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Phosphorkreislauf

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Phosphorkreislauf

Die Begriffe Phosphor und Phosphorkreislauf sind Dir vielleicht schon einmal im Bio- oder Chemieunterricht zu Ohren gekommen. Phosphor ist ein chemisches Element, welches in allen lebenden Zellen zu finden ist. Phosphor ist außerdem an Prozessen beteiligt, die der Energieproduktion und der Energiespeicherung (ATP) dienen.

Interessant zu wissen ist, dass Phosphor im Grunde nicht in der Atmosphäre zu finden ist, weil es sich dort nicht anreichert, wie es der Kohlenstoff tut.

Der Phosphorkreislauf einfach erklärt

Der Phosphorkreislauf oder auch Phosphatkreislauf beschreibt den Austausch sowie die Umwandlung von Phosphor und dessen Verbindungen mit der Umwelt. Die Atmosphäre ist an diesen Prozessen nicht beteiligt, deswegen spricht man auch von einem Ablagerungskreislauf.

Doch wie läuft das Ganze genau ab? Hier die Kurzform:

  • Phosphat gelangt von abgelösten Gesteinsschichten in den Boden und ins Wasser

  • Dort nehmen Pflanzen die löslichen Phosphate auf

  • Die Pflanzen wandeln das Phosphat in organische Phosphorverbindungen um

  • Tiere, die sich von den Pflanzen ernähren, nehmen diese Phosphorverbindungen auf

  • Sterben Tiere und/oder Pflanzen, wird die daraus entstehende Biomasse durch Bakterien (Destruenten) zersetzt und es entstehen wieder anorganische lösliche Phosphate

Phosphorkreislauf in der Biologie/Ökologie

Beim Phosphorkreislauf ist noch wichtig zu wissen, dass nicht Phosphor selbst verarbeitet wird, sondern natürlich in der Umwelt vorkommendes Phosphat. Am häufigsten kommt Phosphat in Bodenpartikeln vor. Von dort gelangt es durch Erosion (Abtragung von Gesteinsschichten) in den Boden oder auch in Gewässer, wie Flüsse und Seen etc.

Phosphor kommt auch noch in der gasförmigen Verbindung Phosphin vor. Das ist jedoch beim Phosphorkreislauf zu vernachlässigen, da der Phosphoranteil von dieser Verbindung, wenn überhaupt, nur einen extrem geringen Einfluss auf den Phosphorkreislauf nimmt.

Phosphor gelangt jedoch nicht nur auf natürlichem Weg in die Umwelt, sondern auch durch äußere – in diesem Fall vorwiegend durch anthropogene – Einflüsse.

Übrigens: Der Phosphorkreislauf gehört grundsätzlich zu den Stoffkreisläufen in Ökosystemen. An dieser Stelle könnten für Dich eventuell auch die Artikel zum Schwefelkreislauf oder zum Sauerstoffkreislauf interessant sein.

Anthropogene Einflüsse auf den Phosphorkreislauf

Anthropogene Einflüsse sind Einflüsse auf die Umwelt, die entweder direkt oder indirekt vom Menschen verursacht werden.

Der größte äußere Einfluss wird durch die Zugabe von Düngemitteln aus der Landwirtschaft oder auch aus dem privaten Gebrauch (z. B. Spül- oder Waschmittel) erreicht. Vor allem mineralischer Dünger enthält dabei vergleichsweise viel Phosphat, aber auch in organischer Gülle ist das Phosphat enthalten.

Vor allem in Gewässern zeigt sich eine erhöhte Menge an Phosphor relativ schnell, da diese direkt mit der Biomasse zusammenhängt. Viel Phosphat im See bedeutet nämlich, dass sich die Wasserpflanzen besonders gut vermehren können, da es viel Nahrung gibt und Phosphor gut für das Pflanzenwachstum ist. Das kann letzten Endes zum sogenannten „Umkippen“ des Sees führen – der Vorgang wird auch als Eutrophierung bezeichnet.

Willst Du genauer wissen, was es noch mal mit der Eutrophierung auf sich hat und welche Abläufe dabei wichtig sind? Dann schau einfach im gleichnamigen Artikel auf StudySmarter nach!

Phosphorkreislauf – Aufbau

Grundsätzlich sind die Phosphorkreisläufe in Seen und Böden ähnlich aufgebaut.

