FOSFORCYCLUS: KENMERKEN, STADIA, VERANDERINGEN, BELANG - BIOLOGIE - 2026

De fosforcyclus is de opslag en circulatie van dit element door de hydrosfeer, lithosfeer, levende organismen en de atmosfeer. Het is een biogeochemische cyclus van het sedimentaire type waarvan de opslagfase voornamelijk op de zeebodem plaatsvindt.

De cyclus begint met de blootstelling van fosfaatgesteenten aan de erosieve werking van water, wind en levende organismen. Wanneer het gesteente slijt, fragmenteert het en draagt ​​het de deeltjes die de fosfaten vervoeren, die in de bodem worden opgenomen of in watermassa's worden gesleept.

Volledige fosforcyclus. Bron: werk van BonniemfIncorporates door NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fosfor dat als fosfaten door planten via hun wortels wordt opgenomen, wordt in uw lichaam geïntegreerd en gebruikt bij de stofwisseling. Het gaat dus van het geologische stadium van de cyclus naar de biologische fase waar het door voedsel of trofische webben circuleert.

Deze fase begint wanneer herbivore dieren planten consumeren en er fosfor uit halen. Dit element gaat vervolgens over naar de carnivoren die zich voeden met de herbivoren en keert terug naar de grond via uitwerpselen of wanneer de organismen afsterven en ontbinden.

Aan de andere kant wordt fosfor in de vorm van fosfaten naar meren en oceanen getrokken en gaat het over naar zijn hydrologische fase. Bovendien gaan in water opgeloste fosfaten naar het biologische stadium wanneer ze worden geabsorbeerd door fytoplankton en terechtkomen in voedselwebben in de zee.

Vervolgens komt fosfor vrij via uitwerpselen of afbraak van levende wezens en wordt het weer geïntegreerd in het hydrologische stadium. In deze fase kan het circuleren met zeestromingen of bezinken op de sedimenten van de oceaanbodem.

Wanneer fosfor naar de zeebodem gaat, hopen de sedimentlagen zich op en eindigen de onderste lagen op grote diepten. Hier worden hoge drukken en temperaturen geproduceerd die nieuw gesteente vormen dat rijk is aan fosfor en dat opnieuw zal worden blootgesteld om de cyclus voort te zetten.

Deze cyclus kan worden gewijzigd door menselijke activiteit als gevolg van de opname van extra hoeveelheden fosfor die het milieu vervuilen en die eutrofiëring veroorzaken.

kenmerken

De wedstrijd

Dit is een niet-metallisch chemisch element dat wordt voorgesteld door het symbool P en dat niet puur van aard is omdat het snel oxideert. Wanneer dit proces plaatsvindt, geeft het warmte-energie vrij en produceert het licht, daarom kreeg het de naam fosfor ("drager van licht" in het Grieks).

In de natuur wordt het aangetroffen in de vorm van anorganische fosformoleculen of als onderdeel van levende organismen.

Jouw cyclus

De fosforcyclus is een sedimentaire biogeochemische cyclus die nauw verwant is aan de cyclus van water, koolstof, calcium, ijzer en aluminium. Het wordt sedimentair genoemd omdat de meeste van zijn reserves zich in mariene sedimenten en in de fosfaatrotsen van de aardkorst bevinden.

Expositie

De fosfaatrotsen die in de diepten van de aarde worden gevormd, worden door de bewegingen van de tektonische platen naar het aardoppervlak gedragen. Wanneer dit gebeurt, worden ze blootgesteld aan de werking van fysische agentia zoals regen en wind, evenals biologische.

Fosfaatgesteente. Bron: David Stanley uit Nanaimo, Canada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Een andere manier om fosfor vrij te maken uit de ondergrondse opslag is door vulkanische activiteit, ook veroorzaakt door tektonische bewegingen.

Erosie

Omdat fosfaatgesteenten worden blootgesteld aan de externe omgeving op het aardoppervlak, vindt het erosieproces plaats. Zo wordt het gesteente gebarsten en gefragmenteerd door verschillen in temperatuur, regen, wind en de werking van levende wezens, en wordt fosfor een deel van de bodem of verplaatst het zich naar andere locaties.

Vervoer

Het belangrijkste erosieve middel is water, dat fosfor naar andere punten in de lithosfeer en uiteindelijk naar de oceanen overbrengt.

Biologische opname en afgifte

Het meeste fosfor in de bodem is onoplosbaar en kan daarom niet door planten worden gebruikt. Deze fosfor hecht zich aan kleideeltjes, ijzer- en aluminiumhydroxiden of in de vorm van calcium-, ferri- of ander fosfaat.

Zo kan er in een hectare grond tussen de 2 en 10 ton fosfor zitten, maar planten kunnen slechts 3 tot 15 kg gebruiken.Oplosbare fosfor wordt via de wortels opgenomen en komt in het lichaam van de plant terecht, waar het in verschillende metabolische processen.

Fosfor wordt in de structuur van planten geïntegreerd en vormt eiwitten, ATP, DNA en andere moleculen. Evenzo, wanneer het oplost in zeewater, wordt het geabsorbeerd door fytoplankton in de oceanen.

