2.7.2. Соединения фосфора в окружающей среде

Фосфор хотя и не является главным элементом в земной коре (его кларк около 0,1%), однако играет важную роль в экосфере. Это связано с тем, что без него невозможен синтез белков. Наряду с углеродом, кислородом, водородом, азотом и серой фосфор является элементом, необходимым для существования живого вещества, и одновременно условием, часто определяющим его биомассу и продуктивность.

Среднюю концентрацию элемента в сухом веществе растительности суши можно принять равной 0,2%, в биомассе океана значительно выше - 1,1%. В живом веществе суши находится 510⁹т фосфора, океана - всего 0,07710⁹т. Значительная часть элемента сохраняется в мертвом органическом веществе, в котором концентрация фосфора составляет около 0,15%. Так как на суше количество органических остатков торфа и гумуса меньше массы дисперсного органического вещества в океане, то в этой форме фосфора на суше несколько меньше (4,210⁹т), чем в океане (610⁹т).

Характерная особенность глобального цикла фосфора - отсутствие постоянно действующего геохимического потока, возвращающего крупные массы элемента на сушу. Перенос его через атмосферу в форме аэрозолей незначительный и не может компенсировать вынос элемента в водном стоке с суши в океан. Медленное, но не прекращающееся осаждение в океане неуклонно выводит его из миграционных циклов низшего ранга. Глобальный цикл фосфора является наименее замкнутым по сравнению со всеми другими элементами.

Единственный источник поступления элемента в глобальный цикл - выветривающиеся горные породы суши.

Фосфор присутствует в почвообразующих породах, главным образом, в виде нерастворимого в воде минерала апатита. Но он хорошо растворим в неорганических кислотах, например азотной кислоте. Взаимодействие азотной кислоты с апатитом дает воднорастворимые соединения фосфора, доступные для питания растений. Азотная кислота поступает в почву во время летних гроз, что в основном и обеспечивает растения азотным питанием, однако в большинстве мест на поверхности Земли ее недостаточно для обеспечения высоких урожаев.

Деятельность человека в настоящее время направлена на увеличение содержания фосфора в окружающей среде. Это явление В.А. Ковда назвал фосфатизацией суши. Она происходит, главным образом, в результате извлечения фосфора из агроруд для производства фосфорных удобрений, различных фосфорсодержащих препаратов. Производимые в настоящее время удобрения содержат (18—20)10⁶т фосфора, а добываемые морские продукты - половину этого количества.

Несмотря на общую тенденцию фосфатизации суши, запасы фосфора в почвах остаются малыми - в среднем 0,1-0,2%, из них от 20 до 40% практически недоступные растениям.

Поэтому фосфора для земледелия не хватает и потребление его будет расти. Только одна химическая промышленность производит ежегодно 18-20 млн т фосфорных удобрений.

В связи с ростом масштабов применения фосфорсодержащих удобрений возникает проблема загрязнения окружающей среды фтором, входящим в состав фосфатного сырья. Фтор обладает высокой химической активностью и представляет опасность для здоровья людей и животных. Избыточное накопление фтора в кормах может стать причиной заболевания животных флюорозом, симптомы которого включают дефекты зубов, поражение суставов, ломкость костей, хромоту. Животные теряют аппетит, худеют, снижается их молочная и мясная продуктивность.

Фосфорное сырье содержит еще несколько сопутствующих элементов, среди которых есть вещества, обладающие высокой токсичностью и опасным накоплением в организме человека и животных. К ним относятся свинец и кадмий. Хотя непосредственной опасности широкого загрязнения среды кадмием и свинцом из фосфорного сырья пока нет, но потенциальная все же существует.

Согласно американским исследованиям, человеку попадает 1/10 часть фосфора, затраченного на выращивание кормов для скота. Из этого количества 3/10 остаются и фиксируются почвами, а 6/10 поступают со стоками в водоемы. Последние накапливают фосфор и становятся токсичными, если содержание фосфора в них превышает 15 мг/л (чистые воды должны содержать фосфора не более 0,01-0,009 мг/л). Наряду с этим, отмечается все больший геохимический сток фосфора в реки, озера, моря и океаны. Подсчитано, что около 3-4 т фосфатов ежегодно выносится речными стоками.