thumb| |250x250piksel thumb|Rezervoari ciklusa fosfora Ciklus fosfora je biogeohemijski ciklus koji uključuje kretanje fosfora kroz litosferu, hidrosferu i biosferu. Za razliku od mnogih drugih biogeohemijskih ciklusa, atmosfera nema značajnu ulogu u kretanju fosfora, jer fosfor i materijali na bazi fosfora ne ulaze lako u plinovitu fazu, Kao glavni izvor plinovitog fosfora, fosfin proizvodi se samo u izolovanim i specifičnim uslovima. Stoga se ciklus fosfora prvenstveno ispituje proučavanjem kretanja ortofosfata (), oblika fosfora koji se najčešće viđa u okolišu, kroz kopnene i vodene ekosisteme.

Živim organizmima je za pravilno funkcionisanje potreban fosfor, vitalna komponenta DNK, RNK, ATP-a itd. Fosfor također ulazi u sastav fosfolipida, prisutnih u ćelijskim membranama. Biljke asimiliraju fosfor kao fosfat i ugrađuju ga u organske spojeve. Kod životinja, neorganski fosfor u obliku apatita () je također ključna komponenta kostiju, zuba (zubne cakline), i sl. Na kopnu, fosfor postepeno postaje manje dostupan biljkama tokom hiljada godina, jer se polhako gubi u površinskom oticanju. Niska koncentracija fosfora u tlu smanjuje rast biljaka i usporava rast mikroba u tlu, kao što je pokazano u studijama mikrobne biomase tla. Mikroorganizmi u tlu djeluju i kao ponori i kao izvori dostupnog fosfora u biogeohemijskom ciklusu. Kratkoročna transformacija fosfora je hemijska, biološka ili mikrobiološka. Međutim, u dugoročnom globalnom ciklusu, glavni prenos vođen je kretanjem tektonskih ploča tokom geološkog vremena i trošenjem stijena koje sadrže fosfate, kao što je apatit. Furthermore, phosphorus tends to be a limiting nutrient in aquatic ecosystems. Međutim, kako fosfor ulazi u vodene ekosisteme, postoji mogućnost da dovede do prekomjerne proizvodnje u obliku eutrofikacija, što se može dogoditi i u slatkovodnim i u slanovodnim okruženjima..

Ljudske aktivnosti su uzrokovale velike promjene u globalnom ciklusu fosfora, prvenstveno kroz rudarstvo i naknadnu transformaciju minerala fosfora za upotrebu u gnojivima i industrijskim proizvodima. Dio fosfora se također gubi kao otpadna voda kroz rudarske i industrijske procese.

Fosfor u okolišu thumb|upright=1.7| Ekološka funkcija Fosfor je esencijalni nutrijent za biljke i životinje. Fosfor je ograničavajući nutrijent za vodene organizme. Fosfor čini dijelove važnih molekula koje održavaju život i koje su vrlo česte u biosferi. Fosfor ulazi u atmosferu u vrlo malim količinama kada se prašina koja sadrži fosfor rastvara u kišnici i morskoj vodi, ali element uglavnom ostaje na kopnu i u mineralima stijena i tla. Fosfati koji se nalaze u gnojivima, kanalizaciji i deterdžentima mogu uzrokovati zagađenje jezera i potoka. Prekomjerno obogaćivanje fosfatom u slatkim i priobalnim morskim vodama može dovesti do masovnog cvjetanja algi. U slatkoj vodi, smrt i propadanje ovih cvjetanja dovodi do eutrofikacije. Primjer za to je Kanadsko eksperimentalno područje jezera.

Cvjetanje slatkovodnih algi uglavnom je uzrokovano viškom fosfora, dok se ono koje se odvija u slanoj vodi obično javlja kada se doda višak dušika. Međutim, moguće je da je eutrofikacija posljedica porasta sadržaja fosfora i u slatkovodnim i u slanovodnim okruženjima.

Fosfor se u prirodi najčešće javlja kao dio ortofosfatnog iona (PO4)3−, koji se sastoji od atoma P i 4 atoma kisika. Na kopnu se većina fosfora nalazi u stijenama i mineralima. Naslage bogate fosforom uglavnom su se formirale u okeanu ili iz gvana, a vremenom geološki procesi donose okeanske sedimente na kopno. Trošenje stijena i minerala oslobađa fosfor u rastvorljivom obliku, gdje ga apsorbuju biljke, a on se transformira u organske spojeve. Biljojedi zatim mogu konzumirati biljke, a fosfor se ili ugrađuje u njihova tkiva ili izlučuje. Nakon smrti, životinja ili biljka se raspada, a fosfor se vraća u tlo gdje ga se veliki dio transformiše u nerastvorljive spokeve. Oticanje može odnijeti mali dio fosfora nazad u okean. Općenito, s vremenom (hiljadama godina) tla postaju siromašna fosforom, što dovodi do nazadovanja ekosistema.

