Ciclo del fósforo: qué es, características, etapas, importancia
¿Qué es el ciclo del fósforo?
El ciclo del fósforo es el almacenamiento y circulación de este elemento a través de la hidrosfera, la litosfera, los organismos vivos y la atmósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico de tipo sedimentario cuya fase de almacenamiento ocurre principalmente en el lecho marino.
El ciclo se inicia con la exposición de las rocas fosfatadas a la acción erosiva del agua, el viento y los organismos vivos. La roca al desgastarse se fragmenta y arrastra a las partículas que llevan los fosfatos, los cuales se incorporan al suelo o son arrastrados a los cuerpos de agua.
El fósforo absorbido como fosfatos por las plantas a través de sus raíces, se integra a su cuerpo y se utiliza en el metabolismo. Así, el mismo pasa de la etapa geológica del ciclo a la fase biológica donde circula a través de las redes alimenticias o tróficas.
Características del ciclo del fósforo
El fósforo
Este es un elemento químico no metálico que se representa con el símbolo P y el cual no se encuentra puro en la naturaleza porque se oxida rápidamente. Cuando este proceso ocurre, libera energía calórica y produce luz, razón por la cual se le dio el nombre de fósforo (“portador de luz” en griego).
En la naturaleza se encuentra en forma de moléculas de fósforo inorgánico o como parte de los organismos vivos.
Su ciclo
El ciclo del fósforo es un ciclo biogeoquímico sedimentario muy relacionado con el ciclo del agua, del carbono, del calcio, del hierro y del aluminio. Se denomina sedimentario porque la mayor parte de sus reservas están en los sedimentos marinos y en las rocas fosfatadas de la corteza terrestre.
Exposición
Las rocas fosfatadas que se forman en las profundidades de la Tierra, son llevadas a la superficie terrestre por los movimientos de las placas tectónicas. Cuando esto ocurre, quedan expuestas a la acción de los agentes físicos como la lluvia y el viento, así como biológicos.
Otra forma de liberación del fósforo de su almacenamiento subterráneo es a través de la actividad volcánica, también causada por los movimientos tectónicos.
Erosión
Al quedar expuestas las rocas fosfatadas al ambiente externo en la superficie terrestre, ocurre el proceso de erosión. Así, la roca es agrietada y fragmentada por las diferencias de temperatura, la lluvia, el viento y la acción de los seres vivos, y el fósforo pasa a formar parte del suelo o se desplaza a otros sitios.
Transporte
El principal agente erosivo es el agua, la cual traslada el fósforo a otros puntos de la litosfera y finalmente hasta los océanos.
Absorción y liberación biológica
La mayor parte del fósforo en el suelo se encuentra en forma insoluble y por tanto no puede ser utilizado por las plantas. Ese fósforo esta adherido a las partículas de arcilla, hidróxidos de hierro y aluminio o en forma de fosfato cálcico, férrico u otros.
Así, en una hectárea de suelo pueden existir entre 2 y 10 toneladas de fósforo, pero las plantas solo pueden utilizar 3 a 15 Kg. El fósforo soluble se absorbe a través de las raíces y pasa al cuerpo de la planta donde es utilizado en diversos procesos metabólicos.
El fósforo se integra a la estructura de las plantas, formando proteínas, ATP, ADN y otras moléculas. De igual forma, cuando se disuelve en el agua marina es absorbido por el fitoplancton en los océanos.
El fósforo pasa a formar parte de las cadenas tróficas cuando las plantas y el fitoplancton son consumidos por los herbívoros y estos por carnívoros. Posteriormente, es liberado de los organismos vivos bien a través de sus excretas o cuando mueren.
Sedimentación y acumulación
El fósforo en los océanos se deposita en los fondos marinos pasando a formar parte del sedimento que se irá depositando en capas sucesivas.
Litificación y almacenamiento
Las rocas se forman cuando los sedimentos en las partes más profundas de la corteza terrestre son sometidos a altas presiones y temperaturas (litificación). Esto ocurre porque el peso de los sedimentos superiores hace que los inferiores se compacten.
