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Ciclo del fósforo: qué es, cómo se produce, pasos, importancia y más

Ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo es la circulación que tiene este elemento en el planeta, pasando por los seres vivos y la materia. El  fósforo, junto con el carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, es uno de los cinco componentes básicos del ADN. Sin este elemento la vida en la Tierra no sería posible.

Además, el fósforo es un nutriente importante para las plantas y, por lo tanto, un componente importante del fertilizante artificial. Desde la invención del fertilizante artificial a principios del siglo XX, el rendimiento de la agricultura ha aumentado significativamente.

El crecimiento de la población mundial está relacionado con este aumento; sin el fertilizante de fósforo, el número cada vez mayor de personas no podría ser alimentado en el futuro. El bienestar y la aflicción de las generaciones futuras depende del recurso del fósforo.

¿Qué es el ciclo del fósforo?

El fósforo está presente en la naturaleza en forma de fosfatos o en forma orgánica. Los fosfatos de un ecosistema provienen de la meteorización de rocas que contienen fósforo (especialmente apatita) y desechos que contienen fósforo.

En particular, los reservorios ricos en fosfato son los depósitos de fosfato formados a partir de los restos de organismos y las rocas que contienen este mineral de origen magmático. Eel fosfato, por ejemplo, ingresa a la cadena alimenticia fitófaga después de ser absorbido por las plantas.

Ciclo del fósforo
Ciclo del fósforo

Una porción sustancial del fosfato se libera de los desechos por autolisis y está disponible nuevamente. Este corto circuito, donde no hay destructores son importantes, especialmente para las aguas. El fosfato, que todavía está unido a los residuos, es liberado por los organismos de la cadena alimentaria destructor-saprófagos, cerrando así el ciclo.

El fósforo, a diferencia del nitrógeno o el carbono, no puede acumularse en la atmósfera porque no hay compuestos de fósforo naturales gaseosos. Todo el transporte de fosfato se produce en solución acuosa o adsorbido en partículas.

Por lo tanto, el fosfato puede transportarse a los lagos y al mar y fijarse allí. Los seres humanos tienen una gran influencia al introducir fertilizantes que contienen fosfato, detergentes y otros productos que contienen fósforo en los ecosistemas. Parte del fosfato del mar pasa a través de la cadena alimenticia a las heces de las aves que comen peces y se deposita como guano en las costas marinas.

El elemento fósforo

El fósforo fue descubierto por primera vez por Hennig Brand, un alquimista alemán en 1669. En química, está representado por el símbolo ‘P’, tiene un número atómico 15 y una masa atómica 30.973762.

Hay dos tipos principales de alótropos elementales, fósforo rojo y blanco. Insoluble en agua, el fósforo blanco puro se funde a una temperatura de aproximadamente 44.15 ° C, mientras que su punto de ebullición se registra en 280.5 ° C.

En la naturaleza, es muy reactivo y se encuentra en diferentes formas minerales o como fosfatos en rocas inorgánicas.

El fósforo es un elemento mineral, crucial para el funcionamiento normal de los organismos vivos. Es un nutriente esencial para las plantas, requerido en gran cantidad para el crecimiento y desarrollo adecuados de cualquier vegetal.

Ciclo del fósforo
Elemento fósforo

Por lo tanto, se incluye en los nutrientes primarios para las plantas, junto con el nitrógeno y el potasio. Cuando se trata de su presencia en humanos (y animales), es un componente de energía (ATP), membrana celular, huesos y ácidos nucleicos (ARN y ADN). Después de convertirse en fosfato, es responsable de llevar a cabo una serie de procesos vitales en el cuerpo.

Al igual que otros elementos químicos biológicamente activos, se han realizado estudios detallados sobre el ciclo del fósforo. Como su nombre lo indica, este ciclo indica el movimiento de este mineral en el ecosistema.

Opera en un sistema cerrado, en el que este mineral se presenta en diferentes formas y se recicla nuevamente. Sin embargo, en el caso de la energía lumínica, funciona en un sistema abierto y se pierde dentro del ecosistema, en lugar de reciclarse.

¿Cómo se encuentra el fósforo en la naturaleza?

En los rangos de temperatura y presión prevalecientes, el fósforo se presenta en formas minerales líquidas o sólidas. Teniendo en cuenta esto, se encuentra naturalmente en el agua, las rocas, los sedimentos y el suelo.

El reciclaje de este elemento ocurre dentro de la hidrosfera, litosfera y biosfera. Para ser más precisos, el compartimento atmosférico del ecosistema es menos profundo en la regulación del ciclo, lo que no ocurre en otros ciclos biogeoquímicos, como el ciclo del carbono y el ciclo del nitrógeno.

