Круговорот фосфора

Экология СПРАВОЧНИК

Круговорот фосфора

Круговорот фосфора представлен на рисунке 14.[ …]

Круговорот фосфора связан с обменом веществ в растениях и животных наземных и морских экосистем.[ …]

Круговорот фосфора (рис. 3.8). Фосфор, как и азот, относится к лимитирующим биогенам. Но в отличие от циклов углерода, кислорода и азота цикл фосфора в биосфере существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках.

Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений качественно недостаточна.

Примерно такие же отношения наблюдаются в глобальном круговороте серы и других минеральных элементов, природные резервы которых велики, но относительно мало доступны для биоты.[ …]

Круговорот фосфора. Круговорот фосфора в биосфере связан с процессами обмена веществ в растениях и животных. Этот важный и необхдимый элемент протоплазмы, содержащийся в наземных растениях и водорослях 0,01—0,1%, животных от 0,1% до нескольких процентов, циркулирует, постепенно переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями (рис. 12.26).[ …]

Фосфор — один из главных органогенных элементов. Его органические соединения играют важную роль в процессах жизнедеятельности всех растений и животных, входят в состав нуклеиновых кислот, сложных белков, фосфолипидов мембран, служат основой биоэнергетических процессов.

Фосфор концентрируется живым веществом, где его содержание в 10 раз больше, чем в земной коре. На поверхности суши протекает интенсивный круговорот фосфора в системе «почва—растения—животные—почва».

В связи с тем что минеральные соединения фосфора труднорастворимы и содержащийся в них элемент почти недоступен растениям, последние преимущественно используют его легкорастворимые формы, образующиеся при разложении органических остатков. Круговорот фосфора происходит и в системе «суша—Мировой океан».

Тут его основой является вынос фосфатов с речным стоком, взаимодействие их с кальцием, образование фосфоритов, залежи которых со временем выходят на поверхность и снова включаются в миграционные процессы.[ …]

Круговорот фосфора. Фосфор – один из наиболее важных биогенных компонентов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем аккумуляции и переноса энергии, костной ткани и дентина. Круговорот фосфора всецело связан с деятельностью организмов.[ …]

Круговорот фосфора. Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор включается в результате процессов выветривания горных пород.[ …]

Фосфор, единственным источником которого служит литосфера, относится к веществам с высоким коэффициентом биологического поглощения. Он присутствует в клеточном материале в составе многих соединений: фосфатных групп, входящих в структуру нуклеиновых кислот, фосфолипидов, макроэргичес-ких соединений (АТФ), участвующих в энергетических и анаболических процессах.

Фосфор ассимилируется из среды в ходе фотосинтеза, хемосинтеза, разложения органических остатков. Способность запасать этот элемент в клетке обусловливает определенную независимость водорослей от его содержания в среде (Sommer, 1985; Harris, 1986).

С геохимическими процессами в бассейне связано поступление фосфора в поверхностные воды, которые наряду с промышленными и бытовыми стоками являются источником его поступления в водоемы (Коплан-Дикс, Алексеев, 1988; Harris, 1986). Круговорот фосфора в природе носит однонаправленный характер: он не возвращается в исходную фазу (как азот – в газообразное состояние).

У исследователей нет единого мнения в отношении форм существования фосфора в водоеме. Разными методами выделяют до восьми взаимосвязанных между собой фракций, формирующих его общий фонд. В наиболее общем виде они могут трактоваться как растворенный и взвешенный фосфор, формирующие его общий фонд (Элементы круговорота…, 1987).

Основная масса общего фосфора в водоеме существует в виде взвешенной фракции. Растворенный неорганический фосфор, содержащийся в меньших количествах, характеризуется высокой (от нескольких минут) скоростью оборачиваемости (Harris, 1986).[ …]

Фосфор, единственным источником которого служит литосфера, относится к веществам с высоким коэффициентом биологического поглощения. Он присутствует в клеточном материале в составе многих соединений: фосфатных групп, входящих в структуру нуклеиновых кислот, фосфолипидов, макроэргичес-ких соединений (АТФ), участвующих в энергетических и анаболических процессах.

Фосфор ассимилируется из среды в ходе фотосинтеза, хемосинтеза, разложения органических остатков. Способность запасать этот элемент в клетке обусловливает определенную независимость водорослей от его содержания в среде (Sommer, 1985; Harris, 1986).

