Биогеохимический цикл фосфора.

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

В обменный фонд фосфор поступает двумя путями. Во-первых, за счет первичной экскреции консументов и, во-вторых, в процессе разрушения мертвого органического вещества фосфатредуцирующими бактериями, которые переводят фосфор из органической формы в растворимые фосфаты: РО₄^3-, НРО₄^2- и Н₂РО^1-. Таким образом, редуценты переводят фосфор из органической формы в неорганическую, не окисляя его.

Резервным фондом является не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. В связи с этим циркуляция фосфора легко нарушается, так как основная масса вещества сосредоточена в малоактивном и малоподвижном резервном фонде, захороненном в земной коре.

Несовершенство биогеохимического цикла фосфора состоит в том, что доступность этого элемента ограничена из-за утечек в глубокие осадки.

Биогеохимический цикл серы.

Для серы характерен обширный резервный фонд в земной коре и меньший — в атмосфере и гидросфере.

Основной источник серы, поступающий в обменный фонд, и доступный организмам, — всевозможные сульфаты. Хорошая растворимость в воде многих сульфатов облегчает доступ неорганической серы в экосистемы.

Поглощенные сульфаты растения восстанавливают и вырабатывают серосодержащие аминокислоты (метионин, цистеин, цистин), которые играют важную роль при формировании третичной структуры белков, образуя дисульфидные мостики между различными участками полипептидной цепи.

Органические остатки животных и растений минерализуются, и входящая в их состав восстановленная сера при аэробном разложении окисляется ферментативным путем различными группами хемотрофных микроорганизмов. Подобные процессы осуществляются и в водоемах.

Из сульфопротеинов, содержащихся в почве, гетеротрофные бактерии вырабатывают сероводород. С другой стороны, существуют различные группы хемотрофных бактерий, способных опять окислять сероводород до сульфатов, что вновь увеличивает запас серы, доступной продуцентам. Подобные бактерии не нуждаются в свете. Например, хемотрофные бактерии Thiobacillius .

Последняя фаза круговорота серы полностью осадочная. Она заключается в выпадении в осадок этого элемента в анаэробных условиях в присутствии железа. Различные этапы этого процесса, особенно обратимые, в дальнейшем позволяют использовать запасы осадочных пород. Таким образом, процесс заканчивается медленным и постепенным накоплением серы в глубоко лежащих осадочных породах.

В результате такой слаженности обменного и резервного фондов сера не является лимитирующим фактором.

Биохимический цикл углерода.

Углерод — основной строительный материал молекул важных для жизни органических соединений (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.).

Этот биоэлемент участвует в цикле с небольшим, но подвижным резервным фондом в атмосфере, откуда растения получают его в форме диоксида углерода.

В обменный фонд углерод поступает в виде атмосферного и растворенного в воде диоксида углерода.

Движение углерода по цепям питания экосистемы тесно связано с переносом энергии. В почве очень часто цикл углерода замедляется. Органические вещества минерализуются не полностью, а трансформируются в сложный комплекс производных органических кислот, образующих массу темного цвета, так называемый гумус.

При любых условиях органический комплекс не может быть полностью минерализован аэробным путем и поэтому накапливается в различных осадочных породах. Тогда наблюдается стагнация, или блокирование, круговорота углерода — примером тому служат накопления угля, нефти и других углеводородных ископаемых.

Сейчас запасы углерода в атмосфере в виде С0₂ относительно невелики. Благодаря буферной системе карбонатного цикла моря круговорот углерода приобретает устойчивость, но он все-таки уязвим из-за небольшого объема резервного фонда.

В круговоротах участвуют не только биогенные элементы, но и многие загрязняющие вещества. Некоторые из них не только циркулируют в окружающей среде, но и имеют тенденцию накапливаться в организмах.

В таких случаях концентрация какого-либо загрязняющего вещества, обнаруженного в организмах, нарастает по мере прохождения его вверх по пищевой цепи, так как организмы быстрее поглощают загрязняющие вещества, чем выделяют их.

Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. Так, например, при добыче минеральных удобрений происходит загрязнение воды и воздушной среды. Попадая в воду, фосфор и азотистые высокотоксичные соединения вызывают эвтрофикацию.

Иными словами, круговорот становится не циклическим, а ациклическим. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности, направлена на то, чтобы ациклические биогеохимические процессы превратить в циклические.