FOSFOROVÝ CYKLUS: CHARAKTERISTIKA, FÁZE, ZMĚNY, VÝZNAM - BIOLOGIE - 2025

Cyklus fosfor je skladování a oběh tohoto prvku prostřednictvím hydrosféry, litosféry, živých organismů, a atmosférou. Jde o biogeochemický cyklus sedimentárního typu, jehož fáze skladování se vyskytuje hlavně na mořském dně.

Cyklus začíná vystavením fosfátových hornin erozivnímu působení vody, větru a živých organismů. Když se skála opotřebovává, fragmentuje a nese částice, které nesou fosfáty, které jsou začleněny do půdy nebo jsou vtahovány do vodních útvarů.

Kompletní cyklus fosforu. Zdroj: BonniemfIncorporates práce NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor absorbovaný jako fosfáty rostlinami prostřednictvím jejich kořenů je integrován do vašeho těla a používá se v metabolismu. Tedy přechází z geologického stadia cyklu do biologické fáze, kde cirkuluje potravou nebo trofickou sítí.

Tato fáze začíná, když býložravá zvířata konzumují rostliny a získávají z nich fosfor. Tento prvek pak přechází na masožravce, kteří se živí býložravci a vracejí se do půdy exkrementy nebo když organismy umírají a rozkládají se.

Na druhé straně je fosfor ve formě fosfátů tažen do jezer a oceánů a přechází do hydrologického stavu. Kromě toho fosfáty rozpuštěné ve vodě přecházejí do biologického stádia, když jsou absorbovány fytoplanktonem a vstupují do mořských potravinových sítí.

Následně se fosfor vylučuje vylučováním nebo rozkladem živých bytostí a je opět integrován do hydrologického stádia. V této fázi může cirkulovat s mořskými proudy nebo se usazovat na sedimentech oceánského dna.

Když fosfor přechází do mořského dna, hromadí se sedimentové vrstvy a spodní vrstvy se nakonec zakopávají ve velkých hloubkách. Zde se vytvářejí vysoké tlaky a teploty, které vytvářejí novou horninu bohatou na fosfor, která bude znovu vystavena, aby pokračovala v cyklu.

Tento cyklus může být změněn lidskou činností v důsledku začlenění dalších množství fosforu znečišťujícího životní prostředí, které způsobují eutrofizaci.

vlastnosti

Zápas

Je to nekovový chemický prvek, který je reprezentován symbolem P a který není v přírodě čistý, protože rychle oxiduje. Když tento proces nastane, uvolňuje tepelnou energii a produkuje světlo, což je důvod, proč dostal název fosfor („řecký nosič světla“).

V přírodě se vyskytuje ve formě molekul anorganického fosforu nebo jako součást živých organismů.

Váš cyklus

Fosforový cyklus je sedimentární biogeochemický cyklus úzce související s cyklem vody, uhlíku, vápníku, železa a hliníku. Nazývá se sedimentární, protože většina jeho zásob je v mořských sedimentech a ve fosfátových horninách zemské kůry.

Expozice

Fosfátové horniny, které se vytvářejí v hlubinách Země, jsou přenášeny na zemský povrch pohybem tektonických desek. Když k tomu dojde, jsou vystaveni působení fyzických činitelů, jako je déšť a vítr, stejně jako biologických.

Fosfátová hornina. Zdroj: David Stanley z Nanaimo, Kanada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Dalším způsobem uvolňování fosforu z jeho podzemního skladování je vulkanická aktivita, způsobená také tektonickými pohyby.

Eroze

Protože fosfátové horniny jsou vystaveny vnějšímu prostředí na zemském povrchu, dochází k procesu eroze. Hornina je tedy prasklá a roztříštěná rozdíly v teplotě, dešti, větru a působení živých bytostí a fosfor se stává součástí půdy nebo se přesouvá na jiná místa.

Doprava

Hlavním erozivním činidlem je voda, která přenáší fosfor na další místa v litosféře a konečně do oceánů.

Biologická absorpce a uvolňování

Většina fosforu v půdě je v nerozpustné formě, a proto ji rostliny nemohou použít. Tento fosfor je ulpíván na hliněných částicích, hydroxidech železa a hliníku nebo ve formě vápníku, železa nebo jiného fosfátu.

Na jednom hektaru půdy tedy může být mezi 2 a 10 tunami fosforu, ale rostliny mohou používat pouze 3 až 15 kg. Rozpustný fosfor se absorbuje kořeny a přechází do těla rostliny, kde se používá v různých metabolické procesy.

Fosfor je integrován do struktury rostlin, tvořících proteiny, ATP, DNA a další molekuly. Podobně, když se rozpustí v mořské vodě, je absorbován fytoplanktonem v oceánech.

