Что такое ph3 в химии
Фосфин
| Фосфин | |
 | |
 | |
| Общие | |
|---|---|
| Систематическое наименование | Фосфин |
| Химическая формула | PH3 |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | газ |
| Отн. молек. масса | 34.00 а. е. м. |
| Молярная масса | 34.00 г/моль |
| Плотность | 1.379 г/л, газ (25 °C) г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | – 133,8 °C |
| Температура кипения | – 87,8 °C |
| Энтальпия образования (ст. усл.) | 5,4 кДж/моль |
| Химические свойства | |
| Растворимость в воде | 31.2 мг/100 мл (17 °C) |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | [7803-51-2] |
Фосфи́н (фосфористый водород, гидрид фосфора, по номенклатуре IUPAC — фосфан РН3) — бесцветный, очень ядовитый, довольно неустойчивый газ (при нормальных условиях) со специфическим запахом гнилой рыбы.
Содержание
Физические свойства
Бесцветный газ. Плохо растворяется в воде, не реагирует с ней. При низких температурах образует твердый клатрат 8РН3·46Н2О. Растворим в бензоле, диэтиловом эфире, сероуглероде. При −133,8 °C образует кристаллы с гранецентрированной кубической решёткой.
Молекула фосфина имеет форму тригональной пирамиды c молекулярной симметрией C3v (dPH = 0.142 нм, HPH = 93.5 o ). Дипольный момент составляет 0,58 D, существенно ниже, чем у аммиака. Водородная связь между молекулами PH3 практически не проявляется и поэтому фосфин имеет более низкие температуры плавления и кипения.
Получение
Фосфин получают при взаимодействии белого фосфора с горячей щёлочью, например:
Также его можно получить воздействием воды или кислот на фосфиды:
Возможен синтез непосредственно из элементов: [источник не указан 273 дня]
Хлористый водород при нагревании взаимодействует с белым фосфором:
Разложение йодида фосфония:
80 ^\circ C> \ PH_3 + HI>» border=»0″ /> 
Разложение фосфоновой кистоты:
или её восстановление:
Химические свойства
Фосфин сильно отличается от его аналога аммиака. Его химическая активность выше, чем у аммиака, он плохо растворим в воде, как основание значительно слабее аммиака. Последнее объясняется тем, что связи H-P поляризованы слабо и активность неподелённой пары электронов у фосфора (3s 2 ) ниже, чем у азота (2s 2 ) в аммиаке.
В отсутствие кислорода при нагревании разлагается на элементы:
на воздухе самопроизвольно воспламеняется (в присутствии паров дифосфина или при температуре свыше 100 °C):
Проявляет сильные восстановительные свойства:
При взаимодействии с сильными донорами протонов фосфин может давать соли фосфония, содержащие ион PH4 + (аналогично аммонию). Соли фосфония, бесцветные кристаллические вещества, крайне неустойчивы, легко гидролизуется.
Соли фосфина, как и сам фосфин, являются сильными восстановителями.
Токсичность
Фосфин сильно ядовит, действует на нервную систему, нарушает обмен веществ. ПДК = 0,1 мг/м³. Запах ощущается при концентрации 2-4 мг/м³, длительное вдыхание при концентрации 10 мг/м³ приводит к летальному исходу. В крови человека содержание фосфина не более 0,001 мг/м³.
