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Lexikon der Geographie: Phosphorkreislauf

Phosphorkreislauf, unterscheidet sich von den Flüssen der anderen Makroelemente C, H, O, N und S wesentlich dadurch, dass dem Luftpfad im globalen Rahmen nur sehr geringe Bedeutung zukommt. Obwohl mit 0,12 Gew.-% das 11. häufigste Element der Erdkruste, verweist schon das sog. Redfield-Verhältnis – es besagt, dass in lebender Substanz im Mittel auf 106 C-Atome 16 N- und 1 P-Atome entfallen – auf die vielfach produktionsbegrenzende Rolle des Phosphors. In Böden, Sedimenten und Gesteinen liegt er in über 200 unterschiedlichen anorganischen Verbindungen vor; in Form des Orthophosphats (PO 4 3-) ist er in mehr als 70 Mineralien meist an Ca, Fe, Al und Silicate gebunden. Im Tier- und Pflanzenreich findet sich Phosphor in anorganischen und vor allem organischen Bindungsformen wie Aminosäuren, Proteinen, Enzymen und Nukleinsäuren; Adenosintriphosphat (ATP) nimmt im Energiehaushalt der Zelle eine zentrale Stellung ein. Die Verfügbarkeit des Phosphors kann für Pflanzen sowohl in terrestrischen wie aquatischen Ökosystemen stark eingeschränkt sein. Abgesehen von tropischen Ferralsols sind anhaltende P-Mangelzustände jedoch weitgehend auf Binnengewässer beschränkt, wie das Redfield-Verhältnis eines typischen, unbelasteten kalkreichen Sees zeigt (106 C:28 N:0,0015 P). Hier bestimmt in der Regel die Nachlieferung von Phosphor aus dem Einzugsgebiet, zusammen mit dem P-Austausch zwischen Sediment und Wasserkörper, unmittelbar die Intensität der Primärproduktion (limnische Ökosysteme). Eine P-Überversorung hat allerdings, anders als in terrestrischen Ökosystemen oder beim Menschen, erhebliche negative Auswirkungen. Am bekanntesten sind Massenentwicklungen von Algen, die nach dem Absterben und Absinken zu intensiven sauerstoffzehrenden Abbauprozessen in tieferen Wasserschichten führen, die dann als Lebensraum für die meisten Tierarten ausscheiden. Zudem kommt es unter reduzierenden Bedingungen zur Bildung von Methan, Ammonium und Schwefelwasserstoff, die in höheren Konzentrationen toxisch wirken. In globaler Betrachtung ergibt sich das in der Abbildung 1 wiedergegebene Bild der Phosphorverteilung in Erdkruste, Pedo-, Bio- und Hydrosphäre und der resultierenden Flüsse; genauere quantitative Kennzeichnungen enthält die Abbildung 2 .

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Phosphorkreislauf 1: Phosphorkreislauf 1: Verteilung des Phosphors in der Umwelt und globale Phosphorflüsse.

Phosphorkreislauf 2: Phosphorkreislauf 2: Phosphorspeicher und -flüsse in der Umwelt.

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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