Fosfor wordt onderdeel van de trofische ketens wanneer planten en fytoplankton worden geconsumeerd door herbivoren en deze door carnivoren. Later komt het vrij uit levende organismen, hetzij via hun uitwerpselen, hetzij wanneer ze sterven.

Sedimentatie en accumulatie

Fosfor in de oceanen wordt afgezet op de zeebodem en wordt onderdeel van het sediment dat in opeenvolgende lagen wordt afgezet.

Lithificatie en opslag

Stenen worden gevormd wanneer sedimenten in de diepste delen van de aardkorst worden blootgesteld aan hoge drukken en temperaturen (lithificatie). Dit komt doordat het gewicht van de bovenste sedimenten ervoor zorgt dat de onderste worden verdicht.

De deeltjes waaruit de rotsen bestaan, worden bij elkaar gehouden dankzij de kristallisatie van oxiden, silica en andere stoffen, een proces dat bekend staat als cementeren. Op deze manier worden de zogenaamde sedimentaire gesteenten gevormd, waaronder fosforiet, dat tot 20-30% fosfaten bevat.

Als sedimentaire gesteenten worden onderworpen aan processen van hogere temperatuur en druk, lossen ze op en vormen ze een deel van metamorfe en stollingsgesteenten (18%). Er zijn ook fosfaten in kalksteenrotsen tot 0,18% en zelfs in zandsteenrotsen tot 0,27%.

Cyclustijd

De snelheid waarmee een fosformolecuul de cyclus voltooit, is afhankelijk van het type reservoir dat wordt overwogen. In kustwateren kan bijvoorbeeld elke 9 maanden een fosformolecuul worden gemobiliseerd en in diep mariene sedimenten kan het meer dan 11.000 jaar duren.

Stadia van de fosforcyclus

De grootste recycling van fosfor vindt plaats tussen levende organismen en water of bodem, afhankelijk van het type ecosysteem. Het doorloopt drie fasen, namelijk:

- Geologisch

De belangrijkste fosforreserves in deze fase van de cyclus zijn te vinden in mariene sedimenten en bodem. Het is ook aanwezig in de fosfaatgesteenten van de ondergrond en in de uitwerpselen van zeevogels (guano).

Fosfaatgesteenten worden gevormd uit mariene sedimenten, dit zijn sedimentaire gesteenten die tot 30% fosfaten bevatten. Als ze eroderen, worden de fosfaten onderdeel van de bodem.

Evenzo sleept bodem- en rotserosie fosfaten in waterlichamen en belandt ze in de oceaan waar ze worden opgenomen door mariene organismen. Aan de andere kant lost een relatief laag aandeel fosfaten in de bodem op in water en worden ze opgenomen door planten.

- Hydrologisch

De hydrologische fase van de fosforcyclus onderhoudt een permanente uitwisseling met het vasteland en met de organismen die in de waterwereld leven. De grootste hoeveelheid fosfor wordt in de diepe oceaanwateren aangetroffen als opgelost fosfaat.

Het in het oppervlaktewater aanwezige fosfor wordt opgenomen door levende organismen en komt daarmee in het biologische stadium terecht.

Kaartjes

Geschat wordt dat jaarlijks ongeveer 10 miljoen ton fosfor in waterlichamen terechtkomt. Het komt het hydrologische stadium binnen, gesleept door waterstromingen, voornamelijk door afstromend regenwater.

Op deze manier bereikt het de rivieren en van daaruit naar de meren en oceanen, evenals een klein percentage van atmosferisch stof dat wordt afgezet in de oceanen of andere watermassa's.

Circulatie

Fosfor circuleert in de oceanen, vooral in de koudere onderste lagen, maar bereikt in opwellinggebieden het oppervlak. Opwellingen zijn gebieden waar diep, koud water opstijgt, met fosfaten en andere voedingsstoffen.

In deze gebieden is de beschikbaarheid van fosfaten in overvloed, wat de ontwikkeling van fytoplankton bevordert, dat grote aantallen vissen aantrekt die zich ermee voeden.

Vertrek

Omdat fosfor in de oceaan geen vluchtige verbindingen (gassen) vormt, kan het niet rechtstreeks met de atmosfeer worden uitgewisseld. Daarom zijn de enige uitgangen van het hydrologische stadium rotsformatie of vissen (door zeevogels of menselijk handelen).

In het eerste geval wordt de fosfor die is opgelost in de zee of uit uitwerpselen of dode lichamen van levende wezens, afgezet op de zeebodem. Na verloop van tijd worden deze sedimenten bedekt door andere lagen en consolideren ze als fosfaatgesteenten die later aan het aardoppervlak worden blootgesteld.

Zeevogels eten van hun kant vis en dragen fosfor naar het land via hun uitwerpselen (guano) of door te sterven. Terwijl de mens grote hoeveelheden fosfor uit de oceanen haalt door te vissen, omdat de botten van vis voor 35% uit dit element bestaan.

- Biologisch

Zodra fosfor trofische ketens of voedselketens binnendringt, maakt het deel uit van de biologische fase van de fosforcyclus. Dit begint wanneer de fosfaten die door planten of door fytoplankton worden opgenomen, eiwitten en andere vitale moleculen vormen.

