Где находится основной запас фосфора на Земле?

Фосфор в природе и его промышленная добыча. Содержание фосфора в земной коре оценивается в 8 10-2% по массе. Фосфор – одиннадцатый по распространенности элемент на Земле и входит в двадцатку наиболее распространенных элементов Солнечной системы. Элемент №15 обнаружен во многих типах метеоритов (каменных и каменно-железных) и на луне. Например, в железных метеоритах содержание фосфора колеблется в диапазоне 0,02-0,94% (масс.), а в различных образцах лунного грунта оно составляет 0,05-0,32% (масс.). Несмотря на то, что геологи классифицируют фосфор, как элемент-примесь (в породах большей части коры его содержание составляет всего 0,1%), он является породообразующим, так как некоторые породы слагаются почти полостью из фосфорных минералов. В свободном состоянии фосфор на земле не встречается и существует в литосфере почти в высшей степени окисления, в виде ортофосфат-иона PO 45- . Известно более двухсот минералов, содержащих фосфор в значительных (более 1%) количествах. Фосфатные месторождения обычно подразделяются на три группы: апатитовые месторождения, осадочные фосфориты месторождения гуано.

Апатиты – разновидность фосфоритов, они могут быть как магматическими, так и морского (осадочного) происхождения. Название это было дано группе минералов около двухсот лет назад, и в переводе с греческого означает «обманчивый», изначально так называли минерал, который часто путали с аквамарином, аметистом или оливином. Апатитовые минералы представлены фторапатитом Ca₅(PO₄+3F) (промышленно наиболее значимый), гидроксиапатитом Ca₅(PO₄₃(OH)) и хлорапатитом Ca₅(PO₄)3Cl, франколитом (разновидность карбонатапатия) (Ca,H₂O)₁₀(F,OH)₂(PO₄,CO₃)₆, вилькеитом Ca₁₀(OH)₂(PO₄,SiO₄)₆, пироморфитом Pb₁₀Cl₂(PO₄,AsO₄)₆ и многими другими. Наиболее крупные месторождения магматического апатита находятся в России, странах Южной Африки (щелочной комплекс Палабора), Уганде и Бразилии. Крупнейшее в мире магматическое месторождение апатита – Хибинский массив нефелиновых сиенитов – залегает на Кольском полуострове, близ Кироска. Он был открыт в 1926 группой ученых под руководством академика А. У. Ферсмана.

Большая часть мировых запасов фосфора приходится на морские (осадочные) фосфориты и продукты их выветривания. Предполагается, что они океанического происхождения. В прибрежных регионах пояса пассатов на протяжении долгого периода происходило отложение фосфатов вследствие различных органических и неорганических процессов. Концентрация фосфоритов в месторождении увеличилась в результате медленной аккумуляции фосфатов из окружающей среды. Крупнейшими месторождениями осадочных фосфоритов владеют Марокко (70% от мировых запасов фосфатов) и Западная Сахара, США, Китай, Тунис, Казахстан.

Гуано (исп. guano) – естественные отложения, образующиеся при разложении костей и экскрементов морских птиц (больших бакланов, олушей и пеликанов), залежи гуано достигают ста миллионов тонн. Гуано известно с незапамятных времен, ещё в 200 до н. э. древние карфагеняне использовали птичий помет в качестве удобрения. В конце 19- начале 20 в. были открыты «Птичьи острова» Перу, названные так из-за большого числа (около 20 млн.) обитающих там птиц. В те времена перуанское правительство получало реальные доходы за счет привлечения большого числа туристов к «Птичьим островам» и от продажи огромных количеств гуано в качестве удобрения. В последние сорок лет, вследствие деятельности перуанских рыбаков, популяция гуанопроизводящих птиц резко сократилась (в 4 раза), так что некоторые из перуанских «Птичьих островах» сейчас вообще поступают. Крупнейшие месторождения гуано расположены вдоль побережий Африки, Южной Америки, Калифорнии, Сейшельских островах. Сильно разложившееся гуано состоит преимущественно из мометита CaHPO₄ и витлокита b-Ca₃(PO₄)₂.

Мировая добыча (2002) фосфатов составляет 135 млн. тонн ежегодно. Крупнейшим в мире производителем фосфата является США (26% от мировой добычи). Разработки ведется во Флориде (формация Боун-Велли), Северной Каролине, Айдахо и Юте. Королевство Марокко (месте с Западной Сахарой) – второй по величине производитель фосфатной руда (17,3%) и крупнейший эксперт. Фосфориты разрабатываются в трёх районах: Курибге, Юссуфии и Бен-Герире. Основное месторождение (Khouribga) находится в 120 км к югу от Касабланки. Общие запасы фосфоритов в Марокко составляет 64 млрд. тонн, разведанные 10 млрд. тонн (60% от разведанных в мире запасов). На третьем месте по добыче – Китай (16,7%), на четвертом Россия (10,5%). Основным источником фосфорного сырья в России является апатито-нефелиновые руды на Кольском полуострове. За более чем семьдесят лет, прошедших с момента открытия месторождения, добыто свыше 570 млн. тонн апатитового концентрата. Сейчас в пределах Хибинского массива разведано 10 месторождений, суммарные запасы которых составляют 3,6 млрд. тонн, а в целом на Кольском полуострове запасы руды составляют около 20 млн. тонн. Учитывая, что за все прошедшее время было добыто неполных полтора миллиарда тонн, запасов апатита России должно хватить еще на много лет.

