CYKL FOSFOROWY: CHARAKTERYSTYKA, ETAPY, ZMIANY, ZNACZENIE - BIOLOGIA - 2026

Obieg fosforu jest przechowywanie i obrót tego elementu za pomocą hydrosferę litosfery, organizmów żywych, a atmosferą. Jest to cykl biogeochemiczny typu osadowego, którego faza magazynowania zachodzi głównie na dnie morskim.

Cykl rozpoczyna się wystawieniem skał fosforanowych na erozyjne działanie wody, wiatru i organizmów żywych. Kiedy skała się zużywa, rozpada się i przenosi cząsteczki, które przenoszą fosforany, które są wbudowywane w glebę lub są wciągane do zbiorników wodnych.

Pełny cykl fosforowy. Źródło: BonniemfIncorporates praca NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor wchłaniany przez rośliny w postaci fosforanów przez korzenie jest integrowany z organizmem i wykorzystywany w metabolizmie. W ten sposób przechodzi z geologicznego etapu cyklu do fazy biologicznej, w której krąży w sieciach pokarmowych lub troficznych.

Ten etap rozpoczyna się, gdy zwierzęta roślinożerne zjadają rośliny i pozyskują z nich fosfor. Pierwiastek ten przechodzi następnie do drapieżników, które żywią się roślinożercami i wraca do gleby z odchodami lub gdy organizmy umierają i rozkładają się.

Z drugiej strony fosfor w postaci fosforanów trafia do jezior i oceanów, przechodząc do stanu hydrologicznego. Ponadto fosforany rozpuszczone w wodzie przechodzą do etapu biologicznego, gdy są wchłaniane przez fitoplankton i dostają się do morskich sieci pokarmowych.

Następnie fosfor jest uwalniany przez wydaliny lub rozkład żywych istot i jest ponownie włączany do etapu hydrologicznego. W tej fazie może krążyć z prądami oceanicznymi lub osiadać na osadach na dnie oceanu.

Gdy fosfor trafia do dna morskiego, warstwy osadów gromadzą się, a dolne warstwy są zakopywane na dużych głębokościach. Tutaj wytwarzane są wysokie ciśnienia i temperatury, które tworzą nową skałę bogatą w fosfor, która zostanie ponownie odsłonięta, aby kontynuować cykl.

Cykl ten może zostać zmieniony przez działalność człowieka z powodu włączenia dodatkowych ilości fosforu zanieczyszczającego środowisko, które powodują eutrofizację.

cechy

Mecz

Jest to niemetaliczny pierwiastek chemiczny oznaczony symbolem P, który nie jest czysty z natury, ponieważ szybko się utlenia. Kiedy zachodzi ten proces, uwalnia energię cieplną i wytwarza światło, dlatego nadano mu nazwę fosforu (po grecku „nośnik światła”).

W naturze występuje w postaci nieorganicznych cząsteczek fosforu lub jako część organizmów żywych.

Twój cykl

Cykl fosforu to osadowy cykl biogeochemiczny ściśle powiązany z obiegiem wody, węgla, wapnia, żelaza i glinu. Nazywa się go osadowym, ponieważ większość jego zasobów znajduje się w osadach morskich i skałach fosforanowych skorupy ziemskiej.

Ekspozycja

Skały fosforanowe, które powstają w głębi Ziemi, są przenoszone na powierzchnię ziemi przez ruchy płyt tektonicznych. Kiedy tak się dzieje, narażone są na działanie czynników fizycznych, takich jak deszcz i wiatr, a także biologicznych.

Fosforyt. Źródło: David Stanley z Nanaimo, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Innym sposobem uwalniania fosforu z jego podziemnych magazynów jest aktywność wulkaniczna, również spowodowana ruchami tektonicznymi.

Erozja

Ponieważ skały fosforanowe są narażone na działanie środowiska zewnętrznego na powierzchni ziemi, następuje proces erozji. W ten sposób skała jest pęknięta i rozdrobniona przez różnice temperatur, deszczu, wiatru i działania żywych istot, a fosfor staje się częścią gleby lub przenosi się w inne miejsca.

Transport

Głównym czynnikiem erozyjnym jest woda, która przenosi fosfor do innych punktów w litosferze, a ostatecznie do oceanów.

Biologiczne wchłanianie i uwalnianie

Większość fosforu w glebie występuje w postaci nierozpuszczalnej i dlatego nie może być wykorzystywana przez rośliny. Luminofor przylega do cząstek gliny, wodorotlenków żelaza i glinu lub w postaci fosforanu wapnia, żelaza lub innego.

Tak więc na jednym hektarze gleby może znajdować się od 2 do 10 ton fosforu, ale rośliny mogą zużywać tylko od 3 do 15 kg. Fosfor rozpuszczalny jest wchłaniany przez korzenie i przenika do organizmu rośliny, gdzie jest stosowany w różnych procesy metaboliczne.