Die beiden vorgestellten Kreisläufe lassen sich außerdem miteinander verbinden. Ein Beispiel dafür wären Landlebewesen, die Fisch essen – dazu zählen auch Menschen. Diese sorgen dafür, dass Phosphat aus den Gewässern an Land transportiert wird. Zusätzlich kann das Phosphat vom Land durch Kot und Urin auch wieder in die Gewässer gelangen.

Phosphorkreislauf im See

Beim Phosphorkreislauf in einem See geht man erst einmal davon aus, dass das Phosphat auf „natürlichem“ Wege von außen in den See gespült wird. Das Phosphat ist in der Regel in Gesteinen vorhanden, die durch Verwitterung oder Erosion abgetragen werden. Dadurch gelangt das Phosphat als Phosphat-Ion in Gewässer.

Von dort wird das Phosphat von Wasserpflanzen oder Plankton direkt aufgenommen. Zu einer indirekten Aufnahme kommt es, wenn andere Tiere sich wiederum von den Pflanzen oder dem Plankton ernähren und so das Phosphat aufnehmen.

Übrigens: Das Prinzip der indirekten Aufnahme passiert auch, wenn Du Fisch isst. Da dieser Phosphat enthalten kann, der so auch in Deinen Körper gelangt.

Wenn die Tiere nun Kot absetzen oder die Pflanzen und Tiere sterben, setzt sich diese Masse als Sedimente auf dem Boden des Gewässers ab. Durch die selbstständige Zersetzung (Autolyse) mithilfe von Enzymen oder durch die Zersetzung durch Kleinstlebewesen und Bakterien (Destruenten) wird wieder Phosphat gewonnen und in den See abgegeben.

Unter normalen Umständen würde der Phosphorkreislauf auf diese Weise einfach immer weiter laufen. Das setzt jedoch voraus, dass keine allzu großen Mengen an Phosphat in das Gewässer gelangen. Passiert dies jedoch, ist das Gewässer nicht mehr in der Lage, sich selbst zu reinigen. Hier kommt die sogenannte Phosphatfalle ins Spiel.

Phosphatfalle

Von Phosphatfalle wird gesprochen, wenn Eisen und Phosphat sich in Form von Eisen(III)phosphat (FePO4) als sogenannter Sedimentschlamm auf dem Boden von Gewässern absetzen.

Die Phosphatfalle tritt auf, wenn eine zu große Menge Phosphat in das Gewässer gelangt. Das kann durch anthropogene Einflüsse, wie dem Hinzuführen von Düngemitteln oder Abwasser erfolgen. Denn durch zu viel Phosphat wird das ökologische Gleichgewicht durcheinander gebracht.

Im Grunde ist die Phosphatfalle ein chemischer „Trick“. Dabei wird das Phosphat durch Eisen aus dem Wasser herausgelöst. In tiefer gelegenen Wasserschichten bildet sich durch dreiwertiges Eisen und Phosphat das unlösliche Eisen(III)phosphat. Dies lagert sich am Boden des Gewässers ab.

Der Vorteil: Das Phosphat kann sich aus dieser Verbindung selbst nicht lösen und wird somit aus dem Nährstoffkreislauf entfernt.

Jetzt kann es passieren, dass durch zu viel Düngemittel der Nährstoffeintrag so signifikant steigt, dass es am Boden des Gewässers zum Sauerstoffmangel kommt. Dadurch wird das dreiwertige Eisen in zweiwertiges Eisen umgewandelt und das Phosphat wird wieder freigegeben. Ab diesem Punkt wird die Phosphatfalle also außer Kraft gesetzt.

Wirkt die Phosphatfalle nicht mehr, dann kann das zum Umkippen (Eutrophierung) des Sees/Gewässers führen.

Phosphorkreislauf im Boden

Der Phosphorkreislauf im Boden verläuft, wie bereits erwähnt, ähnlich zu dem in Gewässern. Auch hier wird das Phosphat durch Gestein mittels Erosion oder Verwitterung in den Boden transportiert. Von dort nehmen Pflanzen die Phosphat-Ionen auf und binden sie in organische Verbindungen ein. Das Gleiche gilt für an Land lebende Tiere, die das Phosphat über die Pflanzen aufnehmen.

