ФОСФОРЕН ЦИКЪЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕТАПИ, ПРОМЕНИ, ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В цикъла фосфор е съхранението и разпространението на този елемент чрез хидросферата, литосферата, живите организми и в атмосферата. Това е биогеохимичен цикъл от утаечен тип, чиято фаза на съхранение настъпва главно на морското дъно.

Цикълът започва с излагането на фосфатни скали на ерозивното действие на водата, вятъра и живите организми. Когато скалата се износва, тя се фрагментира и пренася частиците, които пренасят фосфатите, които са вградени в почвата или са завлечени във водни тела.

Пълен цикъл на фосфор. Източник: BonniemfIncorporates работа на NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Фосфорът, абсорбиран като фосфати от растенията чрез корените им, е интегриран в тялото ви и се използва в метаболизма. Така той преминава от геологичния етап на цикъла в биологичната фаза, където циркулира чрез храна или трофични паяжини.

Този етап започва, когато тревопасните животни консумират растения и получават фосфор от тях. След това този елемент преминава към месоядните животни, които се хранят с тревопасните, и се връща в почвата чрез екскременти или когато организмите умират и се разлагат.

От друга страна, фосфорът под формата на фосфати се изтегля в езера и океани, преминавайки към своя хидрологичен стадий. Освен това фосфатите, разтворени във вода, преминават към биологичния стадий, когато се абсорбират от фитопланктона и навлизат в морски хранителни мрежи.

Впоследствие фосфорът се отделя чрез екскрети или разлагане на живи същества и отново се интегрира в хидрологичния стадий. В тази фаза тя може да циркулира с океански течения или да се засели върху утайките на океанското дъно.

Когато фосфорът отива на морското дъно, седиментните слоеве се натрупват, а долните слоеве завършват погребани на големи дълбочини. Тук се получават високи налягания и температури, които образуват нова скала, богата на фосфор, която отново ще бъде изложена, за да продължи цикъла.

Този цикъл може да бъде променен от човешката дейност поради включването на допълнителни количества фосфор, замърсяващи околната среда, които причиняват еутрофикация.

характеристики

Съвпадението

Това е неметален химически елемент, който е представен със символа P и който не е чист по природа, защото се окислява бързо. Когато този процес се случи, той отделя топлинна енергия и произвежда светлина, поради което му е дадено името на фосфор („носител на светлина“ на гръцки).

В природата се среща под формата на неорганични фосфорни молекули или като част от живи организми.

Вашият цикъл

Фосфорният цикъл е утаечен биогеохимичен цикъл, тясно свързан с цикъла на водата, въглерода, калция, желязото и алуминия. Нарича се седиментно, тъй като по-голямата част от запасите му са в морските утайки и във фосфатните скали на земната кора.

изложение

Фосфатните скали, които се образуват в дълбините на Земята, се пренасят на земната повърхност чрез движенията на тектонските плочи. Когато това се случи, те са изложени на действието на физически агенти като дъжд и вятър, както и на биологични.

Фосфатна скала. Източник: Дейвид Стенли от Нанаймо, Канада / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Друг начин за освобождаване на фосфор от подземното му съхранение е чрез вулканична активност, също причинена от тектонски движения.

ерозия

Тъй като фосфатните скали са изложени на външната среда на земната повърхност, протича процесът на ерозия. Така скалата е напукана и фрагментирана от разлики в температурата, дъжд, вятър и действието на живите същества, а фосфорът става част от почвата или се премества в други обекти.

транспорт

Основният ерозивен агент е водата, която пренася фосфор в други точки на литосферата и накрая в океаните.

Биологична абсорбция и освобождаване

По-голямата част от фосфора в почвата е в неразтворима форма и затова не може да се използва от растенията. Този фосфор се прилепва към глинени частици, желязо и алуминиеви хидроксиди или под формата на калций, железен или друг фосфат.

Така в един хектар почва може да има между 2 и 10 тона фосфор, но растенията могат да използват само 3 до 15 кг. Разтворимият фосфор се абсорбира през корените и преминава в тялото на растението, където се използва в различни метаболитни процеси.

Фосфорът е интегриран в структурата на растенията, образувайки протеини, АТФ, ДНК и други молекули. По същия начин, когато се разтвори в морска вода, той се абсорбира от фитопланктона в океаните.

