מחזור זרחן: מאפיינים, שלבים, שינויים, חשיבות - ביולוגיה - 2025

מחזור זרחן הוא אחסון והפצה של אלמנט זה דרך הידרוספירה, ליתוספירה, אורגניזמים חיים, ואת האווירה. זהו מחזור ביולוגי-כימי משקעי משקע האחסון שלו מתרחש בעיקר על קרקעית הים.

המחזור מתחיל בחשיפה של סלעי פוספט לפעולה המחיקה של מים, רוח ואורגניזמים חיים. כאשר הסלע לובש, הוא שברים ונושא את החלקיקים הנושאים את הפוספטים, המשולבים באדמה או נגררים לגופי מים.

מחזור זרחן מלא. מקור: BonniemfIncorporates עבודה של NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

זרחן הנספג כזרחן על ידי צמחים דרך שורשיהם משולב בגופך ומשמש בחילוף חומרים. כך, הוא עובר מהשלב הגיאולוגי של המחזור לשלב הביולוגי בו הוא מסתובב דרך מזון או רשתות גביע.

שלב זה מתחיל כאשר בעלי חיים עשבוניים צורכים צמחים ומקבלים מהם זרחן. לאחר מכן, אלמנט זה עובר לקרניבורים הניזונים מהעשבייה וחוזר לאדמה באמצעות צואה או כאשר האורגניזמים מתים ומתפרקים.

לעומת זאת זרחן בצורת פוספטים נשאב לאגמים ואוקיינוסים, ועובר לשלב ההידרולוגי שלו. בנוסף, פוספטים המומסים במים עוברים לשלב הביולוגי כאשר הם נספגים על ידי פיטופלנקטון ונכנסים לקורי מזון ימיים.

בהמשך, זרחן משתחרר באמצעות הפרשה או פירוק של יצורים חיים ומשולב שוב בשלב ההידרולוגי. בשלב זה הוא יכול להסתובב בזרמי אוקיינוס ​​או להתיישב על משקעי קרקעית האוקיאנוס.

כאשר הזרחן הולך לקרקעית הים, שכבות המשקעים מצטברות והשכבות התחתונות קבורות בעומקים גדולים. כאן נוצרים לחץ וטמפרטורות גבוהות היוצרים סלע חדש העשיר בזרחן שיחשף שוב כדי להמשיך את המחזור.

ניתן לשנות מחזור זה על ידי פעילות אנושית כתוצאה משילוב של כמויות נוספות של זרחן המזהמים את הסביבה הגורמות למחלת יתר.

מאפיינים

המשחק

זהו יסוד כימי לא מתכתי המיוצג על ידי הסמל P ואשר אינו טהור באופיו מכיוון שהוא מתחמצן במהירות. כאשר התהליך הזה מתרחש, הוא משחרר אנרגיית חום ומייצר אור, וזו הסיבה שניתנה לו שם הזרחן ("נשא אור" ביוונית).

בטבע הוא נמצא בצורה של מולקולות זרחן אורגניות או כחלק מאורגניזמים חיים.

המחזור שלך

מחזור הזרחן הוא מחזור ביוגיוכימי משקעי הקשור קשר הדוק למחזור המים, הפחמן, הסידן, הברזל והאלומיניום. זה נקרא משקע מכיוון שרוב השמורות שלו נמצאות במשקעים ימיים ובסלעי הפוספט של קרום כדור הארץ.

תַעֲרוּכָה

סלעי הפוספט הנוצרים במעמקי כדור הארץ, נישאים אל פני האדמה על ידי תנועות הלוחות הטקטוניים. כאשר זה קורה, הם נחשפים לפעולה של חומרים גופניים כמו גשם ורוח, כמו גם ביולוגיים.

סלע פוספט. מקור: דייוויד סטנלי מננאימו, קנדה / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

דרך נוספת לשחרר זרחן מהאחסון התת קרקעי שלה היא באמצעות פעילות געשית, הנגרמת גם כתוצאה מתנועות טקטוניות.

