FOSFORISYKLI: OMINAISUUDET, VAIHEET, MUUTOKSET, MERKITYS - BIOLOGIA - 2026

Fosfori sykli on varastointi ja kierto tämän elementin läpi hydrosfäärin, litosfäärin, eläviä organismeja, ja ilmakehään. Se on sedimenttityyppinen biogeokemiallinen sykli, jonka varastointivaihe tapahtuu pääasiassa merenpohjassa.

Jakso alkaa fosfaattikivien altistumisella veden, tuulen ja elävien organismien eroosiovaikutuksille. Kun kallio kuluu, se hajoaa ja kuljettaa hiukkasia, jotka kuljettavat fosfaatteja, jotka sisällytetään maaperään tai vedetään vesistöihin.

Täydellinen fosforisykli. Lähde: BonniemfIncorporates NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA: n työ (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfori, jonka kasvit absorboivat fosfaattina juuriensa kautta, integroituu kehoosi ja sitä käytetään aineenvaihdunnassa. Siten se siirtyy syklin geologisesta vaiheesta biologiseen vaiheeseen, jossa se kiertää ruoan tai troofisten rainojen läpi.

Tämä vaihe alkaa, kun kasvissyöjäeläimet kuluttavat kasveja ja saavat niistä fosforia. Tämä elementti kulkee sitten lihansyöjille, jotka ruokkivat ruohokasveja ja palaavat maaperään eritteiden kautta tai kun organismit kuolevat ja hajoavat.

Toisaalta fosfaattien muodossa oleva fosfori vedetään järviin ja valtameriin siirtyen hydrologiseen vaiheeseensa. Lisäksi veteen liuenneet fosfaatit kulkevat biologiseen vaiheeseen, kun kasviplanktoni imee ne ja pääsee meren ravintoverkkoihin.

Seuraavaksi fosforia vapautuu elävien olentojen eritteiden tai hajoamisen kautta ja integroituu jälleen hydrologiseen vaiheeseen. Tässä vaiheessa se voi kiertää valtameren virtojen kanssa tai asettua merenpohjan sedimentteihin.

Kun fosfori menee merenpohjaan, sedimenttikerrokset kerääntyvät ja alakerrokset lopulta haudataan suuriin syvyyksiin. Täällä syntyy korkeita paineita ja lämpötiloja, jotka muodostavat uuden fosforirikkaan kivin, joka paljastetaan uudelleen syklin jatkamiseksi.

Ihmisen toiminta voi muuttaa tätä sykliä johtuen siitä, että ympäristöön saastuttavia ylimääräisiä määriä fosforia, jotka aiheuttavat rehevöitymistä.

ominaisuudet

Ottelu

Tämä on ei-metalli kemiallinen elementti, jota edustaa symboli P ja joka ei ole luonteeltaan puhdasta, koska se hapettuu nopeasti. Kun tämä prosessi tapahtuu, se vapauttaa lämpöenergiaa ja tuottaa valoa, minkä vuoksi sille annettiin fosforin nimi (kreikan kielellä "valon kantaja").

Luonnossa sitä esiintyy epäorgaanisten fosforimolekyylien muodossa tai osana eläviä organismeja.

Syklisi

Fosforisykli on sedimenttinen biogeokemiallinen sykli, joka liittyy läheisesti veden, hiilen, kalsiumin, raudan ja alumiinin kiertoon. Sitä kutsutaan sedimenttiseksi, koska suurin osa sen varannoista on meren sedimenteissä ja maapallonkuoren fosfaattikiveissä.

näyttely

Maan syvyyteen muodostuneet fosfaattikivet kulkeutuvat maan pinnalle tektonisten levyjen liikkeillä. Kun tämä tapahtuu, ne altistetaan fysikaalisten tekijöiden, kuten sateen ja tuulen, sekä biologisten tekijöiden vaikutuksille.