Las plantas acuáticas absorben la forma inorgánica de este elemento del agua y la capa inferior del cuerpo de agua (en el caso de plantas enraizadas). Las plantas terrestres derivan este elemento del suelo y los fertilizantes que se aplican externamente.

Mientras que la absorción por las plantas, la forma inorgánica se convierte en formas orgánicas. Tanto las plantas acuáticas como las terrestres son consumidas por peces, aves y animales herbívoros, transfiriendo así la forma orgánica de este elemento a los consumidores en el siguiente nivel.

Ciclo del fósforo
El fósforo en la naturaleza

Los carnívoros reciben fósforo por el consumo de herbívoros. Cuando mueren plantas, peces, aves y otros animales, se depositan en cuerpos de agua y suelo. Bajo condiciones ambientales favorables, los organismos muertos se descomponen por bacterias y otros microbios, durante los cuales, la forma orgánica de este elemento se convierte nuevamente en forma inorgánica.

La forma inorgánica se recicla al agua y al suelo. Esto es retomado por las plantas de nuevo. Así, se repiten los mismos pasos del ciclo.

La importancia del ciclo del fósforo

El ciclo del fósforo difiere de los otros ciclos biogeoquímicos principales en que no incluye una fase gaseosa; aunque pequeñas cantidades de ácido fosfórico (H3PO4) pueden llegar a la atmósfera, contribuyendo, en algunos casos, a la lluvia ácida. Los ciclos de agua, carbono, nitrógeno y azufre incluyen al menos una fase en la que el elemento está en su estado gaseoso.

Muy poco fósforo circula en la atmósfera porque a las temperaturas y presiones normales de la Tierra, el fósforo y sus diversos compuestos no son gases. El mayor reservorio de fósforo se encuentra en roca sedimentaria.

Es en estas rocas es donde comienza el ciclo del fósforo. Cuando llueve, los fosfatos se eliminan de las rocas (a través de la intemperie ) y se distribuyen a lo largo de los suelos y el agua. Las plantas absorben los iones fosfato del suelo.

Los fosfatos luego se mueven de las plantas a los animales cuando los herbívoros comen plantas y los carnívoros comen plantas o herbívoros. Los fosfatos absorbidos por el tejido animal a través del consumo finalmente regresan al suelo a través de la excreción de orina y heces, así como de la descomposición final de plantas y animales después de la muerte.

Ciclo del fósforo
Pasos del Ciclo del fósforo

Si bien obviamente es beneficioso para muchos procesos biológicos, en aguas superficiales una concentración excesiva de fósforo se considera un contaminante. El fosfato estimula el crecimiento del plancton y las plantas, favoreciendo las especies de malezas sobre otras.

El crecimiento excesivo de estas plantas tiende a consumir grandes cantidades de oxígeno disuelto, lo que puede asfixiar a los peces y otros animales marinos, al mismo tiempo que bloquea la luz solar disponible para las especies que habitan el fondo. Esto se conoce como eutrofización.

El fósforo y el ciclo de la materia

El ciclo material describe en los ecosistemas el proceso repetitivo de la conversión cíclica de sustancias orgánicas e inorgánicas. Entre los ciclos más conocidos están el ciclo del carbono, nitrógeno y fósforo.

La causa de estos ciclos materiales es la interacción de los organismos individuales en el ecosistema respectivo. En general, tres organismos involucrados en el ciclo material pueden distinguirse entre productores, consumidores y descomponederos.

Productores

Los productores son la base de todo ecosistema. Su enorme producción de biomasa proporciona la base alimenticia esencial para los consumidores, y también es el comienzo o la unidad más pequeña de cada cadena alimentaria.

Los productores incluyen plantas en ecosistemas terrestres y fitoplancton en ecosistemas acuáticos. La característica esencial de ambos es la capacidad de autoalimentación. La luz del sol y las sales de nutrientes inorgánicos por sí solas son suficientes para que los productores crezcan sin depender de más alimentos.

Ciclo del fósforo
Fitoplancton

Consumidores

Los consumidores, a diferencia de los productores, son incapaces de generar energía para el crecimiento y la autoconservación solo a partir de la energía solar y las sales de nutrientes. Como los llamados heterótrofos, deben alimentarse de otros organismos al ingerir alimentos.