Fosfor jest wbudowywany w strukturę roślin, tworząc białka, ATP, DNA i inne cząsteczki. Podobnie, gdy rozpuszcza się w wodzie morskiej, jest wchłaniany przez fitoplankton w oceanach.

Fosfor staje się częścią łańcuchów troficznych, gdy rośliny i fitoplankton są spożywane przez roślinożerne, a te przez drapieżniki. Później jest uwalniany z żywych organizmów przez ich odchody lub po ich śmierci.

Sedymentacja i akumulacja

Fosfor w oceanach osadza się na dnie morskim, stając się częścią osadu, który będzie osadzał się w kolejnych warstwach.

Litifikacja i przechowywanie

Skały powstają, gdy osady w najgłębszych częściach skorupy ziemskiej są poddawane działaniu wysokich ciśnień i temperatur (litacja). Dzieje się tak, ponieważ ciężar osadów górnych powoduje zagęszczenie osadów dolnych.

Cząsteczki tworzące skały są utrzymywane razem dzięki krystalizacji tlenków, krzemionki i innych substancji, procesowi zwanemu cementacją. W ten sposób powstają tzw. Skały osadowe, wśród których jest fosforyn, który zawiera do 20-30% fosforanów.

Skały osadowe poddane procesom o wyższej temperaturze i ciśnieniu rozpuszczają się, tworząc część skał metamorficznych i magmowych (18%). Istnieją również fosforany w skałach wapiennych do 0,18%, a nawet w skałach piaskowcowych do 0,27%.

Czas cyklu

Szybkość, z jaką cząsteczka fosforu kończy cykl, zależy od typu rozpatrywanego zbiornika. Na przykład w wodach przybrzeżnych cząsteczka fosforu może być mobilizowana co 9 miesięcy, aw osadach głębinowych może to zająć ponad 11 000 lat.

Etapy cyklu fosforowego

Największy recykling fosforu zachodzi między organizmami żywymi a wodą lub glebą, w zależności od rodzaju ekosystemu. Przechodzi przez trzy etapy, którymi są:

- Geologiczne

Najważniejsze rezerwy fosforu na tym etapie cyklu znajdują się w osadach morskich i glebie. Występuje także w skałach fosforanowych podłoża oraz w odchodach ptaków morskich (guano).

Skały fosforowe powstają z osadów morskich, które są skałami osadowymi zawierającymi do 30% fosforanów. Kiedy erodują, fosforany stają się częścią gleby.

Podobnie erozja gleby i skał wciąga fosforany do zbiorników wodnych i trafia do oceanu, gdzie są wchłaniane przez organizmy morskie. Z drugiej strony stosunkowo niski udział fosforanów w glebie rozpuszcza się w wodzie i jest przyswajany przez rośliny.

- hydrologiczna

Etap hydrologiczny cyklu fosforu utrzymuje stałą wymianę z lądem i organizmami zamieszkującymi świat wodny. Najwięcej fosforu znajduje się w głębokich wodach oceanu w postaci rozpuszczonego fosforanu.

Fosfor obecny w wodach powierzchniowych jest wchłaniany przez organizmy żywe i tym samym staje się częścią etapu biologicznego.

Bilety

Szacuje się, że rocznie do zbiorników wodnych trafia około 10 mln ton fosforu. Wchodzi w stan hydrologiczny ciągnięty przez prądy wodne, głównie przez spływ wód opadowych.

W ten sposób dociera do rzek, a stamtąd do jezior i oceanów, a także niewielki procent pyłu atmosferycznego osadzającego się w oceanach lub innych zbiornikach wodnych.

Krążenie

Fosfor krąży w oceanach, zwłaszcza w chłodniejszych niższych warstwach, jednak w rejonach upwellingu dociera do powierzchni. Uniesienia to obszary, w których unoszą się głębokie zimne wody, niosące fosforany i inne składniki odżywcze.

Na tych obszarach dostępność fosforanów jest obfita, co sprzyja rozwojowi fitoplanktonu, który przyciąga dużą liczbę żerujących na nim ryb.

Odloty

Ponieważ fosfor nie tworzy lotnych związków (gazów) w oceanie, nie może być wymieniany bezpośrednio z atmosferą. Dlatego jedynymi wyjściami z etapu hydrologicznego są formacje skalne lub połowy (ptaki morskie lub działalność człowieka).

W pierwszym przypadku fosfor rozpuszczony w morzu lub z odchodów lub martwych ciał istot żywych osadza się na dnie morskim. Z biegiem czasu osady te są pokryte innymi warstwami i konsolidują się jako skały fosforanowe, które później zostaną odsłonięte na powierzchni ziemi.

Ze swojej strony ptaki morskie zjadają ryby i przenoszą fosfor na ląd poprzez swoje odchody (guano) lub giną. Podczas gdy człowiek wydobywa duże ilości fosforu z oceanów poprzez połowy, ponieważ kości ryb składają się z 35% tego pierwiastka.

