ФОСФОРНЫЙ ЦИКЛ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТАДИИ, ИЗМЕНЕНИЯ, ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Цикла фосфора является хранение и обращение этого элемента через гидросферы, литосферы, живых организмов и атмосферы. Это биогеохимический цикл осадочного типа, фаза накопления которого происходит в основном на морском дне.

Цикл начинается с воздействия на фосфатные породы эрозионного воздействия воды, ветра и живых организмов. Когда камень изнашивается, он фрагментируется и уносит частицы, несущие фосфаты, которые попадают в почву или уносятся в водоемы.

Полный цикл фосфора. Источник: BonniemfIncorporates, работа NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Фосфор, поглощаемый растениями в виде фосфатов через их корни, интегрируется в ваше тело и используется в обмене веществ. Таким образом, он переходит от геологической стадии цикла к биологической фазе, где он циркулирует через пищевые или трофические сети.

Этот этап начинается, когда травоядные животные потребляют растения и получают из них фосфор. Затем этот элемент переходит к плотоядным, которые питаются травоядными животными, и возвращается в почву с экскрементами или когда организмы умирают и разлагаются.

С другой стороны, фосфор в форме фосфатов попадает в озера и океаны, переходя в свою гидрологическую стадию. Кроме того, растворенные в воде фосфаты переходят на биологическую стадию, когда они поглощаются фитопланктоном и попадают в морские пищевые сети.

Впоследствии фосфор выделяется через экскременты или разложение живых существ и снова интегрируется в гидрологическую стадию. В этой фазе он может циркулировать с океанскими течениями или оседать на отложениях на дне океана.

Когда фосфор попадает на морское дно, слои наносов накапливаются, и нижние слои оказываются погребенными на больших глубинах. Здесь возникают высокие давления и температуры, которые формируют новую породу, богатую фосфором, которая снова подвергается воздействию, чтобы продолжить цикл.

Этот цикл может быть изменен деятельностью человека из-за включения дополнительных количеств фосфора, загрязняющих окружающую среду, которые вызывают эвтрофикацию.

характеристики

Матч

Это неметаллический химический элемент, который обозначается символом P и не является чистым по своей природе, поскольку быстро окисляется. Когда этот процесс происходит, он выделяет тепловую энергию и производит свет, поэтому он получил название люминофор («светоноситель» по-гречески).

В природе он встречается в виде молекул неорганического фосфора или в составе живых организмов.

Ваш цикл

Фосфорный цикл - это осадочный биогеохимический цикл, тесно связанный с круговоротом воды, углерода, кальция, железа и алюминия. Он называется осадочным, потому что большая часть его запасов находится в морских отложениях и в фосфатных породах земной коры.

экспозиция

Фосфатные породы, образующиеся в недрах Земли, выносятся на поверхность земли за счет движений тектонических плит. Когда это происходит, они подвергаются действию физических агентов, таких как дождь и ветер, а также биологических.

Фосфоритная руда. Источник: Дэвид Стэнли из Нанаймо, Канада / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Другой способ высвобождения фосфора из подземных хранилищ - вулканическая активность, также вызванная тектоническими движениями.

размывание

Поскольку фосфатные породы подвергаются воздействию внешней среды на поверхности земли, происходит процесс эрозии. Таким образом, порода трескается и дробится из-за перепадов температуры, дождя, ветра и действий живых существ, а фосфор становится частью почвы или перемещается в другие места.

Транспорт

Основным эрозионным агентом является вода, которая переносит фосфор в другие точки литосферы и, наконец, в океаны.

Биологическая абсорбция и высвобождение

Большая часть фосфора в почве находится в нерастворимой форме и поэтому не может использоваться растениями. Этот люминофор прикреплен к частицам глины, гидроксидам железа и алюминия или в форме кальция, железа или другого фосфата.

Таким образом, на одном гектаре почвы может быть от 2 до 10 тонн фосфора, но растения могут использовать только от 3 до 15 кг. Растворимый фосфор всасывается корнями и попадает в тело растения, где он используется в различных обменные процессы.

Фосфор встраивается в структуру растений, образуя белки, АТФ, ДНК и другие молекулы. Точно так же, когда он растворяется в морской воде, он поглощается фитопланктоном в океанах.

