Круговорот фосфора в биосфере

     МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

     Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

     Севастопольский экономико-гуманитарный институт

     Кафедра туризма 
 
 
 
 

     КРУГОВОРОТ  ФОСФОРА В БИОСФЕРЕ

     РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭКОЛОГИЯ» 
 
 
 
 

     Выполнила:

     студентка 1 курса ДО

     специальности «Туризм»

     Ромашко Н. В. 

     Проверила:

     к.г.н., доцент

     Агаркова-Лях  И. В. 
 
 
 
 

       Севастополь - 2009

     2

     Содержание 

Введение………………………………………………………………………………..3

Глава 1. Общая  характеристика фосфора. Содержание фосфора  в земной коре….4

Глава 2. Отличие  круговорота фосфора от круговорота  углерода…………………8

Глава 3. Круговорот фосфора в биосфере……………………………………………9

Глава 4. Запасы и сырье для получения фосфора…………………………………..14

Глава 5. Значение фосфора. Деятельность человека……………………………….16

Выводы………………………………………………………………………………...17

Список использованных источников………………………………………………..18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3

     Введение

     Круговорот  фосфора в биосфере остается по-прежнему актуальной для обсуждения темой. Живя на планете Земля, и являясь не посредственными свидетелями различных круговоротов, явлений природы и т.д. , нас не может не интересовать процесс, причины, ход и последствия всех этих явлений. Вопрос о распространенности фосфора в природе и в частности о его содержании в живых организмах привлек внимание ученых еще в начале XVIII века.

     Цель  данной работы – раскрыть сущность круговорота фосфора в биосфере, понять его причины, результаты, оценить, насколько велика его значимость и необходимость для окружающей среды и развития жизни на земле.

     Для достижения данной цели необходимо поставить  перед собой и, разумеется, выполнить  следующие задачи:

1. В  общих чертах охарактеризовать  фосфор как химический элемент,  изучить количественное содержание  фосфора в земной коре, рассмотреть  источники фосфора в биосфере

2. Сравнить  представления разных ученых  и исследователей о круговороте  фосфора в биосфере, используя  при этом иллюстрации, схемы  и графические ресурсы

3. Понять  отличие круговорота фосфора  от других круговоротов веществ  в природе, в частности, отличие  от круговорота углерода в  биосфере

4. Подробно  рассмотреть сам круговорот фосфора  в биосфере, этапы его прохождения  в различных экосистемах

5. Оценить  значение круговорота и результаты  антропогенных влияний на него, то есть результаты человеческой  деятельности.

     Основная  задача – систематизировать собранную  и изученную информацию для получения  верного представления о круговороте  фосфора в биосфере, его процессе и значении. 
 

     4

     Глава 1. Общая характеристика фосфора. Содержание фосфора в земной коре 

     Фосфор  один из достаточно широко распространенных химических элементов, входящих в состав различных, в том числе и породообразующих минералов, формирующих ряд горных пород. В процессе выветривания этих пород в значительных количествах  фосфор поступает в биогеоценозы, а также за счет выщелачивания  атмосферными осадками и в конечном счете накапливается в гидросфере. Во всех случаях фосфор оказывается  в пищевых системах, но его подготовка не является простой. Фосфор же необходим  организмам для построения генов  и молекул соединений, переносящих энергию внутри клеток.

     В минералах фосфор содержится в форме  неорганического фосфата-иона (РО³₄). Фосфаты обладают растворимостью, но не образуют газообразных форм, т. е. нелетучие. [1, c.57] Растения способны к поглощению фосфата из водного раствора для включения их в состав различных органических соединений. В растениях фосфор выступает уже в форме так называемого органического фосфата. В этой форме он уже способен к движению по пищевым цепям и к его передаче организмам экосистем. При каждом переходе от одного трофического уровня к другому достаточное количество фосфорсодержащего соединения для получения организмом энергии подвергается окислению при клеточном дыхании. В этом случае фосфор может оказаться только в составе мочи или ее аналогов и быть выведенным за пределы организма в окружающую среду, где собственно может начать дальнейший цикл через поглощение растениями. [1, c.63] 

