деятельностью человека, который переводит природные сульфиды в сульфаты, например, при производстве серной кислоты, выплавке металлов из сернистых руд. Соединения серы, поступившие техногенным путем в атмосферу с суши, почти целиком возвращаются на земную поверхность и пагубно воздействуют на природные комплексы.