Fosfaattikivi. Lähde: David Stanley Nanaimosta, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Toinen tapa vapauttaa fosforia maanalaisesta varastostaan ​​on tulivuoren toiminnan kautta, jonka myös aiheuttavat tektoniset liikkeet.

eroosio

Kun fosfaattikivet altistuvat maapallon ulkoiselle ympäristölle, eroosio tapahtuu. Siten kallio krakkataan ja pirstoutuu lämpötilaerojen, sateen, tuulen ja elävien olentojen toiminnan vuoksi, ja fosforista tulee osa maaperää tai siirtyy muihin kohteisiin.

Kuljetus

Tärkein eroosioaine on vesi, joka siirtää fosforia litosfäärin muihin pisteisiin ja lopulta valtameriin.

Biologinen imeytyminen ja vapautuminen

Suurin osa maaperän fosforista on liukenemattomassa muodossa, joten kasvit eivät voi sitä käyttää. Tämä fosfori on kiinnittynyt savihiukkasiin, rauta- ja alumiinihydroksideihin tai kalsium-, rauta- tai muun fosfaatin muodossa.

Siten yhden hehtaarin maaperässä voi olla 2-10 tonnia fosforia, mutta kasvit voivat käyttää vain 3-15 kg. Liukoinen fosfori imeytyy juurien läpi ja kulkee kasvin vartaloon, missä sitä käytetään monissa aineenvaihduntaprosessit.

Fosfori on integroitunut kasvien rakenteeseen muodostaen proteiineja, ATP: tä, DNA: ta ja muita molekyylejä. Samoin kun se liukenee meriveteen, kasviplanktoni imee sen valtameriin.

Fosforista tulee osa troofisia ketjuja, kun kasvinsyöjät ja lihansyöjät kuluttavat kasveja ja kasviplanktonia. Myöhemmin se vapautuu elävistä organismeista joko niiden eritteiden kautta tai kuollessaan.

Sedimentaatio ja kertyminen

Valtamerten fosfori kerrostuu merenpohjaan, ja siitä tulee sedimentin osa, joka kerrostuu peräkkäisissä kerroksissa.

Litointi ja varastointi

Kivet muodostuvat, kun sedimenttit maankuoren syvimmissä osissa ovat alttiita korkeille paineille ja lämpötiloille (lithification). Tämä tapahtuu, koska ylempien sedimenttien paino aiheuttaa alempien sedimenttien tiivistymisen.

Kiviainekset muodostavat hiukkaset pidetään yhdessä oksidien, piidioksidin ja muiden aineiden kiteytymisen ansiosta, prosessi, jota kutsutaan sementointiin. Tällä tavalla muodostuu ns. Sedimenttikivi, jonka joukossa on fosforiitti, joka sisältää jopa 20-30% fosfaatteja.

Jos sedimenttikiveille tehdään korkeamman lämpötilan ja paineen prosesseja, ne liukenevat muodostaen osan muodonmuutos- ja muinaiskiviä (18%). Fosfaatteja on myös kalkkikivikiveissä jopa 0,18% ja jopa hiekkakivikiveissä jopa 0,27%.

Syklin aika

Nopeus, jolla fosforimolekyyli suorittaa syklin, riippuu tarkasteltavan säiliön tyypistä. Esimerkiksi rannikkovesissä fosforimolekyyli voidaan mobilisoida 9 kuukauden välein, ja syvänmeren sedimenteissä se voi viedä yli 11 000 vuotta.

Fosforisyklin vaiheet

Suurin fosforin kierrätys tapahtuu elävien organismien ja veden tai maaperän välillä ekosysteemin tyypistä riippuen. Se käy läpi kolme vaihetta, jotka ovat:

- Geologinen

Tärkeimmät fosforivarastot jakson tässä vaiheessa löytyvät meren sedimenteistä ja maaperästä. Sitä esiintyy myös maaperän fosfaattikiveissä ja merilintujen (guano) ulosteissa.

Fosfaattikiviä muodostuu merisedimenteistä, jotka ovat sedimenttikiviä, jotka sisältävät jopa 30% fosfaatteja. Kun ne eroosioituvat, fosfaateista tulee osa maaperää.

Samalla tavoin maaperän ja kivien eroosio vie fosfaatit vesistöihin ja päätyy mereen, missä meren eliöt imevät ne. Toisaalta suhteellisen pieni osa fosfaatteja maaperässä liukenee veteen ja kasvit absorboivat ne.

