Ciclo del fósforo

¿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. Es un ciclo biogeoquímico de tipo sedimentario cuya fase de almacenamiento ocurre principalmente en el lecho marino.

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 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, 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

– No tiene fase gaseosa importante. A diferencia de otros ciclos (como el del carbono o el nitrógeno), el fósforo casi no circula en la atmósfera. Esto lo hace un ciclo más lento.

– Es un ciclo sedimentario. Ocurre principalmente en rocas, suelos y sedimentos marinos. El fósforo se libera por la meteorización de rocas fosfatadas.

– Flujo lento. El movimiento del fósforo puede tardar miles o millones de años, especialmente cuando queda atrapado en sedimentos oceánicos.

– Participa en procesos biológicos esenciales. Es fundamental para los seres vivos porque forma parte del ADN y ARN, del ATP (energía celular), y de fosfolípidos de las membranas celulares.

– Circula a través de la cadena alimentaria. Las plantas absorben fosfatos del suelo, los animales lo obtienen al alimentarse de ellas, y vuelve al suelo mediante excreción o descomposición de organismos.

– Puede perderse hacia los océanos. El fósforo es arrastrado por el agua (escorrentía) hacia ríos y mares, donde se deposita como sedimento.

– Influencia humana significativa. Las actividades humanas alteran el ciclo, por ejemplo, con el uso de fertilizantes fosfatados, detergentes o contaminación de aguas. Esto puede provocar eutrofización (exceso de nutrientes en cuerpos de agua).

– 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. Pasa por tres etapas:

• 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, rocas sedimentarias que contienen hasta un 30% de fosfatos. Cuando 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.
• 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. 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 alimentan 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.
• Biológica. Una vez que el fósforo entra a las cadenas tróficas o alimentarias, forma parte de la etapa biológica del ciclo. 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 bacterias y hongos. Aunque la cantidad de fósforo en la etapa biológica es relativamente baja, 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 del ciclo del fósforo

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 tienen 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 las fuentes de agua dulce.

Importancia del ciclo del fósforo

• Esencial para la vida. El fósforo forma parte central del ATP (adenosin trifosfato), molécula que almacena y transmite la energía en las células. Por otra parte, el ADN (ácido desoxirribonucleico), el 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. 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. 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.