ЦИКЛ ФОСФОРУ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТАДІЇ, ЗМІНИ, ЗНАЧЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Цикл фосфору - це зберігання та циркуляція цього елемента через гідросферу, літосферу, живі організми та атмосферу. Це біогеохімічний цикл осадового типу, фаза зберігання якого відбувається переважно на морському дні.

Цикл починається з впливу фосфатних порід ерозійній дії води, вітру та живих організмів. Коли порода зношується, вона фрагментується і несе частинки, що переносять фосфати, які вбудовуються в грунт або затягуються у водні тіла.

Повний цикл фосфору. Джерело: BonniemfIncorporates робота NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Фосфор, засвоюваний рослинами як фосфати через коріння, інтегрується у ваш організм і використовується в обміні речовин. Таким чином, він переходить від геологічної стадії циклу до біологічної фази, де циркулює через їжу або трофічні тканини.

Цей етап починається, коли рослиноїдні тварини споживають рослини і отримують з них фосфор. Потім цей елемент переходить до м’ясоїдних тварин, які живляться травоїдними тваринами, і повертаються в грунт через екскременти або коли організми гинуть і розпадаються.

З іншого боку, фосфор у вигляді фосфатів втягується в озера та океани, переходячи до своєї гідрологічної стадії. Крім того, розчинені у воді фосфати переходять у біологічну стадію, коли вони поглинаються фітопланктоном і потрапляють у морські продовольчі тканини.

Згодом фосфор виділяється за рахунок виділень або розкладання живих істот і знову інтегрується в гідрологічну стадію. У цій фазі він може циркулювати океанськими течіями або осідати на відкладах океанічного дна.

Коли фосфор йде на морське дно, шари осаду накопичуються, а нижні шари закінчуються закопаними на великій глибині. Тут виробляються високі тиски та температури, які утворюють нові породи, багаті фосфором, які знову будуть піддаватися впливу для продовження циклу.

Цей цикл може бути змінений людською діяльністю завдяки включенню зайвої кількості фосфору, що забруднює навколишнє середовище, що викликає евтрофікацію.

характеристики

Матч

Це неметалічний хімічний елемент, який представлений символом P і який не є чистою природою, оскільки швидко окислюється. Коли цей процес відбувається, він вивільняє теплову енергію і виробляє світло, саме тому їй дали назву люмінофор («грецький носій»).

У природі він зустрічається у вигляді неорганічних молекул фосфору або у складі живих організмів.

Ваш цикл

Цикл фосфору - це осадовий біогеохімічний цикл, тісно пов'язаний із кругообігом води, вуглецю, кальцію, заліза та алюмінію. Його називають осадовим, оскільки більша частина його запасів знаходиться в морських відкладах і у фосфатних породах земної кори.

Експозиція

Фосфатні породи, що утворюються в глибинах Землі, переносяться на земну поверхню рухами тектонічних плит. Коли це відбувається, вони піддаються дії фізичних агентів, таких як дощ і вітер, а також біологічних.

Фосфатна порода. Джерело: Девід Стенлі з Нанаймо, Канада / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Інший спосіб вивільнення фосфору з його підземного зберігання - через вулканічну активність, також спричинену тектонічними рухами.

Ерозія

Оскільки фосфатні породи потрапляють у зовнішнє середовище на земній поверхні, відбувається процес ерозії. Таким чином, скеля тріскається і фрагментується різницею температур, дощу, вітру та дії живих істот, а фосфор стає частиною ґрунту або переміщується в інші місця.

Транспорт

Основним ерозивним агентом є вода, яка переносить фосфор в інші точки літосфери та нарешті до Світового океану.

Біологічне поглинання та вивільнення

Більша частина фосфору в ґрунті знаходиться в нерозчинній формі, тому рослини не можуть бути використані. Цей фосфор прилягає до частинок глини, гідроксидів заліза та алюмінію або у вигляді кальцію, заліза та іншого фосфату.

Так, на одному гектарі ґрунту може бути від 2 до 10 т фосфору, але рослини можуть використовувати лише 3 - 15 кг. Розчинний фосфор засвоюється через коріння і переходить у тіло рослини, де його використовують у різних обмінні процеси.

Фосфор інтегрується в структуру рослин, утворюючи білки, АТФ, ДНК та інші молекули. Так само, коли він розчиняється у морській воді, він поглинається фітопланктоном у Світовому океані.

