PHOSPHORKREISLAUF: EIGENSCHAFTEN, STADIEN, VERÄNDERUNGEN, BEDEUTUNG - BIOLOGIE - 2025

Der Phosphorkreislauf ist die Speicherung und Zirkulation dieses Elements durch die Hydrosphäre, Lithosphäre, lebende Organismen und die Atmosphäre. Es ist ein biogeochemischer Kreislauf vom Sedimenttyp, dessen Speicherphase hauptsächlich auf dem Meeresboden stattfindet.

Der Zyklus beginnt mit der Exposition von Phosphatgesteinen gegenüber der erosiven Wirkung von Wasser, Wind und lebenden Organismen. Wenn sich das Gestein abnutzt, zersplittert und schleppt es die Partikel, die die Phosphate tragen, die in den Boden eingebaut oder in Gewässer gezogen werden.

Kompletter Phosphorkreislauf. Quelle: BonniemfIncorporates Arbeit von NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Phosphor, der von Pflanzen über ihre Wurzeln als Phosphat aufgenommen wird, wird in Ihren Körper integriert und im Stoffwechsel verwendet. Somit geht es von der geologischen Phase des Zyklus in die biologische Phase über, wo es durch Nahrung oder trophische Netze zirkuliert.

Dieses Stadium beginnt, wenn pflanzenfressende Tiere Pflanzen verzehren und Phosphor von ihnen erhalten. Dieses Element gelangt dann zu den Fleischfressern, die sich von den Pflanzenfressern ernähren, und kehrt durch Exkremente oder wenn die Organismen sterben und sich zersetzen, in den Boden zurück.

Auf der anderen Seite wird Phosphor in Form von Phosphaten in Seen und Ozeane gezogen und gelangt in sein hydrologisches Stadium. Darüber hinaus gelangen in Wasser gelöste Phosphate in das biologische Stadium, wenn sie vom Phytoplankton absorbiert werden und in marine Nahrungsnetze gelangen.

Anschließend wird Phosphor durch Ausscheidungen oder Zersetzung von Lebewesen freigesetzt und wieder in das hydrologische Stadium integriert. In dieser Phase kann es mit Meeresströmungen zirkulieren oder sich auf den Sedimenten des Meeresbodens absetzen.

Wenn Phosphor zum Meeresboden gelangt, sammeln sich die Sedimentschichten an und die unteren Schichten werden in großen Tiefen vergraben. Hier werden hohe Drücke und Temperaturen erzeugt, die neues phosphorreiches Gestein bilden, das erneut freigelegt wird, um den Zyklus fortzusetzen.

Dieser Zyklus kann durch menschliche Aktivitäten verändert werden, da zusätzliche Mengen Phosphor in die Umwelt gelangen, die eine Eutrophierung verursachen.

Eigenschaften

Das Spiel

Dies ist ein nichtmetallisches chemisches Element, das durch das Symbol P dargestellt wird und von Natur aus nicht rein ist, da es schnell oxidiert. Wenn dieser Prozess stattfindet, setzt er Wärmeenergie frei und erzeugt Licht, weshalb er den Namen Phosphor (im Griechischen "Lichtträger") erhielt.

In der Natur kommt es in Form von anorganischen Phosphormolekülen oder als Teil lebender Organismen vor.

Dein Zyklus

Der Phosphorkreislauf ist ein sedimentärer biogeochemischer Kreislauf, der eng mit dem Kreislauf von Wasser, Kohlenstoff, Kalzium, Eisen und Aluminium verbunden ist. Es wird als sedimentär bezeichnet, da sich die meisten seiner Reserven in marinen Sedimenten und in den Phosphatgesteinen der Erdkruste befinden.

Exposition

Die Phosphatgesteine, die sich in den Tiefen der Erde bilden, werden durch die Bewegungen der tektonischen Platten an die Erdoberfläche transportiert. In diesem Fall sind sie der Einwirkung physikalischer und biologischer Einflüsse wie Regen und Wind ausgesetzt.

