CIKEL FOSFORJA: ZNAČILNOSTI, STOPNJE, SPREMEMBE, POMEMBNOST - BIOLOGIJA - 2026

Kroženje fosforja je skladiščenje in kroženje tega elementa preko hidrosfero litosfere, živih organizmov in atmosfero. Gre za biogeokemični cikel sedimentnega tipa, katerega faza skladiščenja poteka predvsem na morskem dnu.

Cikel se začne z izpostavljenostjo fosfatnih kamnin erozivnemu delovanju vode, vetra in živih organizmov. Ko se skala obrabi, se drobi in nosi delce, ki prenašajo fosfate, ki so vgrajeni v tla ali se vlečejo v vodna telesa.

Celoten cikel fosforja. Vir: BonniemfIncorporates delo NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor, ki ga rastline absorbirajo v obliki fosfatov skozi svoje korenine, je vključen v vaše telo in uporabljen pri presnovi. Tako prehaja iz geološke faze cikla v biološko fazo, kjer kroži skozi hrano ali trofične mreže.

Ta faza se začne, ko rastlinojede živali uživajo rastline in iz njih pridobivajo fosfor. Ta element nato preide na mesojede, ki se prehranjujejo z rastlinojedimi živalmi in se skozi iztrebke vrnejo v tla ali ko organizmi odmrejo in razpadejo.

Po drugi strani se fosfor v obliki fosfatov vleče v jezera in oceane, prehaja v svojo hidrološko stopnjo. Poleg tega fosfati, raztopljeni v vodi, preidejo v biološko stopnjo, ko jih absorbira fitoplankton in vstopijo v morske živilske mreže.

Nato se fosfor sprosti z izločki ali razpadom živih bitij in se ponovno vključi v hidrološko stopnjo. V tej fazi lahko kroži z oceanskimi tokovi ali se naseljuje na sedimentih oceanskega dna.

Ko gre fosfor na morsko dno, se plasti sedimenta nabirajo in spodnje plasti končajo zakopane na velikih globinah. Tu nastajajo visoki tlaki in temperature, ki tvorijo novo kamnino, bogato s fosforjem, ki bo ponovno izpostavljena za nadaljevanje cikla.

Ta cikel lahko spremenimo s človeško dejavnostjo zaradi vključitve dodatnih količin fosforja, ki onesnažuje okolje, ki povzročajo evtrofikacijo.

značilnosti

Tekma

To je nekovinski kemični element, ki ga predstavlja simbol P in ki po naravi ni čist, ker hitro oksidira. Ko pride do tega procesa, sprošča toplotno energijo in proizvaja svetlobo, zato je dobila ime fosfor ("nosilec svetlobe" v grščini).

V naravi ga najdemo v obliki anorganskih molekul fosforja ali kot del živih organizmov.

Vaš cikel

Cikel fosforja je sedimentni biogeokemični cikel, ki je tesno povezan s ciklom vode, ogljika, kalcija, železa in aluminija. Imenuje se sedimentno, ker je večina njegovih rezerv v morskih sedimentih in v fosfatnih kamninah zemeljske skorje.

Izložba

Fosfatne kamnine, ki nastanejo v zemeljskih globinah, se s premikanjem tektonskih plošč prenesejo na zemeljsko površje. Ko se to zgodi, so izpostavljeni delovanju fizikalnih povzročiteljev, kot so dež in veter, pa tudi bioloških.

Fosfatna kamnina. Vir: David Stanley iz Nanaima, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Drug način sproščanja fosforja iz njegovega podzemnega skladišča je z vulkansko dejavnostjo, ki jo povzročajo tudi tektonska gibanja.

Erozija

Ko so fosfatne kamnine izpostavljene zunanjemu okolju na zemeljski površini, pride do procesa erozije. Tako je skala razpokana in razdrobljena zaradi temperaturnih razlik, dežja, vetra in delovanja živih bitij, fosfor pa postane del zemlje ali se preseli v druge kraje.

Prevoz

Glavno erozivno sredstvo je voda, ki fosfor prenaša v druge točke litosfere in končno v oceane.

Biološka absorpcija in sproščanje

Večina fosforja v tleh je v netopni obliki, zato ga rastline ne morejo uporabljati. Ta fosfor se oprime delcev gline, železovih in aluminijevih hidroksidov ali v obliki kalcija, železa ali drugega fosfata.

Tako lahko v enem hektarju zemlje ostane od 2 do 10 ton fosforja, vendar lahko rastline porabijo le od 3 do 15 kg, topni fosfor se absorbira skozi korenine in preide v telo rastline, kjer se uporablja v različnih presnovni procesi.

