Круговорот серы

Круговорот серы удачно иллюстрирует связь между воздухом, водой и земной корой, так как сера активно циркулирует в каждом из этих резервуаров и между ними.

Основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в аминокислоты и, соответственно, в белки, является сульфат (SO₄^2-). Первичная продукция обеспечивает включение суль­фата в органическое вещество, а экскрекция животными служит путем возвращения сульфатов в круговорот. Обмен серы между фондом доступного сульфата и фондом сульфидов железа, находящимися глубоко в почве и в осадках, происходит благодаря процессам окисления и восстановления.

Перечислим основные черты биогеохимического круговорота серы:

1. Обширный резервный фонд в почве и отложениях, и меньший - в атмосфере.

2. Центральную роль в быстро обменивающемся фонде играют специа­лизированные микроорганизмы, между которыми существует разделение труда - каждый вид выполняет определенную реакцию окисления или восстановления:

H₂S ® S ® SO₄^2- - бесцветные, зеленые и пурпурные серо­бактерии;

SO₄^2- ® H₂S - (анаэробное восстановление сульфата) - Desulfovibrio;

H₂S ® SO₄^2- - (аэробное окисление сульфида) - тиобациллы;

органическая сера ® SO₄^2- и H₂S - аэробные и анаэробные гетеротрофные микроорганизмы соответственно.

3. Микробная регенерация сульфидов из глубоководных отложений, в результате которой вверх движется газовая фаза (Н₂S).

4. Взаимодействие геохимических и метеорологических процессов (эрозия, осадкообразование, выщелачивание, дождь, абсорбция, десорбция и т.д.) с биологическими процессами продукции и разложения.

5. Взаимодействие воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота в глобальном масштабе.

Экосистеме требуется не много серы. Она редко бывает фактором, лимитирующим рост растений и животных. Тем не менее круговорот серы является ключевым в общем процессе продукции и разложения биомассы, ибо он способен регулировать другие круговороты биогенных веществ, в частности фосфора. Когда в осадках образуются сульфиды железа, фосфор из нерастворимой переводится в растворимую форму и становит­ся доступным для организмов.

Круговорот фосфора .

Круговорот фосфора - пример достаточно простого по структуре осадочного цикла.

Экологи интенсивно изучали роль в экосистеме фосфора, который необходим живым организмам в довольно большом количестве, соответ­ствующем примерно 0,1 необходимого количества азота, поскольку он представляет собой один из главных компонентов нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии, костной ткани и дентина. Фосфор имеет важное значение еще и по ряду других причин. Считают, что недостаток фосфора ограничивает продуктивность растений во многих водных местообитаниях и что поступление фосфора в реки и озе­ра со сточными водами и с поверхностным стоком с удобряемых полей стимулирует повышение продуктивности водных местообитаний до нежела­тельного уровня. Кроме того, изучение круговорота фосфора облегчает­ся тем, что экологи могут без труда измерять его концентрации в эко­системе и следить за его перемещением, используя один из его изото­пов в качестве радиоактивной метки.

Фосфор циркулирует, постепенно переходя из органических соеди­нений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями. Растения ассимилируют фосфор в виде фосфат-иона ( PO₄^3-) непосредст­венно из почвы или воды; у животных содержащийся в пище избыточный органический фосфор выводится из организма с мочой в виде фосфатов; некоторые группы бактерий аналогичным образом превращают содержащий­ся в детрите органический фосфор в фосфат. Фосфор наиболее легкодоступен в узком диапазоне кислотности, в слабокислой среде.

Фосфор поступает в атмосферу в единственной форме - в виде пыли. Поэтому в круговорот фосфора в экосистеме вовлечены только почва и вода. Резервуаром фосфора служат горные породы и другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Породы эти постепенно подвергаются эрозии, высвобождая фосфаты в экосистемы, но большое количество фосфатов попадает в море, отлага­ясь частично в мелководных осадках, а частично теряясь в глубоковод­ных. Механизмы возвращения фосфора в круговорот, видимо, не достаточ­но эффективны и не возмещают потерь. В некоторых районах земного шара сейчас не происходит сколько-нибудь значительного поднятия отложений, а перенос на сушу рыбы не компенсирует поток фосфора с суши на море. В прошлом морские птицы, по-видимому, играли важную роль в возвращении фосфора в круговорот. Этот перенос фосфора и других веществ из моря на сушу продолжается и сейчас, но, видимо, не столь интенсивно, как в прошлом.

К сожалению, деятельность человека ведет к усиленной потере фос­фора, что делает его круговорот менее замкнутым. Хотя человек вылав­ливает много морской рыбы, полагают, что в год этим способом на сушу возвращается 60 000 т элементарного фосфора. Добывается же на удоб­рения ежегодно 1-2 млн. тонн фосфорсодержащих пород; большая часть этого фосфора смывается и выключается из круговорота.

Экологи уделяют большое внимание круговороту фосфора, считая, что его важность сильно возрастет в будущем, так как из всех макро­элементов, т.е. элементов, необходимых для всего живого в больших количествах, фосфор - один из самых редких в смысле его относитель­ного обилия в доступных резервуарах на поверхности Земли.