Auch hier gelangt das Phosphat dann über das Absetzen von Kot und Urin oder dem Sterben von Tieren und Pflanzen in den Boden zurück. Dort zersetzen Kleinstlebewesen, Bakterien sowie Pilze (Destruenten) die abgestorbene Biomasse, wodurch wieder Phosphat entsteht.

Es gilt: Auch wenn z. B. eine Pflanze nie als Nahrung verwendet wird, gelangt das in ihr vorhandene Phosphat einmal wieder zurück in den Boden – spätestens wenn die Pflanze abstirbt.

Phosphorkreislauf – Das Wichtigste

  • Der Phosphorkreislauf beschreibt den Austausch sowie die Umwandlung von Phosphor und dessen Verbindungen mit der Umwelt.
  • Beim Phosphorkreislauf wird nicht Phosphor selbst verarbeitet, sondern natürlich in der Umwelt vorkommendes Phosphat. Das kommt am häufigsten in Bodenpartikeln vor und gelangt von dort durch Erosion oder Verwitterung in Böden und Gewässer.
  • Anthropogene (menschliche) Einflüsse auf den Phosphorkreislauf werden vor allem durch phosphathaltige Düngemittel ausgelöst. Negative Auswirkungen hat das hauptsächlich auf Gewässer, da zu viel Phosphat zum „Umkippen“ führen kann (Eutrophierung).
  • Von der Phosphatfalle wird gesprochen, wenn Eisen und Phosphat sich in Form von Eisen(III)phosphat (FePO4) als sogenannter Sedimentschlamm auf dem Boden von Gewässern absetzen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Phosphorkreislauf

Phosphat gelangt durch abgetragenes Gestein in den Boden und in Gewässer. Dort nehmen Pflanzen die löslichen Phosphate auf und wandeln sie in organische Phosphorverbindungen um. Tiere nehmen diese Verbindungen durch die Nahrung auf. Sterben Tiere und/oder Pflanzen, wird die daraus entstehende Biomasse durch Bakterien (Destruenten) zersetzt und es entstehen wieder anorganische lösliche Phosphate.

Der Phosphorkreislauf ist so wichtig, weil es ohne Phosphor kein Leben auf der Erde geben würde. Phosphor ist in Nukleinsäuren sowie im Speicherstoff ATP in allen Lebewesen zu finden. Außerdem ist Calciumphosphat bei Wirbeltieren ein wichtiger Teil der Knochensubstanz. 

Phosphor gelangt als Phosphat durch Gestein, welches durch Erosion oder Verwitterung abgetragen wird, in den Boden.

Bei der Phosphatfalle verbindet sich Eisen mit Phosphat zu Eisen(III)phosphat (FePO4) und setzt sich als Sedimentschlamm auf dem Boden von Gewässern ab. So kann das Phosphat in Gewässern vorübergehend aus dem Nährstoffkreislauf entfernt werden.

Finales Phosphorkreislauf Quiz

Frage

Was ist der Phophorkreislauf?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Phosphorkreislauf beschreibt den Austausch sowie die Umwandlung von Phosphor und dessen Verbindungen mit der Umwelt. 

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft der Phosphorkreislauf ab (grob)?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Phosphat gelangt von abgelösten Gesteinsschichten in den Boden und ins Wasser

  • Dort nehmen Pflanzen die löslichen Phosphate auf

  • Die Pflanzen wandeln das Phosphat in organische Phosphorverbindungen um 

  • Tiere, die sich von den Pflanzen ernähren, nehmen diese Phosphorverbindungen auf

  • Sterben Tiere und/oder Pflanzen, wird die daraus entstehende Biomasse durch Bakterien (Destruenten) zersetzt und es entstehen wieder anorganische lösliche Phosphate

Frage anzeigen

Frage

Was ist beim Phosphorkreislauf grundsätzlich zu bedenken?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Phosphorkreislauf ist wichtig zu wissen, dass nicht Phosphor selbst verarbeitet wird, sondern natürlich in der Umwelt vorkommendes Phosphat. 

Frage anzeigen

Frage

Wo in der Umwelt findet man Phosphat?

Antwort anzeigen

Antwort

Am häufigsten kommt Phosphat in Bodenpartikeln vor. 

Frage anzeigen

Frage

Wie gelangt Phosphat in Böden und Gewässer?

