FOSFORO CIKLAS: CHARAKTERISTIKOS, STADIJOS, POKYČIAI, SVARBA - BIOLOGIJA - 2025

Fosforo ciklo yra laikymas ir platinimas šio elemento per hidrosferos, litosferos, gyvųjų organizmų, ir į atmosferą. Tai yra nuosėdinio tipo biogeocheminis ciklas, kurio kaupimosi fazė daugiausia vyksta jūros dugne.

Ciklas prasideda fosfato uolienų veikimu, sukeliančiu vandens, vėjo ir gyvų organizmų erozinį poveikį. Kai uoliena nusidėvi, ji suskaido ir perneša daleles, pernešančias fosfatus, kurios yra įterptos į dirvožemį arba nutempiamos į vandens telkinius.

Visas fosforo ciklas. Šaltinis: „Bonniemf“ apima NASA Žemės mokslo įmonės / CC BY-SA darbą (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosforas, kurį augalai per šaknis absorbuoja kaip fosfatus, yra integruotas į jūsų kūną ir naudojamas metabolizmui. Taigi jis pereina iš geologinio ciklo etapo į biologinę fazę, kur cirkuliuoja per maistą ar trofinius tinklus.

Šis etapas prasideda tada, kai žolėdžiai gyvūnai sunaudoja augalus ir iš jų gauna fosforo. Tada šis elementas patenka į mėsėdžius, kurie maitinasi žolėdžiais gyvūnais, ir grįžta į dirvą per ekskrementus arba tada, kai organizmai žūva ir suyra.

Kita vertus, fosfatų pavidalo fosforas yra traukiamas į ežerus ir vandenynus, pereinant į jo hidrologinę stadiją. Be to, vandenyje ištirpinti fosfatai patenka į biologinę stadiją, kai juos absorbuoja fitoplanktonas ir patenka į jūrų maisto tinklus.

Vėliau fosforas išsiskiria per gyvų būtybių ekskrementus ar jų skilimą ir vėl integruojamas į hidrologinę stadiją. Šioje fazėje jis gali cirkuliuoti vandenyno srovėmis arba įsikurti vandenyno dugno nuosėdose.

Kai fosforas patenka į jūros dugną, nuosėdų sluoksniai kaupiasi, o apatiniai sluoksniai užkasami dideliame gylyje. Čia susidaro didelis slėgis ir temperatūra, formuojantys naują fosforo turtingą uolieną, kuri vėl bus veikiama, kad tęstų ciklą.

Žmogaus veikla gali pakeisti šį ciklą, nes jame yra papildomų aplinką teršiančių fosforo kiekių, sukeliančių eutrofikaciją.

charakteristikos

Rungtynės

Tai nemetalinis cheminis elementas, pavaizduotas simboliu P ir kuris nėra gryno pobūdžio, nes greitai oksiduojasi. Kai šis procesas vyksta, jis išskiria šilumos energiją ir išskiria šviesą, todėl jam buvo suteiktas fosforo (graikų kalba „šviesos nešėjas“) pavadinimas.

Gamtoje jis randamas neorganinių fosforo molekulių pavidalu arba kaip gyvų organizmų dalis.

Jūsų ciklas

Fosforo ciklas yra nuosėdinis biogeocheminis ciklas, glaudžiai susijęs su vandens, anglies, kalcio, geležies ir aliuminio ciklu. Jis vadinamas nuosėdiniu, nes didžioji dalis jo atsargų yra jūros nuosėdose ir žemės plutos fosfato uolienose.

Ekspozicija

Fosfato uolienos, susidariusios Žemės gelmėse, tektoninių plokštelių judesiais nešamos į žemės paviršių. Kai tai atsitiks, jie veikiami fizinių veiksnių, tokių kaip lietus ir vėjas, taip pat biologiniai.

Fosfato uola. Šaltinis: Davidas Stanley iš Nanaimo, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Kitas būdas išlaisvinti fosforą iš požeminių saugyklų yra vulkaninis aktyvumas, kurį taip pat sukelia tektoniniai judesiai.

