我最近写了三篇关于氢、氮、铁这些与人类生存密切相关的重要元素的文章,读者的反响非常积极。今天给大家介绍一下——磷,也是我们平时不太关注的元素。然而,它也可以决定人的命运。说它有能力决定我们物种的命运并不是危言耸听,而是说它确实有这种能力。在讨论化石能源何时耗尽时,实际上有太阳能和核能可以替代它们,但没有任何能源可以替代急需的元素磷。
1.太空和地上的磷
磷的原子序数为15,是地上生命赖以生存的六种化学元素之一,对于DNA和细胞膜至关重要,并且是三磷酸腺苷(细胞用来储存和转移能量的化合物)中的重要元素。它发挥作用。然而这种元素在宇宙中极为稀有,其在宇宙中的丰度仅为宇宙中含量最丰富的元素氢的1/100,000。
这是一种自然现象,因为轻元素融合形成重元素。宇宙中各种元素的丰度值也支持了当前的大爆炸理论。磷来自太空中的超新星爆炸。科学家通过红外天文望远镜进行观察,比较了各种星云中磷和铁的红外辐射。
初步研究结果表明,超新星产生并释放到太空中的磷量可能差异很大。磷进入年轻恒星系统行星的过程似乎高度不确定。例如,地上的磷可能是由陨石引入的,为地提供了产生原始生物分子的机会。
磷普遍存在于人类和动物的牙齿、骨骼和尿液中,人类和动物尸体腐烂分解后,以气态形式形成氢化磷,暴露在空气中会自动燃烧。古人称这种光为“鬼火”,因为它在接触氧气时会自燃。后来磷被正式命名为“发光体”。
萤火虫与我们自己之间复杂的生态关系使得这成为激烈的科学争论的混合体。地可以养活多少人,未来我们如何增加粮食产量,甚至我们如何洗衣服。
2、病因与人体的关系
磷是人体遗传物质核酸和人体能量转换的重要物质——三磷酸腺苷的重要组成部分,也是各种酶的重要组成部分,酶是细胞膜的组成部分。它是骨骼和牙齿的重要组成部分。例如,我的体重是60公斤,体内总磷含量约为06公斤,其中85公斤分布在牙齿和骨骼中,其余15公斤分布在软组织和体液中。
人体各组织中磷的含量也不同。脑组织中的磷含量较高,约为每公斤44克,而肌肉组织中的磷含量为每公斤10克。软组织中的磷主要以有机磷、磷脂和核酸的形式存在。骨骼中的磷主要以无机磷和钙的形式存在,形成骨盐成分。
人体内含有磷酸基团的化合物有很多种,如6-磷酸葡萄糖、磷酸烯醇丙酮酸、核苷酸和核酸、磷蛋白等。例如,ATP分子有3个磷酸基,这3个磷酸基之间有2个磷酸键,当这些键断裂时,释放出大量的能量,所以这些键称为高能键。
在细胞的许多代谢反应中,反应的第一步是激活底物分子。活化的一般反应是从ATP向活化分子提供高能磷酸基团。例如,葡萄糖被ATP激活形成葡萄糖-6-磷酸。
磷酸基团之所以能发挥如此大的作用,是因为其特殊的化学结构。磷酸基团中的磷原子就像四指爪。每个手指通过共价键持有一个氧原子。多个磷酸基团形成一个磷酸基团。磷酸基团还可以与其他分子结合形成磷酸酯。脂肪分子。磷酸基团的这种灵活性对于细胞维持生物活性至关重要。
3、农作物生长瓶颈
中国是一个传统的农业国家,所以如果你去过农村,你应该对肥料积累有一些了解。过去,农村更注重冬春季节农家肥的积累。沟渠、路边的杂草,山上、丘陵上的枯枝枯叶,甚至路边野地里的草,都是很好的肥料。在农村,从早到晚,村前村后总有人不分性别、不分年龄地捡粪便。
这就是上一篇文章提到的氮因素,在工业固氮技术成为主流之前,传统农业受到氮的。这种氮的来源是季节性河流洪水以及人类和动物的排泄率。现在氨工业已经打破了这个缺点。