      Источником  фосфора биосферы является главным  образом апатит, встречающийся во всех магматических породах. В превращениях фосфора  большую роль играет живое  вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Усвоение фосфора  растениями во многом зависит от  кислотности почвы. Фосфор входит в  многочисленные соединения в организмах:

5

белки, нуклеиновые кислоты, костная ткань, лецитины, фитин и другие соединения; особенно много фосфора входит в  состав  костей. Фосфор жизненно необходим  животным в процессах обмена веществ  для накопления энергии. С гибелью  организмов фосфор возвращается в почву  и в илы морей. Он  концентрируется  в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает  условия для создания  богатых  фосфором пород, которые в свою очередь  являются источником фосфора в биогенном  цикле.

     Фосфор  является необходимым компонентом  нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), выполняющих в биосистемах функции, связанные с записью, хранением  и чтением информации о строении организма. Фосфор - достаточно редкий элемент. [2, c.34] Относительное количество фосфора, требуемое живым организмам, гораздо выше, чем относительное содержание его в тех источниках, откуда организмы черпают необходимые им элементы. То есть дефицит фосфора в большей степени ограничивает продуктивность в том или ином районе, чем дефицит любого другого вещества, за исключением воды. 
 
 

      6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1. Круговорот фосфора  в биосфере (по П. Дювиньо,

М. Тангу, 1973) [5]

     7

      Содержание  фосфора в земной коре составляет 8*10-20  %  (по  весу).  В свободном  состоянии фосфор в природе не встречается  вследствие  его  легкой окисляемости. В земной коре  он  находится  в  виде  минералов  (фторапатит, хлорапатит, вивианит и  др.), которые входят в состав  природных  фосфатов  – апатитов и  фосфоритов.  Фосфор  имеет  исключительное  значение  для  жизни животных и растений. [2, c.45]

      Так как растения уносят из почвы значительное количество  фосфора, а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений  является одним из  важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной руды. Большая ее часть  расходуется  на производство фосфатных удобрений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8

   Глава 2. Отличие круговорота  фосфора от круговорота  углерода 

     Необходимо  остановиться более подробно на различиях  в круговоротах фосфора и углерода.

     Углерод в виде диоксида углерода поступает  в виде газа в атмосферу, где свободно распространяется повсеместно воздушными потоками вплоть до нового усвоения растениями.

     Фосфор  же не образует аналогичной газовой  формы, и свободного возврата его  в экосистему нет. Жидкие же соединения фосфора поступают в водоемы, где они активно насыщают (вплоть до перенасыщения) водные экосистемы. Из водоема фосфор не может возвратиться на сушу, за исключением небольшого количества в виде помета рыбоядных  птиц, который откладывается на побережье, например залежи гуано на побережье  Перу, фосфаты откладываются на дне  водоемов. Возвращаются на сушу фосфорсодержащие горные породы вместе с процессами регрессии моря и при орогенезе. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. В естественных экосистемах так в основном и происходит. [3, c.127]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.  

     Как считает Б.Небел, фосфат и аналогичные минеральные биогены, находящиеся в почве, циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их "отходы" жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. Это характерно для всех естественных экосистем (Б.Небел, 1993). [4, c.51] 
 

     9

   Глава 3. Круговорот фосфора в биосфере 

     Фосфор  встречается лишь в немногих химических соединениях. Он циркулирует, переходя из органики в фосфаты, которые могут  затем использоваться растениями (рис.2). Особенность круговорота фосфора в том, что в нем отсутствует газообразная фаза. То есть основным резервуаром фосфора является не атмосфера, а горные породы и другие отложения, образовавшиеся в прошлые эпохи. Породы эти подвергаются эрозии, высвобождая фосфаты в экосистемы. После неоднократного потребления его организмами суши и моря фосфор в конечном итоге выводится в донные осадки. Это грозит дефицитом фосфора. В прошлом морские птицы, по-видимому, возвращали фосфор в круговорот. Сейчас основным поставщиком фосфора является человек, вылавливая большое количество морской рыбы, а также перерабатывающий донные отложения в фосфаты. Однако добыча и переработка фосфатов создает серьезные проблемы с загрязнением окружающей среды.[4, c.53]

      Минеральный фосфор - редкий элемент  в биосфере, в земной коре его  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис.2. Круговорот фосфора. Вариант № 1. 