Самовозгорание
Примечания
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Фосфин» в других словарях:
ФОСФИН — ФОСФИН, фосфористый водород (РН3). Бесцветный высокотоксичный ГАЗ, получаемый в процессе реакции между фосфидом кальция и водой или разбавленной кислотой. Небольшие примеси дифосфина заставляют газ самопроизвольно воспламеняться. Чистый фосфин… … Научно-технический энциклопедический словарь
фосфин — сущ., кол во синонимов: 1 • газ (55) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
фосфин — а. м. phosphine f. Желтая анилиновая краска. 1889. Андреев Сл. тов … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ФОСФИН — соединение (см.) с водородом (РН3), а также некоторые фосфороорганические соединения. Ф. бесцветный токсичный газ с неприятным запахом, сильный восстановитель. Известен жидкий Ф., называемый дифосфином(Р2Н4); tкип =56°С. Самопроизвольно… … Большая политехническая энциклопедия
фосфин — (фосфористый водород), РН3, бесцветный газ с неприятным запахом, tкип 87,42°C. Сильный восстановитель. Известен жидкий фосфин, называемый дифосфином Р2Н4, tкип 56°C. Самопроизвольно воспламеняется на воздухе. Токсичен. * * * ФОСФИН ФОСФИН… … Энциклопедический словарь
Фосфин — [phosphines] фосфористый водород (гидрид фосфора) РН3, бесцветный газ. γ = 1,55 г/л, tпл = 133,8 °С, tкип = 87,8 °С. На воздухе воспламеняется при 100 °С; образуется при получении фосфора восстановлением фосфоритов углеродом в производстве… … Энциклопедический словарь по металлургии
фосфин — fosfanas statusas T sritis chemija formulė PH₃ atitikmenys: angl. phosphane; phosphine rus. фосфан; фосфин … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Фосфин — фосфористый водород, гидрид фосфора, PH3. Ф. – бесцветный газ с запахом гнилой рыбы; плотность 1,55 г/л, tпл – 133,8 °С, tкип – 87,8 °С, при 25 °С и 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2) 1 объём воды растворяет около 0,25 объёма PH3. При нагревании… … Большая советская энциклопедия
Фосфин — (хризанилин, анилиноранж, филадельфийская желтая и проч.) желтый искусственный пигмент, по составу представляющий смесь азотнокислых солей диамидофенилакридина и других аналогичных оснований. Ф. приготовляется из маточных растворов, остающихся… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Фосфин: формула, получение, физические и химические свойства
Фосфин — это ядовитый газ, который в чистом виде не имеет цвета и запаха. С химической точки зрения, является летучим водородным соединениям фосфора. В химии формула фосфина имеет вид — PH3. По своим свойствам имеет некоторые схожести с аммиаком. Вещество очень опасно, так как имеет высокую токсичность и склонность к самовоспламенению.
Получение
Самый хорошо изученный способ получения фосфина — это реакция взаимодействия белого фосфора с раствором сильной щелочи при нагревании. В данном случае фосфор диспропорционирует на метафосфат и фосфин. Побочными продуктами этой реакции является дифосфин (P2H4) и водород, поэтому выход данной реакции небольшой и составляет не более 40 %.
Вам будет интересно: Что относится к колюще-режущим предметам: понятие и классификация
Образующийся дифосфин в реакционной среде вступает во взаимодействие со щелочью, в результате чего образуется фосфин и водород.
А полученный в этих реакциях гипофосфит, при взаимодействии со щелочью, переходит в фосфат с выделением водорода.
NaH2PO2 + 2NaOH = 2H2 + Na3PO4
После завершения всех реакций, в результате взаимодействия щелочи на фосфор образуется фосфин, водород и фосфат. Данный способ получения можно также провести со щелочными оксидами вместо щелочей. Этот опыт является очень красивым, так как образующийся дифосфин сразу же воспламеняется и сгорает в виде искр, образуя нечто похожее на фейерверк.
При воздействии воды или кислоты на фосфиды металлов также получается фосфин.
При термическом разложении фосфористой кислоты или ее восстановлении водородом в момент выделения также образуется фосфин.
Соли фосфония при разложении или в реакции с некоторыми веществами дают фосфин.
Физические свойства
Химические свойства
При сильном нагревании (примерно 450 °C) без доступа кислорода фосфин разлагается на простые вещества.
При температуре свыше 100 °C PH3 самовоспламеняется, вступая в реакцию с кислородом воздуха. Температурный порог можно снизить ультрафиолетовым светом. По этой причине, выделяющийся на болотах фосфин, часто самовоспламеняется, вызывая появление так называемых «блуждающих огней».
Но может происходить и простое горение. Тогда образуется фосфорный ангидрид и вода.
