Кратко: избыток удобрений (богатых азотом и фосфором) попадает в водоёмы, стимулирует бурный рост фитопланктона и сине‑зелёных бактерий; их последующий отмер и разложение микроорганизмами резко увеличивают потребление растворённого кислорода — возникает гипоксия/аноксия, гибнут аэробные организмы, нарушаются химические циклы и высвобождается дополнительный фосфор из донных отложений, что создаёт положительную обратную связь и длительную эвтрофикацию.
Последовательность причинно‑следственных звеньев и ключевые химические процессы:
1) Ввод питательных веществ
- Размыв и фильтрация удобрений дают повышенные концентрации легкоусвояемых форм: $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$, $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$.
2) Усвоение и цветение водорослей
- Фитопланктон быстро использует доступный N и P согласно элементному соотношению (например, правило Редфилда): $\mathrm{C}:\mathrm{N}:\mathrm{P}=106:16:1$.
- Результат — массовые цветения (блум), часто с преобладанием токсичных цианобактерий.
3) Смерть биомассы и микробное разложение
- Отмершая органика разлагается аэробными бактериями; простая модель аэробного окисления органического вещества: ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2\to 6C{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ (или упрощённо $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$).
- Это повышает биохимическое потребление кислорода (BOD), причём скорость потребления может превысить скорость обмена с атмосферой (реаерации), и концентрация растворённого кислорода падает.
4) Гипоксия/аноксия и их химические последствия
- Низкий уровень ${\mathrm{O}}_2$ убивает рыб и других аэробов; в бескислородных условиях идут восстановительные реакции:
- Восстановление ионов железа: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$, что приводит к высвобождению связанного фосфата $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$ из Fe‑оксидов (внутреннее питание — internal loading).
- Сульфатредукция с образованием сероводорода: например $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}+8{\mathrm{e}}^{-}+10{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{S}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ — токсично для обитателей и ухудшает условия.
- Нитрат может восстанавливаться до газообразного азота (денитрификация): $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}\to \mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}\to {\mathrm{N}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{N}}_2$ — это удаляет растворимый N, но может давать парниковые N_2O.
5) Положительные обратные связи и деградация экосистемы
- Высвобождение фосфата из донных слоёв при аноксии усиливает цветения снова (самоподдерживающийся цикл).
- Изменяется сообщество (смена бентоса, потеря макрофитов из‑за затенения и нехватки кислорода), нарушаются пищевые сети и экосистемные услуги.
Итог: химические ключевые звенья — увеличение концентраций $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$, $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$; аэробная микробная минерализация органики (большой O_2‑потребление); восстановительные реакции в аноксичных условиях (восстановление Fe, сульфатредукция) — все вместе приводят к гибели водных экосистем и закреплению эвтрофикации.
Коротко о предотвращении: уменьшение поступления N и P (сельское хозяйство, очистка стоков), буферные полосы, дистанцированное управление удобрениями и восстановление кислородного режима водоёма прерывают этот цепной механизм.