Erozija

Kai fosfato uolienos yra veikiamos išorinės aplinkos, esančios žemės paviršiuje, vyksta erozijos procesas. Taigi uoliena yra nulaužta ir suskaidyta dėl temperatūros skirtumų, lietaus, vėjo ir gyvų būtybių veikimo, o fosforas tampa dirvožemio dalimi arba pereina į kitas vietas.

Transportas

Pagrindinis erozinis veiksnys yra vanduo, kuris perduoda fosforą į kitus litosferos taškus ir galiausiai į vandenynus.

Biologinė absorbcija ir išsiskyrimas

Didžioji dirvožemio fosforo dalis yra netirpi, todėl augalai jo negali panaudoti. Tas fosforas yra prijungtas prie molio dalelių, geležies ir aliuminio hidroksidų arba kalcio, geležies ar kito fosfato pavidalu.

Taigi viename dirvožemio hektare gali būti nuo 2 iki 10 tonų fosforo, tačiau augalai gali sunaudoti tik nuo 3 iki 15 kg. Tirpus fosforas absorbuojamas per šaknis ir patenka į augalo kūną, kur jis naudojamas įvairiose vietose. medžiagų apykaitos procesai.

Fosforas yra integruotas į augalų struktūrą, sudarydamas baltymus, ATP, DNR ir kitas molekules. Panašiai, kai jis ištirpsta jūros vandenyje, jį absorbuoja vandenynų fitoplanktonas.

Fosforas tampa trofinių grandinių dalimi, kai augalus ir fitoplanktoną sunaudoja žolėdžiai gyvūnai, o mėsėdžiai. Vėliau jis išsiskiria iš gyvų organizmų per jų ekskrementus arba mirdamas.

Sedimentacija ir kaupimasis

Fosforas vandenynuose nusėda ant jūros dugno ir tampa nuosėdų dalimi, kuri bus nusodinama iš eilės.

Litizavimas ir saugojimas

Uolienos susidaro, kai nuosėdos giliausiose žemės plutos vietose yra veikiamos aukšto slėgio ir temperatūros (litifikacija). Taip yra todėl, kad viršutinių nuosėdų svoris sutankina apatinių nuosėdų svorį.

Dalelės, sudarančios uolienas, yra laikomos kartu dėka oksidų, silicio dioksido ir kitų medžiagų kristalizacijos, vadinamos cementacija. Tokiu būdu susidaro vadinamosios nuosėdinės uolienos, tarp kurių yra fosforito, kuriame yra iki 20–30% fosfatų.

Jei nuosėdinės uolienos yra veikiamos aukštesnės temperatūros ir slėgio, jos ištirpsta ir sudaro metamorfinių ir dulkių uolienų dalį (18%). Taip pat fosfatų yra kalkakmenio uolienose iki 0,18% ir net smiltainio uolienose iki 0,27%.

Pasivažinėjimo dviračiu laikas

Fosforo molekulės ciklo užbaigimo greitis priklauso nuo rezervuaro tipo. Pavyzdžiui, pakrančių vandenyse fosforo molekulė gali būti mobilizuojama kas 9 mėnesius, o giliuose jūros nuosėdose - daugiau nei 11 000 metų.

Fosforo ciklo etapai

Didžiausias fosforo perdirbimas vyksta tarp gyvų organizmų ir vandens ar dirvožemio, atsižvelgiant į ekosistemos tipą. Jis eina tris etapus, kurie yra:

- Geologinė

Šiame ciklo etape svarbiausios fosforo atsargos yra jūrų nuosėdose ir dirvožemyje. Jo taip pat yra podirvio fosfato uolienose ir jūros paukščių (guano) ekskrementuose.

Fosfato uolienos susidaro iš jūrinių nuosėdų, kurios yra nuosėdinės uolienos, kuriose yra iki 30% fosfatų. Kai jie suyra, fosfatai tampa dirvožemio dalimi.