שְׁחִיקָה

כאשר סלעי פוספט נחשפים לסביבה החיצונית על פני כדור הארץ, מתרחש תהליך השחיקה. לפיכך, הסלע מפוצץ ומקוטע על ידי הבדלי טמפרטורה, גשם, רוח ופעולה של יצורים חיים, והזרחן הופך לחלק מהאדמה או עובר לאתרים אחרים.

תַחְבּוּרָה

החומר השוחק העיקרי הוא מים, המעבירים זרחן לנקודות אחרות בליטוספרה ולבסוף לאוקיאנוסים.

קליטה ושחרור ביולוגי

מרבית הזרחן באדמה הוא בצורה בלתי מסיסה ולכן לא ניתן להשתמש בהם על ידי צמחים. זרחן זה נדבק בחלקיקי טיט, הידרוקסיד ברזל ואלומיניום או בצורה של סידן, ברזלי או פוספט אחר.

כך, בהקטר אחד של אדמה יתכן שיש בין 2 ל -10 טונות של זרחן, אך צמחים יכולים להשתמש רק 3 עד 15 ק"ג. זרחן מסיס נספג דרך השורשים ועובר לגוף הצמח בו הוא משמש בכמה סוגים. תהליכים מטבוליים.

זרחן משולב במבנה של צמחים, ויוצר חלבונים, ATP, DNA ומולקולות אחרות. באופן דומה, כאשר הוא מתמוסס במי ים, הוא נספג על ידי פיטופלנקטון באוקיינוסים.

הזרחן הופך לחלק משרשראות הגביע כאשר צמחים ופיטופלנקטון נצרכים על ידי אוכלי עשב ואלה על ידי טורפים. מאוחר יותר הוא משתחרר מאורגניזמים חיים או דרך הפרשתם או כאשר הם מתים.

שקיעה והצטברות

זרחן באוקיינוסים מופקד על קרקעית הים, והופך לחלק מהמשקעים שיופקדו בשכבות רצופות.

ליטיטציה ואחסון

סלעים נוצרים כאשר משקעים בחלקים העמוקים ביותר של קרום כדור הארץ נתונים ללחצים וטמפרטורות גבוהות (ליטיפציה). מצב זה מתרחש מכיוון שמשקל המשקעים העליונים גורם לדחיסות התחתונות.

החלקיקים המרכיבים את הסלעים מוחזקים יחד הודות להתגבשות של תחמוצות, סיליקה וחומרים אחרים, תהליך המכונה צמנטציה. באופן זה נוצרים הסלעים המשקעים כביכול וביניהם זרחן המכיל עד 20-30% פוספטים.

אם סלעי משקע נתונים לתהליכים של טמפרטורה ולחץ גבוהים יותר, הם מתמוססים, ומהווים חלק מסלעים מטמורפיים ואגניים (18%). יש גם פוספטים בסלעי גיר עד 0.18% ואפילו בסלעי אבן חול עד 0.27%.

זמן מחזור

המהירות בה מולקולת זרחן משלימה את המחזור תלויה בסוג המאגר שנחשב. לדוגמה, במי החוף ניתן לגייס מולקולה זרחתית כל 9 חודשים ובמשקעים ימיים עמוקים זה יכול לקחת יותר מ 11,000 שנה.

שלבי מחזור הזרחן

המיחזור הגדול ביותר של זרחן מתרחש בין אורגניזמים חיים למים או אדמה, תלוי בסוג המערכת האקולוגית. הוא עובר שלושה שלבים, שהם:

- גיאולוגי

מאגרי הזרחן החשובים ביותר בשלב זה של המחזור נמצאים במשקעים ימיים ובאדמה. הוא קיים גם בסלעי הפוספטים של תת-הקרקע ובצואה של עופות ים (גואנו).

סלעי פוספט נוצרים משקעים ימיים, שהם סלעי משקע המכילים עד 30% פוספטים. כאשר הם נשחקים, הפוספטים הופכים לחלק מהאדמה.

באופן דומה, סחף אדמה וסלע גורר פוספטים לגופי מים ובסופו של דבר מגיעים לאוקיאנוס בו הם נקלטים על ידי אורגניזמים ימיים. לעומת זאת, שיעור נמוך יחסית של פוספטים באדמה מתמוסס במים ונספג על ידי צמחים.