- Hydrologinen

Fosforisyklin hydrologinen vaihe ylläpitää jatkuvaa vaihtoa mantereen ja vesimaailmassa asuvien organismien kanssa. Suurin määrä fosforia löytyy syvänmeren vesistä liuenneena fosfaattina.

Pintavesissä esiintyvä fosfori imeytyy eläviin organismeihin ja siitä tulee siten osa biologista vaihetta.

liput

Arvioidaan, että vesistöihin tulee vuosittain noin 10 miljoonaa tonnia fosforia. Se saapuu vesivarojen vetämään hydrologiseen vaiheeseen, pääasiassa sadevesien valumalla.

Tällä tavoin se saavuttaa joet ja sieltä järviin ja valtameriin, samoin kuin pieni osa ilmakehän pölystä, joka on laskeutunut valtamereihin tai muihin vesistöihin.

kierto

Fosfori kiertää valtamereissä etenkin kylmempissä alakerroksissa, mutta huippussa se saavuttaa pinnan. Yläosat ovat alueita, joissa syvät kylmät vedet nousevat, kantaen fosfaatteja ja muita ravinteita.

Näillä alueilla fosfaattien saatavuus on runsasta, mikä suosii kasviplanktonin kehitystä, joka houkuttelee suuria määriä siitä syöviä kaloja.

Lähdöt

Koska fosfori ei muodosta meressä haihtuvia yhdisteitä (kaasuja), sitä ei voida vaihtaa suoraan ilmakehän kanssa. Siksi hydrologisesta vaiheesta ainoat poistuvat kivien muodostumisesta tai kalastuksesta (merilintujen tai ihmisen toiminnan kautta).

Ensimmäisessä tapauksessa mereen tai elävien olentojen ulosteista tai kuolleista ruumiista liuennut fosfori laskeutuu merenpohjaan. Ajan myötä nämä sedimentit peittävät muut kerrokset ja konsolidoituvat fosfaattikiveiksi, jotka myöhemmin altistuvat maan pinnalle.

Merilintu puolestaan ​​kuluttaa kaloja ja kuljettaa fosforia maahan ulosteidensa (guano) kautta tai kuolemalla. Vaikka ihminen erottaa valtamereistä suuria määriä fosforia kalastuksen kautta, koska kalan luut koostuvat 35% tästä alkuaineesta.

- Biologinen

Kun fosfori tulee troofisiin ketjuihin tai ravintoketjuihin, se on osa fosforisyklin biologista vaihetta. Tämä alkaa, kun kasvien tai kasviplanktonin absorboimat fosfaatit muodostavat proteiineja ja muita elintärkeitä molekyylejä.

Sitten fosfori kiertää, kun kasvinsyöjät ja lihansyöjät kuluttavat kasveja ja kasviplanktonia. Sitten se liikkuu eritteiden läpi ja hajottamalla kuolleiden organismien ruumiit bakteereilla ja sienillä.

Vaikka fosforin määrä biologisessa vaiheessa on suhteellisen pieni, sillä on perustavanlaatuinen rooli. Siten noin 80% elävän olennon kokonaisfosforista koostuu hydroksiapatiitista (Ca5 (PO4) 3OH).

Tämä mineraali muodostaa noin 70% selkärankaisten luista, ja myös hammastahna koostuu suuresta osasta tätä fosfaattimineraalia.

Lähdöt

Tästä vaiheesta fosfori jatkaa sykliään kohti hydrologisia ja geologisia vaiheita eliöiden tai niiden eritteiden kuoleman kautta. Samoin ihmiset puuttuvat fosforikiertoon uuttamalla sitä maasta ja merestä käyttääkseen sitä teollisena raaka-aineena tai lannoitteena.

guano

Tärkeä fosforilähde biologisesta vaiheesta on merilintujen, nimeltään guano, eritteet, jotka sisältävät noin 4% fosfaatteja.

