Характеристики на кислородния цикъл, резервоари, етапи и значение

на кислородния цикъл той се отнася до кръговото движение на кислород на Земята. Това е газообразен биогеохимичен цикъл. Кислородът е вторият най-разпространен елемент в атмосферата след азот, а вторият най-разпространен в хидросферата след водород. В този смисъл кислородният цикъл е свързан с водния цикъл.

Циркулационното движение на кислород включва производството на кислород или молекулен кислород от два атома (OR₂). Това се дължи на хидролиза по време на фотосинтезата, извършвана от различните фотосинтетични организми.

О₂ се използва от живи организми в клетъчното дишане, генерирайки производството на въглероден диоксид (СО)₂), като последният е един от суровините за процеса на фотосинтеза.

От друга страна, фотолизата (хидролиза, активирана от слънчевата енергия) на водната пара, причинена от ултравиолетовото излъчване на слънцето, се случва в горните слоеве на атмосферата. Водата разлага освобождаването на водород, който се губи в стратосферата и кислородът е интегриран в атмосферата.

При взаимодействие на молекула О₂ с кислороден атом се получава озон (О₃). Озонът представлява така наречения озонов слой.

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Произход
  • 1.2 Примитивна атмосфера
  • 1.3 Енергии, които управляват цикъла
  • 1.4 Връзка с други биогеохимични цикли
• 2 Резервоари
  • 2.1 Геосфера
  • 2.2 Атмосфера
  • 2.3 Хидросфера
  • 2.4 Криосфера
  • 2.5 Живи организми
• 3 Етапи
  • 3.1 Екологичен етап на язовира и източник: атмосфера-хидросфера-криосфера-геосфера
  • 3.2 Стадий на фотосинтеза
  • 3.3 - Етап на атмосферния връщач
  • 3.4 - Дихателен стадий
• 4 Значение
• 5 Промени
  • 5.1 Парников ефект
• 6 Препратки

функции

Кислородът е неметален химичен елемент. Атомният му номер е 8, т.е. има 8 протони и 8 електрона в естественото си състояние. При нормални условия на температура и налягане той е под формата на диоксигенен, безцветен и без мирис газ. Неговата молекулна формула е О₂.

О₂ включва три стабилни изотопа: ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О. Преобладаващата форма във Вселената е ¹⁶О. На Земята той представлява 99,76% от общия кислород. на ¹⁸Или представлява 0.2%. Формата ¹⁷Или е много рядко (~ 0.04%).

източник

Кислородът е третият елемент в изобилието във Вселената. Производството на изотопа ¹⁶Или започна в първото слънчево изгаряне на слънчев хелий, което се случи след Големия взрив.

Установяването на цикъла на въглерод-азот-кислороден нуклеосинтез в по-късните поколения звезди е преобладаващият източник на кислород в планетите..

Високите температури и налягания създават вода (Н₂О) във Вселената чрез генериране на реакцията на водород с кислород. Водата е част от конформацията на земното ядро.

Разкритията на магмата освобождават водата под формата на пара и навлиза във водния цикъл. Водата се разлага чрез фотолиза в кислород и водород чрез фотосинтеза и чрез ултравиолетова радиация в горните нива на атмосферата..

Примитивна атмосфера

Примитивната атмосфера преди еволюцията на фотосинтезата от цианобактериите беше анаеробна. За живите организми, адаптирани към тази атмосфера, кислородът е токсичен газ. Дори и днес атмосфера от чист кислород причинява непоправими щети на клетките.

В еволюционната линия на сегашните цианобактерии е възникнала фотосинтезата. Това започна да променя състава на земната атмосфера преди около 2300-2 700 милиона години.

Размножаването на фотосинтетичните организми променя състава на атмосферата. Животът еволюира към адаптация към аеробна атмосфера.

Енергии, които управляват цикъла

Силите и енергиите, които действат чрез задвижване на кислородния цикъл, могат да бъдат геотермални, когато магмата изхвърля водна пара или може да дойде от слънчевата енергия.

Последният осигурява основната енергия за процеса на фотосинтеза. Химичната енергия под формата на въглехидрати, получена от фотосинтеза, от своя страна задвижва всички живи процеси през хранителната верига. По същия начин Слънцето произвежда планетарно диференциално нагряване и причинява морски и атмосферни течения.

Връзка с други биогеохимични цикли

Поради изобилието и високата си реактивност, кислородният цикъл е свързан с други цикли като CO₂, азот (N₂) и водния цикъл (Н₂О). Това му придава мултицикличен характер.

Резервоарите на О₂ и CO₂  те са свързани с процеси, които включват създаване (фотосинтеза) и разрушаване (дишане и горене) на органична материя. В краткосрочен план тези окислително-редукционни реакции са основният източник на вариабилност на концентрацията на О₂ в атмосферата.

Денитрифициращите бактерии получават кислород за тяхното дишане на нитрати от почвата, освобождавайки азот.

резервоари

геосфера

Кислородът е един от основните компоненти на силикатите. Следователно тя представлява важна част от мантията и земната кора.

