El fósforo.

El símbolo P es el que se utiliza para representar al Fósforo. El fósforo se halla ampliamente distribuido en la naturaleza y ocupa el lugar 11 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. No se da en estado puro, sino que se encuentra principalmente en forma de fosfato, como rocas fosfáticas y apatito. También se presenta en estado combinado en los suelos fértiles y en muchas aguas naturales. Los fosfatos son esenciales para los procesos biológicos.

El fósforo es un elemento que en la naturaleza no se encuentra en estado puro, sino en forma de fosfatos. Se encuentra normalmente disponible en los suelos; las plantas lo asimilan de allí y los animales herbívoros de las plantas; el retorno se produce por las excreciones y por la descomposición de la materia orgánica muerta. La disponibilidad de fósforo en el sistema suelo-planta-animal juega un papel fundamental en su productividad, dado que la deficiencia de este elemento en el suelo provoca una marcada reducción en el crecimiento y la calidad del forraje lo que repercute en la fisiología animal.

El CICLO DEL FÓSFORO: es un ejemplo de un ciclo sedimentario cuya principal área de almacenamiento del elemento se encuentra en la corteza terrestre. Otros elementos que presentan ciclos muy similares son el calcio, el hierro, el potasio, el manganeso, el sodio y el azufre. Algunos de estos elementos sólo existen en cantidades microscópicas dentro de los organismos vivientes, pero sin embargo son vitales para el crecimiento y el desarrollo normales. Por ejemplo no se pueden elaborar proteínas sin fósforo ni azufre.

Desde el punto de vista ecológico, el fósforo es uno de los minerales más importantes, pero es también uno de los que tienen mayores probabilidades de escasear En los buenos suelos agrícolas el fósforo está disponible en forma de iones de fosfato (P2O5). La falta de fósforo produce una disminución de la productividad de los vegetales y esto afecta, a su vez, a la vida animal. El fósforo proviene de las rocas fosfatadas que se desintegran y desgastan lentamente por la acción de las gotas de agua, los cristales de hielo, el viento, los rayos solares y las raíces de las plantas dejando en libertad el mineral que se convierte en una sal en solución, sea en el agua del suelo, sea en las extensiones de agua. Las plantas absorben el fósforo y otras sales minerales a través de sus raíces. De las plantas el fósforo pasa por varias cadenas alimentarias y vuelve generalmente al suelo o al agua a través de la acción de los desintegradores.

Los animales obtienen fósforo al alimentarse de las plantas o de otros animales que hayan ingerido. En la descomposición bacteriana de los cadáveres, el fósforo se libera en forma de ortofosfatos (H3PO4) que pueden ser utilizados directamente por los vegetales verdes, formando fosfato orgánico (biomasa vegetal), la lluvia puede transportar este fosfato a los mantos acuíferos o a los océanos.

Esta parte del ciclo es la fase de las soluciones de sales; la otra parte podría denominarse fase de las rocas. Los ríos acarrean las sales de fósforo hacia los mares. Algunas se depositan en los bajíos y se incorporan a las rocas sedimentarias que se forman en el curso de millones de años. A la larga, las rocas pasan a formar parte de nuevas masas de tierra, produciendo nuevas reservas de sales de fósforo a medida que se desgastan lentamente. El fósforo y muchos otros minerales se depositan en las rocas y se liberan de ellas en un proceso que se repite continuamente.

El fósforo es un elemento esencial para los seres vivos, ya que forma parte de la estructura de los ácidos nucleicos, y de las moléculas productoras de energía (ATP). Es un ejemplo de nutriente sólido que forma parte del suelo; se le encuentra en forma de fosfatos disueltos en agua, cuyo origen es la corteza terrestre. Las plantas absorben el fósforo del suelo y lo integran al ADN, ARN y ATP de todas sus células. La energía fundamental de los seres vivos, ya sean plantas o animales, es la denominada (ATP) fosfato de adenosina, cuya composición se basa principalmente en el fósforo y que se encuentra repartido a lo largo de todo el cuerpo, ya sea en la sangre, los músculos, los

nervios, e incluso en dientes y huesos. De esta forma podemos ver que el fósforo es un mineral imprescindible y esencial en nuestra dieta. Los animales lo obtienen al ingerir vegetales u otros animales. Los restos de animales y vegetarles muertos, así como los materiales de desecho, sufren la acción de bacterias fosfatizantes, las cuales liberan los fosfatos incorporándolos al suelo.

