Phosphorkreislauf: Verstehen Sie, wie es funktioniert

Der biogeochemische Kreislauf von Phosphor leidet immer mehr unter menschlichen Störungen

Phosphorkreislauf

Um zu verstehen, wie der Phosphorkreislauf zuerst funktioniert, müssen Sie seine Hauptkomponente kennen: Phosphor (P). Phosphor ist ein chemisches Element, das sehr leicht mit anderen reagiert. Aus diesem Grund wird es nicht natürlich gefunden, ohne mit einem anderen Element verknüpft zu sein. Es ist auch eine der wichtigsten Komponenten in der Natur - um Ihnen eine Vorstellung zu geben, es hat den zweiten Platz (direkt hinter Kalzium) im Überfluss im menschlichen Gewebe.

Funktionen im Körper

In Organismen ist es auch ein wesentlicher Bestandteil von Zellen, da es Teil der DNA- und RNA-Moleküle ist. Einige seiner Funktionen im Organismus sind:

  • Teil der Struktur von Knochen und Zähnen sein (ihnen mehr Kraft geben);
  • an Reaktionen mit organischen Molekülen teilnehmen, die aus Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff (sogenannte Glycide) gebildet werden;
  • wirken in Muskelkontraktion.
Einige der Hauptkohlenhydrate sind Glukose, Saccharose, Stärke und Cellulose.

Das einfachste

Der biogeochemische Kreislauf (so genannt, weil er sowohl den chemischen, geologischen als auch den biologischen Teil des Ökosystems umfasst) von Phosphor wird als einer der einfachsten angesehen, und dies liegt an der Tatsache, dass dieses Element nicht in der Atmosphäre gefunden wird, sondern stattdessen Darüber hinaus Bestandteil von Gesteinen der Erdkruste. Aus diesem Grund wird sein Kreislauf nicht als atmosphärisch eingestuft, wie beispielsweise beim Stickstoffkreislauf. In diesem Fall wird es als sedimentär eingestuft.

Ein weiterer Grund, der dazu führt, dass es als der einfachste biogeochemische Zyklus angesehen wird, ist, dass die einzige Phosphorverbindung, die für Lebewesen wirklich wichtig ist, Phosphat ist, das aus der Vereinigung eines Phosphoratoms mit drei Sauerstoffatomen (PO43-) besteht.

Phosphatgruppen

In Bezug auf lebende Zellen ist eine wichtige Funktion von Phosphatgruppen ihre Leistung als Energiespeicher. Diese Energie wird in chemischen Bindungen von ATP-Molekülen, Adenosintriphosphat, aus dem Metabolismus (oder Abbau) der Kohlenhydratmoleküle gespeichert; Ein Prozess, der Energie erzeugt. Diese gespeicherte Energie kann dann übertragen werden, um einen beliebigen zellulären Prozess auszuführen.

Dieselben Phosphatgruppen können auch zelluläre Enzyme aktivieren und deaktivieren, die verschiedene chemische Reaktionen katalysieren. Darüber hinaus ist Phosphor auch wichtig für die Bildung von Molekülen, die als Phospholipide bezeichnet werden und die Hauptkomponenten von Zellmembranen sind. Membranen, die die Zellen von außen mit drei Hauptfunktionen umgeben: Beschichtung, Schutz und selektive Permeabilität (wählt aus, welche Substanzen in die Zelle gelangen und diese verlassen).

Der Kreislauf

Match-Zyklus

Das Hauptreservoir für Phosphor in der Natur sind Gesteine, die nur durch Verwitterung aus ihnen freigesetzt werden. Verwitterung ist eine Reihe von Phänomenen (ob physikalisch, chemisch oder biologisch), die zum Abbau und zur Veränderung der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der Gesteine ​​führen, sie in Boden umwandeln und Phosphat freisetzen.

Da es sich um eine lösliche Verbindung handelt, kann es durch den Auslaugungsprozess (Solubilisierung der chemischen Bestandteile eines Gesteins, Minerals oder Bodens durch Einwirkung einer Flüssigkeit wie Regen) leicht zu Flüssen, Seen und Ozeanen transportiert oder in Organismen eingebaut werden am Leben.

Dieser Einbau erfolgt in Pflanzen durch die Aufnahme von Phosphat durch den Boden. Daher wird es von Organismen bei der Bildung von lebenswichtigen organischen Phosphatverbindungen verwendet (im Folgenden als organisches Phosphat bezeichnet). In tierischen Organismen gelangt Phosphat durch direkte Wasseraufnahme und durch Biomagnifikation (ein Prozess, bei dem die Konzentration einer Verbindung entlang der Nahrungskette zunimmt).

