CHU TRÌNH PHOTPHO: ĐẶC ĐIỂM, GIAI ĐOẠN, SỰ THAY ĐỔI, TẦM QUAN TRỌNG - SINH HỌC - 2025

Các chu kỳ phốt pho là lưu trữ và lưu thông của nguyên tố này thông qua thủy quyển, thạch quyển, sinh vật sống, và bầu khí quyển. Đây là một chu trình sinh địa hóa kiểu trầm tích mà giai đoạn lưu trữ xảy ra chủ yếu dưới đáy biển.

Chu kỳ bắt đầu với sự tiếp xúc của đá phốt phát với tác động ăn mòn của nước, gió và các sinh vật sống. Khi đá mòn đi, nó sẽ vỡ vụn và mang theo các hạt mang phốt phát, được kết hợp vào đất hoặc bị kéo vào các vùng nước.

Hoàn thành chu trình photpho. Nguồn: BonniemfCác công ty hợp tác bởi NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Phốt pho được thực vật hấp thụ dưới dạng phốt phát qua rễ của chúng sẽ được tích hợp vào cơ thể bạn và được sử dụng trong quá trình trao đổi chất. Do đó, nó chuyển từ giai đoạn địa chất của chu kỳ sang giai đoạn sinh học, nơi nó luân chuyển qua thức ăn hoặc lưới dinh dưỡng.

Giai đoạn này bắt đầu khi động vật ăn cỏ tiêu thụ thực vật và lấy phốt pho từ chúng. Nguyên tố này sau đó chuyển cho động vật ăn thịt ăn động vật ăn cỏ và trở lại đất thông qua phân hoặc khi sinh vật chết và phân hủy.

Mặt khác, phốt pho ở dạng phốt phát được hút vào hồ và đại dương, chuyển sang giai đoạn thủy văn của nó. Ngoài ra, phốt phát hòa tan trong nước chuyển sang giai đoạn sinh học khi chúng được thực vật phù du hấp thụ và xâm nhập vào lưới thức ăn biển.

Sau đó, phốt pho được giải phóng qua phân thải hoặc phân hủy của các sinh vật sống và được tích hợp lại vào giai đoạn thủy văn. Trong pha này, nó có thể lưu thông theo dòng hải lưu hoặc lắng xuống lớp trầm tích dưới đáy đại dương.

Khi phốt pho đi xuống đáy biển, các lớp trầm tích tích tụ và các lớp bên dưới cuối cùng bị chôn vùi ở độ sâu lớn. Tại đây, áp suất và nhiệt độ cao được tạo ra tạo thành đá mới giàu phốt pho sẽ được tiếp xúc trở lại để tiếp tục chu trình.

Chu kỳ này có thể bị thay đổi bởi hoạt động của con người do kết hợp thêm một lượng phốt pho gây ô nhiễm môi trường gây ra hiện tượng phú dưỡng.

nét đặc trưng

Trận đấu

Đây là một nguyên tố hóa học phi kim loại được biểu thị bằng ký hiệu P và bản chất không phải là nguyên chất vì nó có tính oxi hóa nhanh. Khi quá trình này xảy ra, nó giải phóng năng lượng nhiệt và tạo ra ánh sáng, đó là lý do tại sao nó được đặt tên là phosphor ("chất mang ánh sáng" trong tiếng Hy Lạp).

Trong tự nhiên, nó được tìm thấy dưới dạng các phân tử phốt pho vô cơ hoặc như một phần của cơ thể sống.

Chu kỳ của bạn

Chu trình phốt pho là một chu trình sinh địa hóa trầm tích liên quan chặt chẽ với chu trình của nước, cacbon, canxi, sắt và nhôm. Nó được gọi là trầm tích vì phần lớn trữ lượng của nó nằm trong trầm tích biển và trong đá phốt phát của vỏ trái đất.

Trình bày

Đá phốt phát được hình thành ở độ sâu của Trái đất, được mang lên bề mặt trái đất bởi sự chuyển động của các mảng kiến ​​tạo. Khi điều này xảy ra, chúng tiếp xúc với tác động của các tác nhân vật lý như mưa và gió, cũng như các tác nhân sinh học.

