Основи біогеохімії

Са10 (РО4)6Х2F - = торапатит,

 

ОН - =

ідроксил-апатит,

 

С1 - =хлорапатитNa + , K + , Ag

+ , Mn 2+ , Sr 2+ ,

Mg 2+ , Zn 2+ , Cd

2+ ,  Ba 2+ , Sc 2+ , Y 2+ , Bi 3+ , U 4+ і рідкоземельні елементиС O32-, SO42-, CrO42-, AsO32-, VO43-, F .   CO32-, OH . CO32-, SiO44-

Фосфор є одним з найбільш важливих поживних елементів на Землі, приймаючи участь та (чи) контролюючи біосферні біогеохімічні процеси. Велике значення Фосфору в біосфері пов'язано з його роллю в синтезі білків.

 

Середній  вміст  Р в сухій масі живих організмів наземних екосистем складає близько 0,2 %, тоді як в океанічних  – близько 1,1 %. Значна частина запасів цього елемента зосереджена в грунтовому гумусі, в якому вміст Р в середньому дорівнює 0,15 % і який є біогеохімічним бар'єром в наземному циклі цього елемента. Загальна маса Р в біотонічній і абіотонічній матерії складає близько 9,7 . 109 т (табл. 2.26).

 

Таблиця 2.26

 

Вміст фосфору в біотичній і абіотичній матерії Землі

 

Складові біосфери Вміст, %

Суха маса наземних екосистем0,2

Суха маса океанічних екосистем1,1

Грунтова органічна маса 0,15

Найбільше сполук Фосфору знаходяться в морських водах – в рибах і тваринах.

 

Фосфат, РО43-, являє собою повністю дисоційований аніон фосфатної кислоти, Н3РО4 :

 

Константи дисоціації цих рівноважних станів фосфору для прісної і морської води наведені в таблиці 2.27.

 

Таблиця 2.27

 

Константи дисоціації (рК) фосфатної кислоти при 250С

 

Реакція Прісна вода Морська вода

 

 

Н3РО4  Н+ +

Н2РО4-

 

Н2РО4-  Н+ +

НРО42-

 

2,2 1,6

 

 

 

 

7,2 6,1

 

 

 

НРО42- Н++РО43- 12,3 8,6

 

 

Біогеохімія Сульфуру

 

Сполуки сульфуру на Землі

 

Поява Сульфуру в біосфері зв'язана з виділенням газів при остиганні Землі і вулканічною діяльністю. Навіть в сучасній атмосфері  сульфур  (IV)  оксид  (SO2)  і гідроген  сульфід  (Н2S)  є типовими  сполуками  Сульфуру,  які  виділяються  при виверженні вулканів.

 

Відомі дев'ять ізотопів Сульфуру, п'ять з яких є стабільними: 32 S - 95,0 %, 33 S - 0,76 %,34 S - 4,22 % і 36 S - 0,014 % від маси Сульфуру в земній корі.

 

Сульфур проявляє ступені окиснення від +6 в сульфатному аніоні (SO42-) до -2 в сульфіді (S-2). В природних умовах Сульфур існує в декількох станах окисності, тому окисно-відновні реакції мають для цього елемента дуже важне геохімічне і біогеохімічне значення (табл. 2.28), визначаючи знаходження Сульфуру в твердому, рідкому і газовому станах, а також в складі біоти.

 

Таблиця 2.28

 

Природні сполуки Сульфуру в біосфері Землі

 

Ступінь Форма знаходження окиснення

газова аерозольна водна грунтова мінеральна біотична

+6SO3H2SO4SO42-CaSO4CaSO4.H2O

HSO4-HSO4-MgSO4

SO42-CH3SO3-

(NH4)2SO4

Na2SO4

CH3SO3H

+4SO2SO2.H2OH2SO3-SO3 2-

SO2.H2O

HCNO.S

2 О

SO32-

+2S2O32-

0CH3SOCH3+S8

-1*RSSR*RSSRSS2-FeS2Метионін

-2H2SH2SS2-S2-CH3S(CH2)2

 

CHNH2

RSHHS-HS-HgSЦистеїн

OCSS2-MSCuS2HSCH2CH NH2COOH

CS2RS -Дицистеїн

 *R – похідні органічних сполук.

 

Сульфур в біосфері

 

В біосфері глобальний транспорт сірки здійснюється як в атмосфері, так і в гідросфері.  Формування малорозчинних сполук Сульфуру відбувається при гіпергенній трансформації малорозчинних сульфідів гірських порід в легкорозчинні сульфати. Сульфіди металів (MeS) в гіпергенній зоні піддаються гідролізу і окисленню з кінцевим формуванням сульфатної кислоти  (H2SO4)  нерозчинних  гідроксидів  феруму  (Fe3+),  мангану  (Mn4+)  та  розчинних  сульфатів  (SO42-).  В  грунтах сульфати також формуються під дією мікробів.

Сульфур є життєво необхідним елементом, оскільки є одним з ключових елементів білків. Концентрація  Сульфуру в рослинному  маслі  відносно  невелика  –  0,34  % на  суху  біомасу.  В  зв'язку  з  великим  вмістом  білків  в  тваринах  і мікроорганізмах вміст Сульфуру в них також більший. Співвідношення С:S в білках складає близько 16, у вуглеводнях – 80, в наземних рослинах – вище 200, і в тваринах – близько 70. Середній вміст сульфуру в океанічній біомасі дорівнює 1,20 % на суху вагу при співвідношенні С:S в морських рослинах близько 50.

Глобальні потоки і запаси Сульфуру

Існують три основних природних процеси, які регулюють біогеохімічний цикл Сульфуру:

1. Процес мікробної трансформації газоподібних сполук Сульфуру, які визначають обмін Сульфуру між атмосферою і біосферою.

2.  Процес  мікробної  трансформації  газоподібних  сполук  Сульфуру  в  легкорозчинні  сульфати,  які  є  переважаючою формою річного стоку сульфуру.

3. Процес формування відкладень нерозчинних сульфідів металів в болотних і приберегових екосистемах при реакції

H2S з розчинними металами.

До  них слід  добавити  процеси,  пов'язані  з  антропогенною  діяльністю  і  ті,