Glavni izvori u vodenim sistemima Postoje četiri glavna izvora fosfora u slatkovodnim ekosistemima: rastvoreni neorganski fosfor (DIP), rastvoreni organski fosfor (DOP), čestični neorganski fosfor (PIP) i čestični organski fosfor (POP). Rastvoreni materijal se definiše kao supstance koje prolaze kroz filter od 0,45 μm. DIP se uglavnom sastoji od ortofosfata () i polifosfata, dok se DOP sastoji od DNK i fosfoproteina. Čestice su supstance koje se zadržavaju na filteru od 0,45 μm i ne prolaze kroz njega. POP se sastoji i od živih i mrtvih organizama, dok se PIP uglavnom sastoji od hidroksiapatita, Ca5(PO4)3OH . Neorganski fosfor dolazi u obliku lako rastvorljivog ortofosfata. Čestice organskog fosfora se javljaju u suspenzijama u živim i mrtvim protoplazmama i nisu rastvorljive. Rastvoreni organski fosfor se dobija iz čestičnog organskog fosfora, izlučivanjem i razgradnjom i rastvorljiv je.

Biološka funkcija Primarni biološki značaj fosfata je kao komponenta nukleotida, koji služe kao skladište energije unutar ćelija (ATP) ili kada se povežu, formiraju nukleinske kiseline: DNK i RNK. Dvostruka spirala svake DNK moguća je samo zbog fosfatnog esterskog mosta koji veže spirala. Osim što stvara biomolekule, fosfor se nalazi i u sisarskim kostima i zubnpj caklini, čija čvrstoća potiče od kalcij-fosfata, u obliku hidroksiapatita. Također se nalazi u egzoskeletu insekata i fosfolipidima (nalaze se u svim biološkim membranama). Također djeluje kao puferski agens u održavanju ravnotežne kiselo-bazne homeostaze u ljudskom tijelu.

Kruženje fosfora

Fosfati se brzo kreću kroz biljke i životinje; međutim, procesi koji ih prenose kroz tlo ili okean su vrlo spori, što ciklus fosfora čini jednim od najsporijih biogeohemijskih ciklusa.

Globalni ciklus fosfora uključuje četiri glavna procesa: (1) tektonsko izdizanje i izlaganje stijena koje sadrže fosfor, kao što je apatit, površinskom trošenju; (2) fizička erozija i hemijsko i biološko trošenje stijena koje sadrže fosfor kako bi se tlu obezbijedio rastvoreni i čestični fosfor,jezera i rijeke; (3) riječni i podzemni transport fosfora do raznih jezera i oticanje u okean; (4) sedimentacija čestica fosfora (npr. fosfora povezanog s organskom tvari i oksidnim/karbonatnim mineralima) i na kraju zatrpavanje u morskim sedimentima (ovaj proces se može dogoditi i u jezerima i rijekama). U kopnenim sistemima, bioraspoloživi fosfor ('reaktivni fosfor') uglavnom potiče od trošenja stijena koje sadrže fosfor. Najzastupljeniji primarni mineral fosfora u kori je apatit, koji se može rastvoriti prirodnim kiselinama koje stvaraju mikrobi i gljive u tlu ili drugim hemijskim reakcijama trošenja i fizičkom erozijom. Rastvoreni fosfor je bioraspoloživ za kopnene organizme i biljke i vraća se u tlo nakon njihovog raspadanja. Zadržavanje fosfora od strane minerala u tlu (npr. adsorpcija na željezne i aluminijeve oksihidrokside u kiselim tlima i taloženje na kalcit u neutralnim do krečnjačkim tlima) obično se smatra najvažnijim procesom u kontroli kopnene bioraspoloživosti fosfora u mineralnom tlu. Ovaj proces može dovesti do niske koncentracije rastvorenog fosfora u zemljišnom rastvoru. Biljke i mikroorganizmi koriste različite fiziološke strategije za dobijanje fosfora iz ove niske koncentracije fosfora.