Đá phốt phát. Nguồn: David Stanley từ Nanaimo, Canada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Một cách khác để giải phóng phốt pho từ kho chứa dưới lòng đất của nó là thông qua hoạt động núi lửa, cũng do các chuyển động kiến ​​tạo gây ra.

Xói mòn

Khi đá phốt phát tiếp xúc với môi trường bên ngoài trên bề mặt trái đất, quá trình xói mòn xảy ra. Do đó, đá bị nứt và phân mảnh do sự khác biệt về nhiệt độ, mưa, gió và hoạt động của các sinh vật, và phốt pho trở thành một phần của đất hoặc di chuyển đến những nơi khác.

Vận chuyển

Tác nhân ăn mòn chính là nước, chất này chuyển photpho đến các điểm khác trong thạch quyển và cuối cùng là ra các đại dương.

Hấp thụ và giải phóng sinh học

Phần lớn phốt pho trong đất ở dạng không hòa tan và do đó cây trồng không thể sử dụng được. Phosphor này được kết dính với các hạt đất sét, sắt và nhôm hydroxit hoặc ở dạng canxi, sắt hoặc phốt phát khác.

Như vậy, trong một ha đất có thể có từ 2 đến 10 tấn lân nhưng cây trồng chỉ có thể sử dụng từ 3 đến 15 kg, lân hoà tan được hấp thụ qua rễ và đi vào thân cây để sử dụng vào các quá trình trao đổi chất.

Phốt pho được tích hợp vào cấu trúc của thực vật, tạo thành protein, ATP, DNA và các phân tử khác. Tương tự như vậy, khi nó hòa tan trong nước biển, nó sẽ được thực vật phù du trong đại dương hấp thụ.

Phốt pho trở thành một phần của chuỗi dinh dưỡng khi thực vật và thực vật phù du bị động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt tiêu thụ. Sau đó, nó được thải ra khỏi cơ thể sống qua phân của chúng hoặc khi chúng chết.

Lắng và tích tụ

Phốt pho trong các đại dương được lắng đọng dưới đáy biển, trở thành một phần của trầm tích sẽ được lắng đọng thành các lớp kế tiếp nhau.

Lithification và lưu trữ

Đá được hình thành khi trầm tích ở những phần sâu nhất của vỏ trái đất phải chịu áp suất và nhiệt độ cao (quá trình hóa thạch). Điều này xảy ra do trọng lượng của các lớp trầm tích bên trên làm cho các lớp bên dưới bị nén chặt.

Các hạt tạo nên đá được kết dính với nhau nhờ sự kết tinh của oxit, silica và các chất khác, một quá trình được gọi là quá trình xi măng. Bằng cách này, cái gọi là đá trầm tích được hình thành, trong đó có photphorit, chứa tới 20 - 30% phốt phát.

Nếu đá trầm tích chịu tác động của nhiệt độ và áp suất cao hơn, chúng sẽ hòa tan, tạo thành một phần đá biến chất và đá mácma (18%). Trong đá vôi còn có photphat tới 0,18% và thậm chí trong đá sa thạch lên tới 0,27%.

Thời gian chu kỳ

Tốc độ mà một phân tử phốt pho hoàn thành chu kỳ phụ thuộc vào loại chất chứa được xem xét. Ví dụ, ở vùng nước ven biển, một phân tử phốt pho có thể được huy động sau mỗi 9 tháng và trong trầm tích biển sâu thì có thể mất hơn 11.000 năm.

Các giai đoạn của chu trình phốt pho

Sự tái chế phốt pho lớn nhất xảy ra giữa các sinh vật sống và nước hoặc đất tùy thuộc vào loại hệ sinh thái. Nó trải qua ba giai đoạn, đó là:

- Địa chất học

Dự trữ phốt pho quan trọng nhất ở giai đoạn này của chu kỳ được tìm thấy trong trầm tích biển và đất. Nó cũng có trong đá phốt phát của lớp đất dưới lòng đất và trong phân của chim biển (phân chim).

Đá phốt phát được hình thành từ trầm tích biển, là loại đá trầm tích có chứa tới 30% phốt phát. Khi chúng ăn mòn, phốt phát sẽ trở thành một phần của đất.

