FOSFORCYKLUS: EGENSKABER, STADIER, ÆNDRINGER, BETYDNING - BIOLOGI - 2025

Den fosforkredsløbet er opbevaring og cirkulation af dette element gennem hydrosfæren, litosfæren, levende organismer, og atmosfæren. Det er en biogeokemisk cyklus af sedimentær type, hvis oplagringsfase hovedsageligt forekommer på havbunden.

Cyklussen begynder med udsættelse af fosfatklipper for den erosive virkning af vand, vind og levende organismer. Når klippen bærer, fragmenterer den og bærer de partikler, der bærer fosfaterne, som er inkorporeret i jorden eller drages i vandmasser.

Komplet fosforcyklus. Kilde: BonniemfIncorporates arbejde af NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor, der absorberes som fosfater af planter gennem deres rødder, integreres i din krop og bruges i stofskifte. Således går det fra det geologiske trin i cyklussen til den biologiske fase, hvor det cirkulerer gennem fødevarer eller trofiske baner.

Dette trin begynder, når urteagtige dyr spiser planter og får fosfor fra dem. Dette element overføres derefter til de kødædende kødædere, der lever af planteetere og vender tilbage til jorden gennem ekskrementer eller når organismerne dør og nedbrydes.

På den anden side trækkes fosfor i form af fosfater ind i søer og oceaner og går videre til det hydrologiske stadie. Derudover passerer fosfater, der er opløst i vand, til det biologiske trin, når de absorberes af planteplankton og kommer ind i marine fødevarer.

Derefter frigives fosfor gennem udskillelse eller nedbrydning af levende væsener og integreres igen i det hydrologiske stadie. I denne fase kan det cirkulere med havstrømme eller slå sig ned på bundbunden.

Når fosfor går til havbunden, samles sedimentlagene, og de nedre lag ender med at blive begravet på store dybder. Her produceres høje tryk og temperaturer, der danner ny sten rig på fosfor, der igen vil blive udsat for at fortsætte cyklussen.

Denne cyklus kan ændres af menneskelig aktivitet på grund af inkorporering af ekstra mængder fosfor, der forurener miljøet, der forårsager eutrofiering.

egenskaber

Kampen

Dette er et ikke-metallisk kemisk element, der er repræsenteret ved symbolet P, og som ikke er rent af naturen, fordi det oxiderer hurtigt. Når denne proces opstår, frigiver den varmeenergi og producerer lys, hvorfor det fik navnet fosfor ("bærer af lys" på græsk).

I naturen findes det i form af uorganiske fosformolekyler eller som en del af levende organismer.

Din cyklus

Fosforcyklus er en sedimentær biogeokemisk cyklus tæt forbundet med cyklussen af ​​vand, kulstof, calcium, jern og aluminium. Det kaldes sedimentært, fordi de fleste af dets reserver er i marine sedimenter og i fosfatklipperne i jordskorpen.

Exposition

Fosfatklipperne, der dannes i jordens dybder, føres til jordoverfladen ved bevægelser af de tektoniske plader. Når dette sker, udsættes de for virkningen af ​​fysiske stoffer som regn og vind såvel som biologiske.

Fosfatberg. Kilde: David Stanley fra Nanaimo, Canada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

En anden måde at frigive fosfor fra dens underjordiske opbevaring er gennem vulkanaktivitet, også forårsaget af tektoniske bevægelser.

Erosion

Når fosfatklipper udsættes for det ydre miljø på jordoverfladen, forekommer erosionsprocessen. Således er klippen knækket og fragmenteret af forskelle i temperatur, regn, vind og virkningen af ​​levende væsener, og fosforet bliver en del af jorden eller flytter til andre steder.

Transportere

Det vigtigste erosive middel er vand, der overfører fosfor til andre punkter i litosfæren og endelig til havene.

Biologisk absorption og frigivelse

Det meste af fosfor i jorden er i en uopløselig form og kan derfor ikke bruges af planter. Denne fosfor klæbes til lerpartikler, jern og aluminiumhydroxider eller i form af calcium, ferri eller andet phosphat.

I en hektar jord kan der således være mellem 2 og 10 ton fosfor, men planter kan kun bruge 3 til 15 kg. Opløseligt fosfor absorberes gennem rødderne og passerer ind i kroppen på planten, hvor den bruges i forskellige metaboliske processer.

Fosfor er integreret i strukturen af ​​planter, der danner proteiner, ATP, DNA og andre molekyler. Tilsvarende, når det opløses i havvand, optages det af planteplankton i verdenshavene.