С геохимическими процессами в бассейне связано поступление фосфора в поверхностные воды, которые наряду с промышленными и бытовыми стоками являются источником его поступления в водоемы (Коплан-Дикс, Алексеев, 1988; Harris, 1986). Круговорот фосфора в природе носит однонаправленный характер: он не возвращается в исходную фазу (как азот – в газообразное состояние).

У исследователей нет единого мнения в отношении форм существования фосфора в водоеме. Разными методами выделяют до восьми взаимосвязанных между собой фракций, формирующих его общий фонд. В наиболее общем виде они могут трактоваться как растворенный и взвешенный фосфор, формирующие его общий фонд (Элементы круговорота…, 1987).

Основная масса общего фосфора в водоеме существует в виде взвешенной фракции. Растворенный неорганический фосфор, содержащийся в меньших количествах, характеризуется высокой (от нескольких минут) скоростью оборачиваемости (Harris, 1986).[ …]

Общий круговорот фосфора можно разделить на две части — водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка — морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.[ …]

Круговорот фосфора
Круговорот фосфора.
Круговорот фосфора

Круговорот фосфора. Фосфор — элемент, относительно редкий по сравнению с азотом. Отношение P.N в природных водах составляет примерно 1 : 23 (Hutchinson, 1944). Химическую эрозию в США оценивают величиной 34 т на 1 км2 в год.

После возделывания целинных земель Среднего Запада на протяжении 50 лет содержание в них Р2О5 уменьшилось на 36% (Clarke, 1924).

Как видно из схемы, возвращение фосфора в почву не компенсировало его потерь, связанных с отложением фосфатов в глубоководных осадках.[ …]

Круговорот фосфора с учетом интенсификации земледелия и эксплуатации других биологических ресурсов
Круговорот фосфора.в биосфере (по П. Дювиньо, М. Тангу, 1973; с изменениями)
Круговорот фосфора

В озерном круговороте фосфора зообентос играет заметную роль (Курашов, 1994).

Поскольку выделяемый минеральный фосфор является одним из конечных продуктов метаболизма водных животных, скорость его выделения можно оценить по скорости энергетического обмена (Гутельмахер, 1988).

Таким образом, величина экскреции фосфора для бентических организмов рассчитывается косвенно, через затраты энергии на дыхание.[ …]

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существуют блок-морские осадки, которые замыкаются только в пределах большого геологического круговорота фосфора.[ …]

Исключительная роль фосфора, концентрация которого в озерной воде, с одной стороны, является основным фактором, лимитирующим продуктивность водоема, а с другой — зависит от всех абиотических и биологических процессов как на водосборе, так и в водоеме, оправдывает представление функционирования экосистемы в моделях как циклический круговорот фосфора в водоеме.[ …]

Ранее указывали, что круговорот фосфора является односторонней системой с движением из суши в воду и в осадок, однако вследствие вмешательства человека и резкого возрастания сброса фосфорсодержащих отходов осадок в определенных районах может оказаться насыщенным, и конечным приемником станет вода.

С увеличением производства и применения удобрений круговорот фосфора ускоряется, и многие водные системы быстро становятся пересыщенными этим питательным веществом. Сейчас еще невозможно предвидеть общий результат этого процесса в мировом масштабе, так как существует много неизвестных факторов.

Но поскольку случаи эвтрофикации, вызванной избытком фосфатов, известны, пессимистические прогнозы могут быть оправданы.[ …]

Вместе с азотом наличие фосфора в системе удовлетворяет ос-новые потребности в питательных веществах. Круговорот фосфора проще, чем круговорот азота; он ограничен лишь землей и водой, поэтому его циркуляция зависит от запасов фосфора в горных породах и в осадках.

Водная система представляет собой конечный пункт его движения, которое, таким образом, является односторонним из земли в воду. При этом можно ожидать, что фосфора как питательного вещества может не хватить и он станет лимитировать или определять развитие питательной среды.