Fosfor se stává součástí trofických řetězců, pokud rostliny a fytoplankton konzumují býložravci a tyto masožravci. Později se uvolňuje z živých organismů buď prostřednictvím jejich výkalů, nebo když zemřou.

Sedimentace a akumulace

Fosfor v oceánech je uložen na mořském dně a stává se součástí sedimentu, který bude ukládán v následných vrstvách.

Litifikace a skladování

Horniny se tvoří, když jsou sedimenty v nejhlubších částech zemské kůry vystaveny vysokým tlakům a teplotám (litifikace). K tomu dochází, protože hmotnost horních sedimentů způsobuje zhutnění dolních sedimentů.

Částice, které tvoří horniny, jsou drženy pohromadě díky krystalizaci oxidů, oxidu křemičitého a dalších látek, což je proces známý jako cementace. Tímto způsobem vznikají tzv. Sedimentární horniny, mezi nimiž je fosforitan, který obsahuje až 20-30% fosfátů.

Jsou-li sedimentární horniny vystaveny procesům vyšší teploty a tlaku, rozpustí se a tvoří část metamorfovaných a vyvřelých hornin (18%). Existují také fosfáty v vápencových horninách až 0,18% a dokonce v pískovcových horninách až 0,27%.

Čas cyklu

Rychlost, kterou molekula fosforu dokončuje cyklus, závisí na typu uvažovaného rezervoáru. Například v pobřežních vodách může být molekula fosforu mobilizována každých 9 měsíců a v hlubokých mořských sedimentech může trvat více než 11 000 let.

Fáze cyklu fosforu

K největší recyklaci fosforu dochází mezi živými organismy a vodou nebo půdou v závislosti na typu ekosystému. Projde třemi fázemi, kterými jsou:

- Geologické

Nejdůležitější zásoby fosforu v této fázi cyklu se nacházejí v mořských sedimentech a půdě. Vyskytuje se také ve fosfátových horninách podloží a v exkrementech mořských ptáků (guano).

Fosfátové horniny jsou tvořeny z mořských sedimentů, což jsou sedimentární horniny, které obsahují až 30% fosfátů. Když erodují, fosfáty se stávají součástí půdy.

Podobně eroze půdy a hornin vtáhne fosfáty do vodních útvarů a končí až k oceánu, kde jsou absorbovány mořskými organismy. Na druhé straně se relativně nízký podíl fosfátů v půdě rozpustí ve vodě a je absorbován rostlinami.

- Hydrologické

Hydrologická fáze cyklu fosforu udržuje trvalou výměnu s pevninou as organismy, které obývají vodní svět. Největší množství fosforu se nachází v hlubokých mořských vodách jako rozpuštěný fosfát.

Fosfor přítomný v povrchových vodách je absorbován živými organismy, a proto se stává součástí biologického stádia.

Vstupenky

Odhaduje se, že přibližně 10 milionů tun fosforu vstupuje do vodních útvarů ročně. Vstupuje do hydrologického stadia taženého vodními proudy, hlavně odtokem z dešťové vody.

Tímto způsobem dosahuje řeky a odtud k jezerům a oceánům a také malé procento z atmosférického prachu, který se ukládá v oceánech nebo jiných vodních útvarech.

Oběh

Fosfor cirkuluje v oceánech, zejména v chladnějších spodních vrstvách, avšak v horních oblastech dosahuje povrchu. Vrcholem jsou oblasti, kde stoupají hluboké studené vody, které nesou fosfáty a jiné živiny.

V těchto oblastech je dostupnost fosfátů hojná, což podporuje rozvoj fytoplanktonu, který přitahuje velké množství ryb, které se živí.

Odjezdy

Protože fosfor nevytváří těkavé sloučeniny (plyny) v oceánu, nelze jej přímo měnit s atmosférou. Jedinými východy z hydrologického stádia jsou proto skalní útvary nebo rybaření (mořskými ptáky nebo lidskou činností).

V prvním případě je na mořském dně uložen fosfor rozpuštěný v moři nebo z výkalů nebo mrtvých těl živých bytostí. V průběhu času jsou tyto sedimenty pokryty jinými vrstvami a konsolidují se jako fosfátové horniny, které budou později vystaveny zemskému povrchu.

Co se týče mořských ptáků, spotřebovávají ryby a přenášejí fosfor do země přes jejich výkaly (guano) nebo umíráním. Zatímco člověk loví velká množství fosforu z oceánů rybolovem, protože kosti ryb se skládají z 35% tohoto prvku.