2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O
Как и аммиак, фосфин может образовывать соли, взаимодействуя с галогеноводородами.
Исходя из формулы фосфина, можно сказать, что фосфор в нем имеет низшую степень окисления. По этой причине он является хорошим восстановителем.
PH3 + 2I2+ 2H2O → H3PO2 + 4HI
PH3 + 8HNO3→ H3PO4 + 8NO2 + 4H2O
Применение
Ввиду своей высокой токсичности, фосфин нашел применение в фумигации, т. е. уничтожении различного рода вредителей (насекомых, грызунов) при помощи газа. Для этих процедур существуют специальные устройства — машины-фумигаторы, с использованием которых распыляют газ в помещениях. Обычно фосфином или препаратами на его основе обрабатывают склады зерновых культур, готовых пищевых продуктов, мебели, а также библиотеки, заводские помещения, вагоны поездов и другой транспорт. Преимущество такой обработки в том, что фосфин даже в небольших концентрациях легко проникает в труднодоступные места и никак не взаимодействует с металлами, древесиной и тканью.
Помещение обрабатывают фосфином, в герметичном состоянии его держат в течение 5-7 суток. После этого не менее двух суток нужно осуществлять проветривание, иначе находится человеку в нем опасно. После этого фосфин не оставляет никаких следов даже на продуктах, зерне и других товарах.
Еще фосфин используется в синтезе некоторых веществ, особенно органических. Также из него может получаться химически чистый фосфор, с использованием фосфина производят легирование полупроводников.
Токсикология
Фосфин крайне токсичное соединение. Он быстро проходит через дыхательные пути и взаимодействует со слизистыми оболочками организма. Это может вызвать нарушения работы нервной системы, а также обмена веществ в целом. Признаками отравления могут служить головокружение, тошнота, рвота, головная боль, усталость, иногда даже конвульсии. В тяжелых случаях отправления человек может потерять сознание или произойти остановка дыхания и сердцебиения. Предельно допустимая концентрация фосфина в воздухе — 0.1 мг/м3. Концентрация 10 мг/м3 сразу приводит к летальному исходу.
Первое, что необходимо сделать с пострадавшим от отравления фосфина, — вынести на свежий воздух и освободить от загрязненной одежды. Также рекомендуется окатить пострадавшего водой, чтобы быстрее убрать остатки токсичного газа. Стационарное лечение подразумевает использование кислородной маски, контроль сердечного ритма и состояния печени, лечение отека легких. За больным необходимо следить минимум 2-3 суток, даже если видимых признаков отравления уже нет. Некоторые симптомы могут проявляться лишь через несколько суток после контакта с фосфином.
Фосфин
| Фосфин | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Систематическое наименование | Фосфин | ||
| Хим. формула | PH3 | ||
| Состояние | газ | ||
| Молярная масса | 34,00 г/моль | ||
| Плотность | 1,379 г/л, газ (25 °C) | ||
| Энергия ионизации | 9,96 ± 0,01 эВ | ||
| Температура | |||
| • плавления | −133,8 °C | ||
| • кипения | −87,8 °C | ||
| Пределы взрываемости | 1,79 ± 0,01 об.% | ||
| Энтальпия | |||
| • образования | 5,4 кДж/моль | ||
| Давление пара | 41,3 ± 0,1 атм | ||
| Растворимость | |||
| • в воде | 31,2 мг/100 мл (17 °C) | ||
| Рег. номер CAS | [7803-51-2] | ||
| PubChem | 24404 | ||
| Рег. номер EINECS | 232-260-8 | ||
| SMILES | |||
| RTECS | SY7525000 | ||
| ChEBI | 30278 | ||
| Номер ООН | 2199 | ||
| ChemSpider | 22814 | ||
| Токсичность | Чрезвычайно токсичен, СДЯВ | ||
| Пиктограммы ECB |   | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
Фосфин (фосфористый водород, фосфид водорода, гидрид фосфора, по номенклатуре IUPAC — фосфан) PH3 — бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях). Чистый фосфин не имеет запаха, но образцы технического продукта обладают неприятным запахом, похожим на запах тухлой рыбы (чеснока).
