У Вас есть удачное изобретение?

Публикуйте концепцию и возможно инвестор заметит Вас!

Земля - это замкнутая система со всеми химическими реакциями, происходящими в почве, воздухе, воде и воздействием этих химических реакций друг на друга.

Прогрессивные технологии и методы помогают ученым получить новые представления об одном из самых распространенных элементов Земли – фосфоре, лучше понять его круговорот в природе. Фосфор – главное питательное вещество для всех организмов, включая растения, которые с помощью фотосинтеза преобразуют углекислый газ атмосферы (который играет роль парникового эффекта, ответственного за глобальное потепление климата на планете) в кислород, а оставшиеся молекулы углерода используют для процессов своей жизнедеятельности. Фосфор также играет ключевую роль в циклах таких биологически важных элементов как азот, кислород и сера. До недавнего времени было немного известно о рециркуляции фосфора в природе.

Новые технологии и методы позволяют ученым измерять состав фосфатов в воде и почве; оценивать, как быстро совершается цикл обращения фосфора в естественной среде, подсчитывать количество фосфора, отложившегося в океанах в течение длительного времени, находить источники фосфора в различных экосистемах; определять колебание концентраций фосфатов в определенное время и в определенном месте; изучать влияние фосфорного загрязнения озер и рек на экосистемы.

В последние годы, все конференции Американского Геофизического Союза (AGU), традиционно посвященные геологии и геофизике. Они все больше и больше включают темы, связанные с биологией.

Ежегодная встреча, состоявшаяся 15 декабря 2000 г. в Сан-Франциско, первая, в которой “биогеонауки” выделены в специальный раздел. Новый раздел охватывает межотраслевую область, которая изучает Землю, как планету в целом, и определяет связи и взаимодействия между атмосферой (воздух), гидросферой (вода), биосферой (живые организмы) и литосферой (горные породы). А также оценивает воздействие человека на эту систему.

Фосфор очень важен для жизни, так как является строительным материалом для нуклеиновых кислот, белков и липидов. Он также входит в состав аденозин-трифосфата (АТР) и никотинамид-аденозин-динуклеотид-фосфата (NADP), молекул, которые преобразуют энергию в органических системах. При фотосинтезе, растения используют ATP и NADP, чтобы превратить солнечную энергию, атмосферный углекислый газ и воду в сахар и кислород. Благодаря этому процессу, организмы, от мельчайших морских водорослей, до гигантских деревьев, становятся частью глобальной “воронки”, которая засасывает избыточный углекислый газ. В экосистемах, где относительно слабо проявлена человеческая деятельность, рост растения может быть ограничен пригодностью фосфора и/или азота.

Больше всего фосфора встречается в горных породах, где он входит в состав минералов. В этих минералах фосфор обычно встречается в виде фосфатов (один атом фосфора связан с четырьмя атомами кислорода). Процессы природного выветривания выщелачивают фосфор из горных пород, и тот попадает в почву, где используется и рециркулируется растениями и бактериями. В конечном счете, фосфор попадает по водотокам в океаны и осаждается там в виде океанических отложений.

Элемент - фосфор, неравномерно распределен на Земле, его слишком много в Североамериканских и Европейских почвах, некоторых дельтах рек, однако недостаточно в почвах тропиков, Южной Америки, Сахары и в открытом океане.

Хотя фосфор является необходимым элементом на Земле, но большое его количество может быть вредно. Избыточное содержание фосфора в удобрениях, детергентах и других человеческих источниках, делает процесс его попадания в озера и прибрежные воды необратимым, выщелачивание и эрозия вызывают массовое цветение морских водорослей, которые влияют на вкус и чистоту питьевой воды. Кроме того, когда морские водоросли отмирают, то они толстыми слоями погружаются на дно и окисляются (разлагаются), используя растворенный в воде кислород. При этом создаются условия непригодные для жизни рыб.

Слишком малое количество фосфора также несет проблемы. В чахлых, выветренных грунтах и в океанских экосистемах, растения имеют достаточное количество нитратов (другие питательные вещества, дефицит которых ограничивает рост), но испытывают дефицит фосфора. Активная аграрная политика в сельскохозяйственных странах может сильно истощить запасы фосфора в почвах, в то время как, малоплодородные почвы удерживают пригодные для растений фосфаты. Большинство фосфорных удобрений получено из фосфоритов, которые относятся к невозобновляемым ресурсам. Органические удобрения могли бы заменить этот источник фосфора, однако необходимо знать формы существования фосфора в природе и временной период его рециркуляции.

