FOSFORA CIKLS: RAKSTUROJUMS, STADIJAS, IZMAIŅAS, NOZĪME - BIOLOĢIJA - 2025

Fosfors cikls ir glabāšanas un aprites šī elementa caur hidrosfēras, litosfēras, dzīviem organismiem un atmosfēru. Tas ir nogulumiežu bioģeoķīmiskais cikls, kura uzglabāšanas fāze galvenokārt notiek jūras gultnē.

Cikls sākas ar fosfātu iežu iedarbību uz ūdens, vēja un dzīvo organismu eroziju. Kad klintis nēsā, tas sadrumstalot un pārnēsāt daļiņas, kas nes fosfātus, kas iestrādāti augsnē vai ievilkti ūdenstilpēs.

Pilnīgs fosfora cikls. Avots: BonniemfInkorporē NASA Zemes zinātnes uzņēmuma / CC BY-SA darbu (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfors, ko augi kā saknes absorbē kā fosfātus, tiek integrēts jūsu ķermenī un izmantots metabolismā. Tādējādi tas pāriet no cikla ģeoloģiskās stadijas uz bioloģisko fāzi, kur tas cirkulē caur pārtiku vai trofiskajiem tīkliem.

Šis posms sākas, kad zālēdāji dzīvnieki patērē augus un no tiem iegūst fosforu. Pēc tam šis elements nonāk plēsējiem, kas barojas ar zālēdājiem, un nonāk ekskrementos vai tad, kad organismi mirst un sadalās.

No otras puses, fosfors fosfātu veidā tiek ievilkts ezeros un okeānos, pārejot uz tā hidroloģisko stadiju. Turklāt ūdenī izšķīdinātie fosfāti nonāk bioloģiskajā stadijā, kad tos absorbē fitoplanktons, un nonāk jūras barības tīklos.

Pēc tam fosfors izdalās caur dzīvu būtņu ekskrementiem vai sadaloties un atkal tiek integrēts hidroloģiskajā stadijā. Šajā fāzē tas var cirkulēt ar okeāna straumēm vai apmesties uz okeāna dibena nogulumiem.

Kad fosfors nonāk jūras gultnē, nogulumu slāņi uzkrājas un apakšējie slāņi tiek aprakti lielā dziļumā. Šeit tiek radīts augsts spiediens un temperatūra, kas veido jaunu fosforu bagātu iežu, kas atkal tiks pakļauta, lai turpinātu ciklu.

Cilvēka darbība var mainīt šo ciklu, jo tajā ir iekļauts papildu daudzums fosfora, kas piesārņo vidi, kas izraisa eitrofikāciju.

raksturojums

Spēle

Tas ir nemetālisks ķīmisks elements, kuru apzīmē simbols P un kurš pēc savas dabas nav tīrs, jo tas ātri oksidējas. Kad notiek šis process, tas izdala siltumenerģiju un rada gaismu, tāpēc tam tika piešķirts nosaukums fosfors (grieķu valodā - “gaismas nesējs”).

Dabā tas ir atrodams neorganisku fosfora molekulu veidā vai kā dzīvu organismu sastāvdaļa.

Jūsu cikls

Fosfora cikls ir nogulumieža bioģeoķīmiskais cikls, kas ir cieši saistīts ar ūdens, oglekļa, kalcija, dzelzs un alumīnija ciklu. To sauc par nogulumiežu, jo lielākā daļa tā rezervju atrodas jūras nogulumos un zemes garozas fosfāta iežos.

Ekspozīcija

Fosfāta ieži, kas veidojas Zemes dziļumā, ar tektonisko plākšņu kustībām tiek nogādāti uz Zemes virsmu. Kad tas notiek, viņi tiek pakļauti fizisko faktoru, piemēram, lietus un vēja, kā arī bioloģisko iedarbībai.

Fosfāta iezis. Avots: Deivids Stenlijs no Nanaimo, Kanāda / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Vēl viens veids, kā atbrīvot fosforu no tā pazemes krātuvēm, ir vulkāniska aktivitāte, ko izraisa arī tektoniskās kustības.