Guanon kertyminen. Lähde: Alex Proimos Sydneystä, Australia / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Kaloja syövät merilintuet muodostavat suuria rannikkokolonioita ja niiden eritteet kerääntyvät valtavissa määrin elinympäristöihinsä. Nämä eritteet ovat erityisen runsaasti fosfaatteja, ja ihmiset ovat käyttäneet niitä lannoitteena.

muutokset

Fosforisyklin perusmuutos on sen kiihtyminen ihmisen toiminnan takia. Fosfaatit ovat yksi pääasiallisista epäpuhtauksista jätevesissä, aiheuttaen muutoksia fosforisyklissä sisällyttämällä ylimääräisiä määriä ekosysteemeihin.

rehevöityminen

Fosfaatit sisällytetään jäteveteen pesuaineiden käytön takia, jotka sisältävät trinatriumfosfaattia. Nämä yhdisteet yhdessä veden kanssa muodostavat fosfaatit, jotka elävät olennot vastaavat toisiinsa.

Rehevöitymistä. Lähde: F. lamiot (oma työ) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Kun suuria määriä näitä vastaavia fosfaatteja tulee, levien ja vesikasvien populaatiot kasvavat huomattavasti. Tämä ekologinen epätasapaino johtaa veteen liuenneen hapen kuluttamiseen, aiheuttaen kalojen ja muiden organismien kuoleman.

Veden laatu

Fosfaattien ylimäärä vedessä vaikuttaa sen laatuun ihmisten käyttöön, mikä vähentää makean veden lähteitä.

Merkitys

Olennaista elämälle

Fosfori on keskeinen osa ATP: tä (adenosiinitrifosfaatti), joka on molekyyli, jonka kautta energia varastoidaan ja siirretään soluihin. Toisaalta DNA (deoksiribonukleiinihappo), joka on molekyyli, joka vastaa geneettisen tiedon välityksestä, sisältää fosfaattiryhmän.

Ruokavalio ja terveys

Fosfori on tärkeä tekijä terveydelle, kun otetaan huomioon, että se on kehossa runsaasti toinen. Se on myös hampaiden ja luiden perusosa, läheisesti sukua B-kompleksi-vitamiinien kanssa.

Lisäksi sillä on tärkeä tehtävä munuaisten, lihaksien (mukaan lukien sydän) ja hermostojärjestelmän (hermosignaalit) toiminnassa.

Raaka-aine teollisuudelle

Teollisuudessa fosfaatteja käytetään erilaisiin tarkoituksiin, esimerkiksi elintarviketeollisuudessa, niitä käytetään paakkuuntumisenestoaineina ja stabilointiaineina. Fosfori on avaintekijä otteluiden, ilotulitusvälineiden ja valosignaalien tekemisessä.

Samoin sitä käytetään metalliseosten, teollisuusöljyjen valmistuksessa ja trinatriumfosfaattina sitä käytetään pesuaineissa.

lannoitteet

Fosfori on tärkeä komponentti maataloudessa käytetyissä lannoitteissa ja lannoitteissa, ja se on erityisen hyödyllinen viljelykasvien kukinnan aikaansaamiseksi. Lannoitteiden tuotanto vastaa noin 90 prosenttia fosfaattien kysynnästä.

hyönteismyrkyt

Orgaaniset fosfaatit ovat fosforihappoestereiden muodossa ja useimmissa tapauksissa niillä on neurotoksinen vaikutus, minkä vuoksi niitä käytetään hyönteismyrkkyjen valmistukseen.

Viitteet

1. Calow, P. (toim.) (1998). Ekologian ja ympäristöjohtamisen tietosanakirja.
2. Margalef, R. (1974). Ekologia. Omega-lehdet.
3. Miller, G. ja TYLER, JR (1992). Ekologia ja ympäristö. Grupo Toimituksellinen Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP ja Warrett, GW (2006). Ekologian perusteet. Viides painos. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globaali fosforisykli. Tutkimus geokemiasta.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P ja Fang, J. (2016). Fosforia kerääntyy typpeä enemmän kuin typpeä maailmanlaajuisesti makean veden ekosysteemeihin ihmisen aiheuttamien vaikutusten alla ”. Ekologiakirjeet.