El agua arrastra a la mayoría de los fosfatos del suelo y los conduce a través de ríos, lagos y mantos freáticos hasta depositarlos en el mar. El fósforo también es consumido por la flora y la fauna acuáticas. Las aves marinas recuperan un poco del fosfato depositado en el mar al consumir productos acuáticos, pero la mayor parte de este elemento no vuelve al ciclo, por lo que prácticamente todo el fósforo que circula es el producto de nuevas aportaciones del sustrato geológico.

FUNCIONES DEL FÓSFORO EN EL ORGANISMO

El fósforo tiene una serie de funciones en los animales. Los compuestos fosfatados dan rigidez al hueso, lo que asegura la función del sistema músculo-esquelético. Semejante al Ca, el P es importante para la formación y la conservación de los huesos. Los cambios en la estructura y composición de los huesos que resultan de la privación de P son semejantes a los causados por la deficiencia de Ca. Sin embargo, el P se requiere para la formación de la matriz orgánica del hueso así como de la mineralización de la matriz. Además del tejido esquelético, el P está distribuido ampliamente en los líquidos del cuerpo y tejido blando, donde está íntimamente ligado con una gran variedad de reacciones bioquímicas (Ternouth, 1990). El fósforo es un componente del ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), que son esenciales para el crecimiento y diferenciación de las células. Como componente de los fosfolípidos, contribuye a la fluidez e integridad de la membrana celular (Soares, 1995); como fosfato, ayuda a mantener el equilibrio osmótico y el balance ácido-base. El fósforo juega un papel esencial en las funciones metabólicas del organismo, incluyendo la utilización y transferencia de energía AMP, ADP y ATP. El fósforo es importante en la glucogénesis, en el transporte de ácidos grasos, en la síntesis de aminoácidos y proteína y en la actividad de la bomba Na+/K+ (McDonald et al., 1995). Cualquier limitación en el suministro de P se reflejará en un deterioro generalizado de las funciones del cuerpo (McDowell, 1992).

El fósforo en el mundo vivo

El fósforo (P) es un elemento fundamental para todas las formas de vida en la

tierra, y forma parte tanto de los procesos metabólicos como de los esqueletos. Es

un elemento estructural en el ADN, en el ARN y en muchas enzimas (por ejemplo

ATP, ADP, AMP). Los fosfolípidos participan en la construcción de las membranas

de las células y en la médula de los huesos, los fosfágenos participan en la

contracción de los músculos y el ácido fosfoglicérido contribuye a la fotosíntesis.

Los huesos y dientes de vertebrados están constituidos por minerales de fósforo, y

algunos invertebrados construyen sus conchillas con fosfato (P2O5), aunque estos

organismos fueron más comunes en el pasado que en la actualidad, ya que la

mayor parte se encuentran extintos. El cuerpo humano necesita unos 650 g de

fósforo en promedio, mientras que algunos cultivos, bacterias y virus necesitan

contenidos relativos todavía más altos para su actividad normal.

Contenidos de Fosfato de organismos, suelos y sedimentos en % de P2O5

(%P * 2,2914 = % P2O5). De Trappe (1998 y trabajos citados allí)

El fósforo es el elemento número 11 en abundancia en la corteza terrestre, con un

promedio de 0,01 %. Se encuentra principalmente en la materia orgánica dispersa,

en los sedimentos y rocas sedimentarias, y como el mineral apatito de las rocas

magmáticas. El contenido de fósforo de la mayoría de las rocas sedimentarias es

más alto que en el promedio de la corteza.

El papel fundamental que juega el fósforo en todos los organismos vivos y su

relativa escasez hacen que se constituya en un elemento biolimitante, regulador

de la producción biológica que puede desarrollarse en un determinado ambiente.

Esta relación entre el fósforo y los organismos es la que define su importancia

como fertilizante en cultivos, y de allí la de los fosfatos y fosforitas como recursos

naturales.

El ciclo global del fósforo y los flujos de fósforo

El fósforo, como todos los elementos que constituyen la corteza, es

permanentemente reciclado, es decir se mueve de un lugar (o reservorio) a otro,

en forma de un flujo más o menos continuo.

Para comprender el desarrollo de los sistemas sedimentarios fosfáticos resulta

fundamental definir los mayores reservorios y flujos de fósforo en la biosfera. Es

importante tener en cuenta que estos son modelos generales que ignoran las

variaciones estacionales y los efectos climáticos y que los flujos pueden haber

variado mucho a lo largo de la historia del planeta.