Fosfor je vgrajen v strukturo rastlin, tvori beljakovine, ATP, DNK in druge molekule. Podobno je, kadar se raztopi v morski vodi, absorbira fitoplankton v oceanih.

Fosfor postane del trofičnih verig, ko rastline in fitoplankton zaužijejo rastlinojede, ti pa mesojedci. Pozneje se iz živih organizmov sprosti bodisi skozi njihove izločke ali ko umrejo.

Sedimentacija in kopičenje

Fosfor v oceanih se odlaga na morsko dno in postane del usedline, ki se bo odlagala v zaporednih plasteh.

Litifikacija in skladiščenje

Kamnine nastanejo, ko so usedline v najglobljih delih zemeljske skorje podvržene visokim pritiskom in temperaturam (litifikacija). Do tega pride, ker teža zgornjih sedimentov povzroči, da se spodnji strdijo.

Delci, ki sestavljajo kamnine, so združeni zahvaljujoč kristalizaciji oksidov, silicijevega dioksida in drugih snovi, ki so znane kot cementacija. Na ta način nastanejo tako imenovane sedimentne kamnine, med katerimi je fosforit, ki vsebuje do 20-30% fosfatov.

Če so sedimentne kamnine podvržene procesom višje temperature in tlaka, se raztopijo in tvorijo del metamorfnih in magnetnih kamnin (18%). Obstajajo tudi fosfati v apnenčastih kamninah do 0,18% in celo v peščenih kamninah do 0,27%.

Čas za kolesarjenje

Hitrost, s katero molekula fosforja zaključi cikel, je odvisna od vrste obravnavanega rezervoarja. Na primer, v obalnih vodah lahko fosforno molekulo mobiliziramo vsakih 9 mesecev, v globokih morskih sedimentih pa lahko traja več kot 11.000 let.

Stopnje cikla fosforja

Največje recikliranje fosforja poteka med živimi organizmi in vodo ali zemljo, odvisno od vrste ekosistema. Gre skozi tri stopnje, ki so:

- Geološki

Najpomembnejše rezerve fosforja v tej fazi cikla najdemo v morskih sedimentih in tleh. Prisotna je tudi v fosfatnih kamninah podzemlja in v iztrebkih morskih ptic (guano).

Fosfatne kamnine nastajajo iz morskih sedimentov, ki so sedimentne kamnine, ki vsebujejo do 30% fosfatov. Ko erodirajo, fosfati postanejo del tal.

Na enak način erozija tal in kamnin vleče fosfate v vodna telesa in konča do oceana, kjer jih absorbirajo morski organizmi. Po drugi strani se razmeroma nizek delež fosfatov v tleh raztopi v vodi in jih rastline absorbirajo.

- Hidrološki

Hidrološka stopnja cikla fosforja ohranja stalno izmenjavo s celino in z organizmi, ki naseljujejo vodni svet. Največ fosforja najdemo v globokih oceanskih vodah kot raztopljeni fosfat.

Fosfor, prisoten v površinskih vodah, absorbirajo živi organizmi in zato postane del biološke faze.

Vstopnice

Ocenjuje se, da letno v vodna telesa vstopi približno 10 milijonov ton fosforja. Vstopi v hidrološko fazo, ki jo vlečejo vodni tokovi, večinoma odtok iz deževnice.

Na ta način doseže reke in od tam do jezer in oceanov ter majhen odstotek od atmosferskega prahu, ki se odlaga v oceane ali druga vodna telesa.

Naklada

Fosfor kroži v oceanih, zlasti v hladnejših spodnjih plasteh, vendar v zgornjih območjih doseže površje. Nadzidje so območja, kjer se dvigajo globoke hladne vode, v katerih so fosfati in druga hranila.

Na teh območjih je razpoložljivost fosfatov bogata, kar daje prednost razvoju fitoplanktona, ki privablja veliko število rib, ki se hranijo z njim.

Odhodi

Ker fosfor ne tvori hlapnih spojin (plinov) v oceanu, ga ni mogoče neposredno izmenjati z atmosfero. Zato sta edina izhoda iz hidrološke faze tvorba kamnin ali ribolov (z morskimi pticami ali človeškim delovanjem).

V prvem primeru se fosfor, raztopljen v morju ali iz izločkov ali mrtvih teles živih bitij, odloži na morsko dno. Sčasoma te usedline prekrijejo druge plasti in se utrdijo kot fosfatne kamnine, ki bodo kasneje izpostavljene zemeljskim površjem.

Morski ptiči zaužijejo ribe in s pomočjo iztrebkov (guano) ali z umiranjem na kopno prenesejo fosfor na kopno. Medtem ko človek črpa velike količine fosforja iz oceanov z ribolovom, saj kosti rib sestavljajo 35% tega elementa.