[ …]
Малый биотический круговорот фосфора

Для иллюстрации принципа круговорота достаточно трех примеров. Круговороты серы и азота иллюстрируют ключевую роль микроорганизмов, а также роль нарушений, связанных с промышленным загрязнением воздуха.[ …]

Структурная схема круговорота фосфора

Внутреннее регулирование круговорота фосфора чрезвычайно существенно для функционирования экосистем, поскольку поступление фосфора извне д теко не обеспечивает потребностей экосистем. Они преимущественно ограничиваются мощным слоем «корни — подстилка», а поступление фосфора в нижележащие почвенные горизонты минимально.[ …]

Рассмотрим малый биотический круговорот фосфора (рис. 4).[ …]

Таков в общих чертах биогенный круговорот фосфора. Общий (большой) круговорот более сложен (рис. 3.4). Основной фонд фосфора, в отличие от азота и углерода, сосредоточен в горных породах (включая вулканический апатит), подвергающихся эрозии.

В процессе эрозии образуются растворимые фосфаты, которые частью локализуются в почве, а частью выщелачиваются и сносятся в воду, где отлагаются в мелководных и глубоководных осадках.

Возврат фосфора в почву или в поверхностные воды происходит различными путями, например за счет подъема океанических глубинных вод (апвеллинга). В пищевых цепях водных экосистем фосфор переходит от фитопланктона к рыбам, а далее – к морским птицам, возвращающим его на сушу.

Последний перенос привел, в частности, к огромным скоплениям экскрементов птиц (гуано). В атмосфере фосфор практически отсутствует, если не считать кратковременно присутствующих пылевидных форм, и поэтому перенос происходит только в системе почва — вода.[ …]

Для поддержания интенсивности круговорота азота при современном земледелии (так же, как круговорота фосфора и прочих биогенов) возникающий недостаток азота в почве искусственно компенсируется внесением синтетических минеральных удобрений, произведенных на азотнотуковых (от русск. туки — удобрения) комбинатах. Для удобрения полей естественным путем в сельском хозяйстве успешно используют азотфиксацию бобовыми растениями. Для этого поля периодически засевают соответствующими культурами, а затем их запахивают в почву.[ …]

Гусаков БЛ. Критическая концентрация фосфора в озерном притоке и ее связь с трофическим уровнем водоема // Элементы круговорота фосфора в водоемах. Л.: Наука, 1987.[ …]

Важнейшей формой влияния человека на круговорот фосфора является производство и использование фосфорных удобрений и детергентов (синтетических моющих средств). Искусственное внесение фосфатных удобрений для обеспечения роста растений составляет около 7 • 107 т/год, что сопоставимо с естественным его вымыванием в океан.

Избыток фосфорных удобрений вымывается в водоемы и исключается из круговорота. Правда, значительная часть фосфора возвращается на сушу в результате вылова рыбы, часть которого идет на удобрения, и с экскрементами птиц (гуано). Но оставшейся части фосфора вполне достаточно для нарушения естественного баланса веществ в водоеме.

Избыток фосфора в водоемах приводит к сильному росту сине-зеленых водорослей, которые вырабатывают большое количество токсинов. Как следствие этого, уменьшается количество растворенного в воде кислорода, нарушается нормальная жизнедеятельность водоема, происходит его заболачивание, гибнут птицы и животные, живущие в нем рыбы.

[ …]

Прежде всего отметим, что новая модель построена как модель круговорота фосфора в процессе биохимических превращений, поскольку, по мнению специалистов, основным лимитирующим элементом в экосистеме Ладожского озера на протяжении последних десятков лет являлся только фосфор (Ладожское озеро…, 1992). Такой подход экономит число параметров модели.[ …]

Нельзя не отметить, что роль планктонных животных в регенерации фосфора гораздо больше. Зоопланктоном выделяется 2940 т фосфора за год, регенерация его из органического вещества бакте-риопланктоном составляет 1725 тыс. т в год (Ладожское озеро…, 1992).

Тем не менее роль зообентоса заметна и учет зообентоса при моделировании круговорота фосфора в экосистеме водоема позволит уточнить описание процессов обмена веществом в экосистеме озера.

Кроме того, распределение биомассы зообентоса является необходимой информацией для модели ихтиоценоза, учитывающей пространственное распределение корма для рыб, в том числе рыб-бентофагов.[ …]

Вместе с промышленными и бытовыми сточными водами техногенные соединения фосфора могут поступать в почвы и почвенно-грунтовые воды.

Особенности миграции и аккумуляции фосфора в биосфере заключаются в практически полном отсутствии газообразных соединений в биокруговороте, тогда как обязательными элементами биокруговорота углерода, азота, серы являются газообразные соединения.