Содержание
Физические свойства
Бесцветный газ. Плохо растворяется в воде, образует с ней неустойчивый гидрат, который проявляет очень слабые основные свойства. При низких температурах образует твёрдый клатрат 8 PH3·46 H2O. Растворим в бензоле, диэтиловом эфире, сероуглероде. При −133,8 °C образует кристаллы с гранецентрированной кубической решёткой.
Молекула фосфина имеет форму тригональной пирамиды c молекулярной симметрией C3v (dPH = 0,142 нм, ∠HPH = 93,5°). Дипольный момент составляет 0,58 Д, существенно ниже, чем у аммиака. Водородная связь между молекулами PH3 практически не проявляется и поэтому по сравнению с аммиаком, фосфин имеет более низкие температуры плавления и кипения.
Получение
Фосфин получают при взаимодействии белого фосфора с горячей щёлочью, например:
Также его можно получить воздействием воды или кислот на фосфиды:
Хлористый водород при нагревании взаимодействует с белым фосфором:
Разложение йодида фосфония:
Разложение фосфоновой кислоты:
или её восстановление:
Химические свойства
Фосфин сильно отличается от своего аналога, аммиака. Его химическая активность выше, он плохо растворим в воде, как основание значительно слабее. Последнее объясняется тем, что связи H−P поляризованы слабо и активность неподелённой пары электронов у фосфора (3s 2 ) ниже, чем у азота (2s 2 ) в аммиаке.
В отсутствие кислорода при нагревании разлагается на элементы:
На воздухе горит согласно уравнению:
Проявляет сильные восстановительные свойства:
то возможно протекание следующей реакции:
При взаимодействии с сильными донорами протонов фосфин может давать соли фосфония, содержащие ион PH4 + (аналогично аммонию). Соли фосфония, бесцветные кристаллические вещества, крайне неустойчивы, легко гидролизуется.
Соли фосфония, как и сам фосфин, являются сильными восстановителями.
Самовозгорание
Абсолютно чистый и сухой фосфин не способен к самовоспламенению на воздухе и загорается только при температуре 100-150°. Однако фосфин, получающийся, например, при взаимодействии фосфидов с водой всегда имеет примесь дифосфина P2H4, который на воздухе самовоспламеняется. В частности, таким образом могут появляться «блуждающие огни».
Токсичность
Фосфин очень ядовит. Поражает в первую очередь нервную систему, нарушает обмен веществ; также действует на кровеносные сосуды, органы дыхания, печень, почки. Запах фосфина ощущается при концентрации 2—4 мг/м³, длительное вдыхание при концентрации 10 мг/м³ может привести к летальному исходу. ПДК — 0,1 мг/м³.
При остром отравлении фосфином в лёгких случаях беспокоит боль в области диафрагмы, чувство холода, впоследствии может развиться бронхит. При среднетяжёлом отравлении — чувство страха, озноб, рвота, стеснение в груди, удушье, боль за грудиной. В тяжёлых случаях на первый план выходят неврологические симптомы — оглушение, неверная походка, подёргивания в конечностях, мидриаз; cмерть от паралича дыхания или сердечной мышцы может наступить через нескольно дней, а при высоких концентрациях — мгновенно.
Хроническое отравление может привести к расстройству зрения, походки, речи, пищеварения, бронхиту, болезням крови и жировому перерождению печени.
Применение
В 2019 году фосфин был предложен в качестве биосигнатурного газа для поиска жизни на землеподобных экзопланетах, поскольку на Земле он производится анаэробными экосистемами. Слабой стороной фосфина для этой цели является его высокая реакционная способность, что требует большой интенсивности производства этого газа для его детектирования. Для его обнаружения в атмосфере экзопланеты потребуются десятки часов наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб».
Осторожно — фосфин!
