Основно съдържание

Биологична библиотека

Курс: Биологична библиотека > Раздел 28

Урок 7: Биогеохимичните цикли

Кръговрат на фосфора

Класна стая на Google

Бавният кръговрат на фосфора в биосферата. Как фосфорните торове могат да причинят мъртви зони във водата.

Основни идеи

Фосфорът е сред основните химични елементи в състава на макромолекулите в човешкия организъм, както и при други биологични видове, включително в молекулите $ДНК$ ‍.
Кръговратът на фосфора в природата е бавен. По-голямата част от фосфора в природата се среща във вида на фосфатен йон – ${PO}_{4}^{3 -}$ ‍.
Фосфорът често е ограничаващо хранително вещество, или хранително вещество, което ограничава растежа, когато е в недостиг, особено във водни екосистеми.
Когато азотът и фосфорът от растителните торове бъдат пренесени от повърхностни води в езера и океани, те причиняват еутрофикация, свръхрастеж на синьо-зелени водорасли. Синьо-зелените водорасли може да изразходват кислорода от водата и да създадат мъртва зона.

Въведение

Дали фосфорът е важен? Това зависи – харесва ли ти да имаш

ДНК

, клетъчни мембрани или кости в тялото си? Подсказка: Отговорът вероятно е да!

Фосфорът е основно хранително вещество за живите организми. Той е ключова част на нуклеинови киселини като

ДНК

и на фосфолипидите, които изграждат нашите клетъчни мембрани. Под формата на калциев фосфат той също така участва в поддържащите компоненти на нашите кости.

В природата фосфорът често е ограничаващ хранителен фактор — с други думи, неговият недостиг ограничава растежа – и това е особено вярно за сладководните екосистеми.

Кръговрат на фосфора в природата

Кръговратът на фосфора е бавен в сравнение с други биогеохимични цикли като тези на водата, въглерода и азота.

^{1}

В природата фосфорът се среща предимно във вид на фосфатни йони –

{PO}_{4}^{3 -}

. Фосфорните съединения се срещат в утаечни скали и при тяхното изветряване съдържащият се в тях фосфор бавно преминава в повърхностните води и почви. Вулканична пепел, аерозоли и минерален прах могат също да бъдат значителни източници на фосфати, въпреки че фосфорът няма реална газова фаза за разлика от други елементи като въглерод, азот и сяра.

Фосфатните съединения в почвата могат да бъдат поети от растенията и, оттам, прехвърлени към животните, които изяждат растенията. Когато растенията и животните изхвърлят отпадъци или загинат, фосфатът може да бъде поет от редуцентите или върнат в почвата. Фосфорсъдържащите съединения може също да бъдат пренесени чрез повърхностни води към реки, езера и океани, където те биват поети от водни организми.

Когато фосфор-съдържащите съединения от водни басейни или отпадъци от морски организми потънат до дъното на океана, те образуват нови утаечни (седиментарни) слоеве. С дълги периоди време фосфор-съдържащите седиментарни скали може да бъдат придвижени от океана към земята чрез геоложки процес, наречен издигане. Но този процес е много бавен и средностатистическият фосфатен йон има период на пребиваване в океана от 20 000 до 100 000 години.

Изображение: Biogeochemical cycles: Figure 5 by OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0; модификация на работата на John M. Evans и Howard Perlman, USGS

Еутрофикация и мъртви зони

Повечето торове, използвани в селското стопанство, както и в паркове и градини, съдържат и азот, и фосфор, които могат да бъдат пренесени във водните екосистеми чрез повърхностните води. Торовете, пренесени чрез повърхностните води, причиняват прекомерен растеж на синьо-зелени водорасли или други микроорганизми, чието развитие преди е било ограничено от наличието на азота и фосфора. Този феномен се нарича еутрофикация. Поне в някои случаи фосфорът, а не азотът, изглежда главният двигател на еутрофикацията.

^{2}

Защо еутрофикацията е вредна? Някои водорасли придават на водата лош вкус или миризма или произвеждат токсични съединения.

^{2}

Също така, когато всички тези водорасли умират и се разлагат от микрорганизми, се използват големи количества кислород при разграждането им. Това рязко повишение на консумацията на кислород може рязко да понижи количеството разтворен кислород във водата и може да доведе до смърт от аноксия — липса на кислород - на други водни организми като черупчести мекотели и риби.

Районите в езера и океани, които са с изчерпан кислород поради втичане на хранителни вещества, се наричат мъртви зони. Броят на мъртвите зони се увеличава през последните години, като през 2008 г. са съществували повече от 400 такива зони. Една от най-лошите мъртви зони е по крайбрежието на Съединените щати в Мексиканския залив. Оттичането на торове от басейна на река Мисисипи води до възникването на мъртва зона от над 8463 квадратни мили. Както можеш да видиш на фигурата по-долу, мъртвите зони се намират в близост до области с висока индустриализация и гъстотата на населението по целия свят.

Изображение: Biogeochemical cycles: Figure 6 by OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0; original work: Aquatic dead zones от Robert Simmon и Jesse Allen, NASA Earth Observatory

Как може еутрофикацията да бъде намалена или предотвратена? Торовете, перилните препарати, съдържащи фосфор, и неправилното отвеждане на отпадните води могат да са източници на азот и фосфор, които полагат основите на еутрофикацията. Като използваме по-малко торове, елиминираме фосфорсъдържащите перилни препарати и подсигурим отпадните води да не навлизат във водните басейни – например от течаща септична система – хората, компаниите и правителствата могат да помогнат за намаляване на еутрофикацията.

^{3, 4}

[Източници и препратки]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.