磷是作物生长的另一个不利因素,它是植物生长发育所需的大量元素,一旦缺乏,就会影响植物的光合作用、呼吸作用和生物合成过程,造成作物生长不良,影响生长。和农作物的发育。影响产量和品质。无论土壤中有多少养分,没有磷,植物就无法吸收和利用它们。
传统农业中的磷肥主要来自于硅鸟粪、动物骨粉和鱼骨粉。海鸟粪在海外的应用由来已久,19世纪时,秘鲁、玻利维亚、智利、太平洋群岛、西非等地出产的海鸟粪因其易得、含氮量高而成为西方主要国家的重要商品。内容。磷,重要的战略资源。
然而,随着世界人口的增长,对农产品的需求迅速增长,传统的农业获取磷的方法已经不能满足不断增长的人口的需求。科学家们正在关注这些磷矿,目前全84-90%的磷矿用于生产各种磷肥,33%用于生产饲料添加剂,4%用于生产洗涤剂,其余用于生产在化学工业中。轻工、国防等行业。我国磷矿石消费结构中,磷肥占71%,黄磷占7%,磷酸盐占6%,磷化物占16%。
据农业部“全国化肥数据综合研究”统计,2012年三大粮食产量分别为12058万吨、20429万吨、20812万吨。其中,小麦产量增加2294万吨,水稻产量增加3073万吨,玉米产量增加1472万吨,磷肥对小麦产量的贡献率为19,对水稻产量的贡献率为15,磷肥对小麦产量的贡献率为19,对水稻产量的贡献率为15,玉米产量与玉米单产之比为7。磷肥为我国农业的产量和质量做出了巨大的贡献。
然而,磷酸盐并不是一种可以永远开采的资源,虽然全已探明的磷酸盐资源量超过3000亿吨,但短期内并不存在资源短缺的情况。然而,大量磷矿埋藏在大西洋和太平洋的大陆架和浅水区,开采经济困难。
全陆上磷酸盐储量估计为700亿吨,其中约88%位于北非、中国和中东,仅摩洛哥和西撒哈拉就有500亿吨。中国拥有世界第二大磷酸盐储量,也是世界上最大的磷酸盐生产国。2017年,全磷矿产量263亿吨,其中一半以上来自中国。
按照目前的开采速度,陆地上可开采的磷矿将在100年内耗尽。然而,磷离开生物圈后不容易返回。与氮或硫不同,磷以磷酸盐的形式存在于生物体和环境中。转变为不同价态并不需要微生物的参与,除非发生地质变化。因此,磷的全循环是不完整的。
如何合理开采和经济利用磷资源,如何改变现行农业经营方式,防止磷流失,已成为人类发展面临的重大题。如果没有磷,我们今天的农作物将无法维持目前的产量。世界人口将受到磷的影响。
4.磷在地上的运动
大西洋和太平洋大陆架的浅水区蕴藏着巨大的磷酸盐岩储量,超过地上尚未发现的所有磷酸盐岩的75%。这些浅水中丰富的磷矿意味着这里发生了大规模的富营养化,导致海洋生物激增。
大量藻类爆发并繁殖,养活了许多小动物,这些小动物最终成为鱼类和其他掠食者的食物。这些藻类和动物尸体层层堆积在海底。在过去的两千万年里,这样的事情已经发生过几十次了。海平面大约每10万年升降一次。
沉积在海底的藻类和动物尸体最终形成了我们发现的浅层海洋磷酸盐岩石。今天我们土地上最有价值的磷酸盐岩石是从经历过富营养化的古代海洋中“回收”的。
如今,类似的故事经常发生在沿海水域,但不是因为海平面上升,而是因为人类排放,工业、农业和城市排放的污水中含有大量磷。
2019年6月,科学家观测到有记录以来最大的海啸——,由约2000万公顷的马尾藻组成,横跨大西洋绵延8850公里,相当于200多艘满载的航空母舰的重量。