Phosphatstein. Quelle: David Stanley aus Nanaimo, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Eine andere Möglichkeit, Phosphor aus seinem unterirdischen Speicher freizusetzen, ist die vulkanische Aktivität, die auch durch tektonische Bewegungen verursacht wird.

Erosion

Da Phosphatgesteine ​​der äußeren Umgebung auf der Erdoberfläche ausgesetzt sind, tritt der Erosionsprozess auf. Auf diese Weise wird das Gestein durch Unterschiede in Temperatur, Regen, Wind und der Wirkung von Lebewesen geknackt und fragmentiert, und Phosphor wird Teil des Bodens oder bewegt sich an andere Orte.

Transport

Das wichtigste Erosionsmittel ist Wasser, das Phosphor an andere Stellen in der Lithosphäre und schließlich in die Ozeane überträgt.

Biologische Absorption und Freisetzung

Der größte Teil des Phosphors im Boden liegt in unlöslicher Form vor und kann daher von Pflanzen nicht verwendet werden. Dieser Leuchtstoff haftet an Tonpartikeln, Eisen- und Aluminiumhydroxiden oder in Form von Calcium, Eisen (III) oder anderem Phosphat.

Auf einem Hektar Boden können also zwischen 2 und 10 Tonnen Phosphor vorhanden sein, aber Pflanzen können nur 3 bis 15 kg verbrauchen. Löslicher Phosphor wird über die Wurzeln absorbiert und gelangt in den Körper der Pflanze, wo er in verschiedenen Arten verwendet wird metabolische Prozesse.

Phosphor ist in die Struktur von Pflanzen integriert und bildet Proteine, ATP, DNA und andere Moleküle. Wenn es sich im Meerwasser löst, wird es in den Ozeanen vom Phytoplankton absorbiert.

Phosphor wird Teil der trophischen Ketten, wenn Pflanzen und Phytoplankton von Pflanzenfressern und diese von Fleischfressern verzehrt werden. Später wird es von lebenden Organismen entweder durch ihre Ausscheidungen oder wenn sie sterben, freigesetzt.

Sedimentation und Akkumulation

Phosphor in den Ozeanen lagert sich auf dem Meeresboden ab und wird Teil des Sediments, das sich in aufeinanderfolgenden Schichten ablagert.

Lithifizierung und Lagerung

Gesteine ​​entstehen, wenn Sedimente in den tiefsten Teilen der Erdkruste hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt werden (Lithifizierung). Dies tritt auf, weil das Gewicht der oberen Sedimente bewirkt, dass sich die unteren verdichten.

Die Partikel, aus denen die Gesteine ​​bestehen, werden durch die Kristallisation von Oxiden, Kieselsäure und anderen Substanzen zusammengehalten, ein Prozess, der als Zementierung bekannt ist. Auf diese Weise entstehen sogenannte Sedimentgesteine, darunter Phosphorit, das bis zu 20-30% Phosphate enthält.

Wenn Sedimentgesteine ​​Prozessen mit höherer Temperatur und höherem Druck ausgesetzt werden, lösen sie sich auf und bilden einen Teil von metamorphen und magmatischen Gesteinen (18%). Es gibt auch Phosphate in Kalksteingesteinen bis zu 0,18% und sogar in Sandsteingesteinen bis zu 0,27%.

Zykluszeit

Die Geschwindigkeit, mit der ein Phosphormolekül den Zyklus abschließt, hängt von der Art des betrachteten Reservoirs ab. In Küstengewässern kann beispielsweise alle 9 Monate ein Phosphormolekül mobilisiert werden, und in tiefen marinen Sedimenten kann dies mehr als 11.000 Jahre dauern.

Stadien des Phosphorkreislaufs

Das größte Recycling von Phosphor findet je nach Art des Ökosystems zwischen lebenden Organismen und Wasser oder Boden statt. Es durchläuft drei Phasen:

- Geologisch

Die wichtigsten Phosphorreserven in dieser Phase des Zyklus befinden sich in marinen Sedimenten und im Boden. Es kommt auch in den Phosphatgesteinen des Untergrunds und in den Exkrementen von Seevögeln (Guano) vor.

