Наука і техніка

Фосфор необхідний живим організмам у досить великій кількості, що відповідає приблизно 0,1 необхідної кількості азоту, оскільки він представляє собою один з головних компонентів нуклеїнових кислот, клітинних мембран, систем перенесення енергія, кісткової тканини та дентину. Фосфор має важливе значення ще й з ряду інших причин. Вважають, що нестача фосфору обмежує продуктивність рослин в багатьох водних місцезростань і що надходження фосфору в річки і озера зі стічними водами і з поверхневим стоком з удобрює полів стимулює підвищення продуктивності водних місцезростань до небажаного рівня. Крім того, вивчення кругообігу фосфору полегшується тим, що екологи можуть без праці вимірювати його концентрації в екосистемі і стежити за його переміщенням, використовуючи один з його ізотопів як радіоактивної мітки.

Кругообіг фосфору - приклад досить простого за структурою осадового циклу. Фосфор циркулює, поступово переходячи з органічних сполук у фосфати, які знову можуть використовуватися рослинами. Рослини асимілюють фосфор у вигляді фосфат-іона (PO43-) безпосередньо з грунту або води; у тварин міститься в їжі надлишковий органічний фосфор виводиться з організму з сечею у вигляді фосфатів; деякі групи бактерій аналогічним чином перетворюють міститься в детрит органічний фосфор у фосфат.

Незважаючи на відносну простоту кругообігу фосфору, на доступність цього елементу для рослин впливає багато факторів середовища. При великій кількості розчиненого кисню фосфор легко утворює нерозчинні сполуки, які осідають, тим самим вилучаючи фосфор з фонду доступних біогенних елементів. При тривалому збереженні таких умов накопичується осадовий фосфор і в кінцевому рахунку утворюються фосфатні породи, звідки фосфор повертається в активні фонди екосистеми дуже повільно. Кислотність також впливає на доступність фосфору для рослин; фосфати натрію і кальцію щодо погано розчинні у воді. У лужному середовищі фосфат-іони (PO43-) легко з'єднуються з натрієм або кальцієм, утворюючи нерозчинні з'єднання. Але в кислому середовищі фосфат перетворюється в добре розчинну фосфорну кислоту. При проміжних рівнях кислотності фосфат-іон утворює сполуки, що володіють проміжною розчинністю, як це показано на схемі 1:

Схема 1.

У лабораторних умовах кисле середовище підвищує розчинність фосфатів; в умовах екосистеми висока кислотність знижує доступність фосфору внаслідок його реакцій з іншими мінеральними речовинами. У кислих середовищах алюміній, залізо і марганець стають розчинними і реакційно-здатними і утворюють хімічні комплекси, що зв'язують фосфор і вилучають його таким чином з активного фонду біогенних елементів; саме так відбувається вилучення фосфору з грунту в торф'яних болотах і в холодних вологих областях, що обумовлює низьку продуктивність цих місцезростань. Фосфор найбільш легкодоступний у вузькому діапазоні кислотності, в слабокислою середовищі.

Фосфор надходить в атмосферу в єдиній формі - у вигляді пилу. Тому в круговорот фосфору в екосистемі залучені тільки грунт і вода. Резервуаром фосфору служить не атмосфера, а гірські породи та інші відклади, що утворилися в минулі геологічні епохи. Порода ці поступово піддаються ерозії, вивільняючи фосфати в екосистеми, але велика кількість фосфатів потрапляє в море, отлагаясь частково в мілководних опадах, а частково гублячись у глибоководних відкладах. Механізми повернення фосфору в круговерть, мабуть, не досить ефективні і не відшкодовують втрат. У деяких районах земної кулі зараз не відбувається скільки-небудь значного підняття відкладень, а перенесення на сушу риби не компенсує потік фосфору з суші на море. Минулого морські птахи, мабуть, відігравали важливу роль у поверненні фосфору в круговерть. Це перенесення фосфору та інших речовин з моря на сушу продовжується і зараз, але, мабуть, не так інтенсивно, як у минулому.

На жаль, діяльність людини веде до посиленої втрати фосфору, що робить його кругообіг менш замкнутим. Хоча людина виловлює багато морської риби, вважають, що в рік цим способом на сушу повертається 60000 т елементарного фосфору. Видобувається ж на добрива щорічно 1-2 млн.т. фосфоровмісних порід; більша частина цього фосфору змивається і вимикається з колообігу.

Екологи приділяють велику увагу круговороту фосфору, вважаючи, що його важливість сильно зросте в майбутньому, так як з усіх макроелементів, тобто елементів, необхідних для всього живого у великих кількостях, фосфор - один з найрідкісніших в сенсі його відносного великої кількості в доступних резервуарах на поверхні Землі.