Фосфор стає частиною трофічних ланцюгів, коли рослини та фітопланктон споживають травоїдні тварини, а їх - м’ясоїдні. Пізніше він звільняється від живих організмів або через їх виділення, або коли вони гинуть.

Осадження та накопичення

Фосфор в Світовому океані відкладається на морському дні, стаючи частиною осаду, який буде відкладатися послідовно.

Літифікація та зберігання

Скелі утворюються тоді, коли осади в найглибших частинах земної кори піддаються підвищеному тиску і температурі (літифікація). Це відбувається тому, що вага верхніх опадів призводить до ущільнення нижніх.

Частинки, що складають гірські породи, утримуються разом завдяки кристалізації оксидів, діоксиду кремнію та інших речовин, що називається цементацією. Таким чином утворюються так звані осадові породи, серед яких фосфорит, який містить до 20-30% фосфатів.

Якщо осадові породи піддаються процесам підвищеної температури та тиску, вони розчиняються, утворюючи частину метаморфічних та магматичних порід (18%). Також є фосфати у вапнякових породах до 0,18% і навіть у піщаних породах до 0,27%.

Час циклу

Швидкість, з якою молекула фосфору завершує цикл, залежить від типу розглянутого водоймища. Наприклад, у прибережних водах фосфорну молекулу можна мобілізувати кожні 9 місяців, а у глибоких морських відкладах може пройти більше 11 000 років.

Етапи циклу фосфору

Найбільша переробка фосфору відбувається між живими організмами та водою або грунтом залежно від типу екосистеми. Він проходить три етапи, які є:

- Геологічні

Найважливіші запаси фосфору на цій стадії циклу знаходяться у морських осадах та ґрунті. Він також присутній у фосфатних породах надр та в екскрементах морських птахів (гуано).

Фосфатні породи утворюються з морських опадів, що представляють собою осадові породи, що містять до 30% фосфатів. Коли вони розмиваються, фосфати стають частиною ґрунту.

Так само ерозія ґрунту та гірських порід затягує фосфати у водойми і закінчується досягаючи океану, де вони поглинаються морськими організмами. З іншого боку, відносно низька частка фосфатів у ґрунті розчиняється у воді та поглинається рослинами.

- гідрологічні

Гідрологічна стадія фосфорного циклу підтримує постійний обмін з материком і з організмами, які населяють водний світ. Найбільша кількість фосфору міститься у глибоких водах океану у вигляді розчиненого фосфату.

Фосфор, присутній у поверхневих водах, поглинається живими організмами і тому стає частиною біологічної стадії.

Квитки

За оцінками, близько 10 мільйонів тонн фосфору потрапляють у водні об'єкти щорічно. Він переходить у гідрологічну стадію, затягнуту водними течіями, головним чином стоком з дощової води.

Таким чином він досягає річок, а звідти до озер та океанів, а також невеликий відсоток від атмосферного пилу, який осідає в Світовому океані чи інших водоймах.

Тираж

Фосфор циркулює в Світовому океані, особливо в холодних нижніх шарах, однак у районах, що живуть, він досягає поверхні. Оселі - це райони, де піднімаються глибокі холодні води, несучи фосфати та інші поживні речовини.

У цих районах наявність фосфатів в надлишку, що сприяє розвитку фітопланктону, який залучає велику кількість риб, які харчуються ним.

Виїзди

Оскільки фосфор не утворює летких сполук (газів) в океані, він не може бути обмінений безпосередньо з атмосферою. Тому єдиними виходами з гідрологічної стадії є гірські породи чи риболовля (за допомогою морських птахів чи дії людини).

У першому випадку фосфор, розчинений у морі або з екскретів або мертвих тіл живих істот, відкладається на морському дні. З часом ці осади покриваються іншими шарами і консолідуються у вигляді фосфатних порід, які згодом будуть піддаватися земній поверхні.

Зі свого боку, морські птахи споживають рибу та переносять фосфор на сушу через екскрети (гуано) або вмираючи. У той час як людина видобуває велику кількість фосфору з океанів за допомогою риболовлі, оскільки кістки риби складаються з 35% цього елемента.

- Біологічні

Як тільки фосфор потрапляє в трофічні ланцюги або харчові ланцюги, він є частиною біологічної стадії фосфорного циклу. Це починається тоді, коли фосфати, поглинені рослинами або фітопланктоном, утворюють білки та інші життєво важливі молекули.

