دورة الفوسفور: الخصائص ، المراحل ، التعديلات ، الأهمية - مادة الاحياء - 2026

في دورة الفوسفور هي تخزين وتداول هذا العنصر من خلال الغلاف المائي، اليابسة، الكائنات الحية، والغلاف الجوي. إنها دورة كيميائية حيوية من النوع الرسوبي تحدث مرحلة تخزينها بشكل رئيسي في قاع البحر.

تبدأ الدورة بتعرض صخور الفوسفات للتآكل الذي تسببه المياه والرياح والكائنات الحية. عندما تتآكل الصخور ، فإنها تتكسر وتحمل الجزيئات التي تحمل الفوسفات ، والتي يتم دمجها في التربة أو التي يتم جرها إلى المسطحات المائية.

دورة الفوسفور الكاملة. المصدر: BonniemfIncorporates عمل بواسطة NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

يتم دمج الفوسفور الذي تمتصه النباتات على شكل فوسفات من خلال جذورها في جسمك ويستخدم في عملية التمثيل الغذائي. وهكذا ، فإنه ينتقل من المرحلة الجيولوجية للدورة إلى الطور البيولوجي حيث يدور من خلال الغذاء أو الشبكات الغذائية.

تبدأ هذه المرحلة عندما تأكل الحيوانات العاشبة النباتات وتحصل على الفوسفور منها. ينتقل هذا العنصر بعد ذلك إلى الحيوانات آكلة اللحوم التي تتغذى على العواشب وتعود إلى التربة من خلال البراز أو عندما تموت الكائنات الحية وتتحلل.

من ناحية أخرى ، يتم سحب الفوسفور على شكل فوسفات إلى البحيرات والمحيطات ، ويمر إلى مرحلته الهيدرولوجية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفوسفات المذاب في الماء ينتقل إلى المرحلة البيولوجية عندما تمتصه العوالق النباتية ويدخل في شبكات الغذاء البحرية.

بعد ذلك ، يتم إطلاق الفوسفور من خلال إفرازات أو تحلل الكائنات الحية ويتم دمجه مرة أخرى في المرحلة الهيدرولوجية. في هذه المرحلة ، يمكن أن تدور مع تيارات المحيط أو تستقر على رواسب قاع المحيط.

عندما يذهب الفسفور إلى قاع البحر ، تتراكم طبقات الرواسب وينتهي الأمر بالطبقات السفلية مدفونة في أعماق كبيرة. يتم هنا إنتاج ضغوط ودرجات حرارة عالية تشكل صخورًا جديدة غنية بالفوسفور والتي ستتعرض مرة أخرى لمواصلة الدورة.

يمكن تغيير هذه الدورة من خلال النشاط البشري بسبب دمج كميات إضافية من الفوسفور تلوث البيئة التي تسبب التخثث.

مميزات

المباراة

هذا عنصر كيميائي غير معدني يمثله الرمز P وهو ليس نقيًا بطبيعته لأنه يتأكسد بسرعة. عندما تحدث هذه العملية ، فإنها تطلق طاقة حرارية وتنتج ضوءًا ، ولهذا أطلق عليها اسم الفوسفور ("حامل الضوء" باليونانية).

يوجد في الطبيعة في شكل جزيئات الفوسفور غير العضوية أو كجزء من الكائنات الحية.

دورتك

دورة الفسفور عبارة عن دورة كيميائية حيوية رسوبية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدورة الماء والكربون والكالسيوم والحديد والألمنيوم. يطلق عليها رسوبية لأن معظم احتياطياتها موجودة في الرواسب البحرية وفي صخور الفوسفات في قشرة الأرض.

معرض

يتم نقل صخور الفوسفات التي تتشكل في أعماق الأرض إلى سطح الأرض من خلال حركات الصفائح التكتونية. عندما يحدث هذا ، يتعرضون لعمل العوامل الفيزيائية مثل المطر والرياح ، وكذلك العوامل البيولوجية.

صخور الفوسفات. المصدر: ديفيد ستانلي من نانايمو ، كندا / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

هناك طريقة أخرى لإطلاق الفوسفور من مخازنه تحت الأرض من خلال النشاط البركاني ، الناجم أيضًا عن الحركات التكتونية.

التعرية

عندما تتعرض صخور الفوسفات للبيئة الخارجية على سطح الأرض ، تحدث عملية التآكل. وهكذا تتشقق الصخور وتتفتت بفعل الاختلافات في درجات الحرارة والأمطار والرياح وعمل الكائنات الحية ، ويصبح الفسفور جزءًا من التربة أو ينتقل إلى مواقع أخرى.

