CICLE DE EL FÒSFOR: CARACTERÍSTIQUES, ETAPES, ALTERACIONS, IMPORTÀNCIA - BIOLOGIA - 2025

El cicle de l'fòsfor és l'emmagatzematge i circulació d'aquest element a través de la hidrosfera, la litosfera, els organismes vius i l'atmosfera. Es tracta d'un cicle biogeoquímic de tipus sedimentari la fase d'emmagatzematge ocorre principalment en el llit marí.

El cicle s'inicia amb l'exposició de les roques fosfatades a l'acció erosiva de l'aigua, el vent i els organismes vius. La roca a l'desgastar es fragmenta i arrossega les partícules que porten els fosfats, els quals s'incorporen a terra o són arrossegats als cossos d'aigua.

Cicle de el fòsfor complet. Font: BonniemfIncorporates work by NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

El fòsfor absorbit com fosfats per les plantes a través de les seves arrels, s'integra al seu cos i s'utilitza en el metabolisme. Així, el mateix passa de l'etapa geològica de l'cicle a la fase biològica on circula a través de les xarxes alimentàries o tròfiques.

Aquesta etapa s'inicia quan els animals herbívors consumeixen a les plantes i obtenen fòsfor d'aquestes. Després aquest element passa als carnívors que s'alimenten dels herbívors i torna a terra a través dels excrements o quan els organismes moren i es descomponen.

D'altra banda, el fòsfor en forma de fosfats és arrossegat als llacs i oceans, passant a la seva etapa hidrològica. A més, els fosfats dissolts en aigua passen a l'etapa biològica quan són absorbits pel fitoplàncton i entren a les xarxes tròfiques marines.

Posteriorment, el fòsfor és alliberat mitjançant les excretes o descomposició dels éssers vius i s'integra novament a l'etapa hidrològica. En aquesta fase pot circular amb els corrents marins o dipositar-se en els sediments de el fons oceànic.

Quan el fòsfor es va a el fons marí, les capes de sediment es van acumulant i les inferiors acaben enterrades a grans profunditats. Aquí es produeixen altes pressions i temperatures que formen nova roca rica en fòsfor que quedarà exposada novament per seguir el cicle.

Aquest cicle es pot veure alterat per l'activitat humana causa de la incorporació de quantitats extres de fòsfor contaminant l'ambient que provoquen eutrofització.

Característiques

el fòsfor

Aquest és un element químic no metàl·lic que es representa amb el símbol P i el qual no es troba pur en la natura perquè s'oxida ràpidament. Quan aquest procés ocorre, allibera energia calòrica i produeix llum, raó per la qual se li va donar el nom de fòsfor ("portador de llum" en grec).

En la naturalesa es troba en forma de molècules de fòsfor inorgànic o com a part dels organismes vius.

El seu cicle

El cicle de l'fòsfor és un cicle biogeoquímic sedimentari molt relacionat amb el cicle de l'aigua, de l'carboni, de l'calci, de l'ferro i de l'alumini. S'anomena sedimentari perquè la major part de les seves reserves estan en els sediments marins i en les roques fosfatades de l'escorça terrestre.

exposició

Les roques fosfatades que es formen en les profunditats de la Terra, són portades a la superfície terrestre pels moviments de les plaques tectòniques. Quan això passa, queden exposades a l'acció dels agents físics com la pluja i el vent, així com biològics.

Roca fosfòrica. Font: David Stanley from Nanaimo, Canadà / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Una altra forma d'alliberament de el fòsfor del seu emmagatzematge subterrani és a través de l'activitat volcànica, també causada pels moviments tectònics.

erosió

A l'quedar exposades les roques fosfatades a l'ambient extern en la superfície terrestre, ocorre el procés d'erosió. Així, la roca és esquerdada i fragmentada per les diferències de temperatura, la pluja, el vent i l'acció dels éssers vius, i el fòsfor passa a formar part de terra o es desplaça a altres llocs.

transport

El principal agent erosiu és l'aigua, la qual trasllada el fòsfor a altres punts de la litosfera i finalment fins als oceans.

Absorció i alliberament biològica

La major part de l'fòsfor en el sòl es troba en forma insoluble i per tant no pot ser utilitzat per les plantes. Aquest fòsfor aquesta adherit a les partícules d'argila, hidròxids de ferro i alumini o en forma de fosfat càlcic, fèrric o altres.

Així, en una hectàrea de sòl poden existir entre 2 i 10 tones de fòsfor, però les plantes només poden utilitzar 3 a 15 Kg. El fòsfor soluble s'absorbeix a través de les arrels i passa a el cos de la planta on és utilitzat en diversos processos metabòlics.

El fòsfor s'integra a l'estructura de les plantes, formant proteïnes, ATP, ADN i altres molècules. De la mateixa manera, quan es dissol en l'aigua marina és absorbit pel fitoplàncton en els oceans.

