Značajke ciklusa kisika, rezervoari, faze i važnost



ciklus kisika odnosi se na cirkulacijsko kretanje kisika na Zemlji. To je plinoviti biogeokemijski ciklus. Kisik je drugi najzastupljeniji element u atmosferi nakon dušika, a drugi najzastupljeniji u hidrosferi nakon vodika. U tom smislu, ciklus kisika je povezan s ciklusom vode.

Kružni pokret kisika uključuje proizvodnju kisika ili molekularnog kisika od dva atoma (OR2). To se događa zbog hidrolize tijekom fotosinteze koju provode različiti fotosintetski organizmi.

O2 koriste živi organizmi u staničnom disanju, stvarajući proizvodnju ugljičnog dioksida (CO)2), potonji je jedan od sirovina za proces fotosinteze.

S druge strane, fotoliza (hidroliza aktivirana sunčevom energijom) vodene pare koju uzrokuje ultraljubičasto zračenje Sunca događa se u gornjoj atmosferi. Voda razgrađuje otpuštanje vodika koji je izgubljen u stratosferi i kisik je integriran u atmosferu.

Kod interakcije s O molekulom2 s atomom kisika, proizvodi se ozon (O3). Ozon čini takozvani ozonski sloj.

indeks

  • 1 Značajke
    • 1.1 Podrijetlo
    • 1.2 Primitivna atmosfera
    • 1.3 Energije koje pokreću ciklus
    • 1.4. Odnos s drugim biogeokemijskim ciklusima
  • 2 Rezervoari
    • 2.1 Geosfera
    • 2.2 Atmosfera
    • 2.3. Hidrosfera
    • 2.4 Krisfera
    • 2.5 Živi organizmi
  • 3 Faze
    • 3.1 Ekološki stadij akumulacije i izvor: atmosfera-hidrosfera-krisfera-geosfera
    • 3.2 Stupanj fotosinteze
    • 3.3 - Stadij atmosferskog povratka
    • 3.4 - Dišni stadij
  • 4 Važnost
  • 5 Izmjene
    • 5.1 Učinak staklenika
  • 6 Reference

značajke

Kisik je nemetalni kemijski element. Njegov atomski broj je 8, odnosno ima 8 protona i 8 elektrona u svom prirodnom stanju. Pod normalnim uvjetima temperature i tlaka prisutan je u obliku dioksigenog, bezbojnog i bez mirisa plina. Njegova molekularna formula je O2.

O2 uključuje tri stabilna izotopa: 16O, 17O i 18O. Dominantni oblik u svemiru je 16O. Na Zemlji predstavlja 99,76% ukupnog kisika. 18Ili predstavlja 0,2%. Obrazac 17Ili je vrlo rijetko (~ 0.04%).

izvor

Kisik je treći element u izobilju u svemiru. Proizvodnja izotopa 16Ili je započeo u prvoj generaciji spaljenog helijuma koji se dogodio nakon Velikog praska.

Uspostava ciklusa nukleoterapije ugljik-dušik-kisik u kasnijim generacijama zvijezda osigurala je dominantan izvor kisika u planetima.

Visoke temperature i pritisci proizvode vodu (H2O) u svemiru generiranjem reakcije vodika s kisikom. Voda je dio konformacije Zemljine jezgre.

Izlivi magme ispuštaju vodu u obliku pare i ulaze u ciklus vode. Voda se razlaže fotolizom u kisiku i vodiku kroz fotosintezu i ultraljubičastim zračenjem u gornjim razinama atmosfere..

Primitivna atmosfera

Primitivna atmosfera prije evolucije fotosinteze od strane cijanobakterija bila je anaerobna. Za žive organizme prilagođene toj atmosferi, kisik je bio otrovni plin. Čak i danas atmosfera čistog kisika stvara nepopravljivu štetu stanicama.

U evolucijskoj liniji sadašnjih cijanobakterija, nastala je fotosinteza. To je počelo mijenjati sastav Zemljine atmosfere prije otprilike 2.300-2.700 milijuna godina.