En general, los consumidores se pueden dividir en tres grupos principales:

  • Consumidores primarios: plantas -> herbívoros (por ejemplo, orugas)
  • Consumidores secundarios: otros consumidores -> carnívoros (por ejemplo, aves)
  • Consumidores terciarios: se alimentan en otros carnívoros -> carnívoros superiores (por ejemplo, zorros)

Descomponedores

Los productores están constantemente eliminando nutrientes a través de su crecimiento en el medio ambiente. Sin embargo, para prevenir la falta de nutrientes a largo plazo, los nutrientes inorgánicos absorbidos por los productores y consumidores deben regresar a su estado inicial utilizable.

Esta tarea llega a los descomponedores que convierten el material orgánico muerto en sales de nutrientes inorgánicos, lo que hace que los nutrientes estén disponibles y sirvan de nuevo para los productores.

Esta remineralización es un efecto secundario positivo para el ecosistema: ante todo, las bacterias y hongos que pertenecen al grupo de descomponedores son consumidores heterótrofos porque se alimentan de material orgánico muerto (hojas, cadáveres, excretas).

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Descomponedores

Pasos del ciclo de carbono

El ciclo del fósforo es un proceso lento, que implica varios pasos para que funcione. Los pasos principales son el desgaste, la absorción por plantas y animales, y el regreso al medio ambiente por medio de la descomposición.

Desgaste

Dado que la fuente principal de fósforo se encuentra en las rocas, el primer paso del ciclo del fósforo consiste en la extracción del fósforo de las rocas mediante la meteorización. Los eventos climáticos, como la lluvia y otras fuentes de erosión, hacen que el fósforo se introduzca en el suelo.

Absorción por plantas y animales

Una vez en el suelo, las plantas, los hongos y los microorganismos pueden absorber el fósforo y crecer. Además, el fósforo también se puede lavar en los sistemas de agua locales. Las plantas también pueden absorber directamente el fósforo del agua y crecer. Además de las plantas, los animales también obtienen fósforo de beber agua y comer plantas.

Regreso al medio ambiente a través de la descomposición

Cuando las plantas y los animales mueren, la descomposición provoca el retorno del fósforo al medio ambiente a través del agua o el suelo. Las plantas y los animales en estos ambientes pueden usar este fósforo, y el paso 2 del ciclo se repite.

Ciclo del fósforo
Pasos

El problema de la contaminación

Los seres humanos pueden alterar el ciclo del fósforo de muchas maneras, incluso en la tala de bosques tropicales húmedos y mediante el uso de fertilizantes agrícolas. Los ecosistemas de la selva tropical se apoyan principalmente a través del reciclaje de nutrientes, con poca o ninguna reserva de nutrientes en sus suelos.

A medida que el bosque se corta y se quema, los nutrientes originalmente almacenados en las plantas y las rocas son rápidamente arrastrados por las fuertes lluvias, lo que hace que la tierra se vuelva improductiva.

La escorrentía agrícola proporciona gran parte del fosfato que se encuentra en las vías fluviales. Los cultivos no pueden absorber todo el fertilizante en los suelos, causando un exceso de escorrentía de fertilizante y aumentando los niveles de fosfato en los ríos y otras masas de agua. En un momento dado, el uso de detergentes para ropa contribuyó a concentraciones significativas de fosfatos en ríos, lagos y arroyos

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Contaminación

Reservas limitadas de fósforo

Hay cuatro países que tienen alrededor del 80 por ciento de las reservas de roca fosfática del mundo: Marruecos, China, Jordania y Sudáfrica. Políticamente, China ahora controla el mercado de fosfato.

Los expertos creen que los depósitos podrían agotarse pronto. Hablan de una inminente crisis de fósforo que podría afectar a la humanidad más que el colapso del suministro de petróleo. Las estimaciones de vida útil de las minas varían entre 50 y 130 años.

A diferencia de otros elementos, los fosfatos tampoco pueden volar, por lo que no siempre se redistribuyen de forma natural. Por lo tanto, los investigadores han descubierto la planta de tratamiento de aguas residuales como una mina de materia prima.

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Reserva de fósforo

Se ha desarrollado un procedimiento para extraer nuevamente el fósforo de la planta de tratamiento de aguas residuales. El proceso se basa en la cristalización: el agua que contiene fósforo que se ha extraído del lodo de aguas residuales se recoge en un recipiente. Se vierte un polvo blanco (fase de hidrato de silicato de calcio). Luego se agita vigorosamente durante dos horas.

Cuando se drena el agua, queda barro gris. El material seco es rico en fosfato, todas las toxinas ambientales permanecen en las aguas residuales. El resultado: podría utilizarse de inmediato, como materia prima, como fertilizante en la agricultura. Alrededor del 40-50 por ciento del fosfato contenido en el agua residual se puede unir y reciclar con el proceso.