Phosphatgesteine ​​werden aus marinen Sedimenten gebildet, bei denen es sich um Sedimentgesteine ​​handelt, die bis zu 30% Phosphate enthalten. Wenn sie erodieren, werden die Phosphate Teil des Bodens.

In ähnlicher Weise schleppt die Boden- und Gesteinserosion Phosphate in Gewässer und gelangt in den Ozean, wo sie von Meeresorganismen absorbiert werden. Andererseits löst sich ein relativ geringer Anteil an Phosphaten im Boden in Wasser und wird von Pflanzen absorbiert.

- Hydrologisch

Das hydrologische Stadium des Phosphorkreislaufs unterhält einen ständigen Austausch mit dem Festland und den Organismen, die in der Wasserwelt leben. Die größte Menge an Phosphor wird in Tiefseewässern als gelöstes Phosphat gefunden.

Der in Oberflächengewässern vorhandene Phosphor wird von lebenden Organismen absorbiert und wird somit Teil des biologischen Stadiums.

Tickets

Schätzungen zufolge gelangen jährlich etwa 10 Millionen Tonnen Phosphor in Gewässer. Es tritt in die hydrologische Phase ein, die von Wasserströmungen gezogen wird, hauptsächlich durch Abfließen von Regenwasser.

Auf diese Weise gelangt es zu den Flüssen und von dort zu den Seen und Ozeanen sowie zu einem geringen Prozentsatz aus atmosphärischem Staub, der sich in den Ozeanen oder anderen Gewässern ablagert.

Verkehr

Phosphor zirkuliert in den Ozeanen, insbesondere in den kälteren unteren Schichten, erreicht jedoch in Quellgebieten die Oberfläche. Aufschwünge sind Bereiche, in denen tiefes kaltes Wasser aufsteigt und Phosphate und andere Nährstoffe enthält.

In diesen Gebieten ist die Verfügbarkeit von Phosphaten reichlich, was die Entwicklung von Phytoplankton begünstigt, das eine große Anzahl von Fischen anzieht, die sich davon ernähren.

Abflüge

Da Phosphor im Ozean keine flüchtigen Verbindungen (Gase) bildet, kann er nicht direkt mit der Atmosphäre ausgetauscht werden. Daher sind die einzigen Ausgänge aus dem hydrologischen Stadium die Felsformation oder das Fischen (durch Seevögel oder menschliches Handeln).

Im ersten Fall wird der im Meer gelöste Phosphor oder aus Ausscheidungen oder Leichen von Lebewesen auf dem Meeresboden abgelagert. Im Laufe der Zeit werden diese Sedimente von anderen Schichten bedeckt und verfestigen sich als Phosphatgesteine, die später der Erdoberfläche ausgesetzt werden.

Seevögel fressen ihrerseits Fische und transportieren Phosphor durch ihre Ausscheidungen (Guano) oder durch Sterben ins Land. Während der Mensch durch Fischfang große Mengen Phosphor aus den Ozeanen gewinnt, da die Knochen der Fische zu 35% aus diesem Element bestehen.

- Biologisch

Sobald Phosphor in trophische Ketten oder Nahrungsketten eintritt, ist es Teil des biologischen Stadiums des Phosphorkreislaufs. Dies beginnt, wenn die von Pflanzen oder Phytoplankton absorbierten Phosphate Proteine ​​und andere lebenswichtige Moleküle bilden.

Der Phosphor zirkuliert dann, wenn Pflanzen und Phytoplankton von Pflanzenfressern und diese von Fleischfressern verzehrt werden. Es bewegt sich dann durch Ausscheidungen und durch die Zersetzung der Körper toter Organismen durch Bakterien und Pilze.

Obwohl die Phosphormenge im biologischen Stadium relativ gering ist, spielt sie eine grundlegende Rolle. So bestehen etwa 80% des gesamten Phosphors im Körper eines Lebewesens aus Hydroxylapatit (Ca5 (PO4) 3 OH).

Dieses Mineral macht rund 70% der Wirbeltierknochen aus und der Zahnschmelz besteht ebenfalls aus einem hohen Anteil dieses Phosphatminerals.