El fòsfor passa a formar part de les cadenes tròfiques quan les plantes i el fitoplàncton són consumits pels herbívors i aquests per carnívors. Posteriorment, és alliberat dels organismes vius bé a través dels seus excrements o quan moren.

Sedimentació i acumulació

El fòsfor en els oceans es diposita en els fons marins passant a formar part de l'sediment que s'anirà dipositant en capes successives.

Litificació i emmagatzematge

Les roques es formen quan els sediments en les parts més profundes de l'escorça terrestre són sotmesos a altes pressions i temperatures (litificació). Això passa perquè el pes dels sediments superiors fa que els inferiors es compactin.

Les partícules que formen les roques es mantenen unides gràcies a la cristal·lització d'òxids, sílice i altres substàncies, procés que es coneix com cimentació. D'aquesta manera, es formen les anomenades roques sedimentàries entre les que es troba la fosforita que conté fins a un 20-30% de fosfats.

Si les roques sedimentàries són sotmeses a processos de major temperatura i pressió es dissolen formant part de roques metamòrfiques i ígnies (18%). També hi ha fosfats a les roques calcàries fins a un 0,18% i fins i tot en roques d'arenisca fins a un 0,27%.

Durada de l'cicle

La velocitat a la qual una molècula de fòsfor compleix el cicle depèn de el tipus de reservori que es consideri. Per exemple, en les aigües costaneres, una molècula de fòsfor pot mobilitzar cada 9 mesos i en els sediments marins profunds pot trigar més de 11.000 anys.

Etapes del cicle de l'fòsfor

El major reciclatge de l'fòsfor ocorre entre els organismes vius i l'aigua o el sòl depenent de el tipus d'ecosistema. El mateix passa per tres etapes, les quals són:

- Geològica

Les reserves més importants de fòsfor en aquesta etapa de l'cicle es troben en els sediments marins i el sòl. També està present en les roques fosfatades de l'subsòl i en els excrements d'aus marines (guano).

A partir dels sediments marins es formen les roques fosfatades, que són roques sedimentàries que contenen fins a un 30% de fosfats. Quan les mateixes s'erosionen, els fosfats passin a formar part de terra.

De la mateixa manera, l'erosió de terra i les roques arrossega els fosfats als cossos d'aigua i acaben arribant a l'oceà on són absorbits pels organismes marins. D'altra banda, una proporció relativament baixa dels fosfats de terra es dissolen en aigua i són absorbits per les plantes.

- Hidrològica

L'etapa hidrològica de l'cicle de fòsfor manté un intercanvi permanent amb la terra ferma i amb els organismes que habiten el món aquàtic. La major quantitat de fòsfor es troba en les aigües oceàniques profundes com fosfat dissolt.

El fòsfor present en les aigües superficials és absorbit pels organismes vius i per tant passa a formar part de l'etapa biològica.

entrades

S'estima que anualment ingressen als cossos d'aigua prop de 10 milions de tones de fòsfor. El mateix entra a l'etapa hidrològica arrossegat pels corrents d'aigua, principalment pel vessament de l'aigua de pluja.

D'aquesta manera arriba als rius i d'allí als llacs i oceans, a més d'un petit percentatge provinent de la pols atmosfèrica que es diposita en els oceans o altres cossos d'aigua.

Circulació

El fòsfor circula en els oceans sobretot a les capes inferiors més fredes, però a les zones de surgència arriba fins a la superfície. Les surgències són àrees on les aigües fredes profundes ascendeixen arrossegant els fosfats i altres nutrients.

En aquestes àrees la disponibilitat de fosfats és abundant, la qual cosa afavoreix el desenvolupament de l'fitoplàncton que atrau gran quantitat de peixos que s'alimenta d'aquest.

sortides

Com el fòsfor no forma compostos volàtils (gasos) en l'oceà, no pot intercanviar directament amb l'atmosfera. Per tant, les úniques sortides de l'etapa hidrològica són la formació de roques o la pesca (per aus marines o acció de l'ésser humà).

En el primer cas, el fòsfor dissolt al mar o provinent d'excretes o cossos morts d'éssers vius, es diposita en el fons marí. Amb el temps, aquests sediments són coberts per altres capes i es consoliden com roques fosfatades que després seran exposades a la superfície terrestre.

Per la seva banda, les aus marines consumeixen peixos i porten el fòsfor a la terra a través de les seves excretes (guano) o a el morir. Mentre que l'ésser humà extreu grans quantitats de fòsfor dels oceans a través de la pesca ja que els ossos dels peixos estan compostos en un 35% d'aquest element.

- Biològica

Una vegada que el fòsfor entra a les cadenes tròfiques o cadenes alimentàries, forma part de l'etapa biològica de el cicle de l'fòsfor. Aquesta s'inicia quan els fosfats absorbits per les plantes o pel fitoplàncton, formen proteïnes i altres molècules vitals.