De fosfor circuleert vervolgens wanneer planten en fytoplankton worden geconsumeerd door herbivoren en deze door carnivoren. Het beweegt zich vervolgens door uitwerpselen en door de afbraak van de lichamen van dode organismen door bacteriën en schimmels.

Hoewel de hoeveelheid fosfor in het biologische stadium relatief laag is, speelt het een fundamentele rol. Zo bestaat ongeveer 80% van de totale fosfor in het lichaam van een levend wezen uit hydroxyapatiet (Ca5 (PO4) 3 OH).

Dit mineraal vormt ongeveer 70% van de botten van gewervelde dieren en ook het tandglazuur bestaat voor een groot deel uit dit fosfaatmineraal.

Vertrek

Vanaf dit stadium zet fosfor zijn cyclus voort naar de hydrologische en geologische stadia, door de dood van organismen of hun uitwerpselen. Evenzo grijpen mensen in in de fosforcyclus door het uit het land en de zee te halen om het te gebruiken als industriële grondstof of als meststof.

Guano

Een belangrijke bron van fosfor uit het biologische stadium zijn de uitwerpselen van zeevogels, guano genaamd, die ongeveer 4% fosfaten bevatten.

Guano-accumulatie. Bron: Alex Proimos uit Sydney, Australië / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Zeevogels die vis eten vormen grote kustkolonies en hun uitwerpselen hopen zich in enorme hoeveelheden op in hun leefgebied. Deze uitwerpselen zijn bijzonder rijk aan fosfaten en worden door mensen gebruikt als meststof.

Wijzigingen

De fundamentele verandering van de fosforcyclus is de versnelling als gevolg van menselijke activiteit. Fosfaten zijn een van de belangrijkste verontreinigende stoffen in afvalwater en veroorzaken veranderingen in de fosforcyclus door extra hoeveelheden op te nemen in ecosystemen.

Eutrofiëring

Fosfaten worden in het rioolwater opgenomen door het gebruik van wasmiddelen die trinatriumfosfaat bevatten. Deze verbindingen vormen in combinatie met water fosfaten die door levende wezens kunnen worden opgenomen.

Eutrofiëring. Bron: F. lamiot (eigen werk) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Doordat grote hoeveelheden van deze opneembare fosfaten binnendringen, nemen de populaties van algen en waterplanten aanzienlijk toe. Deze ecologische onbalans verbruikt uiteindelijk de opgeloste zuurstof in het water, waardoor vissen en andere organismen sterven.

Waterkwaliteit

Het teveel aan fosfaten in het water beïnvloedt de kwaliteit voor menselijke consumptie, waardoor de bronnen van zoet water afnemen.

Belang

Essentieel voor het leven

Fosfor is een centraal onderdeel van ATP (adenosinetrifosfaat), het molecuul waardoor energie wordt opgeslagen en overgedragen in cellen. Aan de andere kant bevat DNA (deoxyribonucleïnezuur), het molecuul dat verantwoordelijk is voor de overdracht van genetische informatie, een fosfaatgroep.

Dieet en gezondheid

Fosfor is een essentieel element voor de gezondheid, rekening houdend met het feit dat het het tweede in overvloed in het lichaam is. Het is ook een fundamenteel bestanddeel van tanden en botten, nauw verwant aan de vitamine B-complex.

Daarnaast speelt het een belangrijke rol bij het functioneren van de nieren, spieren (waaronder het hart) en in het zenuwstelsel (zenuwsignalen).

Grondstof voor de industrie

In de industrie worden fosfaten voor verschillende doeleinden gebruikt, bijvoorbeeld in de voedingsindustrie worden ze gebruikt als antiklontermiddelen en stabilisatoren. Fosfor is een belangrijk ingrediënt bij het maken van lucifers, vuurwerk en lichtsignalen.

Evenzo wordt het gebruikt bij de productie van metaallegeringen, industriële oliën en als trinatriumfosfaat in wasmiddelen.

Meststoffen

Fosfor is een belangrijk bestanddeel van meststoffen en meststoffen die in de landbouw worden gebruikt, vooral nuttig om de bloei van gewassen te stimuleren. De productie van kunstmest is verantwoordelijk voor ongeveer 90% van de vraag naar fosfaten.

Insecticiden

Organische fosfaten komen voor in de vorm van fosforzuuresters en hebben in de meeste gevallen een neurotoxische werking, daarom worden ze gebruikt om insecticiden te maken.

Referenties

1. Calow, P. (Ed.) (1998). De encyclopedie van ecologie en milieubeheer.
2. Margalef, R. (1974). Ecologie. Omega-edities.
3. Miller, G. en TYLER, JR (1992). Ecologie en milieu. Grupo Hoofdartikel Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP en Warrett, GW (2006). Grondbeginselen van ecologie. Vijfde editie. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). De wereldwijde fosforcyclus. Verhandeling over geochemie.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P en Fang, J. (2016). Fosfor hoopt zich wereldwijd op in zoetwaterecosystemen dan stikstof onder antropogene invloeden ”. Ecologie brieven.