CIKLUS FOSFORA: KARAKTERISTIKE, FAZE, PROMJENE, VAŽNOST - BIOLOGIJA - 2026

Fosfor ciklus je skladištenje i kolanje tog elementa kroz hidrosfere, litosfere, živih organizama i atmosfere. To je biogeokemijski ciklus sedimentnog tipa čija se faza skladištenja događa uglavnom na morskom dnu.

Ciklus započinje izlaganjem fosfatnih stijena erozivnom djelovanju vode, vjetra i živih organizama. Kad se stijena istroši, ona se fragmentira i nosi čestice koje nose fosfate, koji su ugrađeni u tlo ili se uvlače u vodena tijela.

Kompletan ciklus fosfora. Izvor: BonniemfIncorporates rad NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor apsorbiran u obliku fosfata biljkama putem svojih korijena integrira se u vaše tijelo i koristi u metabolizmu. Tako prelazi iz geološke faze ciklusa u biološku fazu gdje kruži hranom ili trofičkim mrežama.

Ova faza započinje kada biljojedi životinje konzumiraju biljke i iz njih dobivaju fosfor. Ovaj element zatim prelazi u mesožderke koje se hrane biljojedi i vraća se u tlo putem izlučevina ili kada organizmi umiru i razgrade se.

S druge strane, fosfor u obliku fosfata uvlači se u jezera i oceane, prelazeći u svoju hidrološku fazu. Pored toga, fosfati otopljeni u vodi prelaze u biološku fazu kada ih apsorbira fitoplankton i uđu u morske mrežice hrane.

Nakon toga, fosfor se oslobađa izlučivanjem ili raspadanjem živih bića i ponovno se integrira u hidrološku fazu. U ovoj fazi može kružiti oceanskim strujama ili se nastaniti na sedimentima oceanskog dna.

Kad fosfor odlazi na morsko dno, slojevi sedimenata se nakupljaju, a donji slojevi završavaju zakopani na velikim dubinama. Ovdje se stvaraju visoki pritisci i temperature koji tvore novu stijenu bogatu fosforom koja će biti izložena ponovno za nastavak ciklusa.

Ovaj se ciklus može promijeniti ljudskom aktivnošću zbog ugradnje dodatnih količina fosfora koji zagađuje okoliš koji uzrokuju eutrofikaciju.

karakteristike

Utakmica

Ovo je nemetalni kemijski element koji je predstavljen simbolom P i koji po prirodi nije čist jer se brzo oksidira. Kada se taj proces dogodi, on oslobađa toplinsku energiju i proizvodi svjetlost, zbog čega je dobio ime fosfor ("nosilac svjetlosti" na grčkom).

U prirodi se nalazi u obliku anorganskih molekula fosfora ili kao dio živih organizama.

Vaš ciklus

Ciklus fosfora je sedimentni biogeokemijski ciklus usko povezan s ciklusom vode, ugljika, kalcija, željeza i aluminija. Naziva se sedimentnim jer se većina njegovih rezervi nalazi u morskim sedimentima i u fosfatnim stijenama zemljine kore.

Izlaganje

Fosfatne stijene koje nastaju u dubinama Zemlje, prenose se na zemljinu površinu pokretima tektonskih ploča. Kada se to dogodi, izloženi su djelovanju fizičkih agenasa poput kiše i vjetra, kao i bioloških.

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

Drugi način oslobađanja fosfora iz njegovog podzemnog skladištenja je putem vulkanske aktivnosti, također uzrokovane tektonskim pokretima.

Erozija

Kako su fosfatne stijene izložene vanjskom okruženju na zemljinoj površini, dolazi do procesa erozije. Tako je stijena puknuta i fragmentirana razlikama u temperaturi, kiši, vjetru i djelovanju živih bića, a fosfor postaje dio tla ili se seli na druga mjesta.

Prijevoz

Glavno erozivno sredstvo je voda koja prenosi fosfor u druge točke litosfere i konačno u oceane.

Biološka apsorpcija i oslobađanje

Većina fosfora u tlu je u netopljivom obliku i stoga ga biljke ne mogu koristiti. Taj se fosfor veže na čestice gline, željezo i aluminij hidrokside ili u obliku kalcija, željeza ili drugog fosfata.

Dakle, u jednom hektaru tla može biti između 2 i 10 tona fosfora, ali biljke mogu koristiti samo 3 do 15 kg. Rastvorljivi fosfor apsorbira se kroz korijenje i prelazi u tijelo biljke gdje se koristi u raznim metabolički procesi.

Fosfor je integriran u strukturu biljaka, tvoreći proteine, ATP, DNA i ostale molekule. Slično tome, kada se otopi u morskoj vodi, apsorbira ga fitoplankton u oceanima.

