Осадочные циклы

5.5. Осадочные циклы

Для большинства химических элементов и соединений, которые обычно связаны с лито- и гидросферой, а не с атмосферой, характерны осадочные циклы. Циркуляция таких элементов осуществляется путём эрозии, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности и переноса веществ организмами. Твёрдые вещества, переносимые по воздуху как пыль, выпадают на землю в виде сухих осадков или с дождём. Осадочные циклы имеют общую направленность «вниз».

Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот сера может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом биофильных компонентов. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передаётся по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.

Наибольшее значение имеет в биосфере круговорот фосфора.

Круговорот фосфора. Фосфор – один из наиболее важных биогенных элементов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, ферментов, костной ткани, дентина. По сравнению с азотом, он встречается в относительно немногих химических формах.

В биотический круговорот фосфор поступает в процессе разрушения протоплазмы организмов и постепенно переходит в фосфаты.

Особенность биогеохимического цикла фосфора заключается в том, что, в отличие от азота и углекислого газа, резервным фондом его является не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи.

Поступление фосфорав круговорот происходит в основном:

1) в процессе эрозии фосфатных пород (в том числе гуано) и 2) вследствие минерализации продуктов жизнедеятельности и органических остатков растений и животных. Образующиеся фосфаты (PO₄3) поступают в наземные и водные экосистемы, где вновь могут потребляться растениями.

Потребляется фосфоррастениями и животными для построения белков протоплазмы и в промышленном производстве удобрений и моющих средств.

Механизмы возвращения фосфора в круговорот в природе недостаточно эффективны и не возмещают его потерь. Сейчас не происходят сколько-нибудь значительные поднятия отложений на поверхность.

Вынос фосфатов на сушу осуществляется в основном с рыбой. Но это не компенсирует их поток с суши в море. Морские птицы также участвуют в возвращении фосфора в круговорот (например, скопления гуано на побережье Перу). Однако перенос фосфора и других веществ из моря на сушу птицами сейчас происходит не столь интенсивно, как в прошлом.

Влияние деятельности человекана циркуляцию фосфора ведёт к потерям фосфора и захоронению его на дне океана, что делает цикл менее замкнутым. Так, по некоторым оценкам, с морской рыбой, вылавливаемой человеком, на сушу возвращается лишь около 60 тыс. т в год элементарного фосфора. Добывается же ежегодно около 2 млн т фосфорсодержащих пород. Большая часть этого фосфора попадает в море с моющими средствами, в производстве которых он используется, и с удобрениями, т.е. исключается из круговорота. Так, например, потери фосфора с ненарушенных облесенных водосборочных бассейнов невелики и компенсируются поступлениями с дождём и продуктами выветривания. Но ниже по течению рек, где деятельность человека активна, – иная картина. С увеличением степени освоения, т.е. с увеличением площадей, занятых сельскохозяйственными полями и городами, в водах рек резко возрастает содержание фосфора. В воде, стекающей с городских территорий, в 7 раз больше этого элемента, чем в воде реки, протекающей по местности, занятой лесом.

Кроме того, в стоке с освоенных территорий до 80 % фосфора содержится в минеральной форме, т.е. в виде фосфатов, а в стоке с территорий, занятых естественной растительностью, преобладают органические соединения фосфора. Однако смыв фосфорных удобрений с полей не столько велик, как азотных, так как в воде фосфаты малорастворимы, а в щелочной среде – практически нерастворимы, и поэтому задерживаются почвенными частичками. А усвоение их растениями сильно зависит от кислотности почвенного раствора и растворимости образующихся соединений.

Исследования показали, что в наземных экосистемах большая часть фосфора находится в связанной форме и недоступна для растений. Отсюда можно сделать очень важный для практики вывод: избыток удобрений может оказаться столь же невыгодным, как и их недостаток. Если в почву вносится больше вещества, чем могут использовать в данный момент организмы, избыток его быстро связывается почвой и отложениями, становясь недоступным именно в тот период, когда он наиболее необходим организмам. Многие полагают, что если на площадь их сада следует внести 1 кг удобрений, то 2 кг принесут в два раза больше пользы. Но субсидии превращаются в источник стресса, если применять их в избытке.

Основные потери фосфора из круговорота происходят при сбросе промышленных, городских и сельскохозяйственных сточных вод в водоёмы; при применении избыточных количеств фосфорных удобрений и фосфорсодержащих моющих средств. Правда, производство последних в некоторых странах уже запрещено. При этом серьёзные опасения вызывает также «цветение» воды вследствие «удобрения» её избыточным количеством фосфатов.

Следствием этих процессов из-за массового развития и отмирания водорослей является вторичное загрязнение воды и захоронение фосфора с остатками водорослей. В конечном счёте, если мы хотим предотвратить угрозу голода, придётся серьёзно заниматься возвращением фосфора в круговорот.

Уповать на геологические подъёмы отложений в некоторых районах Земли, которые вернут на сушу «потерянные фосфаты», вряд ли возможно. Разумнее искать другие пути предотвращения потерь фосфора и прежде всего сократить его сброс в водные объекты. Следует активнее использовать сточные воды для орошения наземной растительности, которая аккумулируется в водно-болотистые угодья, вместо того чтобы сбрасывать в реки.

Сохранение цикличности круговорота фосфора очень важно, потому что из всех биогенных веществ, необходимых организмам в больших количествах, фосфор – один из наименее доступных элементов на поверхности Земли. Фосфор и теперь часто лимитирует первичную продукцию экосистем, а в будущем его лимитирующее значение может резко возрасти, что грозит снижением пищевых ресурсов планеты.

⇐ Предыдущая 1 23