Proliferacija fotosintetskih organizama promijenila je sastav atmosfere. Život se razvio prema prilagodbi aerobnoj atmosferi.

Energije koje pokreću ciklus

Sile i energije koje djeluju pokretanjem kisikovog ciklusa mogu biti geotermalne, kada magma izbacuje vodenu paru, ili može doći iz solarne energije.

Ovo potonje daje temeljnu energiju za proces fotosinteze. Kemijska energija u obliku ugljikohidrata koja je rezultat fotosinteze, zauzvrat pokreće sve žive procese kroz prehrambeni lanac. Na isti način Sunce proizvodi planetarno diferencijalno zagrijavanje i uzrokuje morske i atmosferske struje.

Odnos s drugim biogeokemijskim ciklusima

Zbog svoje brojnosti i visoke reaktivnosti, kisikov ciklus je povezan s drugim ciklusima kao što je CO2, dušik (N2) i ciklus vode (H2O). To mu daje više-ciklički karakter.

Spremnici O2 i CO2  one su povezane procesima koji uključuju stvaranje (fotosinteza) i uništavanje (disanje i izgaranje) organske tvari. Kratkoročno, ove oksidacijsko-redukcijske reakcije su glavni izvor varijabilnosti koncentracije O2 u atmosferi.

Denitrificirajuće bakterije dobivaju kisik za disanje nitrata iz tla, oslobađajući dušik.

rezervoari

geosfere

Kisik je jedna od glavnih komponenti silikata. Dakle, ona čini važan dio plašta i zemljine kore.

  • Zemaljska jezgra: u tekućem vanjskom plaštu zemaljske jezgre postoje, osim željeza, i drugi elementi, među kojima je i kisik.
  • Pod: zrak se difundira u prostorima između čestica ili pora u tlu. Ovaj kisik koristi mikrobiota tla.

atmosfera

21% atmosfere se sastoji od kisika u obliku kisika (O2). Ostali oblici prisutnosti atmosferskog kisika su vodena para (H2O), ugljikov dioksid (CO2) i ozona (O3).

  • Vodena para: koncentracija vodene pare je promjenjiva, ovisno o temperaturi, atmosferskom tlaku i strujama atmosferske cirkulacije (ciklus vode).
  • Ugljični dioksid: CO2 predstavlja približno 0,03% volumena zraka. Od početka industrijske revolucije, koncentracija CO se povećala2 u atmosferi za 145%.
  • Ozon: molekula koja je prisutna u stratosferi u maloj količini (0,03 - 0,02 dijela na milijun po volumenu).

hidrosfera

71% zemljine površine je pokriveno vodom. U oceanima je koncentrirano više od 96% vode prisutne na površini zemlje. 89% mase oceana je kisik. CO2 Također je otopljen u vodi i podvrgnut je procesu razmjene s atmosferom.

cryosphere

Kriosfera se odnosi na masu zamrznute vode koja pokriva određena područja Zemlje. Ove ledene mase sadrže oko 1,74% vode u Zemljinoj kori. S druge strane, led sadrži različite količine zarobljenog molekularnog kisika.

Oživih organizama

Većina molekula koje čine strukturu živih bića sadrže kisik. S druge strane, veliki udio živih bića je voda. Stoga je kopnena biomasa i rezerva kisika.

faze

Općenito govoreći, ciklus koji slijedi kisik kao kemijsko sredstvo obuhvaća dva velika područja koja čine njegov biogeokemijski karakter. Ta su područja predstavljena u četiri faze.

Geoekonomsko područje uključuje pomake i zadržavanje u atmosferi, hidrosferi, kriosferi i kisikoj geosferi. To uključuje okolišni stadij akumulacije i izvora, te stupanj povratka u okoliš.

U biološkom području također su uključene dvije faze. Oni su povezani s fotosintezom i disanjem.

-Ekološki stadij akumulacije i izvor: atmosfera-hidrosfera-krisfera-geosfera

atmosfera

Glavni izvor atmosferskog kisika je fotosinteza. Ali postoje i drugi izvori iz kojih se kisik može ugraditi u atmosferu.

