FOSFOROVÝ CYKLUS: CHARAKTERISTIKA, ŠTÁDIÁ, ZMENY, VÝZNAM - BIOLÓGIE - 2026

Cyklus fosfor je skladovanie a obeh tohto prvku prostredníctvom hydrosféry, litosféry, živých organizmov, a atmosférou. Je to biogeochemický cyklus sedimentárneho typu, ktorého fáza ukladania sa vyskytuje hlavne na morskom dne.

Cyklus začína vystavením fosfátových hornín eróznemu pôsobeniu vody, vetra a živých organizmov. Keď sa hornina opotrebuje, fragmentuje a nesie častice, ktoré nesú fosfáty, ktoré sú zabudované do pôdy alebo sú vtiahnuté do vodných útvarov.

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

Fosfor absorbovaný rastlinami ako fosforečnany prostredníctvom ich koreňov je integrovaný do vášho tela a používa sa v metabolizme. Prechádza teda z geologického štádia cyklu do biologickej fázy, kde cirkuluje potravou alebo trofickou sieťou.

Táto fáza sa začína, keď bylinožravé zvieratá konzumujú rastliny a získavajú z nich fosfor. Tento prvok potom prechádza na mäsožravce, ktoré sa živia bylinožravcami a vracia sa do pôdy exkrementom alebo keď organizmy odumrú a rozložia sa.

Na druhej strane je fosfor vo forme fosfátov vtiahnutý do jazier a oceánov a prechádza do hydrologického stupňa. Okrem toho fosfáty rozpustené vo vode prechádzajú do biologického štádia, keď sú absorbované fytoplanktónom a vstupujú do morských potravinových sietí.

Následne sa fosfor vylučuje vylučovaním alebo rozkladom živých bytostí a znovu sa integruje do hydrologického štádia. V tejto fáze môže cirkulovať s morskými prúdmi alebo sa usadiť na sedimentoch morského dna.

Keď fosfor prechádza do morského dna, akumulujú sa vrstvy sedimentu a spodné vrstvy sa nakoniec nachádzajú vo veľkých hĺbkach. Tu sa vytvárajú vysoké tlaky a teploty, ktoré vytvárajú novú horninu bohatú na fosfor, ktorá bude znova vystavená, aby pokračovala v cykle.

Tento cyklus môže byť zmenený ľudskou činnosťou v dôsledku zabudovania ďalších množstiev fosforu znečisťujúceho životné prostredie, ktoré spôsobujú eutrofizáciu.

vlastnosti

Zápas

Je to nekovový chemický prvok, ktorý je reprezentovaný symbolom P a ktorý nie je v prírode čistý, pretože sa rýchlo oxiduje. Keď dôjde k tomuto procesu, uvoľňuje tepelnú energiu a vytvára svetlo, preto dostal názov fosfor (v gréčtine „nosič svetla“).

V prírode sa vyskytuje vo forme molekúl anorganického fosforu alebo ako súčasť živých organizmov.

Váš cyklus

Fosforový cyklus je sedimentárny biogeochemický cyklus úzko súvisiaci s cyklom vody, uhlíka, vápnika, železa a hliníka. Nazýva sa sedimentárne, pretože väčšina jeho rezerv je v morských sedimentoch a vo fosfátových skalách zemskej kôry.

expozície

Fosfátové horniny, ktoré sa tvoria v hĺbkach Zeme, sú prenášané na zemský povrch pohybmi tektonických platní. Ak sa tak stane, sú vystavení pôsobeniu fyzikálnych činiteľov, ako je dážď a vietor, ako aj biologických.

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

Ďalším spôsobom uvoľňovania fosforu z podzemných zásobníkov je vulkanická aktivita, ktorá je spôsobená aj tektonickými pohybmi.

erózia

Pretože fosfátové horniny sú vystavené vonkajšiemu prostrediu na zemskom povrchu, dochádza k procesu erózie. Hornina je teda popraskaná a fragmentovaná rozdielmi v teplote, daždi, vetre a pôsobení živých bytostí a fosfor sa stáva súčasťou pôdy alebo sa presúva na iné miesta.

doprava

Hlavným erozívnym činidlom je voda, ktorá prenáša fosfor na ďalšie miesta v litosfére a nakoniec do oceánov.

Biologická absorpcia a uvoľňovanie

Väčšina fosforu v pôde je v nerozpustnej forme, a preto ju rastliny nemôžu používať. Tento fosfor sa adheruje na ílové častice, hydroxidy železa a hliníka alebo vo forme vápnika, železa alebo iného fosfátu.

Na jednom hektári pôdy teda môže byť 2 až 10 ton fosforu, ale rastliny môžu používať iba 3 až 15 kg. Rozpustný fosfor sa absorbuje cez korene a prechádza do tela rastliny, kde sa používa v rôznych metabolické procesy.

Fosfor je integrovaný do štruktúry rastlín, tvoriacich proteíny, ATP, DNA a ďalšie molekuly. Podobne, keď sa rozpustí v morskej vode, absorbuje sa fytoplanktónom v oceánoch.