Descarga de fósforo en los océanos actuales en 106 t/año (de Baturin, 1982):

Los mayores reservorios de fósforo en el ciclo natural de este elemento son los

océanos profundos, los sedimentos marinos someros y los suelos. Los mayores

flujos tienen lugar entre la superficie del océano y la biota oceánica, y entre los

suelos y la biota terrestre. En estas "biocuplas" se recicla prácticamente el 90%

del fósforo móvil. Como el fósforo es un elemento biófilo, tiene tiempos de

residencia relativamente breves en los ambientes con gran bio-producción.

Se entiende por tiempo de residencia el tiempo promedio que una molécula de P

permanece en un determinado reservorio, valor que se obtiene dividiendo el

volumen del reservorio por el flujo anual. Por ejemplo 0,75 años en las aguas

costeras, 8,8 años en la superficie del océano y 39 años en los suelos orgánicos.

Estos tiempos se incrementan a valores de 11.000 años en los sedimentos

marinos someros, en los cuales existen las tasas máximas de enterramiento.

El vulcanismo produce la "recarga" de fósforo al ciclo superficial, compensando la

salida que se produce por el enterramiento de sedimentos con fosfatos. Cuando

estos sedimentos ingresan en una zona de subducción y se funden, el fosfato

regresa a la superficie en forma de gases volcánicos y de minerales magmáticos.

Estos últimos, a su vez, se alteran y meteorizan cuando las rocas vuelven a la

superficie.

Debido al fenómeno de biocupla, el contenido de fósforo libre en la superficie del

océano es bajo, ya que los organismos consumen grandes cantidades de fósforo.

Por lo contrario, las aguas profundas son ricas en fósforo, porque la materia

orgánica que cae al fondo como producto de la muerte de los organismos supera

el consumo en ese lugar. En ciertos casos, la estratificación térmica o salina de las

aguas impide la mezcla con las aguas superficiales y por lo tanto permite el

almacenamiento de P.

Las zonas de surgencia (upwelling) son los puntos en los cuales las aguas

profundas del océano llegan a la superficie, principalmente a lo largo de las costas

occidentales de los continentes en latitudes bajas (por la circulación oceánica).

También puede existir una surgencia dinámica debido a intensas corrientes

producidas por la configuración de los continentes y por el relieve local del fondo.

En las zonas de surgencia la elevada cantidad de nutrientes produce gran

actividad biológica y por lo tanto gran cantidad de materia orgánica que se hunde

allí. Si el agua está estratificada se produce anoxia en el fondo por la consumición

del O, que no se renueva por mezcla con aguas superficiales. Los sedimentos de

fondo se enriquecen en P. El agua superficial también está enriquecida en P, con

respecto al agua normal del océano, en un factor de 10 a 20. También se verifica,

en general, que el contenido de P orgánico e inorgánico disuelto en el agua

superficial del océano se incrementa en las zonas costeras y polares.

La distribución de fosfatos en suelos es aún más variable. Puede alcanzar valores

de hasta un 20%, pero en la mayoría de los suelos hay unas pocas unidades

porcentuales.

Se conocen dos tipos principales de ciclos biogeoquímicos, porque implica la circulación de un compuesto de dos elementos, hidrógeno y oxígeno. En el tipo

gaseoso, la principal área de almacenamiento de un elemento es la atmósfera terrestre, donde existe en forma de gas. El carbono y el nitrógeno tienen un ciclo gaseoso. En tales ciclos, la abundancia o la distribución de sus elementos presenta pocos cambios o ninguno.

La corteza terrestre es la principal área de almacenamiento de los elementos del segundo tipo de ciclo, el ciclo sedimentario. El fósforo y el azufre tienen ciclos sedimentarios. En estos ciclos puede variar la abundancia y la distribución de un elemento, por ejemplo, cuando grandes cantidades de fósforo se depositan en el fondo del océano y permanecen allí durante millones de años.

Gran parte de la investigación ecológica apunta ahora al logro de un mejor entendimiento de los ciclos biogeoquímicos. La vida no puede existir sin energía solar; tampoco puede existir sin el ciclaje de elementos provenientes de la tierra, el agua y el aire.

El CICLO DEL FÓSFORO es un ejemplo de un ciclo sedimentario cuya principal área de almacenamiento del elemento se encuentra en la corteza terrestre. Otros elementos que presentan ciclos muy similares son el calcio, el hierro, el potasio, el manganeso, el sodio y el azufre. Algunos de estos elementos sólo existen en cantidades microscópicas dentro de los organismos vivientes, pero sin embargo son vitales para el crecimiento y el desarrollo normales. Por ejemplo no se pueden elaborar proteínas sin fósforo y azufre.