Fosfor bliver en del af de trofiske kæder, når planter og planteplankton konsumeres af planteetere og disse af kødædende dyr. Senere frigøres det fra levende organismer enten gennem deres udskillelse eller når de dør.

Sedimentation og ophobning

Fosfor i havene aflejres på havbunden og bliver en del af sedimentet, der vil blive afsat i successive lag.

Lithificering og opbevaring

Klipper dannes, når sedimenter i de dybeste dele af jordskorpen udsættes for høje tryk og temperaturer (lithificering). Dette sker, fordi vægten af ​​de øvre sedimenter får de nederste til at komprimere.

Partiklerne, der udgør klipperne, holdes sammen takket være krystallisationen af ​​oxider, silica og andre stoffer, en proces, der kaldes cementering. På denne måde dannes de såkaldte sedimentære klipper, blandt andet phosphorit, der indeholder op til 20-30% fosfater.

Hvis sedimentære klipper udsættes for processer med højere temperatur og tryk, opløses de og udgør en del af metamorfe og stødende klipper (18%). Der er også fosfater i kalksten op til 0,18% og endda i sandsten klipper op til 0,27%.

Cyklustid

Den hastighed, hvormed et fosformolekyle afslutter cyklussen, afhænger af den betragtede reservoirtype. For eksempel kan et fosformolekyle i kystfarvande mobiliseres hver 9. måned og i dybe marine sedimenter kan det tage mere end 11.000 år.

Stadier af fosforcyklussen

Den største genanvendelse af fosfor forekommer mellem levende organismer og vand eller jord afhængig af økosystemtypen. Det går gennem tre faser, som er:

- Geologisk

De vigtigste fosforreserver på dette stadie af cyklussen findes i marine sedimenter og jord. Det er også til stede i undergrundens fosfatklipper og i ekskrementer af havfugle (guano).

Fosfatklipper dannes af marine sedimenter, som er sedimentære klipper, der indeholder op til 30% fosfater. Når de eroderer, bliver fosfaterne en del af jorden.

Tilsvarende trækker erosion af jord og klippe fosfater ind i vandmasser og ender med at nå havet, hvor de absorberes af marine organismer. På den anden side opløses en relativt lav andel fosfater i jorden i vand og absorberes af planter.

- Hydrologisk

Den hydrologiske fase af fosforcyklussen opretholder en permanent udveksling med fastlandet og med de organismer, der bebor den akvatiske verden. Den største mængde fosfor findes i dybt havvand som opløst fosfat.

Fosforet, der findes i overfladevand, absorberes af levende organismer og bliver derfor en del af det biologiske stadie.

Billetter

Det anslås, at cirka 10 millioner tons fosfor årligt kommer ind i vandområder. Det går ind i den hydrologiske fase, der trækkes af vandstrømme, hovedsageligt ved afstrømning fra regnvand.

På denne måde når den floderne og derfra til søerne og oceanerne, såvel som en lille procentdel fra atmosfærisk støv, der afsættes i havene eller andre vandmasser.

Cirkulation

Fosfor cirkulerer i havene, især i de koldere nedre lag, men i bjergområder når det til overfladen. Opholdsrum er områder, hvor dybt koldt vand stiger, der bærer fosfater og andre næringsstoffer.

I disse områder er tilgængeligheden af ​​fosfater rigelig, hvilket favoriserer udviklingen af ​​planteplankton, der tiltrækker et stort antal fisk, der lever af det.

Afgange

Da fosfor ikke danner flygtige forbindelser (gasser) i havet, kan det ikke udveksles direkte med atmosfæren. Derfor er de eneste udgange fra det hydrologiske stadie klippedannelse eller fiskeri (af havfugle eller menneskelig handling).

I det første tilfælde aflejres fosforet i havet eller fra udskillelse eller døde kroppe af levende væsener på havbunden. Over tid er disse sedimenter dækket af andre lag og konsolideres som fosfatklipper, der senere vil blive udsat for jordoverfladen.

På deres side forbruger havfugle fisk og fører fosfor til landet gennem deres udskillelse (guano) eller ved at dø. Mens mennesket udtrækker store mængder fosfor fra havene gennem fiskeri, da fiskebenene er sammensat af 35% af dette element.

- Biologisk

Når fosfor er kommet ind i trofiske kæder eller fødekæder, er det en del af den biologiske fase af fosforcyklussen. Dette begynder, når de fosfater, der absorberes af planter eller af planteplankton, danner proteiner og andre vitale molekyler.