Panašiai dirvožemio ir uolienų erozija fosfatus nukreipia į vandens telkinius ir pasiekia vandenyną, kur juos absorbuoja jūrų organizmai. Kita vertus, santykinai maža fosfatų dalis dirvožemyje ištirpsta vandenyje ir yra absorbuojama augalų.

- Hidrologinis

Hidrologinis fosforo ciklo etapas palaiko nuolatinį mainus su žemynu ir organizmais, kurie gyvena vandens pasaulyje. Didžiausias fosforo kiekis yra giliuose vandenynų vandenyse kaip ištirpintas fosfatas.

Paviršiniuose vandenyse esantį fosforą absorbuoja gyvieji organizmai, todėl jis tampa biologinės stadijos dalimi.

Bilietai

Manoma, kad per metus į vandens telkinius patenka apie 10 milijonų tonų fosforo. Jis patenka į hidrologinę stadiją, kurią tempia vandens srovės, daugiausia lietaus nuotekos.

Tokiu būdu jis patenka į upes ir iš ten į ežerus bei vandenynus, taip pat nedidelę dalį iš atmosferos dulkių, kurios nusėda vandenynuose ar kituose vandens telkiniuose.

Cirkuliacija

Fosforas cirkuliuoja vandenynuose, ypač šaltesniuose apatiniuose sluoksniuose, tačiau pakilusiose vietose jis siekia paviršių. Viršūnės yra sritys, kuriose kyla gilus šaltas vanduo, nešančios fosfatus ir kitas maistines medžiagas.

Šiose vietose gausu fosfatų, o tai skatina fitoplanktono, kuris pritraukia daug žuvų, kurios maitinasi, vystymąsi.

Išvykimai

Kadangi fosforas vandenyje nesudaro lakiųjų junginių (dujų), jo negalima tiesiogiai pakeisti atmosfera. Todėl vieninteliai hidrologinės stadijos išėjimai yra uolienų susidarymas arba žvejyba (jūros paukščių ar žmogaus veiksmais).

Pirmuoju atveju jūroje arba iš išmatų ar negyvų gyvų būtybių ištirpęs fosforas nusėda ant jūros dugno. Laikui bėgant, šios nuosėdos buvo padengtos kitais sluoksniais ir įsitvirtino kaip fosfato uolienos, kurios vėliau bus veikiamos žemės paviršiaus.

Savo ruožtu jūriniai paukščiai vartoja žuvis ir fosforą nešioja į sausumą per savo ekskrementus (guaną) arba mirdami. Žmogus iš vandenynų ištraukia daug fosforo iš žvejybos, nes žuvų kaulai sudaro 35% šio elemento.

- Biologinis

Kai fosforas patenka į trofines ar maisto grandines, jis yra fosforo ciklo biologinės stadijos dalis. Tai prasideda tada, kai fosfatai, kuriuos absorbuoja augalai arba fitoplanktonas, sudaro baltymus ir kitas gyvybiškai svarbias molekules.

Tada fosforas cirkuliuoja, kai augalus ir fitoplanktoną sunaudoja žolėdžiai gyvūnai, o mėsėdžiai. Tada jis patenka per ekskrementus ir suskaidydamas negyvų organizmų kūnus bakterijomis ir grybeliais.

Nors fosforo kiekis biologinėje stadijoje yra palyginti mažas, jis vaidina pagrindinį vaidmenį. Taigi apie 80% viso fosforo gyvos būtybės kūne sudaro hidroksiapatitas (Ca5 (PO4) 3OH).

Šis mineralas sudaro apie 70% stuburinių kaulų, o dantų emalį taip pat sudaro didelė šio fosfato mineralo dalis.

Išvykimai

Nuo šio etapo fosforas tęsia savo ciklą link hidrologinės ir geologinės stadijos, per organizmų ar jų ekskrementų žūtį. Žmonės taip pat įsikiša į fosforo ciklą išgaudami jį iš sausumos ir jūros, kad galėtų jį naudoti kaip pramoninę žaliavą arba kaip trąšas.

Guano

Svarbus fosforo šaltinis iš biologinės stadijos yra jūros paukščių, vadinamų guano, ekskrementai, kuriuose yra maždaug 4% fosfatų.