Tương tự như vậy, xói mòn đất và đá kéo theo phốt phát vào các vùng nước và cuối cùng đến đại dương nơi chúng được các sinh vật biển hấp thụ. Mặt khác, một tỷ lệ tương đối thấp của phốt phát trong đất hòa tan trong nước và được cây hấp thụ.

- Thủy văn

Giai đoạn thủy văn của chu trình phốt pho duy trì sự trao đổi thường xuyên với đất liền và với các sinh vật sống trong thế giới thủy sinh. Lượng phốt pho lớn nhất được tìm thấy trong nước sâu dưới dạng phốt phát hòa tan.

Phốt pho có trong nước mặt được các sinh vật sống hấp thụ và do đó trở thành một phần của giai đoạn sinh học.

Vé

Người ta ước tính rằng khoảng 10 triệu tấn phốt pho đi vào các vùng nước hàng năm. Nó đi vào giai đoạn thủy văn kéo theo dòng nước, chủ yếu là dòng chảy từ nước mưa.

Bằng cách này, nó đến các con sông và từ đó đến các hồ và đại dương, cũng như một tỷ lệ nhỏ từ bụi khí quyển được lắng đọng trong các đại dương hoặc các vùng nước khác.

Vòng tuần hoàn

Phốt pho lưu thông trong các đại dương, đặc biệt là ở các lớp thấp hơn lạnh hơn, tuy nhiên ở các khu vực tầng cao, nó lên tới bề mặt. Nơi sinh sống là những vùng nước lạnh sâu dâng lên, mang theo phốt phát và các chất dinh dưỡng khác.

Ở những khu vực này, nguồn phốt phát dồi dào, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của thực vật phù du, thu hút một số lượng lớn cá kiếm ăn.

Khởi hành

Vì phốt pho không tạo thành các hợp chất dễ bay hơi (khí) trong đại dương nên nó không thể trao đổi trực tiếp với khí quyển. Do đó, các lối thoát duy nhất từ ​​giai đoạn thủy văn là hình thành đá hoặc đánh bắt cá (do chim biển hoặc hành động của con người).

Trong trường hợp đầu tiên, phốt pho hòa tan trong biển hoặc từ phân hoặc xác chết của sinh vật, được lắng đọng dưới đáy biển. Theo thời gian, những lớp trầm tích này được bao phủ bởi các lớp khác và cố kết lại thành đá phốt phát, sau này sẽ lộ ra bề mặt trái đất.

Về phần mình, chim biển tiêu thụ cá và mang phốt pho vào đất liền qua phân của chúng (phân chim) hoặc bằng cách chết. Trong khi con người khai thác một lượng lớn phốt pho từ đại dương thông qua đánh bắt cá vì xương của cá bao gồm 35% nguyên tố này.

- Sinh học

Một khi phốt pho đi vào chuỗi dinh dưỡng hoặc chuỗi thức ăn, nó là một phần của giai đoạn sinh học của chu trình phốt pho. Điều này bắt đầu khi phốt phát được thực vật hoặc thực vật phù du hấp thụ, tạo thành protein và các phân tử quan trọng khác.

Sau đó, phốt pho lưu thông khi thực vật và thực vật phù du bị động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt tiêu thụ. Sau đó, nó di chuyển qua đường bài tiết và theo sự phân hủy xác của các sinh vật chết bởi vi khuẩn và nấm.

Mặc dù lượng phốt pho trong giai đoạn sinh học tương đối thấp, nhưng nó đóng một vai trò cơ bản. Như vậy, khoảng 80% tổng lượng phốt pho trong cơ thể của một sinh vật được tạo thành từ hydroxyapatite (Ca5 (PO4) 3 OH).

Khoáng chất này chiếm khoảng 70% xương của động vật có xương sống và men răng cũng được tạo thành từ một tỷ lệ cao của khoáng chất photphat này.

Khởi hành

Từ giai đoạn này, phốt pho tiếp tục chu kỳ của nó đối với các giai đoạn thủy văn và địa chất, thông qua cái chết của các sinh vật hoặc phân của chúng. Tương tự như vậy, con người can thiệp vào chu trình phốt pho, chiết xuất nó từ đất và biển để sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp hoặc làm phân bón.

Guano

Một nguồn phốt pho quan trọng từ giai đoạn sinh học là phân của chim biển, được gọi là phân chim, chứa khoảng 4% phốt phát.