Fosfor sa stáva súčasťou trofických reťazcov, keď rastliny a fytoplanktón konzumujú bylinožravce a tieto mäsožravce. Neskôr sa uvoľňuje zo živých organizmov prostredníctvom ich výkalov alebo keď uhynú.

Sedimentácia a akumulácia

Fosfor v oceánoch sa ukladá na morské dno a stáva sa súčasťou sedimentu, ktorý sa bude ukladať v následných vrstvách.

Litifikácia a skladovanie

Horniny sa tvoria vtedy, keď sú sedimenty v najhlbších častiach zemskej kôry vystavené vysokým tlakom a teplotám (litifikácia). K tomu dochádza, pretože hmotnosť horných sedimentov spôsobuje zhutnenie dolných sedimentov.

Častice, ktoré tvoria horniny, sú držané pohromade vďaka kryštalizácii oxidov, oxidu kremičitého a ďalších látok, čo je proces známy ako cementácia. Týmto spôsobom vznikajú tzv. Sedimentárne horniny, medzi ktorými je fosforitan, ktorý obsahuje až 20 - 30% fosforečnanov.

Ak sú sedimentárne horniny vystavené procesom vyššej teploty a tlaku, rozpúšťajú sa a tvoria súčasť metamorfovaných a vyvrelých hornín (18%). Fosfáty sa nachádzajú aj vo vápencových horninách do 0,18% a dokonca aj v pieskovcových horninách do 0,27%.

Čas cyklu

Rýchlosť, ktorou molekula fosforu dokončí cyklus, závisí od typu uvažovaného rezervoáru. Napríklad v pobrežných vodách sa môže molekula fosforu mobilizovať každých 9 mesiacov a v hlbokých morských sedimentoch to môže trvať viac ako 11 000 rokov.

Fázy cyklu fosforu

K najväčšej recyklácii fosforu dochádza medzi živými organizmami a vodou alebo pôdou v závislosti od typu ekosystému. Prechádza tromi fázami, ktorými sú:

- Geologické

Najdôležitejšie zásoby fosforu v tejto fáze cyklu sa nachádzajú v morských sedimentoch a pôde. Vyskytuje sa tiež vo fosfátových horninách podložia a vo výkaloch morských vtákov (guano).

Fosfátové horniny sa tvoria z morských sedimentov, čo sú sedimentárne horniny, ktoré obsahujú až 30% fosforečnanov. Keď erodujú, fosfáty sa stávajú súčasťou pôdy.

Podobne erózia pôdy a hornín vtiahne fosfáty do vodných útvarov a končí až k oceánu, kde sú absorbované morskými organizmami. Na druhej strane relatívne nízky podiel fosforečnanov v pôde sa rozpúšťa vo vode a je absorbovaný rastlinami.

- Hydrologické

Hydrologická fáza cyklu fosforu udržiava stálu výmenu s pevninou a organizmami, ktoré obývajú vodný svet. Najväčšie množstvo fosforu sa nachádza v hlbokomorských vodách ako rozpustený fosfát.

Fosfor prítomný v povrchových vodách je absorbovaný živými organizmami, a preto sa stáva súčasťou biologického stupňa.

lístky

Odhaduje sa, že približne 10 miliónov ton fosforu vstupuje do vodných útvarov ročne. Vstupuje do hydrologického stupňa ťahaného vodnými prúdmi, najmä odtokom z dažďovej vody.

Týmto spôsobom dosahuje rieky a odtiaľ smerom k jazerám a oceánom, ako aj malé percento z atmosférického prachu, ktorý sa ukladá v oceánoch alebo iných vodných útvaroch.

obeh

Fosfor cirkuluje v oceánoch najmä v chladnejších spodných vrstvách, avšak v horných oblastiach dosahuje povrch. Prístavy sú oblasti, kde stúpajú hlboké studené vody, ktoré nesú fosfáty a iné živiny.

V týchto oblastiach je dostupnosť fosfátov hojná, čo podporuje rozvoj fytoplanktónu, ktorý priťahuje veľké množstvo rýb, ktoré sa živia.

odchody

Pretože fosfor nevytvára prchavé zlúčeniny (plyny) v oceáne, nemôže sa priamo vymieňať s atmosférou. Jedinými východmi z hydrologického štádia sú preto skalné útvary alebo rybolov (morskými vtákmi alebo ľudskou činnosťou).

V prvom prípade sa na morské dno ukladá fosfor rozpustený v mori alebo z výkalov alebo mŕtvych tiel živých bytostí. V priebehu času sú tieto sedimenty pokryté inými vrstvami a konsolidujú sa ako fosfátové horniny, ktoré budú neskôr vystavené zemskému povrchu.

Morské vtáky konzumujú ryby a prenášajú fosfor do pôdy cez ich výkaly (guano) alebo umieraním. Zatiaľ čo človek loví veľké množstvo fosforu z oceánov rybolovom, pretože kosti rýb tvoria 35% tohto prvku.