Фосфорът става част от трофичните вериги, когато растенията и фитопланктонът се консумират от тревопасните, а тези - от месоядните. По-късно той се освобождава от живите организми или чрез техните екскременти, или когато умират.

Утаяване и натрупване

Фосфорът в океаните се отлага на морското дъно, превръщайки се в част от утайката, която ще се отлага в последователни слоеве.

Литификация и съхранение

Скалите се образуват, когато утайките в най-дълбоките части на земната кора са подложени на високи налягания и температури (литификация). Това се случва, защото теглото на горните утайки причинява уплътняването на долните.

Частиците, които изграждат скалите, се държат заедно благодарение на кристализацията на оксиди, силициев диоксид и други вещества, процес, известен като циментация. По този начин се образуват така наречените утаечни скали, сред които е фосфорит, който съдържа до 20-30% фосфати.

Ако утаечните скали са подложени на процеси с по-висока температура и налягане, те се разтварят, образувайки част от метаморфни и магматични скали (18%). Има също фосфати във варовикови скали до 0,18% и дори в пясъчни скали до 0,27%.

Време за цикъл

Скоростта, с която молекулата на фосфор завършва цикъла, зависи от вида на разглеждания резервоар. Например в крайбрежните води фосфорна молекула може да се мобилизира на всеки 9 месеца, а в дълбоки морски седименти може да отнеме повече от 11 000 години.

Етапи на фосфорния цикъл

Най-голямото рециклиране на фосфор се извършва между живите организми и водата или почвата в зависимост от вида на екосистемата. Той преминава през три етапа, които са:

- Геологически

Най-важните запаси на фосфор на този етап от цикъла се намират в морските седименти и почвата. Той присъства и във фосфатните скали на подпочвата и в екскрементите на морските птици (гуано).

Фосфатните скали се образуват от морските утайки, които представляват утаечни скали, които съдържат до 30% фосфати. Когато те еродират, фосфатите стават част от почвата.

По същия начин почвената и скалната ерозия влачи фосфати във водни тела и стига до океана, където те се абсорбират от морските организми. От друга страна, относително ниска част от фосфатите в почвата се разтварят във вода и се абсорбират от растенията.

- Хидрологични

Хидрологичният стадий на фосфорния цикъл поддържа постоянен обмен с континенталната част и с организмите, които обитават водния свят. Най-голямо количество фосфор се намира в дълбоките океански води като разтворен фосфат.

Фосфорът, присъстващ в повърхностните води, се абсорбира от живите организми и следователно става част от биологичния стадий.

Билети

Счита се, че около 10 милиона тона фосфор навлизат във водните тела годишно. Той навлиза в хидрологичния етап, влачен от водни течения, главно от оттока от дъждовна вода.

По този начин той достига до реките и оттам до езерата и океаните, както и малък процент от атмосферния прах, който се отлага в океаните или други водни тела.

циркулация

Фосфорът циркулира в океаните, особено в по-студените долни слоеве, но в райони с високите нива достига повърхността. Стимулите са райони, в които се издигат дълбоки студени води, носейки фосфати и други хранителни вещества.

В тези райони наличието на фосфати е в изобилие, което благоприятства развитието на фитопланктон, който привлича голям брой риби, които се хранят с него.

Заминаване

Тъй като фосфорът не образува летливи съединения (газове) в океана, той не може да бъде обменен директно с атмосферата. Следователно единствените изходи от хидрологичния стадий са скално образуване или риболов (от морски птици или човешко действие).

В първия случай фосфорът, разтворен в морето или от екскрети или мъртви тела на живи същества, се отлага на морското дъно. С течение на времето тези седименти се покриват от други слоеве и се консолидират като фосфатни скали, които по-късно ще бъдат изложени на земната повърхност.

От своя страна морските птици консумират риба и пренасят фосфор на сушата чрез екскретите си (гуано) или чрез умиране. Докато човекът извлича големи количества фосфор от океаните чрез риболов, тъй като костите на рибата са съставени от 35% от този елемент.

- Биологични

След като фосфорът навлезе в трофични вериги или хранителни вериги, той е част от биологичния стадий на фосфорния цикъл. Това започва, когато фосфатите, абсорбирани от растенията или от фитопланктона, образуват протеини и други жизненоважни молекули.