Э. С. Илларионова,
агрохимик, кандидат сельскохозяйственных наук (Дом ученых Пущинского научного центра РАН)
«Экология и жизнь» №6, 2008
Рассказ о газообразных соединениях фосфора, и прежде всего о фосфине, наверное, стоило бы начать со слов: «мерцающий свет, появляющийся на болотах (знаменитые «блуждающие огни») — результат самопроизвольного воспламенения фосфина». Ну а следующее определение — уже энциклопедического толка: «фосфин, или фосфористый водород (PH3) — это бесцветный газ с неприятным запахом (гниющей рыбы, чеснока или промышленного карбида), ядовит, образуется при биохимическом восстановлении эфиров фосфорной кислоты, преимущественно в анаэробных условиях, т. е. без доступа кислорода».
Соединения фосфора в природе
В природе встречается множество и других газообразных фосфорорганических соединений, в молекулах которых атом фосфора P соединен с атомом углерода C. Их насчитываются тысячи. Многие из них входят в состав экосистем, в том числе в живые клетки растений и микроорганизмов. Самая большая группа соединений со связями C–P открыта лет пятьдесят назад именно в живых объектах.
Есть в почвах и фосфонаты — производные фосфорорганических соединений с сохранившимися связями C–Р. Их, правда, немного, не более 1–2% от содержащегося в органике фосфора, поэтому на пашне их можно выявить далеко не всегда, зато в болотистых почвах и на лугах их содержание повышается до 3–4%.
В обычных (аэробных) условиях природные соединения органического и минерального фосфора — это фосфаты (ортофосфаты). Их существует великое множество. Для органических фосфатов характерна связь C–О–Р, иными словами, углерод и фосфор соединяются через атом кислорода.
Одна из удивительных загадок природы состоит в том, что органические фосфаты в живых системах (например, в водорослях и микроорганизмах) синтезируются и разлагаются не произвольно, а по правилу «золотого сечения», подчиняясь определенному закону, описываемому знаменитым рядом чисел Фибоначчи (1, 1, 2, 3, 5, 8. ), в котором каждый следующий член равен сумме двух предыдущих. Гармония природы непостижимым образом проявляется здесь в накоплении и расходовании в экосистемах энергии и вещества (в частности, фосфора), описываемых соотношением, которое приближенно дается классическим коэффициентом «золотого сечения» 1,618 (5/3, 8/5, 13/8 и т. д.), т. е. 62% упомянутых соединений должно связываться и аккумулироваться и только 38% — разрушаться или улетучиваться. Эти закономерности сказываются в дальнейшем и на накоплении гумуса, и на круговороте фосфора и азота, и на газообразных потоках, определяемых выбросами и «стоками» углекислого газа СО2, и на «дыхании» почвы (выделении СО2 и усвоении кислорода О2). На самом деле в природе наблюдаются колебания числовых значений этого соотношения в пределах 1,3–1,7. Но, как не раз отмечалось в трудах автора и других ученых, гораздо страшнее оказывается то, что главной причиной отклонений и даже нарушения этой закономерности стала антропогенная деятельность.
Некоторые специалисты уже обратили внимание на то, что нас могут подстерегать новые опасности, если это отношение стремится к единице, т. е. накопление и разложение идут с одинаковой интенсивностью, как это происходит, например, в цикле углерода, где за счет «вмешательства» мировой экономики океан и биосфера поглощают ныне лишь половину выбросов углерода (а надо бы 62%).
Применение, свойства, опасности
Для фумигации (избавления хранилищ зерна и сельскохозяйственной продукции от клещей и иных вредителей) обычно используют фосфиды, в частности, соединения фосфора с металлами. Реагируя с влагой воздуха, фосфиды выделяют фосфин. Содержащие фосфиды таблетки и ленты раскладывают в хранилищах из расчета 9 г/т зерна или другой подлежащей долгому хранению продукции, добавляют их даже в яблоки. Считается, что при проветривании фосфин улетучивается, хотя по имеющимся в научной литературе данным в фуражном зерне поглощается до 13% ядовитого газа. Разве одно это обстоятельство не должно заставить относиться к такой «дезинфекции» с предельной осторожностью?!