• Земно ядро: В течната външна мантия на сухоземното ядро ​​има, освен желязо, други елементи, сред които и кислород.
• Подът: въздухът се разпространява в пространствата между частици или пори в почвата. Този кислород се използва от микробиотата на почвата.

атмосфера

21% от атмосферата се състои от кислород под формата на кислород (О₂). Другите форми на присъствие на кислород в атмосферата са водни пари (Н₂О), въглероден диоксид (СО₂) и озон (O₃).

• Водна пара: концентрацията на водните пари е променлива, в зависимост от температурата, атмосферното налягане и атмосферните циркулационни потоци (водния цикъл).
• Въглероден диоксид: СО₂ представлява приблизително 0,03% от обема на въздуха. От началото на индустриалната революция, концентрацията на СО се е увеличила₂ в атмосферата с 145%.
• Озонът: е молекула, която се намира в стратосферата в ниско количество (0.03 - 0.02 части на милион по обем).

хидросфера

71% от земната повърхност е покрита с вода. В океаните е концентрирано повече от 96% от водата, намираща се на повърхността на земята. 89% от масата на океаните е кислород. CO₂ Също така се разтваря във вода и подлежи на обмен с атмосферата.

криосфера

Криосферата се отнася до масата на замразена вода, която покрива определени области на Земята. Тези ледени маси съдържат около 1,74% от водата в земната кора. От друга страна, ледът съдържа различни количества задържан молекулен кислород.

Оживи организми

Повечето от молекулите, които съставляват структурата на живите същества, съдържат кислород. От друга страна, голяма част от живите същества е вода. Следователно, земната биомаса също е резервен кислород.

етапи

Най-общо казано, цикълът, последван от кислород като химичен агент, включва две големи области, които съставляват нейния биогеохимичен характер. Тези области са представени в четири етапа.

Геоекологичната зона включва изместванията и задържането в атмосферата, хидросферата, криосферата и кислородната геосфера. Това включва екологичния етап на резервоара и източника и етапа на връщане към околната среда.

В биологичната област също са включени два етапа. Те са свързани с фотосинтезата и дишането.

-Екологичен етап на язовира и източник: атмосфера-хидросфера-криосфера-геосфера

атмосфера

Основният източник на атмосферен кислород е фотосинтезата. Но има и други източници, от които кислородът може да бъде включен в атмосферата.

Едно от тях е течната външна мантия на земното ядро. Кислородът достига атмосферата под формата на водна пара чрез вулканични изригвания. Водната пара се издига до стратосферата, където се подлага на фотолиза в резултат на високо енергийно излъчване от слънцето и се получава свободен кислород.

От друга страна, дишането излъчва кислород под формата на СО₂.  Горивните процеси, особено промишлените процеси, също консумират молекулен кислород и осигуряват СО₂ в атмосферата.

В обмена между атмосферата и хидросферата, разтвореният кислород във водните маси преминава в атмосферата. От друга страна, СО₂ Атмосферното се разтваря във вода като въглена киселина. Разтвореният във водата кислород идва главно от фотосинтезата на водорасли и цианобактерии.

стратосфера

При по-високи нива на атмосферата, високо енергийните излъчвания хидролизират водните пари. Кратковолно излъчване активира молекулите О₂. Те се разделят на атоми без кислород (O).

Тези O свободни атоми реагират с молекули О₂ и произвеждат озон (O₃). Тази реакция е обратима. Поради ултравиолетовото излъчване на O₃ отново се разлага на атоми без кислород.

Кислородът като компонент на атмосферния въздух е част от различни окислителни реакции, свързващи различни сухоземни съединения. Значителна мивка на кислород е окисляването на газове от вулканични изригвания.

хидросфера

Най-голямата концентрация на вода на Земята са океаните, където има еднаква концентрация на кислородни изотопи. Това се дължи на постоянния обмен на този елемент със земната кора чрез процесите на хидротермална циркулация.

В границите на тектонските плочи и океанските хребети се генерира постоянен процес на газообмен.

криосфера

Масите на сухоземния лед, включително масите на полярния лед, ледниците и вечния лед, представляват важна мивка на кислород под формата на вода в твърдо състояние.

геосфера

По същия начин, кислородът участва в газовия обмен с почвата. Там той е жизненоважен елемент за дихателните процеси на почвените микроорганизми.

Важна мивка в почвата са процесите на минерално окисление и изгарянето на изкопаеми горива.

Кислородът, който е част от водната молекула (Н₂О) следва водния цикъл в процесите на изпаряване-транспирация и кондензация-утаяване.

-Стадий на фотосинтеза

Фотосинтезата се извършва в хлоропласти. По време на светлинната фаза на фотосинтезата е необходим редуциращ агент, т.е. източник на електрони. Споменатият агент в този случай е вода (Н₂О).

Чрез вземане на водород (Н) от водата се освобождава кислород (О₂) като отпадък. Водата навлиза в почвата от почвата през корените. В случая на водорасли и цианобактерии, той идва от водната среда.