Erozija

Tā kā fosfātu ieži tiek pakļauti ārējai videi uz zemes virsmas, notiek erozijas process. Tādējādi ieži ir sašķelti un sadrumstaloti temperatūras atšķirību, lietus, vēja un dzīvo būtņu darbības rezultātā, un fosfors kļūst par augsnes daļu vai pārvietojas uz citām vietām.

Transports

Galvenais erozīvais līdzeklis ir ūdens, kas pārnes fosforu uz citiem litosfēras punktiem un, visbeidzot, uz okeāniem.

Bioloģiskā absorbcija un izdalīšanās

Lielākā daļa fosfora augsnē ir nešķīstošā formā, tāpēc augi to nevar izmantot. Šis fosfors ir pievienots māla daļiņām, dzelzs un alumīnija hidroksīdiem vai kalcija, dzelzs vai cita fosfāta veidā.

Tādējādi vienā hektārā augsnes var būt no 2 līdz 10 tonnām fosfora, bet augi var izmantot tikai no 3 līdz 15 kg. Šķīstošais fosfors tiek absorbēts caur saknēm un nonāk auga ķermenī, kur to izmanto dažādās vielmaiņas procesi.

Fosfors ir integrēts augu struktūrā, veidojot olbaltumvielas, ATP, DNS un citas molekulas. Tāpat, izšķīstot jūras ūdenī, fitoplanktons to absorbē okeānos.

Fosfors kļūst par trofisko ķēžu daļu, kad augi un fitoplanktonu patērē zālēdāji, bet plēsēji. Vēlāk tas tiek atbrīvots no dzīviem organismiem vai nu caur to ekskrementiem, vai arī mirstot.

Sedimentācija un uzkrāšanās

Fosfors okeānos tiek nogulsnēts uz jūras dibena, kļūstot par nogulumu daļu, kas tiks nogulsnēts secīgos slāņos.

Litifikācija un glabāšana

Ieži veidojas, ja nogulumi zemes garozas dziļākajās daļās tiek pakļauti augstam spiedienam un temperatūrai (litifikācija). Tas notiek tāpēc, ka augšējo nogulumu svars padara zemākos kompaktus.

Akmeņus veidojošās daļiņas tiek turētas kopā, pateicoties oksīdu, silīcija dioksīda un citu vielu kristalizācijai - procesam, ko sauc par cementēšanu. Tādā veidā veidojas tā sauktie nogulumieži, starp kuriem ir fosforīts, kas satur līdz 20-30% fosfātu.

Ja nogulumieži tiek pakļauti augstākas temperatūras un spiediena procesiem, tie izšķīst, veidojot daļu no metamorfiem un nezināmiem iežiem (18%). Arī fosfāti ir kaļķakmens iežos līdz 0,18% un pat smilšakmens iežos līdz 0,27%.

Cikla laiks

Fosfora molekulas cikla pabeigšanas ātrums ir atkarīgs no attiecīgā rezervuāra veida. Piemēram, piekrastes ūdeņos fosfora molekulu var mobilizēt ik pēc 9 mēnešiem, bet dziļajos jūras nogulumos tas var aizņemt vairāk nekā 11 000 gadus.

Fosfora cikla posmi

Vislielākā fosfora pārstrāde notiek starp dzīviem organismiem un ūdeni vai augsni atkarībā no ekosistēmas veida. Tas iziet trīs posmus, kas ir:

- Ģeoloģiskā

Svarīgākās fosfora rezerves šajā cikla posmā ir atrodamas jūras nogulumos un augsnē. Tas atrodas arī pamatnes fosfātu iežos un jūras putnu (guano) ekskrementos.

Fosfāta ieži veidojas no jūras nogulumiem, kas ir nogulumieži, kas satur līdz 30% fosfātu. Kad tie noārdās, fosfāti kļūst par augsnes daļu.

Līdzīgi augsnes un iežu erozija nogremdē fosfātus ūdenstilpēs un nonāk līdz okeānam, kur tos absorbē jūras organismi. No otras puses, salīdzinoši zema fosfātu daļa augsnē izšķīst ūdenī un augi to absorbē.