Круговорот фосфора представляется простым, незамкнутым циклом. Фосфор присутствует в наземных экосистемах в качестве важнейшей части цитоплазмы; затем органические соединения фосфора минерализуются в фосфаты, которые вновь потребляют корни растений.

В процессе разрушения горных пород соединения фосфора поступают в наземные экосистемы; значительная часть фосфатов вовлекается в круговорот воды, выщелачивается и поступает в воды морей, океанов. Здесь соединения фосфора включаются в пищевые цепи морских экосистем.[ …]

Л.: Наука, 1988.[ …]

Учитывая, что единственным биогеном, лимитирующим развитие биоты в экосистеме Ладожского озера, является фосфор, авторы построили остальные модели, ради ограничения числа переменных, как модели круговорота фосфора.

В базовой модели комплекса в качестве переменных использованы три группы фитопланктона, зоопланктон, детрит, растворенное органическое вещество, растворенный минеральный фосфор и растворенный кислород.

Кроме базовой модели в комплекс входят: модель, в которой зоопланктон представлен обобщенными биомассами мирного (фильтрующего) зоопланктона и хищного зоопланктона; модель, содержащая подмодель зообентоса; модель, в которой фитопланктон представлен в виде совокупности девяти экологических групп, названных по входящим в них доминирующим комплексам.

Последняя модель создана для воспроизведения сукцессии фитопланктона в процессе антропогенного эвтрофирования озера. Здесь сукцессия — это закономерное изменение состава доминирующих комплексов фитопланктона под влиянием тех или иных воздействий на экосистему (например, изменение с годами биогенной нагрузки, возникновение заметных тенденций изменения климата, рост загрязнений и т.

д.). Важность определения состава доминирующих групп фитопланктона для оценки качества воды в озере мы уже отмечали. Без воспроизведения сукцессии, перестройки фитопланктонного сообщества, как справедливо отмечает В. В. Меншуткин (1993) в монографии «Имитационное моделирование водных экологических систем», картина эвтрофирования Ладожского озера не может быть полной.[ …]

В отличие от углерода, кислорода и азота, мобильные ресурсы которых равномерно распределены по всей планете, фосфор менее доступен для биотического круговорота, так как источниками этого элемента служат локально расположенные минеральные отложения слаборастворимых фосфатов кальция — апатитов и фосфоритов. В результате эрозии и медленного химического превращения в растворимые формы фосфаты попадают в почву и в биотический цикл. Круговорот фосфора существенно разомкнут, так как значительная часть мигрирующих фосфатов оказывается иммобилизованной в донных отложениях. Эрозия возделываемых почв сильно ускоряет этот процесс. Минеральные удобрения намного увеличили пул мобильного фосфора в биосфере, но общий положительный эффект их использования намного ослабляется негативными экологическими последствиями.[ …]

Следует отметить также, что данная модель, как показывают результаты моделирования, более адекватна реальности, чем другие модели авторов.

Новая модель более точно воспроизводит круговорот фосфора в экосистеме водоема.

С ее помощью можно пополнить информацию о пространственном распределении всех субстанций, учитываемых в модели, особенно для тех периодов, когда эта информация отсутствует.[ …]

Дискуссия об определяющем факторе, вызывающем эвтрофи нацию в различных водных системах, основана на предположениях. Определяющая роль углерода предположительно основана на том, что круговорот фосфора в гидросфере достаточно эффективен и осадок является вместилищем огромных запасов фосфора.

При этом в конечном счете весь фосфор становится доступным для усвоения и увеличение или уменьшение его концентрации не влияет на рост водорослей. Имеется и другая точка зрения на природу фосфора, основанная на том, что круговорот фосфора недостаточно эффективен.

Придонный осадок представляет собой лишь место захоронения, а не источник фосфора, и рост водорослей прямо связан с содержанием фосфатов в воде.[ …]

Для понимания роли зоопланктона в экосистемных процессах чрезвычайно важны также количественные представления о скорости минерализации планктонными животными органического вещества и регенерации биогенных элементов, особенно фосфора.

По расчетам, скорость экскреции фосфора планктонными ракообразными весной составляла от 108 мкг Р/м2 • сут (прибрежная зона) до 204 мкг Р/м2 • сут (профундальная зона).