Ныне для фумигации зерна при транспортировке и хранении разрешены к применению два соединения — метилбромин и метилфосфин, причем первое на порядок менее токсично (и эффективно), чем второе. Применяя последнее, молчаливо предполагают, что ядовитый фосфин после поглощения содержимым хранилища чудесным образом извлекается и улетучивается, отравив лишь клещей и других вредителей. Похоже, раньше было не принято задумываться над тем, насколько эта картина соответствует действительности. Между тем еще почти полвека назад было установлено, что метилфосфин (смесь двух газов — метана СН4 и фосфина РН3) чрезвычайно токсичен, почти как сам фосфин.
Метан и фосфин в биосфере
Это довольно опасная тенденция, особенно если принять во внимание, что на долю нашей страны приходится 2/3 всех болот на Земле. Наши площади заболоченных земель превышают площадь всех сельскохозяйственных угодий: по данным на 2003 года, 343 млн га болот (из них не поросших лесом — 130 млн га) и 221 млн га сельскохозяйственных угодий (из них 123 млн га пашни).
А вот как оценили выделение метана сотрудники МГУ в 2007 году по результатам измерений на болотах в Томской области. По их оценкам, среднее значение величины потока метана составляло около 10 мг/м 2 за час. В летний период за сутки может выделяться 2,4 кг/га, за сезон (6 месяцев) 432 кг/га. А со 130 млн га болот — почти 60 млн т. На окисление такого количества метана потребуется вдвое больше кислорода — 120 млн т.
Это упущение объясняется, в частности, тем, что лишь немногие специалисты знают о методах, позволяющих измерить содержание в атмосфере фосфора в газообразном состоянии. Ведь даже в научном мире до сих пор бытует мнение, что фосфор в природе существует преимущественно в форме фосфатов и после гидролиза связей Р–О–Р, Р–О–С и даже Р–С превращается в твердое вещество. Потоки фосфора в атмосферу в виде летучих соединений типа РН3 считаются ничтожными и ими пренебрегают. Определение содержания фосфора, поступившего в атмосферу с фосфином, лишь привычными методами, используемыми для выявления фосфора в твердых соединениях, заметно искажает реальную картину круговорота фосфора в экосистемах. При этом игнорируется появление в атмосфере ядовитого и самовозгорающегося фосфина.
Фосфиновая угроза: простые оценки
Между тем простейшую количественную оценку выделения фосфина в экосистемах можно получить, изучая затопленные водой территории, имитирующие заливные луга или рисовые чеки. Как было установлено в проведенной еще в 1926 году в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева серии из шести опытов, выполнявшихся в строго контролируемых условиях, в газовую форму (фосфин) переходит 9,7 мг фосфора из 1 кг почвы за час. Не слишком сложный расчет дает 2,13 кг/га за сутки. Но ведь это почти столько же, сколько выделяется метана из болот! Стало быть, за сезон получаем 383 кг/га, а со всей площади безлесных болот (130 млн га) — около 50 млн т РН3. На его окисление до фосфорной кислоты по формуле
потребуется, как нетрудно видеть, вдвое больше кислорода — почти 100 млн т (для метана эти значения составляли 60 и 120 млн т соответственно).
Косвенным подтверждением выделения фосфина из почв служат и исследования потоков фосфора на рисовых чеках — от посадки до уборки урожая потери фосфора в затопленных почвах в 3–8 раз превышают его содержание в зерне и соломе. Максимальный вынос Р2O5 достигает 100 кг/га. Из почв органических соединений фосфора выводится в 4 раза больше, чем запасается в растениях. Общие потери фосфора из верхнего (20 см) слоя почв, по разным оценкам, составляют 960–2940 кг/га. Есть данные, свидетельствующие о том, что при выращивании риса на затопленных чеках в течение 32 лет из почвы теряется больше половины гумуса, а с ним, конечно же, выносятся азот и фосфор.