- הידרולוגי

השלב ההידרולוגי של מחזור הזרחן שומר על חילופי קבע עם היבשת ועם האורגניזמים המאכלסים את עולם המים. הכמות הגדולה ביותר של זרחן נמצא במי האוקיינוס ​​העמוקים כזרחן מומס.

הזרחן הקיים במי השטח נספג על ידי אורגניזמים חיים ולכן הופך לחלק מהשלב הביולוגי.

כרטיסים

ההערכה היא שכ -10 מיליון טון זרחן נכנסים לגופי מים מדי שנה. הוא נכנס לשלב ההידרולוגי שנגרר על ידי זרמי מים, בעיקר על ידי נגר ממי הגשם.

באופן זה הוא מגיע לנהרות ומשם לאגמים ואוקיאנוסים, כמו גם לאחוז קטן מאבק אטמוספרי המופקד באוקיינוסים או בגופי מים אחרים.

מחזור

זרחן מסתובב באוקיינוסים ובמיוחד בשכבות התחתונות הקרות יותר, אולם באזורים עוטפים הוא מגיע לפני השטח. דיור מוגן הם אזורים שבהם מים קרים עמוקים עולים, הנושאים פוספטים וחומרים מזינים אחרים.

באזורים אלה זמינות הפוספטים בשפע, המעדיפה את התפתחות הפיטופלנקטון המושך אליו כמות גדולה של דגים הניזונים ממנו.

יציאות

מכיוון שזרחן אינו יוצר תרכובות נדיפות (גזים) בים, לא ניתן להחליף אותו ישירות עם האטמוספרה. לכן היציאות היחידות מהשלב ההידרולוגי הן היווצרות סלע או דיג (על ידי עופות ים או פעולה אנושית).

במקרה הראשון, הזרחן המומס בים או מהפרשות או גופות מתות של יצורים חיים, מופקד על קרקעית הים. עם הזמן משקעים אלה מכוסים על ידי שכבות אחרות ומתגבשים כסלעי פוספט אשר לאחר מכן ייחשפו לפני השטח של כדור הארץ.

עופות ים צורכים מצדם דגים ומובילים זרחן לארץ דרך הפרשתם (גואנו) או על ידי גסיסה. בעוד שהבן אנוש מוציא כמויות גדולות של זרחן מהאוקיינוסים דרך דיג שכן עצמות הדגים מורכבות מ- 35% מרכיב זה.

- ביולוגי

ברגע שזרחן נכנס לרשתות טרופיות או שרשראות מזון, זהו חלק מהשלב הביולוגי של מחזור הזרחן. זה מתחיל כאשר הפוספטים שנספגים על ידי צמחים או על ידי פיטופלנקטון, יוצרים חלבונים ומולקולות חיוניות אחרות.

לאחר מכן זורם הזרחן כאשר צמחים ופיטופלנקטון נצרכים על ידי אוכלי עשב ואלה על ידי טורפים. לאחר מכן הוא עובר דרך הפרשה ועל ידי פירוק גופם של אורגניזמים מתים על ידי חיידקים ופטריות.

למרות שכמות הזרחן בשלב הביולוגי נמוכה יחסית, היא ממלאת תפקיד מהותי. לפיכך, כ 80% מכלל הזרחן בגופו של יצור חי מורכב מהידרוקסיאפטיט (Ca5 (PO4) 3 OH).

מינרל זה מהווה כ 70% מעצמות החוליות ואמייל השיניים מורכב גם הוא משיעור גבוה של מינרל פוספט זה.

יציאות

משלב זה זרחן ממשיך במחזורו לעבר השלבים ההידרולוגיים והגיאולוגיים, דרך מותם של אורגניזמים או הפרשתם. באופן דומה, בני אדם מתערבים במחזור הזרחן, מחלצים אותו מהיבשה והים כדי להשתמש בו כחומר גלם תעשייתי או כדשן.

גואנו

מקור חשוב לזרחן מהשלב הביולוגי הוא הפרשת עופות ים, המכונים גואנו, המכיל כ -4% פוספטים.