- Biologické

Jakmile fosfor vstoupí do trofických řetězců nebo potravinových řetězců, je součástí biologického stádia fosforového cyklu. To začíná, když fosfáty absorbované rostlinami nebo fytoplanktonem vytvářejí proteiny a další životně důležité molekuly.

Fosfor pak cirkuluje, když rostliny a fytoplankton konzumují býložravci a tito masožravci. Poté se pohybuje přes výkaly a rozkladem těl mrtvých organismů bakteriemi a houbami.

Ačkoli množství fosforu v biologickém stádiu je relativně nízké, hraje zásadní roli. Přibližně 80% celkového fosforu v těle živé bytosti je tedy tvořeno hydroxyapatitem (Ca5 (PO4) 3OH).

Tento minerál tvoří kolem 70% obratlovců a zubní sklovina je také tvořena vysokým podílem tohoto fosfátového minerálu.

Odjezdy

Od této fáze fosfor pokračuje ve svém cyklu směrem k hydrologickým a geologickým stádiím prostřednictvím smrti organismů nebo jejich výkalů. Podobně lidské bytosti zasahují do cyklu fosforu a extrahují ho ze země a moře, aby jej používaly jako průmyslovou surovinu nebo jako hnojivo.

Guano

Důležitým zdrojem fosforu z biologického stádia je exketa mořských ptáků zvaná guano, která obsahuje přibližně 4% fosfátů.

Akumulace guano. Zdroj: Alex Proimos ze Sydney, Austrálie / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Mořští ptáci, kteří jedí ryby, tvoří velké pobřežní kolonie a jejich výkaly se hromadí v jejich obrovských množstvích v jejich stanovištích. Tyto exkrementy jsou zvláště bohaté na fosfáty a lidé je používají jako hnojivo.

Úpravy

Zásadní změnou cyklu fosforu je jeho zrychlení v důsledku lidské činnosti. Fosforečnany jsou jednou z hlavních znečišťujících látek v odpadních vodách a způsobují změny v cyklu fosforu začleněním dalších množství do ekosystémů.

Eutrofizace

Fosfáty jsou začleněny do odpadních vod díky použití detergentů, které obsahují fosforečnan trisodný. Tyto sloučeniny, když se kombinují s vodou, tvoří fosfáty asimilovatelné živými bytostmi.

Eutrofizace. Zdroj: F. lamiot (vlastní práce) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Jak velké množství těchto asimilovatelných fosfátů vstupuje, populace řas a vodních rostlin se výrazně zvyšuje. Tato ekologická nerovnováha skončí spotřebou rozpuštěného kyslíku ve vodě, což způsobí smrt ryb a jiných organismů.

Kvalita vody

Přebytek fosforečnanů ve vodě ovlivňuje jeho kvalitu pro lidskou spotřebu, a tak snižuje zdroje čerstvé vody.

Důležitost

Zásadní pro život

Fosfor je centrální součástí ATP (adenosintrifosfát), což je molekula, skrze kterou je energie ukládána a přenášena v buňkách. Na druhé straně DNA (kyselina deoxyribonukleová), což je molekula odpovědná za přenos genetické informace, zahrnuje fosfátovou skupinu.

Strava a zdraví

Fosfor je nezbytným prvkem pro zdraví, přičemž se bere v úvahu, že je druhým v hojnosti v těle. Je také základní složkou zubů a kostí úzce spjatých s vitaminy B komplexu.

Kromě toho hraje důležitou roli ve fungování ledvin, svalů (včetně srdce) a v nervovém systému (nervové signály).

Surovina pro průmysl

V průmyslu se fosfáty používají pro různé účely, například v potravinářském průmyslu se používají jako činidla proti spekání a stabilizátory. Fosfor je klíčovou složkou při vytváření zápasů, ohňostrojů a světelných signálů.

Podobně se používá při výrobě kovových slitin, průmyslových olejů a jako fosforečnan trisodný se používá v detergentech.

Hnojiva

Fosfor je důležitou složkou v hnojivech a hnojivech používaných v zemědělství, zvláště užitečných k vyvolání kvetení v plodinách. Výroba hnojiv je zodpovědná za asi 90% poptávky po fosfátech.

Insekticidy

Organické fosfáty jsou ve formě esterů kyseliny fosforečné a ve většině případů mají neurotoxický účinek, proto se používají k výrobě insekticidů.

Reference

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
2. Margalef, R. (1974). Ekologie. Vydání Omega.
3. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekologie a životní prostředí. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globální cyklus fosforu. Pojednání o geochemii.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P a Fang, J. (2016). Fosfor akumuluje v sladkovodních ekosystémech globálně než dusík v antropogenních dopadech “. Ekologie Dopisy.