Guano kaupimasis. Šaltinis: Alexas Proimosas iš Sidnėjaus, Australija / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Jūros paukščiai, valgantys žuvis, sudaro dideles pakrančių kolonijas, o jų ekskrementai jų buveinėse kaupiasi milžiniškais kiekiais. Šiuose ekskrementuose ypač gausu fosfatų ir žmonės juos naudojo kaip trąšas.

Pakeitimai

Esminis fosforo ciklo pokytis yra jo pagreitis dėl žmogaus veiklos. Fosfatai yra vienas iš pagrindinių teršalų nuotekose, sukeliantis fosforo ciklo pokyčius, nes į ekosistemas įtraukiami papildomi kiekiai.

Eutrofikacija

Fosfatai į nuotekas įterpiami naudojant ploviklius, į kuriuos įeina trinatrio fosfatas. Šie junginiai, sujungti su vandeniu, sudaro fosfatus, panašius į gyvas būtybes.

Eutrofikacija. Šaltinis: F. lamiot (savas darbas) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Kai patenka dideli šių pasisavinamų fosfatų kiekiai, dumblių ir vandens augalų populiacija žymiai padidėja. Dėl šio ekologinio disbalanso sunaudojamas vandenyje ištirpęs deguonis, dėl kurio miršta žuvys ir kiti organizmai.

Vandens kokybė

Fosfatų perteklius vandenyje daro įtaką jo kokybei žmonėms vartoti, todėl sumažėja gėlo vandens šaltiniai.

Svarba

Būtina gyvenimui

Fosforas yra centrinė ATP (adenozino trifosfato) dalis, kuri yra molekulė, per kurią energija kaupiama ir perduodama ląstelėse. Kita vertus, DNR (dezoksiribonukleino rūgštis), kuri yra molekulė, atsakinga už genetinės informacijos perdavimą, apima fosfato grupę.

Dieta ir sveikata

Fosforas yra svarbus sveikatos elementas, atsižvelgiant į tai, kad jis yra antras pagal gausumą kūne. Tai taip pat pagrindinė dantų ir kaulų sudedamoji dalis, glaudžiai susijusi su B grupės vitaminais.

Be to, jis vaidina svarbų vaidmenį inkstų, raumenų (įskaitant širdį) ir nervų sistemos (nervų signalų) veikloje.

Žaliava pramonei

Pramonėje fosfatai naudojami įvairiems tikslams, pavyzdžiui, maisto pramonėje jie naudojami kaip priešuždegiminės medžiagos ir stabilizatoriai. Fosforas yra pagrindinis komponentas gaminant degtukus, fejerverkus ir šviesos signalus.

Panašiai jis naudojamas metalų lydinių, pramoninių aliejų gamyboje ir kaip trinatrio fosfatas naudojamas plovikliuose.

Trąšos

Fosforas yra svarbus žemės ūkyje naudojamų trąšų ir trąšų komponentas, ypač naudingas pasėliams žydėti. Trąšų gamyba lemia apie 90% fosfatų poreikio.

Insekticidai

Organiniai fosfatai yra fosforo rūgšties esterių pavidalu ir daugeliu atvejų turi neurotoksinį poveikį, todėl jie naudojami insekticidams gaminti.

Nuorodos

1. Calow, P. (Red.) (1998). Ekologijos ir aplinkosaugos vadybos enciklopedija.
2. Margalef, R. (1974). Ekologija. „Omega“ leidimai.
3. Miller, G. ir TYLER, JR (1992). Ekologija ir aplinka. Grupo „Iberoamérica SA de CV“ redakcija
4. Odum, EP ir Warrett, GW (2006). Ekologijos pagrindai. Penktas leidimas. Thomsonas.
5. Ruttenberg, KC (2003). Pasaulinis fosforo ciklas. Traktatas apie geochemiją.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P ir Fang, J. (2016). Fosforas gėlųjų vandenų ekosistemose, kaip antropogeninis poveikis, kaupiasi nestipriai nei azotas visame pasaulyje “. Ekologijos laiškai.