Осенью экскреция фосфора рачковым планктоном была близкой к весенней, но в глубоководных зонах (830—1538 мкг Р/м2 -сут) значительно выше, чем в мелководных (107—217 мкг Р/м2-сут). Выполненные в июле 1987 г. по той же методике расчеты (Т. С. Смирнова: Отчет Института озероведения РАН за 1988 г.

) дали суточную величину экскреции фосфора зоопланктоном (фильтраторы и хищники) от 0.3 до 315 мкг Р/м3 ■ сут. Автор ориентировочно оценил количество фосфора, возвращаемого в озерный круговорот зоопланктоном за вегетационный период, в 2.9 тыс. т.[ …]

Источник: https://ru-ecology.info/term/20175/

Круговорот фосфора в природе

Круговорот фосфора

О ЧЕМ НЕ ПИШУТ В УЧЕБНИКАХ

История «путешествий» фосфора на Земле, или, как говорят ученые-геохимики, его миграция, очень интересна и поучительна. Атомы фосфора, как и всех других элементов, постоянно участвуют в великом природном круговороте веществ.

Фосфор – относительно редкий элемент. По данным академика А.Е.Ферсмана, его весовой кларк (процентное содержание элемента в земле) равен всего 0,12%. В таблице распространенности химических элементов в земной коре он стоит на 13-м месте вслед за углеродом и хлором, перед серой. К тому же фосфор – элемент, редко накапливающийся в больших количествах, и потому его относят к числу рассеянных.

В свободном виде в природе по причине своей очень сильной окисляемости он не встречается, но входит в состав многих минералов (их насчитывается до 120) и множества органических веществ.

Большинство минералов, содержащих фосфор, являются редкими.

Наиболее важные минералы (природные фосфаты) – апатит, вивианит, а также осадочная горная порода фосфорит, состоящая из мелкокристаллического или аморфного фосфата кальция с примесью некоторых других веществ.

Несмотря на свою малую распространенность и разбросанность, фосфор, однако, имеет исключительно важное значение в жизни растительных и животных организмов. Он входит в состав большинства растительных и животных белков и протоплазмы. Фосфор – биогенный элемент. Академик Ферсман называл фосфор элементом жизни и мысли.

Источником всех фосфорных соединений в природе следует признать апатит – фосфат кальция, содержащий переменное количество фтора и хлора. В зависимости от преобладания в апатите фтора или хлора образуются минералы фторапатит Са5F(РO4)3 или хлорапатит Са5Сl(PO4)3. Они содержат от 5 до 36% P2O5.

В изверженных породах обычно всегда есть мелкие кристаллики апатита. Главнейшие его запасы находятся в зоне магмы, но он встречается и в тех местах, где изверженные породы образуют контакт с осадочными. Значительные запасы апатитов имеются в Норвегии и Бразилии. Подлинно мировое месторождение апатитов находится у нас, на Кольском полуострове, в Хибинах, где оно было открыто в 1925 г.

Под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, почвенных кислот, а также кислот, выделяемых корнями растений, апатиты постепенно подвергаются выветриванию и вовлекаются в биохимический круговорот, который в отличие от круговорота азота, углерода, кислорода и серы ограничивается лишь био-, гидро- и литосферой и не захватывает атмосферы.

Растениями фосфор поглощается только из растворенных фосфатов в виде анионов фосфорной кислоты.

Поэтому питание фосфором растений возможно лишь при наличии в почвенном растворе солей фосфорной кислоты, например Са(Н2РО4)2, СаНРО4, К2НРО4 и др. Скапливается он главным образом в продуктовых частях – семенах, плодах.

Наиболее богаты фосфором бобовые растения, а бедны им овощи. Из растений фосфор вместе с пищей попадает в организм животных и человека.

В теле человека имеется свыше 1,5 кг фосфора (1,4 кг в костях, 130 г в мышечных и 12 г в нервных тканях). Ежесуточная потребность взрослого человека в фосфоре от 1 до 1,2 г. Дети больше нуждаются в фосфоре, чем взрослые. По подсчетам ученых, с каждым куском хлеба весом 100 г человек поглощает до 1022 атомов фосфора, т.е.

такое астрономическое число, которое не только невозможно представить, но даже и выразить обычными словами. Больше всего его содержится в костях (свыше 5%). Твердость скелету придает кальциевая соль фосфорной кислоты. Очень много фосфора в зубах (в дентине – 13%, а в зубной эмали – 17%).