Тоді фосфор циркулює, коли рослини та фітопланктон споживають травоїдні тварини, а їх - м’ясоїдні. Потім він переміщується через екскрети та шляхом розкладання тіл мертвих організмів бактеріями та грибками.

Хоча кількість фосфору в біологічній стадії є відносно низьким, він відіграє фундаментальну роль. Таким чином, близько 80% всього фосфору в організмі живої істоти складається з гідроксиапатиту (Са5 (ПО4) 3 ОН).

Цей мінерал складає близько 70% кісток хребців, а зубна емаль також складається з високої частки цього фосфатного мінералу.

Виїзди

З цієї стадії фосфор продовжує свій цикл у бік гідрологічних та геологічних стадій через загибель організмів або їх виділень. Так само люди втручаються у цикл фосфору, витягуючи його з суші та моря, щоб використовувати його як промислову сировину або як добриво.

Гуано

Важливим джерелом фосфору з біологічної стадії є виділення морських птахів, звані гуано, що містить приблизно 4% фосфатів.

Нагромадження гуано. Джерело: Алекс Проймос із Сіднея, Австралія / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Морські птахи, які поїдають рибу, утворюють великі прибережні колонії, а їхні екскременти накопичуються у величезній кількості у місцях проживання. Ці екскременти особливо багаті фосфатами і були використані людиною як добриво.

Зміни

Фундаментальною зміною циклу фосфору є його прискорення за рахунок діяльності людини. Фосфати є одним з основних забруднюючих речовин у стічних водах, викликаючи зміни в циклі фосфору шляхом включення зайвих кількостей в екосистеми.

Евтрофікація

Фосфати потрапляють у стічні води за рахунок використання миючих засобів, у складі яких є тринатрієвий фосфат. Ці сполуки в поєднанні з водою утворюють фосфати, засвоювані живими істотами.

Евтрофікація. Джерело: F. lamiot (власна робота) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Коли велика кількість цих засвоюваних фосфатів потрапляє, популяція водоростей та водних рослин значно збільшується. Цей екологічний дисбаланс закінчується споживанням розчиненого у воді кисню, спричиняючи загибель риби та інших організмів.

Якість води

Надлишок фосфатів у воді впливає на його якість для споживання людиною, зменшуючи таким чином джерела прісної води.

Важливість

Основні для життя

Фосфор - це центральна частина АТФ (аденозинтрифосфат) - це молекула, за допомогою якої енергія накопичується і передається в клітини. З іншого боку, ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота), яка є молекулою, відповідальною за передачу генетичної інформації, включає фосфатну групу.

Дієта та здоров'я

Фосфор є важливим елементом для здоров’я, враховуючи, що він є другим за достатністю в організмі. Це також основна складова зубів і кісток, тісно пов'язана з вітамінами групи В.

Крім того, він відіграє важливу роль у функціонуванні нирок, м’язів (у тому числі серця) та в нервовій системі (нервові сигнали).

Сировина для промисловості

У промисловості фосфати використовуються для різних цілей, наприклад, у харчовій промисловості їх використовують як протисуб'єктні засоби та стабілізатори. Фосфор - ключовий компонент для створення сірників, феєрверків та світлових сигналів.

Аналогічно, його використовують у виробництві металевих сплавів, промислових масел і як тринатрієвий фосфат використовують у миючих засобах.

Добрива

Фосфор є важливим компонентом добрив і добрив, що застосовуються в сільському господарстві, особливо корисний для стимулювання цвітіння в посівах. Виробництво добрив становить близько 90% попиту на фосфати.

Інсектициди

Органічні фосфати мають форму ефірів фосфорної кислоти і в більшості випадків мають нейротоксичну дію, через що їх використовують для виготовлення інсектицидів.

Список літератури

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедія екології та екологічного менеджменту.
2. Маргалеф, Р. (1974). Екологія. Видання «Омега».
3. Міллер, Г. та ТІЛЕР, JR (1992). Екологія та довкілля. Grupo Редакція Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP та Warrett, GW (2006). Основи екології. П’яте видання. Томсон.
5. Руттенберг, КК (2003). Глобальний цикл фосфору. Трактат з геохімії.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). Фосфор накопичує гній, ніж азот, у світовій екосистемі під антропогенним впливом ». Екологічні листи.