Биогеохимические циклы фосфора и серы

Биогеохимические циклы фосфора и серы

Перемещение химических элементов между живым веществом и неживыми компонентами планеты лежит в основе устойчивости биосферы. Среди таких процессов особое место занимают круговорот фосфора и круговорот серы - два осадочных цикла, главные запасы которых сосредоточены в горных породах. Оба элемента незаменимы для построения живой материи, а характер их перемещения во многом определяет состояние экосистем и испытывает заметное влияние человеческой цивилизации.

Перемещение фосфора в природе

Фосфор входит в состав клеточных мембран, ферментов костной ткани и служит обязательным компонентом протоплазмы у любых живых организмов. По степени завершённости его цикл уступает азотному: значительные объёмы фосфорных соединений способны надолго покидать биологический оборот, оседая в глубинных отложениях. Ключевая черта этого элемента состоит в том, что он не формирует газообразных форм, а потому основной его запас удерживается в литосфере в виде фосфорсодержащих минералов - апатитов и фосфоритов.

Возвращение фосфора в активный оборот обеспечивают процессы выветривания и эрозии горных пород. Благодаря им элемент приобретает формы, пригодные для усвоения растениями. После синтеза в растительных тканях органические фосфорные соединения по трофическим цепям передаются организмам-консументам, обеспечивая их жизнедеятельность.

С остатками растений и животных, а также с продуктами их обмена фосфор вновь выделяется в виде неорганических веществ. Так запускается его минерализация с последующим осаждением. Кроме того, элемент непрерывно поступает с речным стоком в растворённой форме в Мировой океан, где накапливается в тканях гидробионтов и в итоге оседает на дне, образуя фосфорсодержащие породы. Часть этих запасов возвращается на сушу через промысел рыбы и деятельность морских птиц.

Существенно вмешивается в этот процесс и антропогенная деятельность. Разработка фосфорных месторождений, выпуск удобрений и моющих средств, а также недостаточная очистка стоков ускоряют переход элемента в глубоководные осадки, откуда он надолго выпадает из биологического круговорота. В сочетании с крайне низкой долей фосфора в земной коре (менее 1%) это делает его цикл наиболее уязвимым звеном в работе всей биосферы.

Движение серы между сферами Земли

Сера относится к числу важнейших составляющих белковых молекул, образующих основу любого организма. В отличие от фосфора, она достаточно широко присутствует в атмосфере в газообразном виде - в форме оксидов серы и сероводорода. Тем не менее главный резерв этого элемента на планете представлен залежами сульфидных руд, а немалые его запасы сосредоточены ещё и в глубоководных отложениях. Поскольку наибольшая концентрация серы приходится на породы литосферы, её круговорот относят к осадочным циклам.

Основная часть перемещений серы разворачивается в пределах гидросферы и литосферы. Решающую роль здесь играют микроорганизмы, которые обеспечивают обмен между растворимыми сульфатами, доступными большинству живых существ, и сульфидными отложениями земной коры.

Извлечение серы из глубинных пластов также связано с активностью микробных сообществ. Одни серобактерии окисляют элемент до растворимых сульфатов, потребляемых продуцентами, тогда как другие переводят серу в сероводород и прочие газообразные соединения. Так микроорганизмы поддерживают непрерывность цикла, соединяя минеральные запасы недр с живым веществом.

Велик и вклад человека в перемещение этого элемента. Добыча серы в составе полезных ископаемых и сжигание серосодержащего топлива истощают её запасы в литосфере и нарушают ритмичность круговорота. Избыточное накопление сернистых соединений в воздухе становится главной причиной, по которой выпадают кислотные осадки.