При недостатке фосфора у животных появляется заболевание костей.

Физиологические процессы, протекающие в животном организме, постоянно связаны с химическими превращениями фосфорсодержащих веществ (расщепление их в пищеварительных органах, синтез новых фосфорсодержащих органических соединений). Сложным изменениям подвергаются и минеральные фосфорные соединения в крови и печени.

При разложении богатых фосфором органических соединений могут образоваться газообразные и жидкие вещества. В частности, аналогично аммиаку может образоваться очень ядовитый бесцветный с чесночным запахом газ – фосфористый водород, или фосфин, РН3. Этот газ можно получить в лаборатории при кипячении белого фосфора с едким кали или при действии соляной кислотой на фосфид кальция:

Са3Р2 + 6НСl = 3СаСl2 + 2РН3.

Одновременно с фосфином при этой реакции часто образуется в небольшом количестве жидкий продукт соединения фосфора с водородом – дифосфин Р2Н4, пары которого сами собой воспламеняются при обычной температуре и поджигают газообразный фосфин.

Подобного рода процессы происходят и в природе, являясь причиной появления так называемых «блуждающих огней» на кладбищах.

Вспышки фосфина днем, конечно, не бывают видны, но ночью они вызывают суеверный страх у многих людей, которые незнакомы с научным объяснением этого явления.

Описание «блуждающих огней» дано в «Вечерах на хуторе близ Диканьки» Н.В.Гоголем в рассказе «Заколдованное место».

Жидкий дифосфин, выделяясь на болотах вместе с метаном, поджигает последний, и тогда возникает новое «чудо» – блуждающие болотные огни.

Роль подобных процессов в природе относительно незначительна. Наоборот, образование различного рода фосфатов происходит в очень больших масштабах.

Существует несколько объяснений, как могли образоваться громадные накопления фосфатов органического происхождения, поскольку причины, вызывающие этот процесс, различны.

Богатый фосфором птичий помет, известный под названием гуано, в условиях сухого климата скапливается иногда в огромных количествах. Так, например, на островах Тихого океана, в Чили и Перу имеются огромные толщи гуано (до 100 м). Гуано – одно из самых эффективных удобрений. Оно содержит до 9% азота и 3% фосфорной кислоты.

Большие скопления помета имеются и в пещерах, где обитают летучие мыши. В процессе различных химических превращений эти вещества постепенно образуют различные минералы (алюмофосфаты, монофосфаты и др.). Образование залежей подобных соединений может произойти и в результате различных геологических катастроф, приводящих к массовой гибели животного мира.

Значительным признанием пользуется так называемая биолитная гипотеза происхождения фосфоритов.

Согласно ей их залежи могли образоваться в результате массовой гибели морской фауны при встрече теплого морского течения с холодным: быстрая смена температуры оказывает одинаково гибельное влияние на животных, населяющих воды того и другого течения и не приспособившихся к быстрой смене условий. Гибель животного мира может происходить и при встрече течений с различной степенью содержания солей в их водах, например в дельтах больших рек, впадающих в моря и океаны.

В 1934 г. русский ученый А.В.Казаков опубликовал химическую гипотезу происхождения фосфоритов в морских водах. По этой гипотезе фосфаты, растворенные в морской воде, начинают осаждаться, когда из глубин моря они выносятся на его поверхность.

Происходит это вследствие уменьшения кислотности воды (в связи с удалением части углекислоты); растворимость фосфатов в этой среде уменьшается, и тогда избыток их выпадает на дно.

Так и образовались мощные залежи фосфоритов, оказывающиеся затем на суше вследствие геологических катастроф или постепенного поднятия морского дна.

Фосфоритовые залежи есть во многих странах. Наиболее известны месторождения в Северной Африке (Египет, Тунис, Алжир, Марокко), в США (Флорида). В России месторождения фосфоритов распространены на Урале, в Поволжье, Московской, Кировской, Смоленской, Брянской, Ленинградской и других областях.

В процесс круговорота фосфора, как и в природный круговорот других элементов (кислорода, азота, серы, калия, кальция, алюминия, железа и др.), энергично вмешивается человек. Фосфор нужен человеку для многих целей: большое количество его поглощает спичечная отрасль промышленности.

Лучшие сорта нержавеющей стали получаются благодаря процессу фосфатирования – покрытия тонким слоем фосфатов, стойких против атмосферной коррозии. Аналогичной обработке часто подвергаются изделия из цинка, алюминия и их сплавов. Соединения фосфора идут на изготовление многих лекарственных веществ.

