Elus fosfor

Kuigi üldiselt valitseb Maal pidev fosfori defitsiit, leidub siiski piirkondi, kus esineb väga kõrge fosforisisaldusega kivimeid ehk fosforiite. Nende tekkepõhjused võivad olla väga erinevad. Põhja-Eestis leviv fosforiit on setteliselt tekkinud liiva ja käsijalgsete kodade segu. Koola poolsaarelt Apatitõ (Апатиты) linna lähistelt võib aga leida magmaliselt tekkinud fosforiite. Kolmandasse, kõige rohkem levinud gruppi kuuluvad fosforiidid, mis on moodustunud madala mere põhjasettes biokeemilise väljasettimise tulemusena ning on sageli lainetuse poolt ümbersetitatud ja kontsentreeritud. Tänapäeval  toimub see näiteks Peruu ja Namiibia rannikualadel. Geoloogilises ajaskaalas seostatakse intensiivistunud fosforiitide teket murranguliste sündmustega eluslooduses, nt massilised liikide väljasuremised. Kui lühikesel ajaperioodil hukkub palju organisme, tekib ajutine fosfori ülejääk, mis koguneb setetesse ning mattub seejärel, jäädes organismidele kättesaamatuks.

Esimesed fosforiidid tekkisid umbes 2 miljardit aastat tagasi ja seda on avastatud mitmetest kohtadest ümber maakera. Nendes leiukohtades on fosforirikaste kivimite kogused nii väikesed, et majanduslikku huvi need ei paku, küll aga võivad need peita vastuseid, mõistmaks paremini elu arengut Maal. Kuna fosforirikkad kivimid tekkisid suhteliselt järsku ja mitmes kohas, siis arvatakse, et põhjus peaks olema mingi globaalne muutus. Kuigi ei ole ühist seisukohta, mis see võis olla, seostavad paljud teadlased seda hapniku tekkega Maa atmosfääri ja ning sellest alguse saanud muutustele keskkonnas.

Joonis 2. Vasakul on toodud elektronmikroskoobi pilt arvatavatest väävlibakteri fossiilidest ja paremal on pilt tänapäevastest väävlibakteritest (parempoolne pilt: Schulz & Schulz 2005).

Üks selline ca 2 miljardi aasta vanune ja kõrge fosforisisaldusega kivimikiht avastati Karjalas Shunga (Шуньга) küla lähistelt paljandist (joonis 1). See leid osutus erakordseks, sest leitud fosforirikkad kivimid olid väga hästi säilinud ega olnud pärast moodustumist märkimisväärselt mõjutatud keemilistest ja füüsikalistest protsessidest.

Detailsel uurimisel selgus, et kivimis on säilinud struktuurid, mis on väga sarnased bakteritele. Selliseid  baktereid leidub piirkondades, kus toimub fosfaatsete mineraalide teke tänapäeval. Suuremad struktuurid sarnanesid väävlit oksüdeerivatele bakteritele (joonis 2), kes tänapäeval mängivad olulist rolli lahustunud fosfaadi kontsentreerumisel settes (sama protsessi kasutatakse ära ka reoveepuhastuses). Nimetatud bakterid (nt Beggiatoa, Thiomargarita), elavad ookeani põhjasetete ülemises, mõne sentimeetri paksuses osas, hapnikulise ja hapnikuvaese keskkonna piiril. Neil on võime siduda rakku suures koguses fosforit ja see siis keskkonnatingimuste muutumisel kiiresti sette pooriruumi vabastada. Selliselt tekitatakse lokaalselt väga kõrged fosforisisaldused, mis on lähtekohaks fosforit sisaldavate mineraalide tekkele. 

Teise grupi moodustavad palju väiksemad bakterifossiilid, mis sarnanevad anaeroobsete metanotroofidega (joonis 3), kes elutsevad koos väävlibakteritega, kuid enamasti natuke sügavamal settes, kus keskkonnatingimused on anaeroobsed.

Joonis 3. Vasakul on toodud elektronmikroskoobi pilt arvatavatest metanotroofsetest bakterifossiilidest ja paremal on pilt tänapäevastest analoogidest (parempoolne pilt: Knittel 2005).

Lisaks visuaalsele sarnasusele kinnitavad ka geokeemilised analüüsid sarnasust tänapäevaste fosfogeneesi piirkondadega. See kõik viis teadlased järelduseni, et fosfaatide laialdane teke umbes 2 miljardit aastat tagasi on sarnane tänapäevasele fosfori biokeemilisele sidumisele tõusuhoovuste piirkonnas (Namiibia ja Peruu rannikualad). Ilmselt markeerivad esimesed fosforiidid aega, kui veekogude settepinna ülemises kihis oli vaba hapnikku ning merevees leidus väävlit ja fosforit. Need kolm elementi on hädavajalikud, et väävlibakterid suudaksid initsieerida fosfaatide teket.