المواصلات

عامل التآكل الرئيسي هو الماء ، الذي ينقل الفوسفور إلى نقاط أخرى في الغلاف الصخري وأخيراً إلى المحيطات.

الامتصاص والإفراز البيولوجي

معظم الفسفور الموجود في التربة يكون في شكل غير قابل للذوبان وبالتالي لا يمكن للنباتات استخدامه. يلتصق هذا الفوسفور بجزيئات الطين والحديد وهيدروكسيدات الألومنيوم أو على شكل كالسيوم أو حديديك أو فوسفات آخر.

وبالتالي ، في هكتار واحد من التربة قد يكون هناك ما بين 2 و 10 أطنان من الفوسفور ، ولكن يمكن للنباتات استخدام 3 إلى 15 كجم فقط. ويتم امتصاص الفوسفور القابل للذوبان من خلال الجذور ويمر إلى جسم النبات حيث يتم استخدامه في مختلف عمليات التمثيل الغذائي.

يتم دمج الفوسفور في بنية النباتات ، مكونًا البروتينات ، ATP ، الحمض النووي والجزيئات الأخرى. وبالمثل ، عندما يذوب في مياه البحر ، تمتصه العوالق النباتية في المحيطات.

يصبح الفوسفور جزءًا من السلاسل الغذائية عندما تستهلك الحيوانات العاشبة النباتات والعوالق النباتية والحيوانات آكلة اللحوم. في وقت لاحق ، يتم إطلاقه من الكائنات الحية إما من خلال فضلاتها أو عندما تموت.

الترسيب والتراكم

يترسب الفوسفور في المحيطات في قاع البحر ، ليصبح جزءًا من الرواسب التي ستترسب في طبقات متتالية.

التحليق والتخزين

تتشكل الصخور عندما تتعرض الرواسب الموجودة في أعمق أجزاء قشرة الأرض لضغوط ودرجات حرارة عالية (تصغير). يحدث هذا لأن وزن الرواسب العلوية يتسبب في ضغط الطبقات السفلية.

تتماسك الجزيئات التي تتكون منها الصخور معًا بفضل تبلور الأكاسيد والسيليكا ومواد أخرى ، وهي عملية تُعرف باسم التماسك. وبهذه الطريقة تتشكل الصخور الرسوبية المزعومة ، ومن بينها الفوسفوريت الذي يحتوي على ما يصل إلى 20-30٪ من الفوسفات.

إذا تعرضت الصخور الرسوبية لعمليات درجة حرارة وضغط أعلى ، فإنها تذوب ، وتشكل جزءًا من الصخور المتحولة والبركانية (18٪). يوجد أيضًا فوسفات في صخور الحجر الجيري يصل إلى 0.18٪ وحتى في صخور الحجر الرملي تصل إلى 0.27٪.

دورة الزمن

تعتمد السرعة التي يكمل بها جزيء الفوسفور الدورة على نوع الخزان المعتبَر. على سبيل المثال ، في المياه الساحلية ، يمكن تعبئة جزيء الفوسفور كل 9 أشهر وفي الرواسب البحرية العميقة يمكن أن يستغرق أكثر من 11000 عام.

مراحل دورة الفوسفور

تحدث أكبر عملية إعادة تدوير للفوسفور بين الكائنات الحية والمياه أو التربة اعتمادًا على نوع النظام البيئي. يمر بثلاث مراحل وهي:

- جيولوجي

توجد أهم احتياطيات الفوسفور في هذه المرحلة من الدورة في الرواسب البحرية والتربة. كما أنه موجود في صخور الفوسفات في باطن الأرض وفي فضلات الطيور البحرية (ذرق الطائر).

تتكون صخور الفوسفات من الرواسب البحرية وهي صخور رسوبية تحتوي على ما يصل إلى 30٪ من الفوسفات. عندما تتآكل ، يصبح الفوسفات جزءًا من التربة.

وبنفس الطريقة ، يؤدي تآكل التربة والصخور إلى سحب الفوسفات إلى المسطحات المائية وينتهي به الأمر إلى الوصول إلى المحيط حيث تمتصه الكائنات البحرية. من ناحية أخرى ، فإن نسبة منخفضة نسبيًا من الفوسفات في التربة تذوب في الماء وتمتصها النباتات.