Jedna od njih je tekući vanjski plašt Zemljine jezgre. Kisik dospijeva u atmosferu u obliku vodene pare kroz vulkanske erupcije. Vodena para se diže u stratosferu gdje se podvrgava fotolizi kao rezultat visokog energetskog zračenja od sunca i nastaje slobodni kisik.

S druge strane, disanje emitira kisik u obliku CO2.  Procesi sagorijevanja, posebno industrijski procesi, također troše molekularni kisik i osiguravaju CO2 u atmosferu.

U razmjeni između atmosfere i hidrosfere, otopljeni kisik u vodenim masama prelazi u atmosferu. S druge strane, CO2 Atmosferski se otopi u vodi kao ugljična kiselina. Kisik otopljen u vodi uglavnom dolazi od fotosinteze algi i cijanobakterija.

stratosfera

Na višim razinama atmosfere, visoko-energetska zračenja hidroliziraju vodenu paru. Kratkotalasno zračenje aktivira O molekule2. Oni su podijeljeni na atome bez kisika (O).

Ovi O slobodni atomi reagiraju s O molekulama2 i proizvode ozon (O3). Ova reakcija je reverzibilna. Zbog ultraljubičastog zračenja O3 raspada se na atome bez kisika.

Kisik kao sastavni dio atmosferskog zraka čini dio različitih oksidacijskih reakcija, spajajući različite zemaljske spojeve. Značajan sudoper kisika je oksidacija plinova uslijed vulkanskih erupcija.

hidrosfera

Najveća koncentracija vode na Zemlji su oceani, gdje postoji jednaka koncentracija izotopa kisika. To je posljedica stalne izmjene tog elementa sa zemljinom korom kroz procese hidrotermalne cirkulacije.

Na granicama tektonskih ploča i oceanskih grebena stvara se stalni proces izmjene plina.

cryosphere

Masa kopnenog leda, uključujući mase polarnog leda, ledenjaka i permafrosta, predstavljaju važan sudoper kisika u obliku vode u čvrstom stanju.

geosfere

Isto tako, kisik sudjeluje u izmjeni plinova s ​​tlom. Tamo predstavlja vitalni element za respiratorne procese mikroorganizama u tlu.

Važan ponor u tlu su procesi mineralne oksidacije i spaljivanja fosilnog goriva.

Kisik koji je dio molekule vode (H2O) slijedi ciklus vode u procesima isparavanja-transpiracije i kondenzacije-taloženja.

-Stupanj fotosinteze

Fotosinteza se provodi u kloroplastima. Za vrijeme svjetlosne faze fotosinteze potreban je redukcijski agens, odnosno izvor elektrona. Navedeno sredstvo u ovom slučaju je voda (H2O).

Uzimajući vodik (H) iz vode, oslobađa se kisik (O2) kao otpadni proizvod. Voda ulazi u tlo iz tla kroz korijenje. U slučaju algi i cijanobakterija dolazi iz vodenog okoliša.

Svi molekularni kisik (O2) proizvedene tijekom fotosinteze dolazi iz vode koja se koristi u procesu. U fotosintezi CO se konzumira2, solarna energija i voda (H2O) i otpušta se kisik (O2).

-Stadij atmosferskog povratka

O2 nastao fotosintezom izbačen je u atmosferu kroz puči u slučaju biljaka. Alge i cijanobakterije vraćaju ga u okolinu difuzijom membrane. Slično tome, respiratorni procesi vraćaju kisik u okoliš u obliku ugljičnog dioksida (CO2).

-Dišni stadij

Za obavljanje svojih vitalnih funkcija, živi organizmi trebaju učiniti učinkovitu kemijsku energiju koju stvaraju fotosinteza. Ta se energija pohranjuje u obliku složenih molekula ugljikohidrata (šećera) u slučaju biljaka. Ostali organizmi ga dobivaju iz prehrane

Proces kojim živa bića razvijaju kemijske spojeve za oslobađanje potrebne energije naziva se disanjem. Ovaj proces se provodi u stanicama i ima dvije faze; jedan aerobni i drugi anaerobni.