Las partículas que forman las rocas se mantienen unidas gracias a la cristalización de óxidos, sílice y otras sustancias, proceso que se conoce como cementación. De esta manera, se forman las llamadas rocas sedimentarias entre las que se encuentra la fosforita que contiene hasta un 20-30% de fosfatos.
Si las rocas sedimentarias son sometidas a procesos de mayor temperatura y presión se disuelven formando parte de rocas metamórficas e ígneas (18%). También hay fosfatos en las rocas calizas hasta en un 0,18% e incluso en rocas de arenisca hasta en un 0,27%.
Duración del ciclo
La velocidad a la que una molécula de fósforo cumple el ciclo depende del tipo de reservorio que se considere. Por ejemplo, en las aguas costeras, una molécula de fósforo puede movilizarse cada 9 meses y en los sedimentos marinos profundos puede tardar más de 11.000 años.
Etapas del ciclo del fósforo
El mayor reciclaje del fósforo ocurre entre los organismos vivos y el agua o el suelo dependiendo del tipo de ecosistema. El mismo pasa por tres etapas, las cuales son:
1. Geológica
Las reservas más importantes de fósforo en esta etapa del ciclo se encuentran en los sedimentos marinos y el suelo. También está presente en las rocas fosfatadas del subsuelo y en los excrementos de aves marinas (guano).
A partir de los sedimentos marinos se forman las rocas fosfatadas, que son rocas sedimentarias que contienen hasta un 30% de fosfatos. Cuando las mismas se erosionan, los fosfatos pasen a formar parte del suelo.
De igual forma, la erosión del suelo y las rocas arrastra los fosfatos a los cuerpos de agua y terminan llegando al océano donde son absorbidos por los organismos marinos. Por otra parte, una proporción relativamente baja de los fosfatos del suelo se disuelven en agua y son absorbidos por las plantas.
2. Hidrológica
La etapa hidrológica del ciclo de fósforo mantiene un intercambio permanente con la tierra firme y con los organismos que habitan el mundo acuático. La mayor cantidad de fósforo se encuentra en las aguas oceánicas profundas como fosfato disuelto.
El fósforo presente en las aguas superficiales es absorbido por los organismos vivos y por tanto pasa a formar parte de la etapa biológica.
Entradas
Se estima que anualmente ingresan a los cuerpos de agua cerca de 10 millones de toneladas de fósforo. El mismo entra a la etapa hidrológica arrastrado por las corrientes de agua, principalmente por la escorrentía del agua de lluvia.
De esta forma llega a los ríos y de allí a los lagos y océanos, además de un pequeño porcentaje proveniente del polvo atmosférico que se deposita en los océanos u otros cuerpos de agua.
Circulación
El fósforo circula en los océanos sobre todo en las capas inferiores más frías, sin embargo en las zonas de surgencia llega hasta la superficie. Las surgencias son áreas donde las aguas frías profundas ascienden arrastrando los fosfatos y otros nutrientes.
En estas áreas la disponibilidad de fosfatos es abundante, lo cual favorece el desarrollo del fitoplancton que atrae a gran cantidad de peces que se alimenta de este.
Salidas
Como el fósforo no forma compuestos volátiles (gases) en el océano, no puede intercambiarse directamente con la atmósfera. Por tanto, las únicas salidas de la etapa hidrológica son la formación de rocas o la pesca (por aves marinas o acción del ser humano).
En el primer caso, el fósforo disuelto en el mar o proveniente de excretas o cuerpos muertos de seres vivos, se deposita en el fondo marino. Con el tiempo, estos sedimentos son cubiertos por otras capas y se consolidan como rocas fosfatadas que luego serán expuestas a la superficie terrestre.
Por su parte, las aves marinas consumen peces y llevan el fósforo a la tierra a través de sus excretas (guano) o al morir. Mientras que el ser humano extrae grandes cantidades de fósforo de los océanos a través de la pesca, ya que los huesos de los peces están compuestos en un 35% de este elemento.
