Биология в лицее

Круговорот серы и фосфора

Круговорот серы тесно связан с живым веществом.

Сера в виде оксидов SO₃ и SO₂, сероводорода H₂S и главным образом элементарной серы выбрасывается вулканами. Помимо этого в природе встречаются в большом количестве сульфиды железа, свинца, цинка и др. Такая сера окисляется при участии многочисленных микроорганизмов до SO₄ почв и водоёмов. Сульфаты поглощаются растениями. В живых организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений ещё и в состав эфирных масел.

Разрушение остатков организмов в почвах и в илах морей характеризуется сложными превращениями серы. В итоге образуется сероводород, который окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов.

В круговороте серы участвуют разнообразные микроорганизмы. Известны месторождения серы биогенного происхождения.

Сероводород может вновь образовать сульфиды, а сульфатная сера — залежи гипса. Они, в свою очередь, снова подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

Таким образом, большая часть серы в живых организмах находится в виде органических 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 зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.

Большинство месторождений серы — биогенного происхождения. В их образовании миллионы лет принимали участие серобактерии.

В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита, пирронита, халькопирита, в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, 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. Сера поглощается морскими организмами, которые богаче ее неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные.

Круговорот фосфора. Фосфор присутствует в литосфере и гидросфере в виде фосфатов. 

Продуценты включают фосфор в органическое вещество, которое далее передаётся по цепям питания к консументам. После гибели организмов редуценты разлагают органические вещества с выделением фосфатов, замыкая цикл круговорота фосфора.

Часть фосфора изымается из круговорота и откладывается в осадочных породах, из которых в дальнейшем фосфаты могут выдуваться в атмосферу в виде пыли.

Фосфорные удобрения, используемые человеком для повышения урожаев, в большом объёме попадают с грунтовыми водами в водоёмы. При изобилии этого элемента начинается взрывной рост одноклеточных водорослей. Водоёмы «цветут». Когда водоросли отмирают, редуценты не справляются с переработкой отмерших частей, и вода начинает плохо пахнуть. Кроме того, при разложении отмерших водорослей расходуется весь кислород. Наступает замор рыбы.

Апатит (фосфат кальция) — минерал класса фосфатов, как правило, бледно-зеленоватого, голубого, жёлто-зелёного или розового цвета со стеклянным блеском. Химический состав (в %): СаО: 53—56; Р₂O₅: 41; F: до 3,8 (фторапатит); Cl: до 6,8 (хлорапатит).

Апатиты часто встречаются в виде призматических кристаллов и игл, реже отмечаются короткостолбчатые или таблитчатые кристаллы.

Крупнейшие месторождения апатита (фосфоритов) связаны с осадконакоплением и биохимическими процессами. Апатит является сырьём для производства фосфорных удобрений, фосфора и фосфорной кислоты, его применяют в чёрной и цветной металлургии, в производстве керамики и стекла.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO₄^3-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO₄^3- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл.

В отличие, например, от углекислого газа, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет свободного возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

Фосфориты — породы различного происхождения, как правило, осадочные, фосфаты кальция из группы апатитов. Фосфориты содержат P₂O₅ и пригодны для дальнейшего обогащения. В основном используются для изготовления фосфатных удобрений. Hаиболее распространённый фосфатный минерал — фторкарбонатапатит.

< Предыдущая страница "Круговорот азота"

Следующая страница "История формирования природных сообществ" >