Фосфор становится частью трофических цепей, когда растения и фитопланктон потребляются травоядными, а они - плотоядными. Позже он выделяется из живых организмов либо через их экскременты, либо когда они умирают.

Седиментация и накопление

Фосфор в Мировом океане откладывается на морском дне, становясь частью отложений, которые будут откладываться последовательными слоями.

Литификация и хранение

Породы образуются, когда отложения в самых глубоких частях земной коры подвергаются воздействию высоких давлений и температур (литификация). Это происходит потому, что вес верхних отложений заставляет нижние отложения уплотняться.

Частицы, из которых состоят породы, удерживаются вместе благодаря кристаллизации оксидов, кремнезема и других веществ, процессу, известному как цементация. Таким образом образуются так называемые осадочные породы, среди которых есть фосфорит, содержащий до 20-30% фосфатов.

Если осадочные породы подвергаются процессам более высокой температуры и давления, они растворяются, образуя часть метаморфических и магматических пород (18%). Также фосфаты содержатся в породах известняка до 0,18% и даже в породах песчаника до 0,27%.

Время цикла

Скорость, с которой молекула фосфора завершает цикл, зависит от типа рассматриваемого резервуара. Например, в прибрежных водах молекула фосфора может мобилизоваться каждые 9 месяцев, а в глубоких морских отложениях на это может уйти более 11000 лет.

Этапы цикла фосфора

Наибольшая рециркуляция фосфора происходит между живыми организмами и водой или почвой в зависимости от типа экосистемы. Он проходит три этапа, а именно:

- геологические

Наиболее важные запасы фосфора на этой стадии цикла находятся в морских отложениях и почве. Он также присутствует в фосфатных породах недр и в экскрементах морских птиц (гуано).

Фосфатные породы образуются из морских отложений, которые представляют собой осадочные породы, содержащие до 30% фосфатов. Когда они разрушаются, фосфаты становятся частью почвы.

Точно так же эрозия почвы и горных пород увлекает фосфаты в водоемы и в конечном итоге достигает океана, где они поглощаются морскими организмами. С другой стороны, относительно небольшая доля фосфатов в почве растворяется в воде и поглощается растениями.

- гидрологический

На гидрологической стадии цикла фосфора поддерживается постоянный обмен с материком и с организмами, населяющими водный мир. Наибольшее количество фосфора содержится в глубоководных водах океана в виде растворенного фосфата.

Фосфор, присутствующий в поверхностных водах, поглощается живыми организмами и поэтому становится частью биологической стадии.

Билеты

Подсчитано, что ежегодно в водоемы попадает около 10 миллионов тонн фосфора. Он входит в гидрологическую стадию, увлекаемый водными течениями, в основном стоками дождевой воды.

Таким образом, он попадает в реки, а оттуда в озера и океаны, а также в небольшую часть атмосферной пыли, которая оседает в океанах или других водоемах.

циркуляция

Фосфор циркулирует в океанах, особенно в более холодных нижних слоях, однако в районах апвеллинга он достигает поверхности. Апвеллинги - это районы, где поднимаются глубокие холодные воды, несущие фосфаты и другие питательные вещества.

В этих районах много фосфатов, что способствует развитию фитопланктона, привлекающего большое количество рыб, которые им питаются.

Отправления

Поскольку фосфор не образует летучих соединений (газов) в океане, он не может напрямую обмениваться с атмосферой. Таким образом, единственные выходы с гидрологической сцены - горные породы или рыбалка (морские птицы или действия человека).

В первом случае фосфор, растворенный в море или из экскрементов или трупов живых существ, откладывается на морском дне. Со временем эти отложения покрываются другими слоями и консолидируются в виде фосфатных пород, которые позже будут обнажены на поверхности земли.

В свою очередь, морские птицы потребляют рыбу и переносят фосфор на сушу с экскрементами (гуано) или в результате смерти. В то время как человек извлекает большое количество фосфора из океанов посредством рыбной ловли, поскольку кости рыб состоят на 35% из этого элемента.

- Биологический

Попадая в трофические или пищевые цепи, фосфор становится частью биологической стадии цикла фосфора. Это начинается, когда фосфаты, поглощаемые растениями или фитопланктоном, образуют белки и другие жизненно важные молекулы.

Затем фосфор циркулирует, когда растения и фитопланктон потребляются травоядными и плотоядными животными. Затем он перемещается через экскременты и путем разложения тел мертвых организмов бактериями и грибами.