3. Biológica
Una vez que el fósforo entra a las cadenas tróficas o cadenas alimentarias, forma parte de la etapa biológica del ciclo del fósforo. Esta se inicia cuando los fosfatos absorbidos por las plantas o por el fitoplancton, forman proteínas y otras moléculas vitales.
A continuación, el fósforo va circulando cuando las plantas y el fitoplancton son consumidos por herbívoros y estos por los carnívoros. Luego se mueve a través de las excretas y por la descomposición de los cuerpos de los organismos muertos por parte de bacterias y hongos.
Aunque la cantidad de fósforo en la etapa biológica es relativamente bajo, cumple un papel fundamental. Así, cerca del 80% del fósforo total del cuerpo de un ser vivo está formado por hidroxiapatita (Ca5(PO4)3 OH).
Este mineral constituye alrededor del 70% de los huesos de los vertebrados y el esmalte de los dientes también está formado por una alta proporción de este mineral fosfatado.
Salidas
De esta etapa, el fósforo sigue su ciclo hacia las etapas hidrológica y geológica, a través de la muerte de los organismos o de sus excretas. Asimismo, el ser humano interviene en el ciclo del fósforo extrayéndolo de la tierra y del mar para emplearlo como materia prima industrial o como fertilizante.
El guano
Una fuente importante de fósforo a partir de la etapa biológica son las excretas de las aves marinas, llamadas guano, que contiene aproximadamente 4% de fosfatos.
Las aves marinas que se alimentan de los peces, forman grandes colonias costeras y sus excretas se acumulan en enormes cantidades en sus hábitats. Estas excretas son especialmente ricas en fosfatos y han sido utilizadas por el ser humano como fertilizante.
Alteraciones
La alteración fundamental del ciclo del fósforo es su aceleración debido a la actividad humana. Los fosfatos son uno de los principales contaminantes en aguas residuales, provocando alteraciones del ciclo de fósforo al incorporar cantidades extras en los ecosistemas.
La eutrofización
Los fosfatos se incorporan en las aguas servidas debido al uso de detergentes que incorporan fosfato trisódico. Estos compuestos al combinarse con el agua, forman fosfatos asimilables por los seres vivos.
Al entrar grandes cantidades de estos fosfatos asimilables, las poblaciones de algas y plantas acuáticas aumentan considerablemente. Este desequilibrio ecológico termina consumiendo el oxígeno disuelto en el agua, provocando la muerte de peces y otros organismos.
Calidad del agua
El exceso de fosfatos en el agua afecta su calidad para consumo humano, disminuyendo así las fuentes de agua dulce.
Importancia del ciclo del fósforo
Esencial para la vida
El fósforo forma parte central del ATP (adenosin trifosfato), que es la molécula mediante la cual se almacena y transmite la energía en las células. Por otra parte, el ADN (ácido desoxirribonucleico), que es la molécula responsable de la transmisión de la información genética, incluye un grupo fosfato.
La dieta y la salud
El fósforo es un elemento esencial para la salud, tomando en cuenta que es el segundo en abundancia en el cuerpo. Asimismo, es un constituyente fundamental de los dientes y huesos, en estrecha relación con las vitaminas del complejo B.
Además, cumple un papel relevante en el funcionamiento de los riñones, músculos (incluido el corazón) y en el sistema nervioso (señales nerviosas).
Materia prima para la industria
En la industria los fosfatos son utilizados para diversos fines, por ejemplo en la industria alimentaria se emplean como antiaglutinantes y estabilizantes. El fósforo es un ingrediente fundamental en la fabricación de cerillas, fuegos artificiales y señales luminosas.
De igual forma, se utiliza en la elaboración de aleaciones metálicas, aceites industriales y como fosfato trisódico se emplea en los detergentes.
Fertilizantes
El fósforo es un importante componente en los fertilizantes y abonos empleados en la agricultura, especialmente útil para inducir la floración en los cultivos. La producción de fertilizantes es la responsable de cerca del 90% de la demanda de fosfatos.
Insecticidas
Los fosfatos orgánicos se encuentran en forma de ésteres de ácido fosfórico y en la mayoría de los casos tienen efecto neurotóxico, por lo que se emplean para elaborar insecticidas.