- Biološka

Ko fosfor vstopi v trofične ali prehranjevalne verige, je to del biološke faze fosforjevega cikla. Začne se, ko fosfati, ki jih absorbirajo rastline ali fitoplankton, tvorijo beljakovine in druge vitalne molekule.

Fosfor nato kroži, ko rastline in fitoplankton zaužijejo rastlinojede, ti pa mesojedci. Nato se premakne skozi izločke in z razpadanjem teles mrtvih organizmov bakterij in gliv.

Čeprav je količina fosforja v biološki fazi sorazmerno majhna, igra temeljno vlogo. Tako približno 80% celotnega fosforja v telesu živega bitja sestavlja hidroksiapatit (Ca5 (PO4) 3 OH).

Ta mineral predstavlja približno 70% vretenčarskih kosti in velik delež tega fosfatnega minerala sestavlja tudi zobna sklenina.

Odhodi

Od te faze fosfor nadaljuje svoj krog proti hidrološkim in geološkim fazam s smrtjo organizmov ali njihovih izločkov. Prav tako ljudje posegajo v cikel fosforja in ga izločajo iz kopnega in morja, da ga uporabljajo kot industrijsko surovino ali kot gnojilo.

Guano

Pomemben vir fosforja iz biološke stopnje so izločki morskih ptic, imenovani guano, ki vsebuje približno 4% fosfatov.

Guano kopičenje. Vir: Alex Proimos iz Sydneya, Avstralija / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Morske ptice, ki jedo ribe, tvorijo velike obalne kolonije in njihovi izločki se nabirajo v ogromnih količinah v njihovih habitatih. Te izločke so še posebej bogate s fosfati in jih človek uporablja kot gnojilo.

Spremembe

Temeljna sprememba fosforjevega cikla je njegov pospešek zaradi človekove dejavnosti. Fosfati so eno glavnih onesnaževal v odpadni vodi, ki povzročajo spremembe v ciklu fosforja z vključitvijo dodatnih količin v ekosisteme.

Evtrofikacija

Fosfati so v kanalizacijo vključeni zaradi uporabe detergentov, ki vsebujejo triatrijev fosfat. Te spojine v kombinaciji z vodo tvorijo fosfate, ki jih prenašajo živa bitja.

Evtrofikacija. Vir: F. lamiot (lastno delo) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ko vstopijo velike količine teh asimilacijskih fosfatov, se populacija alg in vodnih rastlin znatno poveča. To ekološko neravnovesje konča s porabo raztopljenega kisika v vodi, kar povzroči smrt rib in drugih organizmov.

Kakovost vode

Presežek fosfatov v vodi vpliva na njegovo kakovost za prehrano ljudi in tako zmanjšuje vire sladke vode.

Pomen

Bistveno za življenje

Fosfor je osrednji del ATP (adenozin trifosfat), ki je molekula, skozi katero se energija shranjuje in prenaša v celicah. Po drugi strani DNK (deoksiribonukleinska kislina), ki je molekula, odgovorna za prenos genetskih informacij, vključuje fosfatno skupino.

Prehrana in zdravje

Fosfor je pomemben element za zdravje, če upoštevamo, da je drugi po številu v telesu. Je tudi temeljna sestavina zob in kosti, tesno povezana z vitamini skupine B.

Poleg tega ima pomembno vlogo pri delovanju ledvic, mišic (vključno s srcem) in v živčnem sistemu (živčni signali).

Surovine za industrijo

V industriji se fosfati uporabljajo v različne namene, na primer v prehrambeni industriji se uporabljajo kot sredstva proti strjevanju in stabilizatorji. Fosfor je ključna sestavina pri pripravi vžigalic, ognjemetov in svetlobnih signalov.

Podobno se uporablja pri proizvodnji kovinskih zlitin, industrijskih olj in kot trinatrijev fosfat se uporablja v detergentih.

Gnojila

Fosfor je pomemben sestavni del gnojil in gnojil, ki se uporabljajo v kmetijstvu, še posebej koristno za spodbujanje cvetenja v poljščinah. Proizvodnja gnojil predstavlja približno 90% povpraševanja po fosfatih.

Insekticidi

Organski fosfati so v obliki estrov fosforne kisline in imajo v večini primerov nevrotoksičen učinek, zato se uporabljajo za izdelavo insekticidov.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije in upravljanja z okoljem.
2. Margalef, R. (1974). Ekologija. Izdaje Omega.
3. Miller, G. in TYLER, JR (1992). Ekologija in okolje. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP in Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peta izdaja. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globalni cikel fosforja. Traktat o geokemiji.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P in Fang, J. (2016). Fosfor se v sladkovodnih ekosistemih pod antropogenimi vplivi nabira gnojišče kot dušik po vsem svetu. " Ekološka pisma.