Phosphor- und Schwefelkreisläufe

Die Phosphor- und Schwefelkreisläufe bewegen zwei essenzielle und umweltrelevante Elemente durch Gesteine, Gewässer, Böden und die Atmosphäre, wobei kontrastierende chemische Eigenschaften Ökosysteme prägen.

Definition

Der globale Kreislauf von Phosphor und Schwefel durch geologische, aquatische, terrestrische und, für Schwefel, atmosphärische Reservoire.

Scope

Dieses Thema behandelt den sedimentären Phosphorkreislauf, der durch Verwitterung und Ablagerung angetrieben wird, den redoxaktiven Schwefelkreislauf, der Sulfat, Sulfid und atmosphärische Schwefelverbindungen umfasst, sowie die Rolle beider Elemente als Nährstoffe und als Verursacher von Umweltverschmutzung und Versauerung.

Core questions

• Warum zirkuliert Phosphor ohne eine größere Gasphase?
• Wie strukturiert die Redoxchemie den Schwefelkreislauf?
• Wie wirken diese Elemente als Nährstoffe und als Schadstoffe?
• Wie haben Menschen die Phosphor- und Schwefelkreisläufe verändert?

Key theories

Sedimentärer versus redoxgetriebener Kreislauf

Phosphor folgt einem langsamen sedimentären Kreislauf aus Verwitterung, Aufnahme und Ablagerung ohne signifikante Gasphase, während Schwefel schnell durch Redoxumwandlungen und eine aktive atmosphärische Komponente zirkuliert.

Mechanisms

Phosphor wird durch Gesteinsverwitterung freigesetzt, von Organismen aufgenommen und letztendlich in Sedimenten abgelagert, wodurch die Produktivität oft begrenzt wird. Schwefel zirkuliert durch mikrobielle Oxidation und Reduktion zwischen Sulfat und Sulfid, flüchtige Emissionen von reduziertem Schwefel und atmosphärische Oxidation zu Sulfat, das durch Deposition zurückkehrt.

Clinical relevance

Phosphor ist ein wichtiger limitierender Nährstoff und ein Treiber der Eutrophierung sowie eine endliche Düngemittelressource, während die Schwefelchemie mit sauren Niederschlägen und über Sulfataerosole mit dem Klima in Verbindung steht.

History

Die Erkenntnis, dass Phosphor der häufigste limitierende Nährstoff ist und welche Rolle der mikrobielle Schwefelkreislauf in Sedimenten und der Atmosphäre spielt, entwickelte sich im Laufe der Biogeochemie des 20. Jahrhunderts, wobei später die Auswirkungen von Düngemitteln und Umweltverschmutzung stärker beachtet wurden.

Key figures

• William H. Schlesinger

Seminal works

• schlesinger2013
• vanLoon2017

Frequently asked questions

Warum gilt Phosphor als endliche Ressource?

Da es keinen gasförmigen Kreislauf gibt und sich Phosphor in Sedimenten anreichert, sind die leicht abbaubaren Phosphatgesteinsreserven, die für Düngemittel verwendet werden, begrenzt und werden nicht schnell erneuert.