Fosfor iz tla se obično transportuje do rijeka i jezera, a zatim se može zakopati u jezerskim sedimentima ili transportovati u okean putem riječnog oticanja. Atmosfersko taloženje fosfora je još jedan važan izvor morskog fosfora za okean. U površinskoj morskoj vodi, rastvoreni neorganski fosfor, uglavnom ortofosfat (), asimilira fitoplankton i transformira ga u organske fosforne spojeve. Liza ćelija fitoplanktona oslobađa ćelijski rastvoreni neorganski i organski fosfor u okolnu sredinu. Neku od organskih fosfornih spojeva mogu se hidrolizovati enzimima koje sintetiziraju bakterije i fitoplankton, a potom asimilovati. Velika većina fosfora se remineralizira unutar vodenog stuba, a približno 1% povezanog fosfora koji se nosi u duboko more padajućim česticama, uklanja se iz okeanskog rezervoara, zakopavanjem u sedimentima. Niz dijagenetskih procesa djeluje na obogaćivanje koncentracija fosfora u poramima sedimenta, što rezultira značajnim bentoskim povratnim tokom fosfora u površinske pridnene vode. Ovi procesi uključuju: (1) mikrobno disanje organske materije u sedimentima, (2) mikrobnu redukciju i rastvaranje željeznih i manganovih (oksihidroksi)oksida s naknadnim oslobađanjem povezanog fosfora, koji povezuje ciklus fosfora sa ciklusom željeza, and (3) Abiotska redukcija željeznih (oksihidroksi)oksida pomoću vodik-sulfida i oslobađanje fosfora povezanog sa željezom.

Dodatno, (4) fosfat povezan sa kalcij-karbonatom i *(5) transformacija fosfora vezanog za željezo-oksid u vivianit imaju ključnu ulogu u zatrpavanju fosfora u morskim sedimentima. Ovi procesi su slični kruženju fosfora u jezerima i rijekama.

Iako je ortofosfat (), dominantna neorganska vrsta fosfora u prirodi, u oksidacijskom stanju +5, određeni mikroorganizmi mogu koristiti fosfonat i fosfit (oksidacijsko stanje +3) kao izvor fosfora oksidirajući ga u ortofosfat. Nedavno je brza proizvodnja i oslobađanje reduciranih spojeva fosfora pružila nove tragove o ulozi reduciranog fosfora kao nedostajuće karike u okeanskom fosforu..

Fosfatni minerali Raspoloživost fosfora u ekosistemu ograničena je brzinom njegovog oslobađanja tokom trošenja. Oslobađanje fosfora iz rastvaranja apatita ključna je kontrola produktivnosti ekosistema. Primarni mineral sa značajnim sadržajem fosfora, apatit [Ca5(PO4)3OH] podliježe karbonaciji.

Malo ovog oslobođenog fosfora apsorbira biota, jer uglavnom reagira s drugim mineralima tla. To dovodi do toga da fosfor postaje nedostupan organizmima u kasnijoj fazi trošenja i razvoja tla jer će se taložiti u stijene. Dostupan fosfor se nalazi u biogeohemijskom ciklusu u gornjem profilu tla, dok je fosfor koji se nalazi na nižim dubinama prvenstveno uključen u geohemijske reakcije sa sekundarnim mineralima. Rast biljaka ovisi o brzom usvajanju fosfora oslobođenog iz mrtve organske tvari od strane korijena u biohemijskom ciklusu. Fosfor je ograničen u zalihama za rast biljaka. Fosfati se brzo kreću kroz biljke i životinje; međutim, procesi koji ih prenose kroz tlo ili okean su vrlo spori, što ciklus fosfora čini jednim od najsporijih biogeohemijskih ciklusa. Organske kiseline niske molekularne težine (LMW) nalaze se u tlu. One potiču od aktivnosti različitih mikroorganizama u tlu ili se mogu izlučivati iz korijena živih biljaka. Nekoliko ovih organskih kiselina sposobno je formirati stabilne organometalne komplekse s različitim metalnim ionima, koji se nalaze u rastvorima tla. Kao rezultat toga, ovi procesi mogu dovesti do oslobađanja neorganskog fosfora povezanog s aluminijem, željezom i kalcijem u mineralima tla. Proizvodnja i oslobađanje oksalne kiseline od strane mikoriznih gljiva objašnjava njihovu važnost u održavanju i opskrbi biljaka fosforom. Dostupnost organskog fosfora za podršku rastu mikroba, biljaka i životinja zavisi od brzine njihove razgradnje kako bi se stvorio slobodni fosfat. Postoje različiti enzimi kao što su fosfataze, nukleaze i fitaza koji su uključeni u razgradnju. Neki od anabolićkih puteva u proučavanom okruženju su hidrolitske i fotolitske reakcije. Enzimska hidroliza organskog fosfora je bitan korak u biogeohemijskom ciklusu fosfora, uključujući ishranu biljaka i mikroorganizama fosforom i prenos organskog fosfora iz tla u vodene površine. Mnogi organizmi se oslanjaju na fosfor iz tla za svoju ishranu fosforom.

Pješčane oluje