Барбара Кейд-Менун изучает цикличность фосфора в умеренных лесах, а также в теплых сухих лесах Сьерра Невада и влажных низкотемпературных тропических лесах Тихоокеанского Северо-Западного побережья. В дополнение к традиционным аналитическим методам, она использует спектроскопию ядерного магнитного резонанса (NMR), чтобы идентифицировать виды и количественный состав фосфатов, распространенных в лесах. Кейд-Менун сотрудничает с Департаментом геологических и природных наук для того, чтобы адаптировать методы исследования почв к океаническим образцам, а также, для того чтобы проследить какие соединения разлагаются быстрее, высвобождая фосфор назад в воду и делая его доступным для организмов.

Кейд-Менун также заинтересована в выяснении влияния процессов освоения земель, путем вырубки лесов или их сжигания на динамику развития питательных характеристик почв. Ее диссертационная работа по прибрежным лесам Британской Колумбии (Гайана) показала, что во время пожара, огонь, как сильный минерализующий фактор, превращает большое количество почвенного фосфора из органических форм в неорганические. В этих сильно дождливых природных условиях, где естественные пожары в лесах происходят очень редко, фосфор становится связанным и недоступным к повторному усвоению растениями. Это приводит к дефициту фосфора, несмотря на его высокие концентрации в почвах. Однако в засушливых экосистемах, таких как Сьерра Невада, где регулярно происходят пожары, огонь может быть важным средством, с помощью которого фосфор преобразуется в доступные для растений формы.

В свою очередь, морской геохимик Адина Пейтон занимается исследованием глобальных проблем – взаимодействия между материками и океанами на уровне биогеохимических циклов, которые, в целом, воздействуют на планетарную окружающую среду и климат.

В своей научной работе она изучает круговорот фосфора в природе, как в прошлом, так и в настоящем. Изучение фосфорных циклов прошлого может дать ключ к решению вопросов касающихся будущего нашей планеты.

Исследуя химический состав морских отложений, Пейтон пытается скоррелировать зависимость древних отложений фосфоритов с уровнем углекислого газа атмосферы того периода. Например, представляет интерес такой вопрос: играли ли роль погодные условия в Гималаях на перенос большого количества фосфатов с континента в океан, что привело к усилению процессов фотосинтеза, а это, в свою очередь, снизило уровень углекислого газа в атмосфере. Понимание последствий естественных колебаний древних фосфорных циклов, может помочь понять, как подобные колебания в наши дни могут влиять на современный климат планеты.

Пейтон, совместно с другими исследователями, проанализировала фосфаты, используя прогрессивные методы, включая изотопные анализы кислорода. Изотопы - атомы химического элемента с тем же самым атомным номером и почти идентичными химическими свойствами, но с различными атомными массами. Кислород имеет несколько естественно встречающихся устойчивых изотопов – 160, 170 и 180. Из-за разности масс, изотопы кислорода в фосфате участвуют в биохимических реакциях с различными скоростями, что приводит к изотопному фракционированию (разделению изотопов между реагентами и продуктами реакций).

Кислородно-фосфорные связи настолько сильны, что они противостоят распаду при изменении поверхностных температур Земли. Но когда содержащее фосфор вещество оказывается в биологической среде, типа клетки, ферменты легко добиваются расщепления этого соединения, и изотопы кислорода из фосфатов меняются с изотопами кислорода окружающей воды. Этот обмен зависит от температуры. Это означает, что ученые могут наблюдать за изменением соотношений изотопов и получать информацию о циклах фосфатов и температуре воды, в которой жили древние морские организмы.

В конечном счете, Пейтон и ее коллеги хотели бы создать модель, которая описывала бы циклы фосфора в океане. И, когда-нибудь, ученые, изучающие фосфор в океанах начнут сотрудничать с учеными, изучающими фосфор континентов, чтобы создать “большую картину” всепланетарного круговорота фосфора, а также связанных с ним элементов, типа углерода и азота.

Введите ваше имя:

Комментарий:

Защита от спама - введите символы с картинки (регистр имеет значение):