Ciclo del fósforo

El fósforo es uno de los elementos más raros de la Tierra, y su ciclo biogeoquímico toma miles de años. El fósforo se encuentra en todo el planeta —desde lugares como las cordilleras y sistemas montañosos de gran altitud hasta las profundidades del fondo marino—. 

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    Los seres humanos dependen del fósforo para diversos procesos fisiológicos fundamentales para el funcionamiento del cuerpo humano: sin el ciclo del fósforo, nuestra dieta carecería de nutrientes esenciales.

    ¿Qué es el ciclo del fósforo?

    El ciclo del fósforo es uno de los ciclos biogeoquímicos más lentos. Consiste en que el fósforo elemental se transfiere entre los componentes bióticos y abióticos de la Tierra; es decir, la litosfera, la biosfera y la hidrosfera.

    La meteorización de las rocas fosfáticas da lugar a la liberación de sales de fosfato en el suelo, que pueden ser absorbidas por las plantas y utilizadas por las células para fabricar moléculas vitales como el ADN, el ATP y los fosfolípidos.

    Todos los componentes y elementos de la Tierra se clasifican en uno de los cuatro subsistemas o esferas. Se trata de: la hidrosfera (capa de agua), la litosfera (suelo y corteza terrestre), la atmósfera y la biosfera (conjunto de seres vivos). Estas esferas dependen unas de otras para funcionar.

    Características del ciclo del fósforo

    Estos son algunos datos importantes sobre el ciclo del fósforo que debes conocer:

    • En comparación con los elementos de otros ciclos, el fósforo es extremadamente raro. Esto significa que la disponibilidad de moléculas que contienen fósforo es, a menudo, el factor limitante para el crecimiento de las plantas en algunos lugares.
    • El fósforo es raro, porque su reciclaje es extremadamente lento, ya que sus principales reservorios son las rocas fosfóricas y los sedimentos marinos. Esto implica que el fósforo pasa por: el proceso de meteorización química de las rocas, que tiene lugar a lo largo de muchos años; el proceso de levantamiento geológico de sedimentos marinos, que tiene lugar a lo largo de millones de años.
    • El fósforo es un elemento muy reactivo. Por tanto, suele reaccionar y formar otros compuestos, y no solo en su forma elemental.
    • En los seres vivos, el fósforo es un componente esencial de los nucleótidos, de los fosfolípidos y de la molécula de ATP (portadora de energía).

    Debido a que el fósforo, prácticamente, no existe en forma gaseosa, la atmósfera no interviene en su ciclo en ningún momento. Por tanto, la transferencia del fósforo elemental se limita a la litosfera, la biosfera y la hidrosfera.

    Siendo la litosfera la mayor reserva de fósforo, gran parte de este fósforo inorgánico no está disponible directamente para las plantas. Estas son algunas de las razones:

    • El pH del suelo influye en la cantidad de iones fosfato disponibles para las plantas. Por eso, el pH del suelo debe mantenerse dentro de un estrecho margen y, si es demasiado ácido o alcalino, el fósforo puede reaccionar con otras sustancias. Esto significa que no puede ser absorbido por las plantas.
    • El fosfato inorgánico suele adsorberse en las partículas del suelo, lo que lo hace inútil para la planta. El fósforo debe disolverse en agua para formar iones antes de que pueda ser absorbido por las plantas.
    • A menudo, la cantidad de fósforo presente en el suelo es escasa, ya que se trata de una sustancia finita. Por eso, los agricultores utilizan fertilizantes que contienen fósforo para mejorar las características del suelo.

    La mayoría de la gente sabe lo que significa absorber, pero no lo que significa adsorber. La sutil sustitución de la "d" por la "b" supone una gran diferencia:

    • Cuando una sustancia es absorbida por otra, lo llamamos absorción.
    • Por el contrario, cuando una sustancia se acumula en la superficie de otra, lo llamamos adsorción.

    Podemos decir que la absorción está relacionada con el volumen, mientras que la adsorción está relacionada con la superficie.

    Etapas del ciclo del fósforo

    El ciclo del fósforo es un sistema cerrado que se basa en la transferencia de fósforo entre los sedimentos, el suelo y el océano. La Figura 1 muestra las principales etapas que componen el ciclo del fósforo, en las que el grosor de las flechas indica la cantidad aproximada de fosfatos involucrados en cada etapa.