הצטברות גואנו. מקור: אלכס פרימוס מסידני, אוסטרליה / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

עופות ים שאוכלים דגים יוצרים מושבות חוף גדולות והפרשתם מצטברת בכמויות אדירות בבתי הגידול שלהם. הפרשות אלה עשירות במיוחד בפוספטים והן שימשו על ידי בני אדם כדישון.

שינויים

השינוי הבסיסי במחזור הזרחן הוא האצתו עקב פעילות אנושית. פוספטים הם אחד המזהמים העיקריים בשפכים, וגורמים לשינויים במחזור הזרחן על ידי שילוב כמויות נוספות במערכות אקולוגיות.

אאוטרופיקציה

פוספטים משולבים בביוב עקב השימוש בחומרי ניקוי המשלבים טריזודיום פוספט. תרכובות אלה בשילוב עם מים, יוצרים פוספטים שניתן להטמעה על ידי יצורים חיים.

אאוטרופיקציה. מקור: F. lamiot (עבודה משלו) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

עם כניסה של כמויות גדולות של פוספטים הניתנים להטמעה, אוכלוסיות האצות והצמחים המימיים גדלות במידה ניכרת. חוסר איזון אקולוגי זה בסופו של דבר צורך את החמצן המומס במים, וגורם למותם של דגים ואורגניזמים אחרים.

איכות המים

עודף הפוספטים במים משפיע על איכותם לצריכה אנושית, ובכך מקטין את מקורות המים המתוקים.

חֲשִׁיבוּת

חיוני לכל החיים

זרחן הוא חלק מרכזי ב- ATP (אדנוזין טריפוספט), שהיא המולקולה דרכה נאגרת ומועברת אנרגיה בתאים. לעומת זאת, DNA (חומצה deoxyribonucleic), שהיא המולקולה האחראית להעברת מידע גנטי, כוללת קבוצת פוספטים.

תזונה ובריאות

זרחן הוא מרכיב חיוני לבריאות, כאשר לוקחים בחשבון שהוא השני בשפע בגוף. זהו גם מרכיב בסיסי בשיניים ועצמות, הקשור קשר הדוק לוויטמינים מורכבים B.

בנוסף, הוא ממלא תפקיד חשוב בתפקוד הכליות, השרירים (כולל הלב) ובמערכת העצבים (אותות עצבים).

חומר גלם לתעשייה

בתעשייה משמשים פוספטים למטרות שונות, למשל בתעשיית המזון הם משמשים כחומרי עישון ומייצבים. זרחן הוא מרכיב מרכזי בייצור גפרורים, זיקוקים ואותות אור.

באופן דומה, הוא משמש בייצור של סגסוגות מתכת, שמנים תעשייתיים וכטריוסודיום פוספט הוא משמש בדטרגנטים.

דשנים

זרחן הוא מרכיב חשוב בדשנים ובדשנים המשמשים בחקלאות, שימושי במיוחד כדי לגרום לפריחה בגידולים. ייצור הדשנים אחראי לכ -90% מהביקוש לפוספטים.

קוטלי חרקים

פוספטים אורגניים הם בצורת אסטרים של חומצה זרחתית וברוב המקרים הם בעלי השפעה נוירוטוקסית, וזו הסיבה שהם משמשים לייצור קוטלי חרקים.

הפניות

1. Calow, P. (Ed.) (1998). האנציקלופדיה של אקולוגיה וניהול סביבתי.
2. מרגאלף, ר '(1974). אֵקוֹלוֹגִיָה. מהדורות אומגה.
3. מילר, ג 'ו TYLER, JR (1992). אקולוגיה וסביבה. גרפו עורך Iberoamérica SA de CV
4. Odum, EP ו- Warrett, GW (2006). יסודות האקולוגיה. מהדורה חמישית. תומסון.
5. רוטנברג, KC (2003). מחזור הזרחן העולמי. מסה על גיאוכימיה.
6. Yan, Z., Han, W., Peñuelas, J., Sardans, J., Elser, J., Du, E., Reich, P and Fang, J. (2016). זרחן צובר נפט מאשר חנקן באופן גלובלי במערכות אקולוגיות של מים מתוקים תחת השפעות אנתרופוגניות ”. מכתבי אקולוגיה.