Fosfor postaje dio trofičkih lanaca kada biljke i fitoplankton konzumiraju biljojedi, a njih mesožderke. Kasnije se izlazi iz živih organizama bilo kroz njihove izlučevine ili kada umiru.

Sedimentacija i nakupljanje

Fosfor se u oceanima taloži na morskom dnu, te postaje dio sedimenta koji će se taložiti u uzastopnim slojevima.

Litifikacija i skladištenje

Stijene nastaju kada su sedimenti u najdubljim dijelovima zemljine kore izloženi visokim pritiscima i temperaturama (litifikacija). To se događa jer težina gornjih sedimenata uzrokuje zbijanje donjih.

Čestice koje čine stijene drže se zajedno zahvaljujući kristalizaciji oksida, silicijevog dioksida i drugih tvari, procesa poznatog kao cementacija. Na taj način nastaju takozvane sedimentne stijene, među kojima je i fosforit koji sadrži do 20-30% fosfata.

Ako su sedimentne stijene izložene procesima veće temperature i pritiska, oni se rastvaraju, čineći dio metamorfnih i magnetskih stijena (18%). Postoje također fosfati u vapnenačkim stijenama do 0,18%, pa čak i u stijenama pješčenjaka do 0,27%.

Vrijeme ciklusa

Brzina kojom molekula fosfora završava ciklus ovisi o vrsti razmatranog rezervoara. Na primjer, u obalnim vodama molekul fosfora može se mobilizirati svakih 9 mjeseci, a u dubokim morskim sedimentima može proći više od 11.000 godina.

Stadiji ciklusa fosfora

Najveće recikliranje fosfora odvija se između živih organizama i vode ili tla ovisno o vrsti ekosustava. Prolazi kroz tri faze, a to su:

- Geološki

Najvažnije rezerve fosfora u ovoj fazi ciklusa nalaze se u morskim sedimentima i tlu. Prisutan je i u fosfatnim stijenama podzemlja i u izlučevinama morskih ptica (guano).

Fosfatne stijene nastaju iz morskih sedimenata, koji su sedimentne stijene koje sadrže do 30% fosfata. Kada erodiraju, fosfati postaju dio tla.

Slično tome, erozija tla i stijena povlači fosfate u vodna tijela i završava do oceana gdje ih apsorbiraju morski organizmi. S druge strane, relativno mali udio fosfata u tlu otapa se u vodi i apsorbiraju ih biljke.

- Hidrološki

Hidrološka faza ciklusa fosfora održava trajnu razmjenu s kopnom i s organizmima koji obitavaju u vodenom svijetu. Najveća količina fosfora nalazi se u dubokim oceanskim vodama kao otopljeni fosfat.

Fosfor prisutan u površinskim vodama apsorbira živi organizam i zbog toga postaje dio biološke faze.

Ulaznice

Procjenjuje se da oko 10 milijuna tona fosfora godišnje uđe u vodena tijela. Ulazi u hidrološku fazu vučenu vodenim strujama, uglavnom otjecanjem iz kišnice.

Na taj način dopire do rijeka i odatle do jezera i oceana, kao i mali postotak atmosferske prašine koja se taloži u oceanima ili drugim vodenim tijelima.

Cirkulacija

Fosfor cirkulira u oceanima, posebice u hladnijim donjim slojevima, međutim u visokim područjima dostiže površinu. Staništa su područja gdje se uzdižu duboke hladne vode, noseći fosfate i druge hranjive tvari.

U tim je područjima dostupnost fosfata obilna, što pogoduje razvoju fitoplanktona koji privlači veliki broj riba koje se hrane njime.

Odlasci

Budući da fosfor ne formira hlapljive spojeve (plinove) u oceanu, on se ne može izravno izmjenjivati ​​s atmosferom. Stoga su jedini izlazi iz hidrološke faze stvaranje stijena ili ribolov (morskim pticama ili ljudskim djelovanjem).

U prvom slučaju, fosfor otopljen u moru ili iz izlučevina ili mrtvih tijela živih bića odlaže se na morsko dno. Vremenom se ovi sedimenti prekrivaju drugi slojevi i konsolidiraju kao fosfatne stijene koje će kasnije biti izložene zemljinoj površini.

Sa svoje strane, morske ptice konzumiraju ribu i nose fosfor na zemlju kroz izlučevine (guano) ili umirući. Dok čovjek izvlači velike količine fosfora iz oceana ribolovom, jer kosti ribe sastoje se od 35% ovog elementa.

