27.10: The Phosphorus Cycle
27.10: Der Phosphor-Zyklus
Unlike carbon, water, and nitrogen, phosphorus is not present in the atmosphere as a gas. Instead, most phosphorus in the ecosystem exists as compounds, such as phosphate ions (PO43-), found in soil, water, sediment and rocks. Phosphorus is often a limiting nutrient (i.e., in short supply). Consequently, phosphorus is added to most agricultural fertilizers, which can cause environmental problems related to runoff in aquatic ecosystems.
Biological Phosphorus Cycle
Phosphorus is present in many important biological structures, such as DNA, cell membranes, bones and teeth. It is not present in the atmosphere in a gaseous form, but is found in minerals, sediment, volcanic ash, and aerosols. As rocks and sediment weather over time, they release inorganic phosphate, which gradually reaches soil and surface water. Plants absorb and incorporate these phosphates into organic molecules. Animals obtain and incorporate phosphates by consuming plants and other animals. When plants and animals die or excrete waste, organic phosphates return to the soil and are broken down by bacteria—in a process called phosphate mineralization—into inorganic forms that can again be used by plants.
Geochemical Phosphorus Cycle
Natural runoff can transport phosphates to rivers, lakes, and the ocean, where they can be ingested by aquatic organisms. When aquatic organisms die or excrete waste, phosphorus-containing compounds may sink to the ocean floor and eventually form sedimentary layers. Over thousands of years, geological uplift can return phosphorus-containing rocks from the ocean to land.
Human Impacts on the Phosphorus Cycle
Like nitrogen, phosphorus is often a limiting factor in plant growth in natural environments, which has led to the agricultural practice of adding phosphorus to fertilizers in order to increase crop yield. However, agricultural runoff from this practice can stimulate the rapid growth of aquatic producers, causing a variety of environmental problems.
Phosphor ist im Gegensatz zu Kohlenstoff, Wasser und Stickstoff nicht als Gas in der Atmosphäre vorhanden. Stattdessen kommt der meiste Phosphor im Ökosystem als Verbindungen vor. Es kommt zum Beispiel in Form von Phosphationen (PO43-) im Boden, Wasser, Sediment und Gestein gvor. Phosphor ist oft ein limitierender Nährstoff (d.h. knapp). Folglich wird Phosphor den meisten landwirtschaftlichen Düngemitteln zugesetzt, was zu Umweltproblemen im Zusammenhang mit dem Abfluss in aquatischen Ökosystemen führen kann.
Biologischer Phosphor-Zyklus
Der Phosphor ist in vielen wichtigen biologischen Strukturen wie DNA, Zellmembranen, Knochen und Zähnen vorhanden. In der Atmosphäre kommt er nicht in gasförmiger Form vor, sondern in Mineralien, Sedimenten, Vulkanasche und Aerosolen. Bei der Verwitterung von Gesteinen und Sedimenten setzen sie im Laufe der Zeit anorganisches Phosphat frei, das allmählich den Boden und das Oberflächenwasser erreicht. Pflanzen absorbieren diese Phosphate und bauen sie in ihre organischen Moleküle ein. Tiere erhalten und bauen Phosphate ein, indem sie Pflanzen und andere Tiere fressen. Wenn Pflanzen und Tiere sterben oder Abfälle ausscheiden, kehren die organischen Phosphate in den Boden zurück und werden von Bakterien in einem Prozess namens Phosphatmineralisierung in anorganische Formen zerlegt, die von den Pflanzen wieder genutzt werden können.
Geochemischer Phosphor-Zyklus
Natürliche Abflüsse können Phosphate in Flüsse, Seen und den Ozean transportieren, wo sie von Wasserorganismen aufgenommen werden können. Wenn Wasserorganismen sterben oder Abfälle ausscheiden, können phosphorhaltige Verbindungen auf den Meeresboden sinken und schließlich Sedimentschichten bilden. Im Laufe von Tausenden von Jahren kann durch geologische Hebung phosphorhaltiges Gestein aus dem Ozean an Land zurückkehren.
Menschliche Auswirkungen auf den Phosphor-Zyklus
Wie Stickstoff ist auch Phosphor oft ein limitierender Faktor für das Pflanzenwachstum in natürlichen Umgebungen, was dazu geführt hat, dass in der Landwirtschaft die Zugabe von Phosphor zu Düngemitteln zur Steigerung der Ernteerträge praktiziert wird. Der landwirtschaftliche Abfluss dieser Praxis kann jedoch das schnelle Wachstum von Wasserproduzenten stimulieren und eine Vielzahl von Umweltproblemen auslösen.