    La meteorización de la roca fosfórica

    La mayor parte del fósforo elemental se almacena en las rocas fosfáticas, por lo que la corteza terrestre es el mayor depósito o reservorio de fósforo. Con el tiempo, estas rocas se erosionan o desgastan (meteorización), al quedar expuestas al aire, lo que libera fosfato inorgánico (PO43-). El agua de lluvia transporta estas sales de fosfato a los suelos y los cuerpos de agua. La actividad volcánica y los meteoritos también pueden contribuir a liberar fósforo en el suelo.

    La absorción de fósforo por las plantas

    Una vez que el agua de lluvia ayuda a transportar el fósforo al suelo, las plantas absorben el ion fosfato; esto ocurre por medio de transporte activo, a través de la raíz, que lo incorpora a sus biomoléculas. Las especies de plantas acuáticas y algas absorben los iones fosfato de los sedimentos marinos.

    Transferencia de fosfato en la red alimentaria

    Al igual que con los ciclos del carbono y el nitrógeno, los consumidores herbívoros ingieren las plantas y absorben el fósforo que contienen los compuestos orgánicos de las estructuras vegetales. Posteriormente, incorporan el fósforo a sus propias moléculas de ADN, fosfolípidos y moléculas de ATP. Luego, los consumidores carnívoros ingieren estos animales y toman los compuestos con fósforo.

    Los descomponedores devuelven el fósforo al suelo

    Una vez que estas plantas y animales mueren, los descomponedores del suelo actúan sobre ellos. Estos descomponedores desintegran los restos de organismos vivos, así como sus desechos (orina y heces). Gracias a este proceso, liberan el fósforo, en forma de fosfato inorgánico que se recicla de nuevo en los sedimentos del agua y en el suelo.

    Dentro del océano, hay un subciclo de fósforo. Este ciclo implica el hundimiento continuo de detritus (materia muerta) en el fondo del océano, así como de fosfato lavado por la erosión del suelo —donde se acumula en los sedimentos—. Para volver al ciclo, el sedimento debe compactarse para formar roca que, eventualmente, puede surgir a la superficie a través del levantamiento geológico de los sedimentos marinos. Este proceso puede durar hasta 100.000 años.

    Ciclo del fósforo: Usos del fósforo

    El fósforo es importante para una serie de procesos metabólicos y bioquímicos en todos los seres vivos:

    • El fósforo, en forma de fosfato de calcio, es importante para la formación de huesos y dientes.
    • El fósforo es necesario para la formación de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
    • El almacenamiento y transferencia de energía dentro de un organismo requiere fósforo, ya que es un componente del ATP.
    • En la construcción de las membranas celulares, el fósforo es esencial para la síntesis de fosfolípidos.

    Además, el fósforo es utilizado a nivel industrial:

    • Para la fabricación de fertilizantes artificiales, cuyo uso adecuado es vital para la seguridad alimentaria mundial.
    • Para la fabricación de algunos detergentes.

    Importancia del ciclo del fósforo

    El mantenimiento del ciclo del fósforo es fundamental para la seguridad alimentaria, la fertilidad del suelo y el mantenimiento de los ecosistemas de los que dependemos:

    • Todos los seres vivos necesitan el fósforo para la construcción de membranas celulares y estructuras óseas, la utilización de energía y como componente del ADN.
    • Con la creciente demanda de fertilizantes que contienen fósforo, las rocas fosfáticas son ahora un recurso limitado. Por lo tanto, es esencial que se recicle la mayor cantidad posible de fósforo al medioambiente.
    • El fósforo suele existir en la naturaleza como un compuesto con nitrógeno y potasio. Por esto, los niveles de fósforo en el suelo también afectan la disponibilidad de estos nutrientes.
    • La descomposición constante de los compuestos que contienen fósforo contribuye a limpiar el medioambiente.
    • El ciclo del fósforo aumenta la fertilidad del suelo.
    • El fósforo circulante ayuda a mantener un entorno adecuado para todos los componentes vivos y no vivos del ecosistema.