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphat ist vor allem in Gesteinsschichten zu finden. Von dort gelangt es durch Erosion (Abtragung von Gesteinsschichten) oder Verwitterung in den Boden oder in Gewässer. 

Frage anzeigen

Frage

Wie kann Phosphor noch in die Umwelt gelangen, außer auf dem natürlichen Weg?

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphor kann auch durch äußere – in diesem Fall vor allem durch anthropogene (menschliche) – Einflüsse in die Umwelt gebracht werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Beispiele für anthropogene Einflüsse.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Zugabe von Düngemitteln
  • Privater Gebrauch von z. B. Spül- oder Waschmittel
Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn einem Gewässer zu viel Phosphat hinzugefügt wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Zu viel Phosphat kann zum "Umkippen" des Gewässers führen. Dieser Vorgang wird auch als Eutrophierung bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Wie lassen sich die Phosphorkreisläufe in Gewässern und Böden miteinander verbinden?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Beispiel für eine Verbindung der Kreisläufe wären Landlebewesen, die Fisch essen – dazu zählen auch Menschen. Diese sorgen dafür, dass Phosphat aus den Gewässern an Land transportiert wird. Zusätzlich kann das Phosphat vom Land durch Kot und Urin auch wieder in die Gewässer gelangen. 

Frage anzeigen

Frage

Was passiert im Wasser, sobald das Phosphat dort angekommen ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserpflanzen oder Plankton nehmen die Phosphat-Ionen auf. Tiere, die sich wiederum von Algen und/oder Plankton ernähren, nehmen das Phosphat durch diese ebenfalls auf. 

Wenn die Tiere nun Kot absetzen oder die Pflanzen und Tiere sterben, setzt sich diese Masse als Sedimente auf dem Boden des Gewässers ab. Durch die selbstständige Zersetzung (Autolyse) mithilfe von Enzymen oder durch die Zersetzung durch Kleinstlebewesen und Bakterien (Destruenten) wird wieder Phosphat gewonnen und in das Gewässer abgegeben. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Phosphatfalle?

Antwort anzeigen

Antwort

Von Phosphatfalle wird gesprochen, wenn Eisen und Phosphat sich in Form von Eisen(III)phosphat (FePO4) als sogenannter Sedimentschlamm auf dem Boden von Gewässern absetzen. 

Frage anzeigen

Frage

Wann kommt die Phosphatfalle ins Spiel?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Phosphatfalle tritt auf, wenn eine zu große Menge Phosphat in das Gewässer gelangt. Das kann durch anthropogene Einflüsse, wie dem Hinzuführen von Düngemitteln oder Abwasser erfolgen. Denn durch zu viel Phosphat wird das ökologische Gleichgewicht durcheinander gebracht. 

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft die Phosphatfalle ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Im Grunde ist die Phosphatfalle ein chemischer "Trick". Dabei wird das Phosphat durch Eisen aus dem Wasser herausgelöst. In tiefer gelegenen Wasserschichten bildet sich durch dreiwertiges Eisen und Phosphat das unlösliche Eisen(III)phosphat. Dies lagert sich am Boden des Gewässers ab. 

Jetzt kann es passieren, dass durch zu viel Düngemittel der Nährstoffeintrag so stark steigt, dass es am Boden des Gewässers zum Sauerstoffmangel kommt. Dadurch wird das dreiwertige Eisen in zweiwertiges Eisen umgewandelt und das Phosphat wird wieder freigegeben. Ab diesem Punkt wird die Phosphatfalle also außer Kraft gesetzt.


Frage anzeigen

Frage

Was passiert an Land mit dem Phosphat, wenn es in den Boden gelangt ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Pflanzen nehmen aus dem Boden die Phosphat-Ionen auf und binden sie in organische Verbindungen ein. Das Gleiche gilt für an Land lebende Tiere, die das Phosphat über die Pflanzen aufnehmen.
Über das Absetzen von Kot und Urin oder dem Sterben von Tieren und Pflanzen gelangt das Phosphat in den Boden zurück. Dort zersetzen Kleinstlebewesen, Bakterien sowie Pilze (Destruenten) die abgestorbene Biomasse, wodurch wieder Phosphat entsteht. 

Frage anzeigen

Frage

Können Menschen durch das Essen von Fisch Phosphat aufnehmen?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja

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