Обычно промышленным считается такое месторождение, которое дает не менее 6000 тонн фосфатной породы с 1 га. В открытых карьерах фосфат добывается скребковыми экскаваторами. Сначала удаляются наносы песков и пустая порода, а затем извлекают фосфатную руду. От карьеров до обогатительных фабрик руда может подаваться (на расстояния в несколько км) по стальным трубам в виде водной пульпы.

В морской воде весьма неорганический фосфор находится только в виде ортофосфат-аниона. Средняя концентрация фосфора в морской воде очень мала и составляет 0,07 мг 3 /литр. Высоко содержание фосфора в районе Андаманских островов (около 12 мкмоль/л). Общее океаническое количество фосфора оценивается в 9,8·1010 тонн.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Фосфор — химический элемент, составляющий 0,9% массы земной коры. По важности для растительных организмов занимает второе место после азота. Содержится в животных тканях, входит в состав белков, является элементом жизни.

Основные запасы фосфора хранятся в горных породах, сформировавшихся в прошлые геологические периоды. В биосферу элемент попадает при подъеме этих пород на поверхность земли и последующем выветривании. В море фосфор переносится посредством эрозионных процессов в составе апатитов.

Постоянный круговорот в природе обеспечивается и за счет жизнедеятельности водорослей, животных, растений: в этих процессах вещество играет одну из главных ролей.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Сера — это химический элемент с важными биогенными свойствами. Входит в состав аминокислот, формирует дисульфидные мостики в третичной структуре белка, участвует в бактериальном фотосинтезе, является источником энергии в хемосинтезе.

Круговорот серы в природной среде схож с круговоротом фосфора: растворимые соединения перемещаются при выветривании коры из литосферы в гидросферу. Однако есть и различия: в почве процессам обмена содействуют бактерии, растения. Кроме того, сера способна существовать в составе газообразных соединений.

В каждом килограмме массы человека содержится от 1,8 до 2 граммов серы.

Понятие и краткое описание, схема

Круговорот веществ в биологии — это естественный процесс перемещения химических элементов в пределах биосферы, характеризующийся определенной цикличностью.

Схема перемещения в биосфере фосфора выглядит так:

1. В результате выветривания элемента из горных пород образуются соединения, доступные растениям.
2. Растения поглощают образовавшиеся соединения, в процессе синтеза формируют из них фосфорсодержащую органику.
3. Органика поступает в организмы животных.
4. Продукты жизнедеятельности, а также останки животных становятся поставщиками фосфора для почвы.
5. Речные, подземные, сточные воды переносят соединения в Мировой океан, где фосфор частично оседает на дне, частично возвращается на сушу с выловленной людьми рыбой.

Важным элементом цепи является антропогенная деятельность: выпуск удобрений и моющих средств на основе фосфора, добыча горных пород с его содержанием.

Схема перемещения серы имеет свои особенности:

1. Из глубинных пород сера добывается серобактериями, преобразующими ее в сероводород, аналогичные газовые соединения.
2. Сернистые соединения накапливаются в атмосфере, возвращаются на землю с осадками.

Схожим алгоритмом обладает круговорот серы, спровоцированный человеком: добыча сульфидных руд, серосодержащих отложений и горных пород становится причиной высвобождения газообразных серных соединений, перемещения их в атмосферу.

Какую роль играет в биосфере

Фосфор является обязательным компонентом живой ткани. В человеческом организме элемент обнаруживается в мышцах, костях, нервах, мозговых оболочках. Его соединения принимают активное участие в обмене энергии.

Растения также находятся в прямой зависимости от наличия фосфорсодержащих соединений. Элемент способствует:

• делению клеток;
• фотосинтезу;
• обмену веществ;
• размножению;
• выработке аденозинтрифосфорной кислоты — основного активатора энергетического обмена.

Животным фосфор необходим не меньше, чем человеку. Он входит в состав углеводов, жиров, сложных белков, опорной ткани, обеспечивает выведение кальция, сокращение мышц, эффективное использование пищи организмом.

Значение серы

В животных организмах сера является важным компонентом клеток, входит в состав нервных волокон, костей, хрящей, определяет состояние кожных покровов, ногтей, волос. Соединения на основе элемента способствуют работе мозге, принимают участие в процессе свертываемости крови, регулируют содержание холестерина.

Для растений сера — одно из 17 незаменимых питательных веществ. Она способствует образованию хлорофилла, производству белка, синтезу масел. Недостаток серы становится причиной торможения роста растения, изменения окраса листьев.

Возможные причины нарушения круговорота

Основной причиной нарушения круговорота фосфора является аграрная деятельность человека. Истории известны ситуации, когда урожай извлекался из почвы вместе с биогенами и перевозился на большие расстояния. Поскольку газовая составляющая в круговороте фосфора отсутствует, естественное восстановление содержания элемента в обедненных почвах является невозможным.

Кроме того, извлекая вещество из фосфатных руд и используя в качестве удобрения, человек постепенно истощает запасы элемента: из плодородного грунта фосфор вымывается дождевыми потоками, перемещается со сточными водами в океан, где в критически больших объемах оседает на дне.

Изучение проблемы подтолкнуло ученых к формулированию проблемы истощения запасов фосфора в природе. По их подсчетам, запасы элемента в горных породах закончатся через 40 лет.

В случае с серой причиной нарушения круговорота также является деятельность людей. Переработка сульфидных руд, сжигание ископаемого топлива приводят к повышению содержания оксида серы в атмосфере. Как результат, окисляется почва, угнетаются процессы фотосинтеза, понижается биологическая продуктивность.

Описания последствий кислотных дождей содержат свидетельства о гибели рыб в пресных водоемах, вымирании хвойных лесов, изменениях состава почв — возрастании концентрации и подвижности токсичных минералов.