我们将其命名为大西洋马尾藻带。由于来自亚马逊和西非海岸的养分,海带带也在不断扩大,其中一些可能来自森林砍伐和化肥使用。
研究人员利用NASA卫星数据和现场收集的样本确定,临界点发生在2011年。从那时起,藻华几乎每年都会发生,而且趋势没有改变的迹象,最近的数据显示藻华从西非延伸到墨西哥湾。
经过艰苦的富营养化过程,从沉积的矿石中提取的磷大部分随雨水进入河流,最终返回低地地区的湖泊底部和海洋,给水产养殖收集带来困难。其中一些最终成为动物粪便,我们不回收这些粪便,最终远离我们的农作物。其中只有很小一部分最终以农产品的形式出现在我们的盘子里,并最终成为我们身体的一部分。
5、磷与环境污染
海珠区是广州市唯一的海岛区,四面环珠江,河流密布,其中一条名为“海珠”的水道贯穿——海珠湾。珠江前、后航道。小岗湖于1975年建成开放,与麻涌相连,是世界上最大的综合性湖泊,水域面积267万平方米,平均深度18米,最大深度25米。海珠区的一个公园。
2016年之前,小岗湖水污染题严重。非雨季,小港湖水域呈黄绿色,蓝绿藻频繁绽放,水体清澈度仅03-05米。降雨期间,水质较差,泥沙悬浮。水体变得浑浊、黑色。
小岗湖为何会出现蓝藻?解释是,城市周边的持续开发导致小岗湖富营养化不断加剧,微生物得以自由、旺盛生长。但小岗湖蓝绿藻爆炸式增长背后的原子特性的更深层含义可能会导致其他不太吸引人的解释。
小岗湖蓝绿藻的发育过程值得从原子层面研究,不仅因为它的生态过程和20多年来在湖上提供烧烤和餐饮服务的故事有很多可说的,但还有更深层次的原因全人口增长已经达到极限。这个故事的主角是In。
2016年之前,小岗湖的故事正在世界各地海域上演。随着人们在水边定居,开荒耕种,放牧牛羊,从事工业生产,包括商业开发,水体的营养来源不再受到。
如果你的水磷含量低,水中多余的氮和碳不会发生变化,但一旦添加磷,就会火上浇油。一旦我们拥有了足够的生命所需元素,水中的微生物就会出现爆炸式增长,就像现代农业出现以来世界人口急剧增长一样。
水体的人工富营养化过程对于蓝绿藻来说是一件好事,但对于水中的其他生物来说却是一场灾难。无论是工业生产排放的污水中所含的磷,还是生活污水中含有的洗涤剂中残留的磷,当最终排入水体时,都会引起藻类的生长。
当大量死亡藻类分解时,水体的透光率降低,当透光率降低时,藻类如果得不到阳光的供应,就无法再产生氧气,无法与其他水生生物竞争。氧气在水中溶解。结果,其他依赖水中溶解氧生存的生物体就会窒息而死。
这样的人类生活和生产活动应该被称为比蓝藻的出现更严重的污染,我们应该忽视这种发展带来的经济效益。
结论
人类已经成为地上磷移动的最大题,而我们费尽心思从岩石中提取的磷正以非常快的速度返回海洋。作为生命的宝贵元素,它能对人类有益吗?或者环境退化能否支持人类可持续发展?还是很快就会用完?最终,这取决于一个人对此的态度以及他们所采取的生活方式。
关于磷,这篇文章就到这里结束。各位,关于磷,你们还有什么要说的吗?如果您想参与,请在下方评论区留言。
我叫郭哥,我说的是科学。
今天给诸位网友解了基因元素喝了对身体好吗的相关话题,其中也对基因包含的元素进行了详尽解释,希望大家喜欢!
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