- Biološki

Nakon što fosfor uđe u trofičke lance ili prehrambene lance, to je dio biološke faze ciklusa fosfora. Ovo započinje kada fosfati apsorbirani u biljkama ili fitoplanktonom formiraju proteine ​​i druge vitalne molekule.

Fosfor tada cirkulira kada biljke i fitoplankton konzumiraju biljojedi, a ove mesožderke. Zatim se kreće kroz izlučevine i raspadanjem tijela mrtvih organizama od bakterija i gljivica.

Iako je količina fosfora u biološkoj fazi relativno mala, on igra temeljnu ulogu. Dakle, oko 80% ukupnog fosfora u tijelu živog bića čini hidroksiapatit (Ca5 (PO4) 3 OH).

Ovaj mineral čini oko 70% kostiju kralježnjaka, a zubna caklina također čini visoki udio ovog fosfatnog minerala.

Odlasci

Od ove faze fosfor nastavlja svoj ciklus prema hidrološkim i geološkim fazama, kroz smrt organizama ili njihovih izlučevina. Isto tako, ljudska bića interveniraju u ciklusu fosfora, izvlačeći ga iz kopna i mora kako bi ga iskoristili kao industrijsku sirovinu ili kao gnojivo.

Đubrivo

Važan izvor fosfora u biološkoj fazi su izlučevine morskih ptica, nazvane guano, koje sadrže oko 4% fosfata.

Guano nakupljanje. Izvor: Alex Proimos iz Sydneya, Australija / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Morske ptice koje jedu ribu tvore velike obalne kolonije, a njihove se ribe nakupljaju u ogromnim količinama u svojim staništima. Ove izlučevine posebno su bogate fosfatima i ljudi su ih koristili kao gnojivo.

promjene

Temeljna izmjena ciklusa fosfora je njegovo ubrzanje zbog ljudske aktivnosti. Fosfati su jedan od glavnih zagađivača u otpadnim vodama, koji uzrokuju promjene u ciklusu fosfora ugradnjom dodatnih količina u ekosustave.

eutrofikacija

Fosfati se ugrađuju u kanalizaciju zbog uporabe deterdženata koji sadrže trinatrijev fosfat. Ti spojevi, kad se kombiniraju s vodom, tvore fosfate koje bi živa bića mogla usvojiti.

Eutrofikacije. Izvor: F. lamiot (vlastiti rad) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Kako ulaze velike količine ovih asimibilnih fosfata, populacije algi i vodenih biljaka znatno se povećavaju. Ta ekološka neravnoteža završava trošenjem otopljenog kisika u vodi, uzrokujući smrt ribe i drugih organizama.

Kvaliteta vode

Višak fosfata u vodi utječe na njegovu kvalitetu za ljudsku prehranu, smanjujući tako izvore slatke vode.

Važnost

Bitno za život

Fosfor je središnji dio ATP-a (adenozin-trifosfat), to je molekula kroz koju se energija skladišti i prenosi u stanicama. S druge strane, DNK (deoksiribonukleinska kiselina), koja je molekula odgovorna za prijenos genetskih informacija, uključuje fosfatnu skupinu.

Dijeta i zdravlje

Fosfor je bitan element za zdravlje, uzimajući u obzir da je drugi po obilju u tijelu. Također je osnovni sastojak zuba i kostiju usko povezan s vitaminima B kompleksa.

Uz to, igra važnu ulogu u funkcioniranju bubrega, mišića (uključujući srce) i u živčanom sustavu (živčani signali).

Sirovina za industriju

U industriji se fosfati upotrebljavaju u različite svrhe, na primjer u prehrambenoj industriji, a koriste se kao sredstva protiv stajanja i stabilizatori. Fosfor je ključni sastojak u pravljenju šibica, vatrometa i svjetlosnih signala.

Slično se koristi u proizvodnji metalnih legura, industrijskih ulja, a kao trisatrijev fosfat koristi se u deterdžentima.

gnojiva

Fosfor je važna komponenta u gnojivima i gnojivima koja se koriste u poljoprivredi, posebno korisna za poticanje cvatnje u usjevima. Proizvodnja gnojiva odgovorna je za oko 90% potražnje za fosfatima.

insekticidi

Organski fosfati su u obliku estera fosforne kiseline i u većini slučajeva imaju neurotoksični učinak, zbog čega se koriste za izradu insekticida.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije i upravljanja okolišem.
2. Margalef, R. (1974). Ekologija. Omega izdanja.
3. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ekologija i okoliš. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peto izdanje. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globalni ciklus fosfora. Traktat o geokemiji.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P i Fang, J. (2016). Fosfor akumulira gustina od dušika globalno u slatkovodnim ekosustavima pod antropogenim utjecajem “. Pisma ekologije.