К круговороту основных биогенных элементов, имеющих газовую фазу, примыкают так называемые осадочные круговороты, из которых важнейшим является круговорот фосфора.
Минеральный фосфор – редкий элемент в биосфере. В земной коре его содержание не превышает 1%. Основными источниками неорганического фосфора являются продукты извержения и осадочные породы. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию процессами выщелачивания и растворения в континентальных водах. На суше неорганический фосфор поглощается растениями и переводится в состав живого вещества растений, а также потребляющих растения животных. Затем органические фосфаты вместе с трупами, отходами и экскрементами животных возвращаются в почву, подвергаются переработке микроорганизмами и снова включаются в круговорот.
В водоемы фосфор приносится сточными водами в виде фосфатов. Если на суше круговорот фосфора происходит в оптимальных условиях с минимумом потерь, то в водоемах дело обстоит далеко не так. Это связано с осаждением отмерших организмов на дне водоема и накапливанием их в донных отложениях. Разложение органических соединений вблизи дна происходит замедленно вследствие недостаточного притока кислорода. Минерализованный фосфор образует нерастворимый комплекс с трехвалентным железом и прочно удерживается в осадке, являясь недоступным для усвоения водными организмами. Во многих водоемах возврат фосфора из донных отложений в верхние слои водоема происходит в основном при сезонном перемешивании вод. В мелких водоемах важную роль в поддержании круговорота фосфора играет анаэробный (бескислородный) возврат фосфора. При этом вследствие полного потребления кислорода разлагающимися органическими соединениями в придонном слое воды создаются восстановительные условия, при которых железо переходит из нерастворимой трехвалентной формы в растворимую двухвалентную форму с одновременным высвобождением растворимых фосфатов. Фосфаты возвращаются в верхние слои воды с пузырьками газов (метана, сероводорода) и при перемешивании вод. Анаэробный возврат фосфора в верхние слои воды в летнее жаркое время нередко бывает причиной «цветения» водоемов.
Ежегодный вынос фосфора в мировой океан оценивается величиной 1,4∙107 т, обратный перенос фосфора из океана на сушу птицами и с продуктами рыбного промысла составляет значительно меньшую величину – 105 т в год. Количество искусственно вносимых фосфатных удобрений в наземные агроценозы равно 7∙107 т в год, причем заметная доля удобрений смывается с полей в водоемы. Таким образом, возврат фосфора на сушу неспособен компенсировать потери этого элемента в результате его осаждения в глубинах океанов.
Так как на Земле запасы фосфора ограничены и круговорот его несовершенен, любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора могут привести к серьезным последствиям. Фосфор является основным фактором, ограничивающим (лимитирующим) рост растений как в водоемах, так и в наземных экосистемах.
10.5. Круговорот воды
Наряду с биологическими круговоротами в биосфере протекает и круговорот воды, источником которого служит излучение Солнца. В этом круговороте активно участвуют и живые организмы. Особенно велика роль транспирирующих растений, на создание единицы продукции которых требуется в сотни раз больше транспирируемой влаги.
В пределах ландшафтов круговорот воды заключается в испарении ее с поверхности почвы, водоемов и растений, в образовании облаков и выпадении осадков. В пределах всей планеты этот круговорот выражается в водообмене «океаны – материки». Вода, испаряющаяся с поверхности океана, переносится ветрами на материки, выпадает над ними и с речными и подземными стоками вновь возвращается в океан. Круговорот воды обусловлен механической работой в биосфере, тогда как биологический круговорот обусловлен в основном химическими процессами, которые сопровождаются превращением химической энергии. Та работа, которая совершается на Земле водами, – выветривание, растворение и т.п. – производится или при участии живых организмов, или благодаря продуктам их жизнедеятельности. Перемещение воды осуществляют в биосфере процессы эрозии, транспорта, перераспределения, осаждения и накопления механических и химических осадков на суше и в океане.
Солнечная энергия вызывает также планетарные перемещения воздушных масс в результате их неравномерного нагревания. Возникают грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят ритмический сезонный характер.
Таким образом, все эти планетарные процессы на Земле тесно переплетены и образуют общий глобальный круговорот вещества, перераспределяющий энергию, поступающую от Солнца.