Der globale Phosphorkreislauf einfach erklärt: Ablauf & Bedeutung

Wusstest du, dass deine Knochen, deine Zähne und sogar deine DNA ohne das Element Phosphor nicht existieren würden? Phosphor ist ein absoluter Baustein des Lebens. Der globale Phosphorkreislauf beschreibt, wie dieses wichtige Element in der Natur auf Reisen geht.

Aber es gibt ein Problem: Im Gegensatz zu Wasser oder Luft wird unser nutzbarer Phosphor auf der Erde langsam knapp. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie Phosphor in der Natur zirkuliert, wie Pflanzen ihn aufnehmen und warum unsere Landwirtschaft diesen natürlichen Kreislauf in Gefahr bringt.

Vorwissen

• Stoffkreisläufe: Elemente bewegen sich in einem ständigen Kreislauf durch die Natur.

  Beispiel: Kohlenstoff wandert als gasförmiges CO2 durch die Atmosphäre und wird von Bäumen aufgenommen.

• Phosphate: Das sind chemische Verbindungen (Salze), die sich von der Phosphorsäure ableiten.

  Beispiel: Calciumphosphat ist ein festes Salz, das in Gesteinen und in unseren Knochen vorkommt.

Aufgabentyp 1: Der natürliche Weg des Phosphors

Wenn wir uns den Kreislauf von Phosphor ansehen, gibt es einen riesigen Unterschied zu Kohlenstoff oder Stickstoff: Die Atmosphäre (Luft) spielt keine Rolle! Phosphor gibt es in der Natur nicht als Gas. Er reist nur über den Boden und das Wasser.

Der natürliche Weg sieht so aus:

• Befreiung aus dem Gestein: Regen und Wind zersetzen langsam phosphathaltige Gesteine (Verwitterung). Dadurch wird eine kleine Menge Phosphat freigesetzt.

• Ab ins Wasser: Durch Regen wird das Phosphat in Flüsse gespült (Auswaschung) und landet schließlich im Meer.

• Leben im Ozean: Im Meer wird der Großteil dieses Phosphats von winzigem Plankton und größeren Fischen aufgenommen und als Nährstoff genutzt.

• Gefangen in der Tiefsee: Wenn diese Meereslebewesen sterben, sinken etwa 5 % des Phosphats hinab in die dunkle Tiefsee. Ein kleiner Teil wird durch tiefe Meeresströmungen wieder nach oben gewirbelt. Der Rest lagert sich als schwer lösliches Gestein (Sediment) am Meeresboden ab und ist für lange Zeit aus dem Kreislauf verschwunden.

Aufgabentyp 2: Phosphor im Boden und in Lebewesen

Wie kommt der Phosphor nun vom Boden in unsere Nahrung? Schauen wir uns die Erde unter unseren Füßen genauer an.

Im Boden ist der Phosphor in zwei Gruppen aufgeteilt:

• 60 % anorganisches Phosphat: Das sind reine, leblose Mineralien aus zerkleinertem Gestein.

• 40 % organischer Phosphor: Dieser Teil steckt im Humus, also in den Überresten von abgestorbenen Pflanzen und Tieren.

Pflanzen haben keine Münder, um feste Stücke zu essen. Sie trinken ihre Nährstoffe über die Wurzeln. Deshalb können sie nur ganz bestimmte, wasserlösliche Hydrogenphosphate aufnehmen.

Sobald die Pflanze den Phosphor aufgenommen hat, wandert er durch die Nahrungskette: Tiere fressen die Pflanzen, und wir Menschen essen Pflanzen und tierische Produkte. So bekommen wir unseren lebenswichtigen Phosphor.

Wenn Tiere Ausscheidungen (Kot) hinterlassen oder Lebewesen sterben, kommen Bakterien und Pilze ins Spiel. Sie zersetzen diese organischen Reste und verwandeln sie wieder in anorganisches Phosphat. So schließt sich der biologische Kreislauf im Boden.

Aufgabentyp 3: Der Mensch greift ein: Dünger und Umwelt

In der unberührten Natur ist dieser Kreislauf perfekt im Gleichgewicht. Doch die menschliche Landwirtschaft verändert alles.

Wenn ein Bauer Getreide anbaut und erntet, nimmt er die Pflanzen vom Feld weg. Dadurch wird dem Boden massiv Phosphat entzogen. Um zu verhindern, dass der Boden komplett verarmt und nichts mehr wächst, muss der Bauer industriell hergestellten Mineraldünger streuen.

Diese Praxis hat zwei große Folgen:

• Die Reserven schwinden: Der Mineraldünger wird aus natürlichem Phosphat-Gestein abgebaut. Diese weltweiten Gesteinsreserven sind jedoch begrenzt. Wenn wir sie aufbrauchen, droht eine Krise für die globale Nahrungsmittelproduktion.

• Überdüngung der Gewässer: Wenn es stark regnet, wird der überschüssige Dünger von den Feldern gewaschen (Auswaschung) und landet in Seen und Flüssen. Das führt zu einer sogenannten Eutrophierung (Überdüngung). Wasserpflanzen und Algen wachsen dadurch explosionsartig. Wenn diese Algen später absterben und verrotten, verbraucht das den gesamten Sauerstoff im Wasser – der See kippt um und Fische ersticken.

Wichtige Erkenntnisse

• Der Phosphorkreislauf findet nur in Gestein, Boden und Wasser statt – die Atmosphäre (Luft) ist nicht beteiligt.
• Pflanzen können Phosphor nur als wasserlösliche Hydrogenphosphate über die Wurzeln aufnehmen.
• Durch die Ernte entziehen wir dem Boden Phosphor, den wir durch Mineraldünger ersetzen müssen.
• Die weltweiten Phosphat-Reserven sind begrenzt.
• Abgewaschener Dünger führt in Gewässern zur Eutrophierung (Überdüngung und Sauerstoffmangel).