- Biologiczne

Gdy fosfor dostanie się do łańcuchów troficznych lub łańcuchów pokarmowych, jest częścią biologicznego etapu cyklu fosforowego. Zaczyna się, gdy fosforany wchłonięte przez rośliny lub fitoplankton tworzą białka i inne ważne cząsteczki.

Fosfor krąży wtedy, gdy rośliny i fitoplankton są spożywane przez roślinożerne, a te przez drapieżniki. Następnie przechodzi przez odchody i rozkład ciał martwych organizmów przez bakterie i grzyby.

Chociaż ilość fosforu na etapie biologicznym jest stosunkowo niska, odgrywa on fundamentalną rolę. Zatem około 80% całkowitego fosforu w organizmie żywej istoty składa się z hydroksyapatytu (Ca5 (PO4) 3OH).

Minerał ten stanowi około 70% kości kręgowców, a szkliwo zębów również zawiera dużą część tego minerału fosforanowego.

Odloty

Od tego etapu fosfor kontynuuje swój cykl w kierunku etapów hydrologicznych i geologicznych, poprzez śmierć organizmów lub ich wydalin. Podobnie ludzie ingerują w cykl fosforu, wydobywając go z lądu i morza, aby wykorzystać go jako surowiec przemysłowy lub jako nawóz.

Guano

Ważnym źródłem fosforu z fazy biologicznej są odchody ptaków morskich zwane guano, które zawierają ok. 4% fosforanów.

Akumulacja guano. Źródło: Alex Proimos z Sydney, Australia / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Ptaki morskie, które jedzą ryby, tworzą duże kolonie przybrzeżne, a ich odchody gromadzą się w ogromnych ilościach w ich siedliskach. Te odchody są szczególnie bogate w fosforany i były używane przez ludzi jako nawóz.

Zmiany

Podstawową zmianą cyklu fosforu jest jego przyspieszenie w wyniku działalności człowieka. Fosforany są jednym z głównych zanieczyszczeń w ściekach, powodując zmiany w obiegu fosforu poprzez wprowadzanie dodatkowych ilości do ekosystemów.

Eutrofizacja

Fosforany są wprowadzane do ścieków dzięki zastosowaniu detergentów zawierających fosforan trójsodowy. Związki te w połączeniu z wodą tworzą fosforany przyswajalne przez żywe istoty.

Eutrofizacja. Źródło: F. lamiot (opracowanie własne) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ponieważ dostają się duże ilości tych przyswajalnych fosforanów, liczebność glonów i roślin wodnych znacznie wzrasta. Ten brak równowagi ekologicznej kończy się zużyciem rozpuszczonego tlenu w wodzie, powodując śmierć ryb i innych organizmów.

Jakość wody

Nadmiar fosforanów w wodzie wpływa na jej jakość do spożycia przez ludzi, zmniejszając tym samym źródła słodkiej wody.

Znaczenie

Niezbędne do życia

Fosfor jest centralną częścią ATP (trifosforanu adenozyny), czyli cząsteczki, przez którą energia jest magazynowana i przekazywana w komórkach. Z kolei DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy), który jest cząsteczką odpowiedzialną za przekazywanie informacji genetycznej, zawiera grupę fosforanową.

Dieta i zdrowie

Fosfor jest pierwiastkiem niezbędnym dla zdrowia, biorąc pod uwagę, że jest drugim pod względem obfitości w organizmie. Jest również podstawowym składnikiem zębów i kości, blisko spokrewnionym z witaminami z grupy B.

Ponadto odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu nerek, mięśni (w tym serca) oraz w układzie nerwowym (sygnały nerwowe).

Surowiec dla przemysłu

W przemyśle fosforany są wykorzystywane do różnych celów, np. W przemyśle spożywczym jako środki przeciwzbrylające i stabilizatory. Fosfor jest kluczowym składnikiem do produkcji zapałek, fajerwerków i sygnałów świetlnych.

Podobnie jest stosowany przy produkcji stopów metali, olejów przemysłowych oraz jako fosforan trójsodowy stosowany w detergentach.

Nawozy

Fosfor jest ważnym składnikiem nawozów i nawozów stosowanych w rolnictwie, szczególnie przydatnym do wywoływania kwitnienia w uprawach. Produkcja nawozów odpowiada za około 90% zapotrzebowania na fosforany.

Insektycydy

Fosforany organiczne występują w postaci estrów kwasu fosforowego iw większości przypadków mają działanie neurotoksyczne, dlatego wykorzystuje się je do produkcji insektycydów.

Bibliografia

1. Calow, P. (red.) (1998). Encyklopedia ekologii i zarządzania środowiskowego.
2. Margalef, R. (1974). Ekologia. Wydania Omega.
3. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ekologia i środowisko. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Podstawy ekologii. Piąta edycja. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globalny cykl fosforu. Traktat o geochemii.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). Fosfor kumuluje się szybciej niż azot w ekosystemach słodkowodnych pod wpływem czynników antropogenicznych ”. Listy ekologiczne.