- Hidroloģisks

Fosfora cikla hidroloģiskais posms uztur pastāvīgu apmaiņu ar cietzemi un ar organismiem, kas apdzīvo ūdens pasauli. Lielākais fosfora daudzums ir atrodams dziļos okeāna ūdeņos kā izšķīdināts fosfāts.

Virszemes ūdeņos esošo fosforu absorbē dzīvie organismi, tāpēc tas kļūst par daļu no bioloģiskās stadijas.

Biļetes

Tiek lēsts, ka aptuveni 10 miljoni tonnu fosfora gadā nonāk ūdenstilpēs. Tas nonāk hidroloģiskajā stadijā, ko velk ūdens straumes, galvenokārt ar lietus ūdens noteci.

Tādā veidā tas sasniedz upes un no turienes līdz ezeriem un okeāniem, kā arī nelielu daļu no atmosfēras putekļiem, kas nogulsnējas okeānos vai citās ūdenstilpēs.

Cirkulācija

Fosfors cirkulē okeānos, jo īpaši aukstākajos apakšējos slāņos, bet augšējās vietās tas sasniedz virsmu. Augše ir vietas, kur paceļas dziļi auksti ūdeņi, kas nes fosfātus un citas barības vielas.

Šajos apgabalos fosfātu pieejamība ir bagātīga, kas veicina fitoplanktona attīstību, kas piesaista lielu daudzumu zivju, kas no tā barojas.

Izlidošanas

Tā kā fosfors okeānā neveido gaistošus savienojumus (gāzes), to nevar tieši apmainīt ar atmosfēru. Tāpēc vienīgās izejas no hidroloģiskās stadijas ir iežu veidošanās vai makšķerēšana (jūras putnu vai cilvēku ietekmē).

Pirmajā gadījumā fosfors, kas izšķīdis jūrā vai no ekskrementiem vai dzīvo būtņu mirušajiem ķermeņiem, tiek nogulsnēts jūras gultnē. Laika gaitā šos nogulumus pārklāj citi slāņi un konsolidējas kā fosfāta ieži, kas vēlāk tiks pakļauti zemes virsmai.

No savas puses jūras putni patērē zivis un ar ekskrementiem (guano) vai mirstot nes fosforu uz zemi. Kamēr cilvēks no okeāniem ar zvejniecību izvada lielu daudzumu fosfora, jo zivju kauli sastāv no 35% no šī elementa.

- bioloģiskā

Tiklīdz fosfors nonāk trofiskās ķēdēs vai barības ķēdēs, tas ir daļa no fosfora cikla bioloģiskā posma. Tas sākas, kad fosfāti, ko absorbē augi vai fitoplanktons, veido olbaltumvielas un citas dzīvībai svarīgas molekulas.

Pēc tam fosfors cirkulē, kad augi un fitoplanktonu patērē zālēdāji, bet gaļēdāji. Pēc tam tas pārvietojas caur ekskrementiem un sadaloties mirušo organismu ķermeņos ar baktērijām un sēnītēm.

Lai arī fosfora daudzums bioloģiskajā stadijā ir salīdzinoši mazs, tam ir būtiska loma. Tādējādi apmēram 80% no kopējā fosfora dzīvās būtnes ķermenī veido hidroksiapatīts (Ca5 (PO4) 3OH).

Šis minerāls veido apmēram 70% no mugurkaulnieku kauliem, un lielu daļu šī fosfāta minerāla veido arī zobu emalja.

Izlidošanas

Sākot no šī posma, fosfors turpina savu ciklu hidroloģiskajā un ģeoloģiskajā posmā, iznīcinot organismus vai to ekskrementus. Tāpat cilvēki iejaucas fosfora ciklā, iegūstot to no sauszemes un jūras, lai izmantotu to kā rūpniecisku izejvielu vai kā mēslojumu.

Guano

Svarīgs fosfora avots bioloģiskajā stadijā ir jūras putnu ekskrementi, kurus sauc par guano, kas satur aptuveni 4% fosfātu.

