Присутствие фосфатов – главных ингибиторов осаждения карбоната кальция – может сильно уменьшить скорость осаждения при фотосинтезе. Вместе с тем известно, что выделение фосфора при интенсивном цветении фитопланктона зачастую приводит к обнаружению аналитического нуля неорганических фосфатов в растворе. Полагая отношение P:C как 1:50 (по весу на сухое вещество в %) или 1:130 в атомных соотношениях, и максимальную начальную концентрацию фосфора 0,1 мг/л, вывели скорость выделения фосфатов в ходе фотосинтеза, используя уравнение (1). Расчеты показали, что уже при pH = 8,5 происходит полное извлечение всех растворенных неорганических фосфатов при 20°C. Это хорошо согласуется с опытами, которые при 25°C используются в уравнении

Ст = 135[PO43-] + 1860 (m моль/л) (5)

Как видно, в этом случае полное исчезновение фосфатов наблюдается при G = 1,86 ммоль/л, то есть pH = 8,55 (рис.3а).

Данные опыты были проведены с морской водой, содержащей 3 мкг/л фосфора (10-7 M[PO43-]), что близко к аналитическому нулю. Как видно из рис.4, не происходит систематических отклонений величин индукционных периодов сравнительно с безфосфатной морской водой. Таким образом, роль фосфатов при осаждении CaCO3 при фотосинтезе незначительна.

Рассматриваемая модель изменения концентрации растворенной углекислоты в ходе повышения pH при фотосинтезе предполагает закрытость системы по отношению к атмосферному резервуару углекислого газа. То есть допускается, что скорость изменения содержания углекислоты в результате фотосинтеза значительно превышает скорость обмена углекисло­го газа с атмосферой. Это предположение верно, т.к. кинетика взаимодейст­вия с газовой фазой определяется несколькими сутками или неделями, тогда как фотосинтез происходит в течение одного светового дня (12 – 16 часов). Это подтверждается натуральными данными, которые по результатам дневных измерений приводят уравнение связи концентрации общей углекислоты и pH: при 25°C

Ст = -524 pH + 6285 (в mM)

pH = 7,7 - 8,4

На рис. 3а зависимость показана точечной линией.

Видна согласованность с расчетными данными. Отличия обусловлены интегральным характером величины pH, измеряемой в полевых условиях. Используя полученные данные, можно оценить начало выпадения CaCO3 в природных обстановках. Как видно из рис.4 в зонах интенсивного фотосинтеза с температурой поверхностных вод 20–30°C уже при pH = 8,5-8,8 должны создаваться условия, достаточные для гомогенного осаждения CaCO3. В связи с этим следует отметить, что величины pH = 8,5-8,6 (Ga = 5) часто наблюдаются в водах Багамской Банки. Учитывая хорошую локальную перемешиваемость вод (скорость течений достигает 18,5 см/с), которые меняются каждые 6 часов и варьируют по глубине, можно предполагать реальность процесса спонтанной нуклеации. Необходимые индукционные периоды не превышают 1–2 суток. Полученные в работе московских ученых изотопные данные по сравнению состава карбонатов водной взвеси, донных осадков и выделяемых водорослями, изучение гидродинамической обстановки придонных слоев и состава грунтов показывают, что 80–90% карбонатов осаждаются непосредственно из морской воды, а 10–20% имеют происхождение, связанное с жизнедеятельностью фитопланктона. Основываясь на полученных результатах, возможно рассчитать кинетику осаждения CaCO3 в процессе цветения фитопланктона или суточного фотосинтеза водорослевой колонии. Поскольку роль фосфатов ничтожна, а растворенное органическое вещество не оказывает существенного ингибирующего действия, можно использовать данные зависимости индукционного периода от pH при фотосинтезе. Для двух вариантов скоростей процесса 0,2 и 0,5 единиц pH/час – получены кривые зависимости момента выпадения осадка от времени, прошедшего с начала фотосинтеза. Каждой точке зависимости pH(G) от времени соответствует величина индукционного периода появления осадка для данных условий pH и G.(рис.6)