Ciclo del fosforo: schema

Il ciclo del fosforo è un ciclo sedimentario in quanto il comparto di riserva è costituito quasi esclusivamente da rocce fosfatiche. Quando queste riemergono per cause geologiche, il fosforo entra in circolazione per azione erosiva atmosferica o per solubilizzazione dei fosfati.

Il fosforo scoperto da Hennig Brand  intorno al 1669 è un elemento essenziale per tutte le forme di vita e si trova principalmente nelle formazioni rocciose e nei sedimenti oceanici. Costituisce, sotto forma di PO₄^3- e HPO₄^2- un nutriente essenziale per le piante e per gli animali. Fa parte del DNA e dell’RNA, delle molecole che forniscono energia come l’ATP, sotto forma di fosfolipide nella membrana cellulare ed è contenuto nelle ossa e nei denti.

Il fosforo entra nella biosfera quasi interamente dal terreno mediante assorbimento dalle radici delle piante; l’erosione delle rocce contenenti minerali del fosforo, principalmente l’apatite Ca₅(PO₄)₃X dove X è F, OH o Cl produce una quantità relativamente bassa di fosforo; abitualmente il fosforo di cui le piante hanno bisogno viene tratto dalla decomposizione di molecole organiche, molte delle quali derivanti dall’organicazione del fosfato ad opera di funghi e batteri.

La carenza di fosforo costituisce in fattore limitante per la crescita delle piante motivo per il quale è contenuto nei fertilizzanti. Il fosforo, stante la scarsa solubilità dei suoi sali è scarsamente disponibile per la crescita delle piante presenti negli ecosistemi marini.

Il fosforo organicato passa nella catena alimentare dagli organismi autotrofi a quelli eterotrofi e ritorna nel ciclo.

Al contrario degli altri cicli biogeochimici, il ciclo del fosforo in cui si ha il coinvolgimento del fosforo in reazioni e percorsi sia biochimici che geochimici non presenta una fase gassosa in quanto il fosforo e i suoi derivati non sono gassosi alle normali condizioni di temperatura e pressione. Infatti quasi tutto il fosforo nell’ambiente si trova in forma solida o acquosa. L’unica eccezione a questa regola è il composto volatile fosfina un gas incolore e velenoso formato nell’ambiente dalla decomposizione di fosfuri di metalli alcalini o alcalino-terrosi con acqua.

I microbi svolgono un ruolo cruciale nel ciclo del fosforo perché creano un collegamento tra le riserve di fosforo nell’ambiente vivente e non vivente.

Schema del ciclo del fosforo

Il ciclo del fosforo, schematizzato in figura:

trae origine dalle rocce.
La pioggia provoca la solubilizzazione di una piccola quantità di sali in esse contenute che dilavano verso il mare o nel suolo. Le piante traggono i fosfati dal suolo: quando gli erbivori mangiano le piante e i carnivori mangiano gli erbivori o le piante stesse i fosfati sono assorbiti dall’organismo e ritornano nel suolo dopo la decomposizione delle piante o la morte degli organismi.

Le attività umane hanno tuttavia alterato il ciclo del fosforo che è utilizzato nei detergenti, nei fertilizzanti e costituisce un prodotto delle attività umane oltre che prodotto di rifiuto industriale. L’accumulo di fosforo nei fiumi, nei laghi e nel mare provoca il cosiddetto fenomeno dell’eutrofizzazione che determina la proliferazione di alghe e microrganismi. L’aumento del consumo globale di ossigeno ne abbassa il tasso rendendo l’ambiente inadatto alla sopravvivenza di altre specie tra cui i pesci.

I passaggi chiave del ciclo del fosforo possono essere così sintetizzati:

Nel tempo, la pioggia e l’azione degli agenti atmosferici fanno sì che le rocce rilascino ioni fosfato e altri minerali. Questo fosfato inorganico viene poi distribuito nei terreni e nell’acqua.

Le piante assorbono il fosfato inorganico dal terreno. Le piante possono poi essere consumate dagli animali. Una volta nella pianta o nell’animale, il fosfato viene incorporato in molecole organiche come il DNA. Quando la pianta o l’animale muore, decade e il fosfato organico viene restituito al terreno.

Nel terreno, le forme organiche di fosfato possono essere rese disponibili alle piante dai batteri che scompongono la materia organica in forme inorganiche di fosforo. Questo processo è noto come mineralizzazione.

Il fosforo nel terreno può finire nei corsi d’acqua e infine negli oceani. Una volta lì, può essere incorporato nei sedimenti nel tempo.