Die Zersetzung organischer Stoffe durch Zersetzung von Organismen führt dazu, dass organisches Phosphat in seiner anorganischen Form in den Boden und ins Wasser zurückgeführt wird.

Die im Boden vorkommenden Mikroorganismen spielen wiederum eine wichtige Rolle im Phosphorkreislauf und in seiner Verfügbarkeit für Pflanzen durch folgende Faktoren:

  1. Einbau von Phosphor in mikrobielle organische Stoffe;
  2. Solubilisierung von anorganischem Phosphor;
  3. Assoziation zwischen Pflanzen und Pilzen;
  4. Mineralisierung von organischem Phosphor.

Einbau von Phosphor in mikrobielle organische Stoffe

Wenn Phosphor in lebende Organismen eingebaut wird, kann es immobilisiert werden, dh es bleibt „stecken“, und während dieser Zeit wird der Zyklus dieser Moleküle unterbrochen. Seine Freisetzung, damit der Zyklus fortgesetzt werden kann, kann durch die folgenden Phänomene erfolgen:
  • Zerstörung von mikrobiellen Zellen;
  • Klimavariationen und Bodenbewirtschaftung;
  • Wechselwirkungen mit der Mikrofauna, die bei der Fütterung von Mikroorganismen verschiedene Nährstoffe im Boden freisetzen.

Der Einbau von Phosphor in lebende Organismen bietet einige Vorteile. Zum Beispiel vermeidet dieser Prozess seine Fixierung über lange Zeiträume in Bodenmineralien (aus denen er nur durch Verwitterung entfernt werden würde), wodurch die Effizienz der Phosphatdüngung erhöht wird.

Solubilisierung von anorganischem Phosphor

Bakterien und Pilze, einschließlich Mykorrhizen, scheiden organische Säuren aus, die durch direktes Auflösen von anorganischem Phosphor wirken.

  • Es wird beschrieben, dass viele Bodenmikroorganismen verschiedene Arten von Rohphosphaten auflösen können.
  • Der größte Solubilisierungsmechanismus ist die Wirkung von organischen Säuren, die von Bakterien synthetisiert werden.
  • Diese von Organismen produzierten Säuren sind große Generatoren von H + -Ionen, die Mineralphosphat auflösen und Pflanzen zur Verfügung stellen können.

Assoziation zwischen Pflanzen und Pilzen

Es kommt durch Mykorrhizen vor, bei denen es sich um Bakterien handelt, die mit Pflanzenwurzeln assoziiert sind und die Gegenseitigkeit zwischen Pflanzenwurzeln und Bodenpilzen fördern, so dass die Pflanze den Pilzen durch Photosynthese Energie und Kohlenstoff liefert und sie zurückkehren begünstigen, indem sie mineralische Nährstoffe aufnehmen und auf Pflanzenwurzeln übertragen.

Mineralisierung von organischem Phosphor

Neben dem Phosphor von mikrobiellem organischem Material, der Rolle von phosphatlöslich machenden Mikroorganismen und Pilzen, die mit Wurzeln verbunden sind, ist die Produktion von Enzymen durch einige Mikroorganismen und Pflanzen für die Mineralisierung von organischem Phosphor verantwortlich, der in organischen Phosphor umgewandelt wird. anorganischer Phosphor.

In Seen und Meeren kann Phosphor nicht nur von Organismen absorbiert, sondern auch in die Gesteine ​​eingebaut werden, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.

Der Phosphorkreislauf ist in der Regel lang. Ein einzelnes Atom kann bis zu 100.000 Jahre lang zyklisch betrieben werden, bis es sich wieder absetzt und die Gesteine ​​erzeugt. Phosphor kann mehr als 100 Millionen Jahre mit Sedimenten in Verbindung bleiben.

Probleme

Menschliche Aktivitäten verändern zunehmend den natürlichen Kreislauf dieses Makronährstoffs, sei es durch Aktivitäten wie Bergbau oder den breiten Einsatz von Düngemitteln.

Der Überschuss an Phosphor beim Auswaschen in Wasserläufe erhöht letztendlich die Bioverfügbarkeit dieses Nährstoffs in Gewässern und kann infolgedessen die Entwicklung von Algen intensivieren. Eine zunehmende Anzahl von Algen in einem See verringert beispielsweise die Lichtmenge, die in diese Umgebung eindringt (wodurch die trophische Zone drastisch verringert wird) und schädigt andere lokale Organismen. Dieser Prozess wird als Eutrophierung bezeichnet (mehr über den Einfluss des Einsatzes von Düngemitteln auf den Eutrophierungsprozess erfahren Sie im Artikel: "Was sind Düngemittel?").

Siehe auch einige Fotos dieses Effekts:

EutrophierungEutrophierungEutrophierung

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