10

содержание  не превышает 1 %, что является основным фактором, лимитирующим продуктивность многих экосистем. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Он попадает в экосистемы суши и поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения, и таким образом включается в трофические цепи. Затем органические фосфаты вместе с трупами, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где снова подвергаются воздействию микроорганизмов и превращаются в минеральные ортофосфаты, готовые к употреблению растениями и другими автотрофами. 

     В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают  океаны фосфатами, что способствует развитию фитопланктона и живых  организмов, расположенных на различных  уровнях пищевых цепей пресноводных или морских водоёмов. Во всех водных экосистемах фосфор встречается  в четырёх формах, соответственно нерастворимых или растворимых. [2, c.52] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     11

Рис. 3. Круговорот фосфора. Вариант  № 2. [5] 

     Замечено, что в водах умеренных широт в зимнее время возрастает содержание растворённых минеральных фосфатов. Максимального значения концентрация достигает весной, в то время года, когда биосфера особенно сильно в них нуждается (подобные изменения концентраций во времени касаются и растворенных в воде нитратов). Фосфор, накопленный в отложениях на мелководьях, например в иле, высвобождается, когда в зимнее время среда становится анаэробной (почти полная остановка процесса синтеза). Таким образом, естественные условия, способствующие выбыванию серы из круговорота при её восстановлении в присутствии железа, обеспечивают высвобождение фосфатов.

     Рассматривая  круговорот фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период, можно  отметить, что он полностью не замкнут. [1, c.44]

     12

     Действительно, происходит частичное поступление  фосфора из океана на сушу, которое  осуществляется главным образом  птицами, питающимися рыбой. В наземных экосистемах круговорот фосфора проходит в оптимальных естественных условиях с минимумом потерь на выщелачивание Окаменение скелетов позвоночных на суше - явление довольно редкое, и влияние его на круговорот фосфора не заслуживает внимание., то в океане дело обстоит далеко не так. Это связано с беспрестанной седиментацией органического вещества и, в частности, обогащенных фосфором трупов рыб, фрагменты которых, не использованные в пищу детритофагами и деструкторами, постоянно накапливаются на дне морей. Органический фосфор, осевший на небольшой глубине приливно - отливных и неритических зон, может быть возвращен в круговорот после минерализации, однако это не распространяется на отложения на дне глубоководных зон, которые занимают 85 % общей площади океанов. Фосфаты, отложенные на больших морских глубинах, выключаются из биосферы и не могут больше участвовать в круговороте. Конечно, как заметил Ковда (1968 г.), элементы биогеохимического осадочного круговорота не могут накапливаться до бесконечности на дне океана. Тектонические движения способствуют медленному подъему к поверхности осадочных пород, накопленных на дне геосинклиналей. Таким образом, замкнутый цикл осадочных элементов имеет продолжительность, измеряемую геологическими периодами, т.е. десятками и сотнями миллионов лет. Перуанские залежи гуано свидетельствуют о крупномасштабности этого явления в некоторых районах земного шара. Вылавливая морских животных, человек тоже участвует в этом процессе. Однако количество фосфора, ежегодно поступающее на сушу благодаря рыболовству, довольно незначительно, около 60 000 т (Hutchinson, 1957 г.), и явно уступает выносу фосфора в гидросферу при выщелачивании растворимых фосфатных удобрений, вносимых в агроэкосистемы, который достигает многих миллионов тонн в год. [5]