- Biologické

Keď fosfor vstúpi do trofických reťazcov alebo potravinových reťazcov, je súčasťou biologického štádia fosforového cyklu. Toto začína, keď fosfáty absorbované rastlinami alebo fytoplanktónom vytvárajú proteíny a ďalšie životne dôležité molekuly.

Fosfor potom cirkuluje, keď rastliny a fytoplanktón konzumujú bylinožravce a tieto mäsožravce. Potom prechádza vylučovaním a rozkladom tiel mŕtvych organizmov baktériami a hubami.

Aj keď je množstvo fosforu v biologickom štádiu relatívne nízke, hrá zásadnú úlohu. Približne 80% celkového fosforu v tele živej bytosti je teda tvorené hydroxyapatitom (Ca5 (PO4) 3OH).

Tento minerál tvorí okolo 70% stavovcov a zubná sklovina sa tiež skladá z vysokého podielu tohto fosfátového minerálu.

odchody

Od tejto fázy fosfor pokračuje vo svojom cykle smerom k hydrologickým a geologickým štádiám prostredníctvom smrti organizmov alebo ich výkalov. Ľudské bytosti tiež zasahujú do cyklu fosforu a extrahujú ho zo zeme a mora, aby ho použili ako priemyselnú surovinu alebo ako hnojivo.

Guano

Dôležitým zdrojom fosforu z biologického štádia sú výkaly morských vtákov, zvané guano, ktoré obsahujú približne 4% fosforečnanov.

Akumulácia guano. Zdroj: Alex Proimos zo Sydney, Austrália / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Morské vtáky, ktoré jedia ryby, tvoria veľké pobrežné kolónie a ich výkaly sa hromadia v obrovských množstvách v ich biotopoch. Tieto výkaly sú obzvlášť bohaté na fosfáty a ľudia ich používajú ako hnojivo.

zmeny

Základnou zmenou cyklu fosforu je jeho zrýchlenie v dôsledku ľudskej činnosti. Fosforečnany sú jednou z hlavných znečisťujúcich látok v odpadových vodách a spôsobujú zmeny v cykle fosforu začlenením ďalších množstiev do ekosystémov.

eutrofizácia

Fosfáty sa začleňujú do odpadových vôd vďaka použitiu detergentov, ktoré obsahujú fosforečnan trisodný. Tieto zlúčeniny, keď sa kombinujú s vodou, tvoria fosfáty asimilovateľné živými bytosťami.

Eutrofizácia. Zdroj: F. lamiot (vlastné dielo) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ako veľké množstvo týchto asimilovateľných fosfátov vstupuje, populácie rias a vodných rastlín sa výrazne zvyšujú. Táto ekologická nerovnováha skončí spotrebovaním rozpusteného kyslíka vo vode, čo spôsobí smrť rýb a iných organizmov.

Kvalita vody

Prebytok fosforečnanov vo vode ovplyvňuje jeho kvalitu pre ľudskú spotrebu, a tak znižuje zdroje sladkej vody.

dôležitosť

Nevyhnutné pre život

Fosfor je centrálnou súčasťou ATP (adenozíntrifosfát), čo je molekula, prostredníctvom ktorej sa energia ukladá a prenáša v bunkách. Na druhej strane DNA (kyselina deoxyribonukleová), ktorá je molekulou zodpovednou za prenos genetickej informácie, obsahuje fosfátovú skupinu.

Strava a zdravie

Fosfor je základným prvkom pre zdravie, berúc do úvahy, že je druhým v tele v hojnosti. Je tiež základnou zložkou zubov a kostí, úzko súvisia s vitamínmi komplexu B.

Okrem toho hrá dôležitú úlohu pri fungovaní obličiek, svalov (vrátane srdca) a nervového systému (nervové signály).

Surovina pre priemysel

V priemysle sa fosfáty používajú na rôzne účely, napríklad v potravinárskom priemysle sa používajú ako činidlá proti spekaniu a stabilizátory. Fosfor je kľúčovou zložkou pri vytváraní zápasov, ohňostrojov a svetelných signálov.

Podobne sa používa pri výrobe kovových zliatin, priemyselných olejov a ako fosforečnan trisodný sa používa v detergentoch.

hnojivá

Fosfor je dôležitou zložkou v hnojivách a hnojivách používaných v poľnohospodárstve, zvlášť užitočných na vyvolanie kvitnutia v kultúrach. Výroba hnojív je zodpovedná za asi 90% dopytu po fosfátoch.

insekticídy

Organické fosfáty sú vo forme esterov kyseliny fosforečnej a vo väčšine prípadov majú neurotoxický účinok, a preto sa používajú na výrobu insekticídov.

Referencie

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopédia ekológie a environmentálneho manažmentu.
2. Margalef, R. (1974). Ecology. Vydania Omega.
3. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekológia a životné prostredie. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekológie. Piate vydanie. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Globálny cyklus fosforu. Pojednanie o geochémii.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P a Fang, J. (2016). Fosfor sa globálne hromadí v sladkovodných ekosystémoch v antropogénnych vplyvoch globálne ako dusík. “ Ekologické listy.