    El impacto humano en el ciclo del fósforo

    Diversas actividades humanas están perturbando gravemente el ciclo del fósforo:

    • El empleo de fertilizantes artificiales tiene muchos efectos negativos en el medioambiente. La lixiviación (escorrentía o erosión de suelos) excesivamente ricos en nutrientes puede provocar un fenómeno llamado eutrofización en las fuentes de agua cercanas, lo que implica que parte de la fauna acuática se quede sin oxígeno y muera.
    • La exposición excesiva a estos fertilizantes sintéticos puede perjudicar el funcionamiento de los microorganismos del suelo.
    • La extracción de roca fosfórica es el método más destacado de adquisición industrial de fósforo para los fertilizantes. Una extracción excesiva puede conducir a una distribución desigual del fósforo entre las esferas terrestres y también puede perturbar el paisaje.

    La eutrofización es un proceso por el que los suelos que contienen un exceso de nutrientes se filtran a los cursos de agua cercanos. Esto provoca la proliferación de algas en la superficie de las aguas, ya que las poblaciones de productores aumentan rápidamente con la alta concentración de nutrientes. Esto repercute en los ecosistemas, puesto que los productores que se encuentran a mayor profundidad en el cuerpo de agua tienen una disponibilidad reducida de luz solar. Esto reduce la producción de oxígeno por organismos fotosintéticos y ocasiona la muerte de la fauna acuática.

    Ciclo del Fósforo - Puntos clave

    • El ciclo del fósforo es un proceso lento, que implica la circulación del fósforo entre la litosfera, la biosfera y la hidrosfera de la Tierra.
    • La extracción industrial de fosfatos y el uso excesivo de fertilizantes tienen un impacto negativo en el ciclo del fósforo porque lo distribuyen de forma desigual entre las esferas.
    • El fósforo es utilizado por todos los seres vivos para fabricar moléculas vitales como el ADN, el ATP y los fosfolípidos.
    • El fósforo es un elemento raro, o limitado, porque su reciclaje es extremadamente lento, ya que sus principales reservorios son las rocas fosfóricas (su meteorización química toma muchos años) y los sedimentos marinos (el levantamiento geológico toma millones de años).
    • La mayoría del fósforo que termina en los sedimentos marinos, no puede usarse por millones de años, por lo que su reciclaje queda fuera de la utilización humana.
    Preguntas frecuentes sobre Ciclo del fósforo

    ¿Cuáles son las etapas del ciclo del fósforo?

    Las etapas del ciclo del fósforo incluyen: 

    • Meteorización de la roca fosfórica. 
    • Absorción de fósforo inorgánico por las plantas y algas.
    • Transferencia de fosfato, a través de la red alimentaria (de productores a consumidores).
    • Los descomponedores devuelven el fósforo de la materia orgánica al suelo

    ¿Dónde se lleva a cabo el ciclo del fósforo?

    El ciclo del fósforo se lleva a cabo en todas partes del planeta —tanto en ecosistemas terrestres como acuáticos—, pero no incluye la atmósfera (el fósforo no existe en forma gaseosa). Sin embargo, los mayores reservorios o depósitos de fósforo son las rocas fosfóricas, donde permanece mucho tiempo sin ser liberado.

    ¿Cuál es la importancia del ciclo del fósforo?

    La importancia del ciclo del fósforo es que es un elemento raro o limitado y su reciclaje es vital para estar disponible para todos los seres vivos. El fósforo es utilizado para fabricar moléculas orgánicas vitales como el ADN, el ATP y los fosfolípidos. 

    ¿Cómo afecta el ciclo del fósforo al medio ambiente?

    El desbalance en el ciclo del fósforo afecta al medio ambiente, porque se acumula de forma excesiva en unas partes, mientras que se reduce su disponibilidad en otras. La escorrentía de suelos excesivamente ricos en nutrientes (especialmente fertilizantes fosfatados) puede provocar un eutrofización en las fuentes de agua cercanas. Esto provoca la reducción de oxígeno y la muerte de la fauna acuática.

    ¿Cuánto tiempo dura el ciclo del fósforo?

    El ciclo del fósforo es más lento en comparación con otros ciclos biogeoquímicos. Su principal reservorio son las rocas fosfóricas. Esto implica la meteorización química de rocas —que tiene lugar a lo largo de muchos años— para que el fósforo regrese al ciclo.

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