- الهيدرولوجية

تحافظ المرحلة الهيدرولوجية من دورة الفوسفور على تبادل دائم مع البر الرئيسي ومع الكائنات الحية التي تعيش في عالم الأحياء المائية. تم العثور على أكبر كمية من الفوسفور في مياه المحيطات العميقة على شكل فوسفات مذاب.

تمتص الكائنات الحية الفوسفور الموجود في المياه السطحية وبالتالي يصبح جزءًا من المرحلة البيولوجية.

تذاكر

تشير التقديرات إلى أن حوالي 10 ملايين طن من الفوسفور تدخل المسطحات المائية سنويًا. يدخل في المرحلة الهيدرولوجية التي تجرها التيارات المائية ، بشكل رئيسي عن طريق الجريان السطحي من مياه الأمطار.

وبهذه الطريقة تصل إلى الأنهار ومنها إلى البحيرات والمحيطات ، وكذلك نسبة ضئيلة من الغبار الجوي الذي يترسب في المحيطات أو المسطحات المائية الأخرى.

الدوران

يدور الفوسفور في المحيطات خاصة في الطبقات السفلية الباردة ، ولكنه يصل إلى السطح في مناطق ارتفاع المياه. Upwellings هي المناطق التي ترتفع فيها المياه العميقة الباردة ، وتحمل الفوسفات والمواد المغذية الأخرى.

في هذه المناطق ، يتوافر الفوسفات بكثرة ، مما يعزز نمو العوالق النباتية التي تجذب أعدادًا كبيرة من الأسماك التي تتغذى عليها.

المغادرين

نظرًا لأن الفسفور لا يشكل مركبات متطايرة (غازات) في المحيط ، فلا يمكن استبداله مباشرة مع الغلاف الجوي. لذلك ، فإن المخارج الوحيدة من المرحلة الهيدرولوجية هي التكوين الصخري أو الصيد (بواسطة الطيور البحرية أو العمل البشري)

في الحالة الأولى ، يتم ترسيب الفوسفور المذاب في البحر أو من فضلات أو جثث الكائنات الحية في قاع البحر. بمرور الوقت ، يتم تغطية هذه الرواسب بطبقات أخرى ويتم توحيدها كصخور فوسفاتية ستتعرض لاحقًا لسطح الأرض.

من جانبها ، تستهلك الطيور البحرية الأسماك وتحمل الفوسفور إلى الأرض من خلال فضلاتها (ذرق الطائر) أو عن طريق الموت. بينما يستخرج الإنسان كميات كبيرة من الفسفور من المحيطات عن طريق الصيد حيث أن عظام الأسماك تتكون من 35٪ من هذا العنصر.

- بيولوجي

بمجرد أن يدخل الفسفور في سلاسل التغذية أو سلاسل الغذاء ، فإنه يصبح جزءًا من المرحلة البيولوجية لدورة الفوسفور. يبدأ هذا عندما تمتص الفوسفات بواسطة النباتات أو العوالق النباتية ، وتشكل بروتينات وجزيئات حيوية أخرى.

ثم يدور الفوسفور عندما تستهلك الحيوانات العاشبة والنباتات والعوالق النباتية هذه الحيوانات آكلة اللحوم. ثم ينتقل من خلال الفضلات وعن طريق تحلل أجسام الكائنات الحية الميتة بواسطة البكتيريا والفطريات.

على الرغم من أن كمية الفوسفور في المرحلة البيولوجية منخفضة نسبيًا ، إلا أنها تلعب دورًا أساسيًا. وبالتالي ، فإن حوالي 80٪ من إجمالي الفوسفور في جسم الكائن الحي يتكون من هيدروكسيباتيت (Ca5 (PO4) 3 OH).

يشكل هذا المعدن حوالي 70٪ من عظام الفقاريات ويتكون مينا الأسنان أيضًا من نسبة عالية من معدن الفوسفات هذا.

المغادرين

من هذه المرحلة يواصل الفسفور دورته نحو المرحلتين الهيدرولوجية والجيولوجية ، من خلال موت الكائنات الحية أو فضلاتها. وبالمثل ، يتدخل الإنسان في دورة الفسفور ، ويستخرجه من البر والبحر لاستخدامه كمادة أولية صناعية أو كسماد.

ذرق الطائر

مصدر مهم للفوسفور من المرحلة البيولوجية هو إفرازات الطيور البحرية ، والتي تسمى ذرق الطائر ، والتي تحتوي على ما يقرب من 4 ٪ من الفوسفات.