Это может происходить и за счет выделения их газообразных форм — аммиака (NH3) и фосфина (РН3). Давно известно, что по химическим свойствам они представляют собой химические структурные аналоги. Повторюсь, определение фосфора и азота только в минеральной форме, игнорирование газовых составляющих не отражает истинных процессов в экосистемах, особенно в анаэробных условиях. В частности, прямое подтверждение того, что в экосистемах болот вместе с метаном выделяется и фосфор, получено в недавних исследованиях. **
Возвращаясь же к рассуждениям о возможной недооценке содержания фосфина в атмосфере, следует заметить, что вполне ощутимый вклад могут вносить не только болота Севера или тропиков, но и обширные рисовые плантации (прежде всего в Индии, Китае, Японии и странах Юго-Восточной Азии).
В научной литературе встречаются данные о том, что с осадками на землю выпадает до 3,5 кг/га фосфора. Иными словами, это примерно лишь 1% того фосфора, который, по имеющимся оценкам, выносится из болотных систем или затапливаемых почв фосфином в атмосферу (383 кг/га), остальные 99%, похоже, быстро окисляются, осаждаются или разлагаются (например, в результате гидролиза) в приземных слоях воздуха, литосфере и биосфере, обеспечивая перераспределение фосфора на поверхности земли.
По результатам измерений на упомянутой выше метеостанции Териберка было установлено, что в 1990 году в атмосферу с территории России было выброшено 48,8 млн т метана (напомним, наши оценки для всей площади безлесных болот составили около 60 млн т). За 1996–2003 гг. самая высокая концентрация была зафиксирована именно в 2003 году. Этот год был самым теплым для всей России, особенно же это относилось к лету и осени в зонах болот и тундры (Якутия, Западная Сибирь) — в среднем температура здесь оказалась выше многолетней почти на 6°С. В этих условиях одновременно наблюдалось и летнее снижение содержания верхового озона O3 над Севером России на 5–10%. А ведь летом и здесь ускоряются процессы фотосинтеза и образования кислорода. Поэтому очевидно, что для окисления возросшего количества метана и фосфина в условиях теплого 2003 года здесь интенсивно расходовался озон.
От фосфина к кислороду: немного статистики и философии
Не секрет, что из-за богатейших биоресурсов Россию уже привыкли считать всемирным донором кислорода. По оценкам специалистов, над ее территорией ежегодно формируется 8130 млн т O2. Думается, мы не слишком погрешим против истины, предположив, что и процесс фотосинтеза, ответственный за формирование этой массы кислорода, подчиняется упомянутому «закону всемирной гармонии» — правилу «золотого сечения». Ведь на образование 1 т органики при фотосинтезе тратится 1,47 т углекислого газа, 0,6 т воды и 3,84 Гкал солнечной энергии и при этом выделяется 1,07 т кислорода. Соотношение между количеством поглощенного СO2 и выделенного O2 (1,47 : 1,07) не так уж отличается от «золотого».
По некоторым опубликованным оценкам, потребление кислорода в России (дыхание, сжигание топлива и другие промышленные нужды) составляет 2784 млн т. Тогда его «производство» Россией превышает ее расход на 5346 млн т. Но в других расчетах, где учтено потребление кислорода микрофлорой (прежде всего почвы) на «дыхание», российский избыток выработки кислорода над его потреблением оказывается уже на порядок ниже — 560 млн т. Между тем, как считают некоторые исследователи, «дыхание» почвы регулируется своим правилом «золотого сечения», определяющим соотношение выделяемого микрофлорой углекислого газа и потребляемого кислорода. На целине значение этой величины близко к 1,58, а на пашне колеблется в пределах 1,3–1,75 — иными словами, кислород в процессе «дыхания» почвы расходуется «экономно» (42–37%), а углекислого газа выделяется больше (58–63%). Если исходить из среднего значения «золотого сечения» 1,52 для соотношения СO2 : O2, то при эмиссии СO2 из почв России 10 409 млн т кислорода на «дыхание» российских почв потребляется еще 6848 млн т (оценки 2004 года по данным сотрудников Института фундаментальных проблем биологии РАН, в частности В. Н. Кудеярова).