Aerobna respiracija odvija se u mitohondrijima u biljkama i životinjama. Kod bakterija se provodi u citoplazmi, jer im nedostaje mitohondrija.

Temeljni element za disanje je kisik kao oksidacijsko sredstvo. U dahu se konzumira kisik (O2) i CO je oslobođen2 i vodu (H2O), proizvodeći korisnu energiju.

CO2 i voda (vodena para) se oslobađa kroz puževe u biljkama. U životinja CO2 ispušta se kroz nosnice i / ili usta i kroz znoj. U algama i bakterijama CO2 se oslobađa difuzijom membrane.

photorespiration

U biljkama u prisutnosti svjetlosti razvijen je proces koji troši kisik i energiju koja se naziva fotospiranjem. Povećanje temperature uslijed povećanja koncentracije CO povećava fotorezaciju2 s obzirom na koncentraciju O2.

Fotorespiracija uspostavlja negativnu energetsku bilancu za biljku. Konzumirajte O2 i kemijska energija (proizvedena fotosintezom) i oslobađa CO2. Stoga su razvili evolucijske mehanizme za suzbijanje istih (metabolizam C4 i CAN).

važnost

Trenutno je velika većina života aerobna. Bez cirkulacije O2 u planetarnom sustavu, život kakav danas poznajemo bio bi nemoguć.

Osim toga, kisik čini značajan udio zemaljskih zračnih masa. Stoga doprinosi atmosferskim fenomenima vezanim uz njega i njegovim posljedicama: erozivni učinci, regulacija klime, među ostalima.

Izravno generira oksidacijske procese u tlu, vulkanskim plinovima i metalnim umjetnim strukturama.

Kisik je element s visokim oksidacijskim kapacitetom. Iako su molekule kisika vrlo stabilne jer tvore dvostruku vezu, imaju visoku elektronegativnost kisika (sposobnost privlačenja elektrona), ima visok reaktivni kapacitet. Zbog te visoke elektronegativnosti kisik intervenira u mnogim oksidacijskim reakcijama.

promjene

Velika većina procesa izgaranja koji se javljaju u prirodi zahtijevaju sudjelovanje kisika. Također u onima koje stvara ljudsko biće. Ti procesi ispunjavaju i pozitivne i negativne funkcije u antropskim terminima.

Izgaranje fosilnih goriva (ugljen, nafta, plin) doprinosi gospodarskom razvoju, ali ujedno predstavlja ozbiljan problem zbog doprinosa globalnom zagrijavanju.

Veliki šumski požari utječu na biološku raznolikost, iako su u nekim slučajevima dio prirodnih procesa u određenim ekosustavima.

Učinak staklenika

Ozonski sloj (O3) u stratosferi je zaštitni štit atmosfere od ulaska viška ultraljubičastog zračenja. Ovo visoko energetsko zračenje povećava zagrijavanje Zemlje.

S druge strane, vrlo je mutagena i štetna za živa tkiva. Kod ljudi i drugih životinja je kancerogena.

Emisija raznih plinova uzrokuje uništenje ozonskog sloja i time olakšava ulazak ultraljubičastog zračenja. Neki od tih plinova su klorofluorougljiki, hidroklorofluorougljici, etil bromid, dušikovi oksidi iz gnojiva i halona.

reference

  1. Anbar AD, i Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin i R Buick (2007) Višak kisika prije velikog događaja oksidacije? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee i NJ Beukes. (2004) Upoznavanje s porastom atmosferskog kisika. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J i DT Johnston. (2008) Ciklus kisika planeta Zemlje: uvid u procesiranje i povijest kisika u površinskim okruženjima. Recenzije u časopisu Mineralogy and Geochemistry 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Ciklus atmosferskog kisika: Izotopi kisika atmosferskog CO2 i O2 i O2/ N2 Reviws of Geophysics, dopuna. SAD: Nacionalno izvješće za Međunarodnu geodetsku i geofizičku uniju 1991-1994. str. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians i HC Heller (2003) Život. Znanost o biologiji. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. i WH Freeman and Company. 1044 str.