تراكم ذرق الطائر. المصدر: Alex Proimos from Sydney، Australia / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

تشكل الطيور البحرية التي تأكل الأسماك مستعمرات ساحلية كبيرة وتتراكم فضلاتها بكميات هائلة في موائلها. هذه الفضلات غنية بالفوسفات بشكل خاص وقد استخدمها البشر كسماد.

التعديلات

التغيير الأساسي في دورة الفوسفور هو تسارعها بسبب النشاط البشري. الفوسفات هو أحد الملوثات الرئيسية في مياه الصرف الصحي ، مما يتسبب في حدوث تغييرات في دورة الفوسفور من خلال دمج كميات إضافية في النظم البيئية.

التخثث

يتم دمج الفوسفات في مياه الصرف الصحي بسبب استخدام المنظفات التي تحتوي على فوسفات ثلاثي الصوديوم. عندما تقترن هذه المركبات بالماء ، فإنها تشكل فوسفات يمكن للكائنات الحية استيعابها.

التخثث. المصدر: F. lamiot (عمل خاص) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

مع دخول كميات كبيرة من هذه الفوسفات القابلة للاستيعاب ، تزداد أعداد الطحالب والنباتات المائية بشكل كبير. يؤدي عدم التوازن البيئي هذا إلى استهلاك الأكسجين المذاب في الماء ، مما يتسبب في موت الأسماك والكائنات الحية الأخرى.

جودة المياه

يؤثر فائض الفوسفات في المياه على جودته للاستهلاك البشري ، وبالتالي يقلل من مصادر المياه العذبة.

أهمية

ضروري للحياة

الفوسفور هو جزء مركزي من ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) ، وهو الجزيء الذي يتم من خلاله تخزين الطاقة ونقلها في الخلايا. من ناحية أخرى ، فإن الحمض النووي (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) ، وهو الجزيء المسؤول عن نقل المعلومات الجينية ، يشمل مجموعة الفوسفات.

النظام الغذائي والصحة

الفوسفور عنصر أساسي للصحة ، مع مراعاة أنه العنصر الثاني في وفرة في الجسم. كما أنه مكون أساسي للأسنان والعظام ، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بفيتامينات ب المعقدة.

بالإضافة إلى ذلك ، يلعب دورًا مهمًا في عمل الكلى والعضلات (بما في ذلك القلب) والجهاز العصبي (الإشارات العصبية).

مادة خام للصناعة

في الصناعة ، يتم استخدام الفوسفات لأغراض مختلفة ، على سبيل المثال في صناعة الأغذية ، يتم استخدامها كعوامل مانعة للتكتل ومثبتات. الفوسفور عنصر أساسي في صنع المباريات والألعاب النارية والإشارات الضوئية.

وبالمثل ، يتم استخدامه في إنتاج السبائك المعدنية والزيوت الصناعية وكفوسفات ثلاثي الصوديوم يستخدم في المنظفات.

اسمدة

يعتبر الفوسفور مكونًا مهمًا في الأسمدة والأسمدة المستخدمة في الزراعة ، وهو مفيد بشكل خاص للحث على الإزهار في المحاصيل. إنتاج الأسمدة مسؤول عن حوالي 90٪ من الطلب على الفوسفات.

مبيدات حشرية

الفوسفات العضوي هو في شكل استرات حامض الفوسفوريك وفي معظم الحالات يكون لها تأثير عصبي ، وهذا هو سبب استخدامها في صنع المبيدات الحشرية.

المراجع

1. كالو ، ب. (محرر) (1998). موسوعة علم البيئة والإدارة البيئية.
2. مارغاليف ، ر. (1974). علم البيئة. إصدارات أوميغا.
3. ميلر ، جي وتايلر ، جي آر (1992). البيئة والبيئة. Grupo الافتتاحية Iberoamérica SA de CV
4. Odum ، EP and Warrett ، GW (2006). أساسيات علم البيئة. الطبعه الخامسة. طومسون.
5. روتنبرغ ، كيه سي (2003). دورة الفوسفور العالمية. رسالة في الجيوكيمياء.
6. يان ، زد ، هان ، دبليو ، بينويلاس ، جيه ، ساردان ، جيه ، إلسر ، جيه ، دو ، إي ، رايش ، بي وفانج ، ج. (2016). يتراكم الفوسفور أكثر من النيتروجين على مستوى العالم في النظم الإيكولوجية للمياه العذبة تحت تأثير الإنسان ". رسائل علم البيئة.