Desde el punto de vista ecológico, el fósforo es uno de los minerales más importantes, pero es también uno de los que tienen mayores probabilidades de escasear. La falta de fósforo produce una disminución de la productividad de los vegetales y esto afecta, a su vez, a la vida animal. El fósforo proviene de las rocas fosfatadas que se desintegran y desgastan lentamente por la acción de las gotas de agua, los cristales de hielo, el viento, los rayos solares y las raíces de las plantas dejando en libertad el mineral que se convierte en una sal en solución, sea en el agua del suelo, sea en las extensiones de agua. Las plantas absorben el fósforo y otras sales minerales a través de sus raíces. De las plantas el fósforo pasa por varias cadenas alimentarias y vuelve generalmente al suelo o al agua a través de la acción de los desintegradores.

Esta parte del ciclo es la fase de las soluciones de sales; la otra parte podría denominarse fase de las rocas. Los ríos acarrean las sales de fósforo hacia los mares. Algunas se depositan en los bajíos y se incorporan a las rocas sedimentarias que se forman en el curso de millones de años. A la larga, las rocas pasan a formar parte de nuevas masas de tierra, produciendo nuevas reservas de

sales de fósforo a medida que se desgastan lentamente. El fósforo y muchos otros minerales se depositan en las rocas y se liberan de ellas en un proceso que se repite continuamente.

Las corrientes marinas que ascienden desde las profundidades del océano llevan a la superficie cierta cantidad de fósforo, que es absorbido rápidamente por el fitoplancton y se desplaza a lo largo de las cadenas alimentarias oceánicas. Parte de este fósforo vuelve a la tierra a través de la pesca marina. Otra parte proviene del guano (deyecciones) de aves que se alimentan de peces, el cual es rico en fósforo y en nitrógeno. El guano es uno de los recursos naturales más importantes del Perú, gracias a las corrientes ascendentes próximas a la costa peruana que llevan el fósforo y otros nutrimentos hacia la superficie. Los nutrimentos son absorbidos por el fitoplancton, el cual sirve de alimento a diminutos crustáceos, que a su vez nutren a peces llamados anchoas, de los cuales se alimentan cuervos marinos denominados cormoranes. Estas aves anidan en grandes cantidades en las islas y sus deposiciones se recogen y se venden como ingrediente de fertilizantes.

La mayor parte del fósforo utilizado en los fertilizantes se extrae de rocas fosfatadas. Enormes cantidades de fósforo se hallan diseminadas sobre la tierra y muchas toneladas son llevadas por las aguas y se pierden en las profundidades del mar. Se calcula que cada año se pierden de este modo tres mil quinientos millones de toneladas de fósforo y el reciclaje natural proveniente de los mares no puede compensar esta pérdida. La reserva de rocas fosfatadas que se usan para la preparación de fertilizantes puede durar aún muchos años, pero no es ilimitada; llegará el día en que el hombre tendrá que encontrar un medio de recuperar el fósforo que se halla en las profundidades del océano.

Los seres humanos agregaron algunos materiales enteramente nuevos a los ciclos biogeoquímicos. Las plantas de energía nuclear y los ensayos de armas nucleares liberaron en la atmósfera elementos como el estroncio, el bario y el cesio. Algunos de estos elementos conservan su radiactividad durante miles de años. Entran en las cadenas alimentarias y llegan a formar parte de los animales y vegetales. A causa de su radiactividad pueden ser muy perjudiciales para los seres vivientes. Se desconocen aún los efectos de largo alcance de estos elementos radiactivos, pero son motivo de gran preocupación para los ecólogos y otros hombres de ciencia.

Uno de los elementos radiactivos más importantes que al ser liberado se incorpora a los ciclos biogeoquímicos es el estroncio-90. Es un subproducto común de las explosiones atómicas y parte de los residuos atómicos provenientes de las plantas de energía nuclear. Este elemento pierde lentamente su radiactividad. En la

naturaleza se comporta como el calcio y es absorbido rápidamente por las plantas a través de sus hojas y raíces. Cuando los seres humanos y otros vertebrados que ingieren junto con los alimentos se concentra en los huesos, del mismo modo que el calcio. En los huesos de los habitantes de América del Norte y de Europa se observa un pequeño, pero continuo, aumento de estroncio-90. Las concentraciones alcanzan su nivel máximo en los pueblos de k tundra, los esquimales y los japoneses.