Abflüge

Ab diesem Stadium setzt Phosphor seinen Kreislauf in Richtung der hydrologischen und geologischen Stadien fort, indem Organismen oder deren Ausscheidungen getötet werden. Ebenso greifen Menschen in den Phosphorkreislauf ein und extrahieren ihn aus Land und Meer, um ihn als industriellen Rohstoff oder als Dünger zu verwenden.

Guano

Eine wichtige Phosphorquelle aus dem biologischen Stadium sind die Ausscheidungen von Seevögeln, genannt Guano, die ungefähr 4% Phosphate enthalten.

Guano-Akkumulation. Quelle: Alex Proimos aus Sydney, Australien / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Seevögel, die Fische fressen, bilden große Küstenkolonien und ihre Ausscheidungen reichern sich in ihren Lebensräumen in enormen Mengen an. Diese Ausscheidungen sind besonders reich an Phosphaten und wurden vom Menschen als Dünger verwendet.

Änderungen

Die grundlegende Veränderung des Phosphorkreislaufs ist seine Beschleunigung aufgrund menschlicher Aktivität. Phosphate sind einer der Hauptschadstoffe im Abwasser und verursachen Veränderungen im Phosphorkreislauf, indem zusätzliche Mengen in die Ökosysteme aufgenommen werden.

Eutrophierung

Phosphate werden aufgrund der Verwendung von Detergenzien, die Trinatriumphosphat enthalten, in das Abwasser eingearbeitet. Diese Verbindungen bilden in Kombination mit Wasser Phosphate, die von Lebewesen aufgenommen werden können.

Eutrophierung. Quelle: F. lamiot (eigene Arbeit) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Wenn große Mengen dieser assimilierbaren Phosphate eintreten, nehmen die Populationen von Algen und Wasserpflanzen erheblich zu. Dieses ökologische Ungleichgewicht verbraucht den im Wasser gelösten Sauerstoff und führt zum Tod von Fischen und anderen Organismen.

Wasserqualität

Der Überschuss an Phosphaten im Wasser beeinträchtigt die Qualität für den menschlichen Verzehr und reduziert so die Frischwasserquellen.

Bedeutung

Lebenswichtig

Phosphor ist ein zentraler Bestandteil von ATP (Adenosintriphosphat), dem Molekül, über das Energie in Zellen gespeichert und übertragen wird. Andererseits enthält DNA (Desoxyribonukleinsäure), das Molekül, das für die Übertragung genetischer Informationen verantwortlich ist, eine Phosphatgruppe.

Ernährung und Gesundheit

Phosphor ist ein wesentliches Element für die Gesundheit, wenn man bedenkt, dass es das zweite im Körper im Überfluss ist. Es ist auch ein grundlegender Bestandteil von Zähnen und Knochen, der eng mit den Vitaminen des B-Komplexes verwandt ist.

Darüber hinaus spielt es eine wichtige Rolle für die Funktion der Nieren, Muskeln (einschließlich des Herzens) und des Nervensystems (Nervensignale).

Rohstoff für die Industrie

In der Industrie werden Phosphate für verschiedene Zwecke verwendet, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie als Antibackmittel und Stabilisatoren. Phosphor ist ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung von Streichhölzern, Feuerwerkskörpern und Lichtsignalen.

In ähnlicher Weise wird es bei der Herstellung von Metalllegierungen, Industrieölen und als Trinatriumphosphat in Waschmitteln verwendet.

Düngemittel

Phosphor ist ein wichtiger Bestandteil von Düngemitteln und Düngemitteln, die in der Landwirtschaft verwendet werden und besonders nützlich sind, um die Blüte in Kulturpflanzen zu induzieren. Die Produktion von Düngemitteln ist für etwa 90% des Phosphatbedarfs verantwortlich.

Insektizide

Organische Phosphate liegen in Form von Phosphorsäureestern vor und haben in den meisten Fällen eine neurotoxische Wirkung, weshalb sie zur Herstellung von Insektiziden verwendet werden.

Verweise

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