Хотя количество фосфора на биологической стадии относительно невелико, он играет фундаментальную роль. Таким образом, около 80% всего фосфора в организме живого существа состоит из гидроксиапатита (Ca5 (PO4) 3 OH).

Этот минерал составляет около 70% костей позвоночных, а эмаль зубов также состоит из высокой доли этого фосфатного минерала.

Отправления

Начиная с этой стадии, фосфор продолжает свой круговорот к гидрологической и геологической стадиям через гибель организмов или их выделений. Точно так же люди вмешиваются в круговорот фосфора, извлекая его из суши и моря, чтобы использовать в качестве промышленного сырья или удобрения.

Гуано

Важным источником фосфора на биологической стадии являются экскременты морских птиц, называемые гуано, которые содержат примерно 4% фосфатов.

Накопление гуано. Источник: Алекс Проимос из Сиднея, Австралия / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Морские птицы, питающиеся рыбой, образуют большие прибрежные колонии, и их экскременты накапливаются в огромных количествах в местах их обитания. Эти экскременты особенно богаты фосфатами и используются людьми в качестве удобрения.

изменения

Фундаментальное изменение цикла фосфора - его ускорение из-за деятельности человека. Фосфаты являются одним из основных загрязнителей сточных вод, вызывая изменения в круговороте фосфора за счет включения дополнительных количеств в экосистемы.

эвтрофикации

Фосфаты попадают в сточные воды из-за использования моющих средств, содержащих тринатрийфосфат. Эти соединения в сочетании с водой образуют фосфаты, усваиваемые живыми существами.

Эвтрофикации. Источник: Ф. ламиот (собственная работа) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

По мере поступления большого количества усвояемых фосфатов популяции водорослей и водных растений значительно увеличиваются. Этот экологический дисбаланс приводит к потреблению растворенного в воде кислорода, что приводит к гибели рыб и других организмов.

Качество воды

Избыток фосфатов в воде влияет на ее качество для потребления человеком, сокращая таким образом источники пресной воды.

значение

Необходим для жизни

Фосфор является центральной частью АТФ (аденозинтрифосфата), который представляет собой молекулу, с помощью которой энергия сохраняется и передается в клетках. С другой стороны, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая является молекулой, ответственной за передачу генетической информации, включает фосфатную группу.

Диета и здоровье

Фосфор - незаменимый элемент для здоровья, учитывая, что он второй по содержанию в организме. Он также является основным компонентом зубов и костей, тесно связанным с витаминами группы B.

Кроме того, он играет важную роль в функционировании почек, мышц (включая сердце) и нервной системы (нервные сигналы).

Сырье для промышленности

В промышленности фосфаты используются для различных целей, например, в пищевой промышленности они используются в качестве антислеживателей и стабилизаторов. Фосфор - ключевой ингредиент при изготовлении спичек, фейерверков и световых сигналов.

Точно так же он используется в производстве металлических сплавов, промышленных масел и в качестве тринатрийфосфата он используется в моющих средствах.

удобрения

Фосфор - важный компонент удобрений и удобрений, используемых в сельском хозяйстве, особенно полезный для стимулирования цветения сельскохозяйственных культур. Производство удобрений обеспечивает около 90% потребности в фосфатах.

Инсектициды

Органические фосфаты находятся в форме эфиров фосфорной кислоты и в большинстве случаев обладают нейротоксическим действием, поэтому их используют для изготовления инсектицидов.

Ссылки

1. Калоу, П. (ред.) (1998). Энциклопедия экологии и природопользования.
2. Маргалеф, Р. (1974). Экология. Издания Омега.
3. Миллер, Г. и ТАЙЛЕР, младший (1992). Экология и окружающая среда. Grupo Editor Iberoamérica SA de CV
4. Одум, EP и Уорретт, GW (2006). Основы экологии. Издание пятое. Thomson.
5. Руттенберг, KC (2003). Глобальный цикл фосфора. Трактат по геохимии.
6. Ян, З., Хан, В., Пеньуэлас, Дж., Сарданс, Дж., Эльзер, Дж., Ду, Э., Райх, П. и Фанг, Дж. (2016). Во всем мире фосфор накапливается в пресноводных экосистемах в условиях антропогенного воздействия сильнее, чем азот ». Письма об экологии.