Los ecólogos encontraron cantidades inusuales de otro elemento radiactivo, el cesio-137, en el cuerpo de algunos esquimales de Alaska y comprobaron que dichos esquimales comían mucha carne de caribú. Este animal se alimenta principalmente de líquenes que abundan en la tundra. Y los líquenes absorben el cesio-137 proveniente de alguna fuente lejana que se asienta fuera de la atmósfera. El cesio se concentra cada vez más a medida que se desplaza a lo largo de las cadenas alimentarias. Los ecólogos encontraron que en el caribú la concentración de cesio era tres veces mayor que en los líquenes. Los esquimales tenían una concentración de cesio dos veces mayor que el caribú.

El hombre pone en circulación en la naturaleza otras sustancias que se concentran cada vez más a medida que se mueven a lo largo de las cadenas alimentarias. Insecticidas como el DDT se desplazan a través de las cadenas alimentarias y los ciclos biogeoquímicos. Cuando se pulveriza (ya no se utiliza mas)  este persistente biocida (“exterminador biológico”), algunas de las partículas venenosas pueden ser llevadas a través de la atmósfera a centenares y miles de kilómetros de distancia. El DDT que se encuentra en la tierra también es arrastrado por la lluvia, como ocurre con los fertilizantes, y llega a formar parte de cadenas alimentarias existentes en el agua.

Hace varios años los ecólogos hallaron DDT en el cuerpo de pingüinos antárticos. El número de petreles de las islas Bermudas, una rara especie de ave marina, disminuya a causa del DDT. El petrel se alimenta en el mar y sólo visita las Bermudas para procrear. No obstante, se encontró DDT en huevos no incubados y en pichones muertos. La fuente más cercana del biocida era una zona agrícola de Estados Unidos, situada a mil kilómetros de distancia. Aparentemente, el DDT fue arrastrado por el agua de lluvia y llegó hasta los petreles a través de las cadenas alimentarias oceánicas.

El elemento mercurio es liberado a veces en el entorno como residuo de los incineradores, las fábricas de papel, las industrias químicas y la quema de combustible, y se desplaza después por el agua a través de las cadenas alimentarias. En 1970 se encontraron cantidades peligrosas de mercurio en los peces de muchos lagos norteamericanos.

Los ecólogos suelen poner pequeñas cantidades de materias radiactivas en la naturaleza con el fin de rastrearlas a lo largo de los ciclos y las cadenas alimentarias. Las liberaciones accidentales de sustancias como el estroncio-90, el DDT y el mercurio fueron gigantescos “experimentos de rastreo” similares, con resultados nocivos y potencialmente desastrosos.

El hombre continúa introduciendo en la naturaleza toda clase de nuevos compuestos químicos sin tener idea de cuánto duran las sustancias, adónde van o qué efectos tienen sobre los seres vivientes. Para empezar a responder a estos interrogantes, los ecólogos deben aprender mucho más acerca de los grandes ciclos del ecosistema mundial.

AMPLIACIÓN DEL TEMA...

El fósforo elemental se encuentra en estado natural en dos variedades: fósforo blanco, de aspecto vítreo, y fósforo rojo, que se presenta como un polvo de color rojizo. La diferencia entre sus moléculas se encuentra en su atomicidad: mientras el fósforo blanco presenta moléculas tetraatómicas (P4), el fósforo rojo tiene moléculas octoatómicas (P8). Las mayores reservas de fósforo se encuentran en el suelo y en las rocas sedimentarias, ya que en condiciones naturales el fósforo gaseoso no existe en cantidades significativas. De las rocas se libera en forma de fosfatos inorgánicos (P043-) y se disuelve en el agua o se recicla hacia la biosfera.

La cantidad de fósforo presente en los seres vivos es superior a la del medio ambiente (por ejemplo, dientes y esqueleto de los vertebrados). Los vegetales, por medio de las raíces, toman los fosfatos, y al igual que ocurre con el nitrógeno, los animales se abastecen de este elemento al alimentarse de plantas u otros animales.

El fósforo es un elemento limitativo para el desarrollo de todos los ecosistemas. Basta tener en cuenta los siguientes datos: en el agua de mar se encuentran trece mil átomos de carbono por cada átomo de fósforo; en los seres vivos hay un átomo de fósforo por cada cien átomos de carbono. Cabe reconocer que, al contrario de lo que sucede con el nitrógeno o el azufre, el ciclo del fósforo no está regulado por relaciones microbianas, y la casi totalidad deriva de la meteorización del fosfato cálcico mineral.