Своеобразная «золотая пропорция» соблюдается и между стоком СO2 и его эмиссией в масштабе России. Соотношение между стоком, составляющим 4450 млн т за год (в пересчете на углерод), и эмиссией (2800 млн т — в тех же единицах) оказывается равным 1,59, т е. удивительно близко к «золотому». Что ж, пока над Россией в целом нет избытка СO2, наши экосистемы поглощают больше, чем мы выбрасываем, наши леса нас спасают и покрывают «грехи» наши. Но в последние годы (прежде всего на Севере) все чаще отмечается, что экосистемы не справляются с «планом» по поглощению и отмеченное соотношение нарушается.
Впрочем, гораздо важнее, что, как следует из ряда оценок, на территории России общий расход кислорода за год на наши нужды (2784 млн т), дыхание почвы (6848 млн т) и окисление метана и фосфина (220 млн т) приближается к 10 млрд т, а это почти на 2 млрд т больше, чем его вырабатывают все наши леса. И этот печальный баланс представляется мне гораздо более серьезной проблемой, чем ожидаемая торговля квотами. Ради сохранения окружающей среды и биосферы планеты, ресурсов которой мы сегодня расходуем на 25% больше, чем они успевают восстанавливаться, нужно наконец осознать, что без ограничения потребления нам и нашим потомкам просто не выжить. И не в последнюю очередь это касается кислорода. В атмосфере его вроде бы немало (21%), но нельзя допускать, чтобы на Земле его потреблялось больше, чем вырабатывается.
Подводя итоги
Не секрет, что за последние 100 лет в результате бездумной деятельности человека и игнорирования им законов природы выбросы углекислого газа в атмосферу (и его содержание там), по разным оценкам, выросли на 25–35%. Одним из плохо просчитываемых последствий глобального потепления может стать резкая интенсификация биохимических процессов в природных зонах болот и вечной мерзлоты. При этом может резко возрасти выделение не только метана (это уже почти очевидно), но и мало изученных по влиянию на биосферу газов: аммиака, силана и фосфина, которым для окисления и нейтрализации потребуется немало кислорода. А ведь есть еще и не вполне проанализированные эффекты обратной связи (например, более интенсивное выделение метана ускорит дальнейший рост концентрации СO2 в атмосфере, что, в свою очередь, может привести к резкому замедлению фотосинтеза). Как следует из недавних исследований, в 90-х годах прошлого века заметно ослабла компенсирующая роль фотосинтеза в бореальных лесах. А ведь прежде было твердо установлено, что деревья на всех широтах достоверно способствовали фотосинтезу и ассимиляции СO2. Опасная тенденция! И примеры подобных «метаморфоз» лесов множатся год от года.
В настоящее время мы почти ничего не знаем о выделении и окислении не раз упоминавшегося в этой статье силана (SiH4). Между тем все болотные растения, злаки и микроорганизмы богаты органическим кремнием. В торфе верховых болот — 43% SiO2, переходных — 28%, низинных — 21%. Пока есть лишь отрывочные данные о том, что силан в соединении с фосфином образует недостаточно исследованные комплексы — силилфосфины. Процессы выделения силана, его окисления и соединения с другими элементами нуждаются в серьезном изучении.
И в заключение — выглядящий фантастическим сюжет, который должен заставить задуматься всех, кто еще не утратил эту способность. В приземном слое атмосферы в связи со стремительным ростом содержания углекислого и некоторых других «мертвых» газов в обозримом будущем может возникнуть нехватка кислорода не только из-за замедления фотосинтеза, роста потребления на окисление, сжигание и дыхание, но и из-за «экрана» ядовитых газов, мешающего притоку O2 из более высоких слоев атмосферы.
Миллиарды лет основой всего живого на Земле был фотосинтез, исправно снабжавший планету кислородом. Увы, как справедливо отмечают некоторые исследователи, современная цивилизация впервые в истории, похоже, ухитрилась замедлить пополнение атмосферы кислородом, а природу довела до точки бифуркации. Выдержит ли она?