Главный же потребитель фосфатов – сельское хозяйство. Со времени химика Ю.Либиха земледельцы, поняв значение фосфора для повышения урожая культурных растений, начали отыскивать природные фосфаты (апатиты, фосфориты), превращать их механическим или чаще всего химическим путем в удобрения и вносить в почву.

Надо заметить, что в 100 кг пшеницы находится около 1 кг фосфора (в виде Р2О5). Столько же фосфора содержится в 200 кг сена, 300 кг соломы, 1500 кг зеленых кормов. Можно себе представить, какие громадные количества фосфора уносятся с наших полей вместе с урожаем.

Часть его, конечно, возвращается в почву, но фосфор, например, содержащийся в продуктовых частях растений, идущих на промышленную переработку, пропадает. Не обладая бесконечными запасами фосфора, почва вследствие этого процесса постепенно истощается, что приводит к сильному снижению урожая и необходимости восполнения потери фосфора.

Культурные растения в большинстве случаев очень благоприятно отзываются на внесение в почву фосфорных удобрений в легкоусвояемой форме.

Фосфорное удобрение получается также в качестве побочного продукта при переработке богатого фосфором чугуна в сталь при томасовском процессе. Если «грушу», в которой получается сталь по методу Г.Бессемера, выстлать внутри известковой футеровкой, то известь поглотит фосфор из расплавленного чугуна. В этом и состоит сущность предложенного англичанином С.Дж.

Томасом процесса, при котором сразу достигаются две цели: получение доброкачественной стали и ценного удобрения. Последнее достигается путем размалывания поглотившей фосфор известковой футеровки. Получаемый таким путем сухой темно-серый порошок, называемый томасшлаком, содержит от 11 до 24% Р2О5 и является высокоэффективным удобрением, особенно на кислых почвах.

Главнейшие процессы, характеризующие круговорот фосфора в природе, изображены на рисунке. Лучшим объяснением этого рисунка могут служить следующие слова знаменитого русского геолога и минералога, профессора Я.В.Самойлова, которому принадлежит большая заслуга в деле изучения фосфоритов: «Фосфор наших фосфоритовых месторождений – биохимического происхождения.

Из апатита – минерала, в котором первоначально заключен почти целиком весь фосфор литосферы, элемент этот переходит в тело растений, из растений – в тело животных, которые являются истинными концентраторами фосфора. Пройдя через ряд животных тел, фосфор, наконец, выпадает из биохимического цикла и вновь возвращается в мир минеральный.

При определенных физико-географических условиях в море происходят массовая гибель животных организмов и скопление их тел на дне морском, а скопления эти приводят к образованию фосфоритовых месторождений в осадочных отложениях.

Наши фосфориты – биолиты, и если бы можно было шаг за шагом повернуть весь ход испытанных нашими фосфоритами перемещений в обратную сторону, то образцы, заполняющие наши музеи, зашевелились бы…»

Таков круговорот и значение фосфора в природе. Крайне ядовитое и реакционноспособное вещество (в одной из его аллотропных форм – белом или желтом фосфоре) в своих соединениях является существенно необходимым элементом растительной и животной жизни.

Материал подготовил П.А.КОШЕЛЬ

Источник: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200700901

Круговорот фосфора схема

Круговорот фосфора

Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов; содержание его в земной коре составляет около 0,1% (масс.). Вследствие легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не встречается.

Из природных соединений фосфора самым важным является ортофосфат кальция, который в виде минерала фосфорита иногда образует залежи. Часто встречается также минерал апатит, содержащий кроме ортофосфата кальция, еще фторид и хлорид этого металла.

Фосфор, как и азот, необходим для всех живых существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного, так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным образом в белках семян, в животных организмах – в белках молока, крови, мозговой и нервной тканей.

Кроме того, большое количество фосфора содержится в костях позвоночных животных. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, которые принимают непосредственное участие в процессах передачи наследственных свойств живой клетки.

Круговорот фосфора в природе (рис. 1) отличается от подобных схем для других элементов, поскольку он практически отсутствует в атмосфере: единственное летучее газообразное соединение фосфора – фосфин – быстро окисляется кислородом воздуха и перестает существовать в изначальной форме.