Guano uzkrāšanās. Avots: Alekss Proimoss no Sidnejas, Austrālijas / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Jūras putni, kas ēd zivis, veido lielas piekrastes kolonijas, un to ekskrementi to dzīvotnēs uzkrājas milzīgos daudzumos. Šie ekskrementi ir īpaši bagāti ar fosfātiem, un cilvēki tos ir izmantojuši kā mēslojumu.

Izmaiņas

Fosfora cikla būtiskas izmaiņas ir tā paātrināšanās cilvēka darbības dēļ. Fosfāti ir viens no galvenajiem piesārņotājiem notekūdeņos, izraisot izmaiņas fosfora ciklā, iekļaujot papildu daudzumus ekosistēmās.

Eitrofikācija

Fosfāti tiek iekļauti notekūdeņos mazgāšanas līdzekļu izmantošanas dēļ, kas satur trinātrija fosfātu. Šie savienojumi, apvienojot ar ūdeni, veido fosfātus, kas pielīdzināmi dzīvām būtnēm.

Eitrofikācija. Avots: F. lamiot (paša darbs) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ievadot lielu daudzumu šo asimilējamo fosfātu, aļģu un ūdens augu populācijas ievērojami palielinās. Šīs ekoloģiskās nelīdzsvarotības dēļ ūdenī izšķīdušais skābeklis tiek patērēts, izraisot zivju un citu organismu nāvi.

Ūdens kvalitāte

Fosfātu pārpalikums ūdenī ietekmē tā kvalitāti lietošanai pārtikā, tādējādi samazinot saldūdens avotus.

Svarīgums

Dzīvei būtisks

Fosfors ir ATP (adenozīna trifosfāta) centrālā daļa, kas ir molekula, caur kuru šūnās tiek uzkrāta un pārnesta enerģija. No otras puses, DNS (dezoksiribonukleīnskābe), kas ir molekula, kas atbild par ģenētiskās informācijas pārnešanu, ietver fosfātu grupu.

Diēta un veselība

Fosfors ir būtisks veselības elements, ņemot vērā, ka tas ir otrais pārpilnības līmenis organismā. Tā ir arī galvenā zobu un kaulu sastāvdaļa, kas ir cieši saistīta ar B kompleksa vitamīniem.

Turklāt tam ir svarīga loma nieru, muskuļu (ieskaitot sirdi) un nervu sistēmas (nervu signālu) darbībā.

Izejvielas rūpniecībai

Rūpniecībā fosfātus izmanto dažādiem mērķiem, piemēram, pārtikas rūpniecībā tos izmanto kā pretsalipes un stabilizatorus. Fosfors ir galvenā sastāvdaļa sērkociņu, uguņošanas un gaismas signālu veidošanā.

Līdzīgi to izmanto metālu sakausējumu, rūpniecisko eļļu ražošanā un kā trinātrija fosfātu to izmanto mazgāšanas līdzekļos.

Mēslošanas līdzekļi

Fosfors ir svarīgs lauksaimniecībā izmantojamo mēslošanas līdzekļu un mēslošanas līdzekļu komponents, īpaši noderīgs, lai izraisītu augu ziedēšanu. Mēslošanas līdzekļu ražošana rada apmēram 90% no fosfātu pieprasījuma.

Insekticīdi

Organiskie fosfāti ir fosforskābes esteru formā, un vairumā gadījumu tiem ir neirotoksiska iedarbība, tāpēc tos izmanto insekticīdu pagatavošanai.

Atsauces

1. Calow, P. (Red.) (1998). Ekoloģijas un vides pārvaldības enciklopēdija.
2. Margalefs, R. (1974). Ekoloģija. Omega izdevumi.
3. Millers, G. un TYLER, JR (1992). Ekoloģija un vide. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP un Warrett, GW (2006). Ekoloģijas pamati. Piektais izdevums. Thomson.
5. Rūtenbergs, KC (2003). Globālais fosfora cikls. Traktāts par ģeoķīmiju.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P un Fang, J. (2016). Fosfors, salīdzinot ar slāpekli, globāli uzkrājas saldūdens ekosistēmās antropogēnas ietekmes ietekmē ”. Ekoloģijas vēstules.