A continuació, el fòsfor va circulant quan les plantes i el fitoplàncton són consumits per herbívors i aquests pels carnívors. Després es mou a través de les excretes i per la descomposició dels cossos dels organismes morts per part de bacteris i fongs.

Tot i que la quantitat de fòsfor en l'etapa biològica és relativament baix, compleix un paper fonamental. Així, prop de l'80% de l'fòsfor total de el cos d'un ésser viu està format per hidroxiapatita (Ca5 (PO4) 3 OH).

Aquest mineral constitueix al voltant de l'70% dels ossos dels vertebrats i l'esmalt de les dents també està format per una alta proporció d'aquest mineral fosfatat.

sortides

D'aquesta etapa, el fòsfor segueix el seu cicle cap a les etapes hidrològica i geològica, a través de la mort dels organismes o dels seus excretes. Així mateix, l'ésser humà intervé en el cicle de l'fòsfor extraient de la terra i de la mar per a emprar com a matèria primera industrial o com a fertilitzant.

el guano

Una font important de fòsfor a partir de l'etapa biològica són les excretes de les aus marines, anomenades guano, que conté aproximadament 4% de fosfats.

Acumulació de guano. Font: Alex Proimos from Sydney, Austràlia / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Les aus marines que s'alimenten dels peixos, formen grans colònies costaneres i les seves excretes s'acumulen en enormes quantitats en els seus hàbitats. Aquestes excretes són especialment riques en fosfats i han estat utilitzades per l'ésser humà com a fertilitzant.

alteracions

L'alteració fonamental de el cicle de l'fòsfor és la seva acceleració a causa de l'activitat humana. Els fosfats són un dels principals contaminants en aigües residuals, provocant alteracions de l'cicle de fòsfor a l'incorporar quantitats extres en els ecosistemes.

l'eutrofització

Els fosfats s'incorporen a les aigües servides a causa de l'ús de detergents que incorporen fosfat trisòdic. Aquests compostos a l'combinar-se amb l'aigua, formen fosfats assimilables pels éssers vius.

Eutrofització. Font: F. lamiot (own work) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

A l'entrar grans quantitats d'aquests fosfats assimilables, les poblacions d'algues i plantes aquàtiques augmenten considerablement. Aquest desequilibri ecològic acaba consumint l'oxigen dissolt en l'aigua, provocant la mort de peixos i altres organismes.

Qualitat de l'aigua

L'excés de fosfats en l'aigua afecta la seva qualitat per a consum humà, disminuint així les fonts d'aigua dolça.

importància

Essencial per a la vida

El fòsfor forma part central de l'ATP (adenosin trifosfat), que és la molècula mitjançant la qual s'emmagatzema i transmet l'energia en les cèl·lules. D'altra banda, l'ADN (àcid desoxiribonucleic), que és la molècula responsable de la transmissió de la informació genètica, inclou un grup fosfat.

La dieta i la salut

El fòsfor és un element essencial per a la salut, tenint en compte que és el segon en abundància en el cos. Així mateix, és un constituent fonamental de les dents i ossos, en estreta relació amb les vitamines de l'complex B.

A més, compleix un paper rellevant en el funcionament dels ronyons, músculs (inclòs el cor) i en el sistema nerviós (senyals nerviosos).

Matèria primera per a la indústria

En la indústria dels fosfats són utilitzats per a diversos fins, per exemple en la indústria alimentària es fan servir com antiaglutinantes i estabilitzants. El fòsfor és un ingredient fonamental en la fabricació de llumins, focs artificials i senyals lluminosos.

De la mateixa manera, s'utilitza en l'elaboració d'aliatges metàl·lics, olis industrials i com fosfat trisòdic s'empra en els detergents.

fertilitzants

El fòsfor és un important component en els fertilitzants i adobs emprats en l'agricultura, especialment útil per induir la floració en els cultius. La producció de fertilitzants és la responsable de prop de l'90% de la demanda de fosfats.

insecticides

Els fosfats orgànics es troben en forma d'èsters d'àcid fosfòric i en la majoria dels casos tenen efecte neurotòxic, per la qual cosa s'empren per elaborar insecticides.

referències

1. Calow, P. (Ed.) (1998). The encyclopedia of ecology and environmental management.
2. Margalef, R. (1974). Ecologia. Edicions Omega.
3. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ecologia i medi ambient. Grup Editorial Iberoamèrica SA de CV
4. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Fonaments d'ecologia. Cinquena edició. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). The Global Phosphorus Cycle. Treatise on Geochemistry.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). Phosphorus accumulates fester than nitrogen globally in Freshwater ecosystems under anthropogenic impacts ". Ecology Letters.