Вышеуказанные минералы фосфора нерастворимы в воде, однако в водных растворах они способны переходит в иные формы, которые хорошо усваиваются растительными организмами, а затем по пищевым цепочкам поступают к различным группам животных.

В процессе жизнедеятельности живых организмов, а также после их гибели, фосфор переходит в осадочные породы.

Кроме этого значительное количество фосфора попадает в природу вследствие сельскохозяйственной деятельности человека (в виде фосфатных удобрений).

Круговорот фосфора в природе отличается от циклов других элементов, так как газовая форма соединений фосфора (например, РН3) не участвует в биогеохимическом цикле фосфора.

Фосфор в виде фосфатных ионов (РО43-) и (НРО42-) является важным питательным элементом для растений и животных. Он входит в молекулы ДНК, несущих генетическую информацию, молекул АТФ и АДФ, запасающих необходимую для клеточного дыхания химическую энергию.

Фосфор также входит в молекулы жиров, образующих клеточные мембраны, и в состав костей и зубов животных.

Рис. 7.6. Схема круговорота фосфора

роль в цикле фосфора принадлежит живому веществу и таким процессам, как питание, размножение, передвижение. Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических органических соединений и гумуса, именно он играет главную роль в малом биологическом цикле (рис. 7.6).

В почвах и породах широко распространено явление фиксации фосфора. Фиксаторами фосфора являются гидрооксиды железа, марганца, алюминия.

Миграция фосфора возможна за счет водной и ветровой эрозии. Цикл фосфора менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение окружающей среды фосфором особенно чувствительны.

Фосфор высвобождается при медленном разрушении фосфатных руд, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений.

Часть фосфора возвращается на сушу в виде гуано – обогащенной фосфором органической массы экскрементов питающихся рыбой птиц. Фосфатные соединения плохо растворяются в воде.

Во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.

Фосфатные удобрения являются важным звеном в получении урожаев сельскохозяйственных культур. Известные ныне запасы месторождений фосфатов, апатитов ограничены и истощатся примерно через 70 лет.Избыток фосфат-ионов способствует взрывному росту синезеленых водорослей, что нарушает жизненное равновесие в водных экосистемах. Увеличивается содержание фосфора в окружающей среде больших городов.

Дата добавления: 2017-11-30; просмотров: 246; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных |

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

В корне биогенного круговорота углерода лежит неорганическое вещество – диоксид углерода. В природе СО2 входит в состав атмосферы, а также находится в растворенном виде в гидросфере.

Включение углерода в состав органического вещества происходит в процессе фотосинтеза, в результате которого на базе углекислого газа и воды образуются сахара. В дальнейшем, другие процессы биосинтеза преобразуют их в более сложные органические вещества. Данные соединения формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных.

В процессе дыхания все организмы окисляют сложные органические вещества в конечном итоге до СО2, который выводится во внешнюю среду, где может вновь вовлекаться в процесс фотосинтеза.

Углеродсодержащие органические соединения тканей живых организмов после их смерти подвергаются биологическому разрушению организмами-редуцентами, благодаря чему углерод в виде Н2СО3 вновь поступает в круговорот.

При определенных условиях разложение накапливаемых мертвых остатков в почве идет замедленным темпом через образование гумуса, минерализация которого под воздействием грибов и бактерий происходит с низкой скоростью. В некоторых случаях цепь разложения органического вещества бывает неполной.

В частности, деятельность организмов-деструкторов может подавляться недостатком кислорода или повышенной кислотностью. В этом случае органические остатки накапливаются в виде торфа, углерод не высвобождается и круговорот приостанавливается. Аналогичным образом в прошлые геологические эпохи происходило образование каменного угля и нефти.

Сжигание ископаемого топлива в настоящее время возвращает углерод, выключенный ранее из круговорота, в атмосферу. В гидросфере приостановка круговорота углерода связана с включением СО2 в состав СаСО3 в виде известняков. В этом случае углерод выключается из круговорота на целые геологические эпохи до поднятия органогенных пород над уровнем моря.

Тогда круговорот возобновляется через выщелачивание известняков атмосферными осадками, а также биогенным путем под воздействием лишайников, корней растений. Схемы круговорота углерода вы найдёте в этой статье.

Источник: https://magictemple.ru/krugovorot-fosfora-shema/

Book for ucheba
Добавить комментарий