Всички молекулни кислород (O₂) произведени по време на фотосинтеза идват от водата, използвана в процеса. При фотосинтезата CO се консумира₂, слънчева енергия и вода (H₂О) и се освобождава кислород (О₂).

-Етап на атмосферно връщане

О₂ генерирани при фотосинтезата се изхвърлят в атмосферата през устицата в случая на растения. Водораслите и цианобактериите го връщат в околната среда чрез мембранна дифузия. По подобен начин, дихателните процеси връщат кислород в околната среда под формата на въглероден диоксид (СО.)₂).

-Дихателен стадий

За да изпълнят своите жизнени функции, живите организми трябва да направят ефективна химическата енергия, генерирана от фотосинтезата. Тази енергия се съхранява под формата на сложни молекули въглехидрати (захари) в случая на растения. Останалите организми я получават от диетата

Процесът, чрез който живите същества разгръщат химически съединения за освобождаване на необходимата енергия, се нарича дишане. Този процес се извършва в клетки и има две фази; една аеробна и друга анаеробна.

Аеробното дишане се извършва в митохондриите при растенията и животните. При бактериите се извършва в цитоплазмата, тъй като им липсват митохондрии.

Основният елемент за дишане е кислородът като окислител. В дъха се консумира кислород (О₂) и СО се освобождава₂ и вода (Н₂О), произвеждайки полезна енергия.

CO₂ и вода (водни пари) се освобождават през устицата в растенията. При животните СО₂ тя се освобождава през ноздрите и / или устата и водата чрез изпотяване. В водорасли и бактерии СО₂ се освобождава чрез дифузия на мембраната.

photorespiration

В растенията в присъствието на светлина се развива процес, който консумира кислород и енергия, наречена фотосъпротивление. Фотоспирацията се увеличава с повишаването на температурата, поради повишената концентрация на СО₂ по отношение на концентрацията на О₂.

Фотоизсмукването създава отрицателен енергиен баланс за растението. Консумирайте О₂ и химическа енергия (произведена чрез фотосинтеза) и отделя CO₂. Затова те са разработили еволюционни механизми за противодействие (С4 и CAN метаболизъм).

важност

Понастоящем по-голямата част от живота е аеробна. Без циркулация на O₂ в планетарната система животът, какъвто го познаваме днес, би бил невъзможен.

Освен това, кислородът представлява значителна част от сухоземните въздушни маси. Ето защо, той допринася за атмосферните явления, свързани с него и неговите последици: ерозионни ефекти, регулиране на климата и др.

Непосредствено тя генерира окислителни процеси в почвата, вулканични газове и метални изкуствени структури.

Кислородът е елемент с висок окислителен капацитет. Въпреки че молекулите на кислорода са много стабилни, защото образуват двойна връзка, имайки кислород с висока електронегативност (способност за привличане на електрони), той има висок реактивен капацитет. Благодарение на тази висока електронегативност кислородът се намесва в много окислителни реакции.

промени

По-голямата част от горивните процеси, които се срещат в природата, изискват участие на кислород. Също така в тези, генерирани от човешкото същество. Тези процеси изпълняват както положителните, така и отрицателните функции в антропни термини.

Изгарянето на изкопаеми горива (въглища, нефт, газ) допринася за икономическото развитие, но в същото време представлява сериозен проблем поради приноса му към глобалното затопляне..

Големите горски пожари засягат биологичното разнообразие, въпреки че в някои случаи те са част от естествени процеси в определени екосистеми.

Парников ефект

Озоновият слой (O₃) в стратосферата е защитен щит на атмосферата срещу навлизането на излишната ултравиолетова радиация. Това силно енергийно излъчване увеличава затоплянето на Земята.

От друга страна, той е силно мутагенен и вреден за живите тъкани. При хората и другите животни той е канцерогенен.

Излъчването на различни газове причинява разрушаването на озоновия слой и следователно улеснява навлизането на ултравиолетово лъчение. Някои от тези газове са хлорфлуорвъглеводороди, хидрохлорфлуорвъглеводороди, етилбромид, азотни оксиди от торове и халони..

препратки

1. Анбар АД, и Дуан, Т.В. Лайънс, Г.Л. Арнолд, Б. Кендал, Р.А.Креазер, А.Д.Кауфман, Р.Г. Гордън, С.Клинтън, Дж. Science 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Холандия, PL Ван, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee и NJ Beukes. (2004) Запознаване с повишаването на атмосферния кислород. Nature 427: 117-120.
3. Farquhar J и DT Johnston. (2008) Кислородният цикъл на земните планети: прозрения за обработката и историята на кислорода в повърхностните среди. Отзиви по минералогия и геохимия 68: 463-492.
4. Килинг RF (1995) Цикъл на атмосферен кислород: Кислородните изотопи на атмосферния СО₂ и О₂ и О₂/ N₂ Ревизии на геофизиката, добавка. САЩ: Национален доклад на Международния съюз по геодезия и геофизика 1991-1994. стр. 1253-1262.
5. Първс WK, D Sadava, GH Orians и HC Heller (2003) Life. Науката за биологията. 6-ти Ед. Sinauer Associates, Inc. и WH Freeman and Company. 1044 p.