Sự tích Guano. Nguồn: Alex Proimos từ Sydney, Úc / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Các loài chim biển ăn cá tạo thành những đàn lớn ven biển và chất thải của chúng tích tụ với số lượng rất lớn trong môi trường sống của chúng. Những loại phân này đặc biệt giàu phốt phát và đã được con người sử dụng làm phân bón.

Thay đổi

Sự thay đổi cơ bản của chu trình photpho là sự gia tốc của nó do hoạt động của con người. Phốt phát là một trong những chất ô nhiễm chính trong nước thải, gây ra những thay đổi trong chu trình phốt pho bằng cách kết hợp thêm một lượng vào hệ sinh thái.

Sự phú dưỡng

Phốt phát được đưa vào nước thải do sử dụng chất tẩy rửa có kết hợp phốt phát trinatri. Những hợp chất này khi kết hợp với nước sẽ tạo thành phốt phát có thể đồng hóa được bởi các sinh vật sống.

Sự phú dưỡng. Nguồn: F. lamiot (tác phẩm riêng) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Khi một lượng lớn phốt phát có thể đồng hóa này đi vào, quần thể tảo và thực vật thủy sinh tăng lên đáng kể. Sự mất cân bằng sinh thái này làm tiêu hao lượng oxy hòa tan trong nước, gây ra cái chết của cá và các sinh vật khác.

Chất lượng nước

Việc dư thừa phốt phát trong nước ảnh hưởng đến chất lượng của nó đối với con người, do đó làm giảm nguồn nước ngọt.

Tầm quan trọng

Cần thiết cho cuộc sống

Phốt pho là một phần trung tâm của ATP (adenosine triphosphate), là phân tử mà qua đó năng lượng được lưu trữ và truyền trong tế bào. Mặt khác, DNA (axit deoxyribonucleic), là phân tử chịu trách nhiệm truyền thông tin di truyền, bao gồm một nhóm phốt phát.

Chế độ ăn uống và sức khỏe

Phốt pho là một nguyên tố cần thiết cho sức khỏe, có tính chất phong phú thứ hai trong cơ thể. Nó cũng là thành phần cơ bản cấu tạo nên răng và xương, có liên quan mật thiết đến các vitamin nhóm B.

Ngoài ra, nó đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của thận, cơ bắp (bao gồm cả tim) và trong hệ thống thần kinh (tín hiệu thần kinh).

Nguyên liệu cho ngành công nghiệp

Trong công nghiệp, phốt phát được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như trong công nghiệp thực phẩm, chúng được sử dụng làm chất chống đông và chất ổn định. Phốt pho là thành phần quan trọng trong việc tạo ra diêm, pháo hoa và tín hiệu ánh sáng.

Tương tự, nó được sử dụng trong sản xuất hợp kim kim loại, dầu công nghiệp và như trisodium phosphate, nó được sử dụng trong chất tẩy rửa.

Phân bón

Phốt pho là một thành phần quan trọng trong phân bón và phân bón sử dụng trong nông nghiệp, đặc biệt hữu ích để gây ra sự ra hoa cho cây trồng. Việc sản xuất phân bón chiếm khoảng 90% nhu cầu về phốt phát.

Thuốc diệt côn trùng

Phốt phát hữu cơ ở dạng este axit photphoric và trong hầu hết các trường hợp có tác dụng gây độc thần kinh, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng để chế tạo thuốc trừ sâu.

Người giới thiệu

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Bộ bách khoa toàn thư về sinh thái và quản lý môi trường.
2. Margalef, R. (1974). Hệ sinh thái. Phiên bản Omega.
3. Miller, G. và TYLER, JR (1992). Sinh thái và Môi trường. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP và Warrett, GW (2006). Các nguyên tắc cơ bản của sinh thái học. Phiên bản thứ năm. Thomson.
5. Ruttenberg, KC (2003). Chu trình Phốt pho toàn cầu. Chuyên luận về Địa hóa học.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P và Fang, J. (2016). Phốt pho tích tụ mưng mủ hơn nitơ trên toàn cầu trong các hệ sinh thái nước ngọt dưới tác động của con người ”. Thư sinh thái.