Тогава фосфорът циркулира, когато растенията и фитопланктонът се консумират от тревопасните, а тези - от месоядните. След това се движи чрез екскретите и чрез разлагането на телата на мъртви организми от бактерии и гъбички.

Въпреки че количеството фосфор в биологичния стадий е сравнително ниско, то играе основна роля. Така около 80% от общия фосфор в тялото на живо същество се състои от хидроксиапатит (Ca5 (PO4) 3 OH).

Този минерал представлява около 70% от гръбначните кости и зъбният емайл също се състои от висок дял от този фосфатен минерал.

Заминаване

От този етап фосфорът продължава своя цикъл към хидрологичните и геоложки етапи, чрез смъртта на организмите или техните екскременти. По същия начин, човешките същества се намесват във фосфорния цикъл, извличайки го от сушата и морето, за да го използват като промишлена суровина или като тор.

гуано

Важен източник на фосфор от биологичния стадий са екскретите на морските птици, наречени гуано, които съдържат приблизително 4% фосфати.

Натрупване на Гуано. Източник: Алекс Проймос от Сидни, Австралия / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Морските птици, които ядат риба, образуват големи крайбрежни колонии и екскрементите им се натрупват в огромни количества в техните местообитания. Тези екскрети са особено богати на фосфати и са били използвани от хората като тор.

Промени

Основното изменение на цикъла на фосфора е неговото ускоряване поради човешката дейност. Фосфатите са един от основните замърсители в отпадните води, причинявайки промени във фосфорния цикъл чрез включване на допълнителни количества в екосистемите.

еутрофикацията

Фосфатите се включват в канализацията поради използването на почистващи препарати, които съдържат тринатриев фосфат. Тези съединения, когато се комбинират с вода, образуват фосфати, усвоявани от живите същества.

Еутрофикацията. Източник: F. lamiot (собствена работа) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

С навлизането на големи количества от тези асимилиращи се фосфати популацията на водорасли и водни растения значително нараства. Този екологичен дисбаланс завършва с консумацията на разтворения кислород във водата, причинявайки смъртта на риба и други организми.

Качество на водата

Излишъкът от фосфати във водата влияе върху качеството му за консумация от човека, като по този начин намалява източниците на прясна вода.

важност

От съществено значение за живота

Фосфорът е централна част от АТФ (аденозин трифосфат), представляваща молекулата, чрез която енергията се съхранява и предава в клетките. От друга страна, ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина), която е молекулата, отговорна за предаването на генетична информация, включва фосфатна група.

Диета и здраве

Фосфорът е основен елемент за здравето, като се има предвид, че той е вторият в изобилие в организма. Освен това е основна съставка на зъбите и костите, тясно свързана с витамините от B комплекс.

Освен това той играе важна роля във функционирането на бъбреците, мускулите (включително сърцето) и в нервната система (нервни сигнали).

Суровина за промишлеността

В промишлеността фосфатите се използват за различни цели, например в хранително-вкусовата промишленост те се използват като средства против антикисване и стабилизатори. Фосфорът е ключова съставка в създаването на мачове, фойерверки и светлинни сигнали.

По подобен начин се използва при производството на метални сплави, промишлени масла и като тринатриев фосфат се използва в детергентите.

Торове

Фосфорът е важен компонент в торовете и торовете, използвани в селското стопанство, особено полезни за предизвикване на цъфтеж в културите. Производството на торове е отговорно за около 90% от търсенето на фосфати.

Инсектициди

Органичните фосфати са под формата на естери на фосфорна киселина и в повечето случаи имат невротоксичен ефект, поради което се използват за приготвяне на инсектициди.

Препратки

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедия по екология и управление на околната среда.
2. Margalef, R. (1974). Екология. Омега издания.
3. Милър, Г. и TYLER, JR (1992). Екология и околна среда. Grupo Редакция Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP и Warrett, GW (2006). Основи на екологията. Пето издание. Thomson.
5. Рутенберг, KC (2003). Глобалният цикъл на фосфор. Трактат по геохимия.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). Фосфорът се натрупва по-гъст от азота в световен мащаб в сладководни екосистеми под антропогенно въздействие “. Екологични писма.