Fosforet cirkulerer derefter, når planter og planteplankton indtages af planteetere og disse af kødædende dyr. Det bevæger sig derefter gennem udskillelse og ved nedbrydning af organer i døde organismer af bakterier og svampe.

Selvom mængden af ​​fosfor i det biologiske trin er relativt lav, spiller den en grundlæggende rolle. Cirka 80% af den totale fosfor i kroppen af ​​et levende væsen består således af hydroxyapatit (Ca5 (PO4) 3 OH).

Dette mineral udgør omkring 70% af hvirveldyrets knogler, og tandemaljen består også af en stor andel af dette fosfatmineral.

Afgange

Fra dette stadie fortsætter fosfor sin cyklus mod de hydrologiske og geologiske stadier gennem døden af ​​organismer eller deres udskillelse. Ligeledes griber mennesker ind i fosforcyklussen og udtrækker det fra land og hav for at bruge det som et industrielt råmateriale eller som gødning.

guano

En vigtig kilde til fosfor fra det biologiske trin er udskillelsen af ​​havfugle, kaldet guano, som indeholder cirka 4% fosfater.

Guano ophobning. Kilde: Alex Proimos fra Sydney, Australien / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Havfugle, der spiser fisk, danner store kystkolonier, og deres udskillelse ophobes i enorme mængder i deres levesteder. Disse udskillelser er især rige på fosfater og er blevet brugt af mennesker som gødning.

ændringer

Den grundlæggende ændring af fosforcyklussen er dens acceleration på grund af menneskelig aktivitet. Fosfater er et af de vigtigste forurenende stoffer i spildevand, hvilket forårsager ændringer i fosforcyklussen ved at inkorporere ekstra mængder i økosystemer.

Eutrofiering

Fosfater indarbejdes i spildevand på grund af brugen af ​​detergenter, der inkorporerer trinatriumphosphat. Disse forbindelser danner fosfater, der kan assimileres af levende væsener, når de kombineres med vand.

Eutrofiering. Kilde: F. lamiot (eget arbejde) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Når store mængder af disse assimilerbare fosfater kommer ind, stiger populationerne af alger og akvatiske planter markant. Denne økologiske ubalance ender med at forbruge det opløste ilt i vandet og forårsager død af fisk og andre organismer.

Vandkvalitet

Overskuddet af fosfater i vandet påvirker dets kvalitet til konsum og reducerer således kilderne til ferskvand.

Betydning

Vigtigt for livet

Fosfor er en central del af ATP (adenosintriphosphat), som er molekylet, gennem hvilket energi lagres og transmitteres i celler. På den anden side inkluderer DNA (deoxyribonukleinsyre), som er det molekyle, der er ansvarlig for transmission af genetisk information, en fosfatgruppe.

Diæt og helbred

Fosfor er et vigtigt element i sundheden, idet det tages i betragtning, at det er det andet i overflod i kroppen. Det er også en grundlæggende bestanddel af tænder og knogler, tæt knyttet til B-kompleksets vitaminer.

Derudover spiller det en vigtig rolle i funktionen af ​​nyrerne, musklerne (inklusive hjertet) og i nervesystemet (nervesignaler).

Råmateriale til industrien

I industrien bruges fosfater til forskellige formål, fx i fødevareindustrien bruges de som antikalkningsmidler og stabilisatorer. Fosfor er en nøgleingrediens i fremstillingen af ​​tændstikker, fyrværkeri og lyssignaler.

Tilsvarende bruges det til fremstilling af metallegeringer, industrielle olier, og som trinatriumphosphat bruges det i vaskemidler.

Gødning

Fosfor er en vigtig komponent i gødning og gødning, der bruges i landbruget, især nyttigt til at inducere blomstring i afgrøder. Produktionen af ​​gødning er ansvarlig for ca. 90% af efterspørgslen efter fosfater.

insekticider

Organiske fosfater er i form af fosforsyreestere og har i de fleste tilfælde en neurotoksisk effekt, hvorfor de bruges til at fremstille insekticider.

Referencer

1. Calow, P. (red.) (1998). Leksikonet for økologi og miljøstyring.
2. Margalef, R. (1974). Økologi. Omega-udgaver.
3. Miller, G. og TYLER, JR (1992). Økologi og miljø. Grupo Redaktion Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP og Warrett, GW (2006). Grundlæggende om økologi. Femte udgave. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Den globale fosforcyklus. Afhandling om geokemi.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). Fosfor akkumuleres fester end nitrogen globalt i ferskvandsøkosystemer under menneskeskabte påvirkninger ”. Økologibrev.