Az oxigén ciklus jellemzői, tározók, szakaszok és fontosság



az oxigén ciklus utal az oxigén keringési mozgására a Földön. Ez egy gáznemű biogeokémiai ciklus. Az oxigén a nitrogén után a második leggyakoribb elem a légkörben, a második pedig a hidrogénben a hidrogénben. Ebben az értelemben az oxigén ciklus kapcsolódik a vízciklushoz.

Az oxigén keringési mozgása magában foglalja a két oxigén- vagy molekuláris oxigén előállítását (OR2). Ez a fotoszintézis során a különböző fotoszintetikus szervezetek által végzett hidrolízis miatt következik be.

Az O2 az élő szervezetek által használt sejtes légzésben használják a szén-dioxid (CO) \ t2), az utóbbi pedig a fotoszintézis folyamatának egyik alapanyaga.

Másrészt a napsütés ultraibolya sugárzása által okozott vízgőz fotolízise (a napenergia által aktivált hidrolízise) a felső légkörben történik. A víz bomlik, a sztratoszférában elveszett hidrogén és az oxigén a légkörbe integrálódik.

Amikor egy O molekulát kölcsönhatásba lép2 oxigénatommal, ózon keletkezik (O3). Az ózon az úgynevezett ózonréteget alkotja.

index

  • 1 Jellemzők
    • 1.1 Eredet
    • 1.2 Primitív légkör
    • 1.3 A ciklust hajtó energiák
    • 1.4 Kapcsolat más biogeokémiai ciklusokkal
  • 2 Tartályok
    • 2.1 Geoszféra
    • 2.2 Légkör
    • 2.3 Hidroszféra
    • 2.4 Krioszféra
    • 2.5 Élő szervezetek
  • 3 szakasz
    • 3.1 A tározó és a forrás környezeti fázisa: légköri-hidroszféra-krioszféra-geoszféra
    • 3.2 Fotoszintetikus színpad
    • 3.3 -Az atmoszférikus visszatérési szakasz
    • 3.4 - Légzési szakasz
  • 4 Fontosság
  • 5 Változások
    • 5.1 Az üvegházhatás hatása
  • 6 Referenciák

jellemzői

Az oxigén nem fémes kémiai elem. Az atomi száma 8, azaz 8 protonja és 8 elektronja van természetes állapotában. Normál hőmérsékleti és nyomási körülmények között dioxigén, színtelen és szagtalan gáz formájában van jelen. A molekuláris képlete O2.

Az O2 három stabil izotópot tartalmaz: 16O, 17O és 18O. A világegyetem domináns formája a 16O. Földön az összes oxigén 99,76% -a. az 18Vagy 0,2%. Az űrlap 17Vagy nagyon ritka (~ 0,04%).

forrás

Az oxigén a harmadik elem az univerzumban. Az izotóp termelése 16Vagy elkezdődött az első generációs napenergiával hélium égett, ami a Nagy Bumm után történt.

A szén-nitrogén-oxigén nukleoszintézis ciklus létrehozása a csillagok későbbi generációiban a bolygókban az oxigén fő forrását képezte..

A magas hőmérséklet és a nyomás víz (H. \ T2O) az Univerzumban a hidrogén és az oxigén reakciójának létrehozásával. A víz a Föld magjának konformációjának része.

A magma kitörései gőz formájában szabadítják fel a vizet, és belép a vízciklusba. A vizet fotolízissel bomlik le fotoszintézis útján, és a légkör felső szintjein ultraibolya sugárzással..

Primitív légkör

A fotoszintézis kialakulása előtti primitív légkör anaerob volt. Az atmoszférához igazított élő szervezetek esetében az oxigén mérgező gáz volt. Még ma is a tiszta oxigén atmoszférája helyrehozhatatlan kárt okoz a sejteknek.

A jelenlegi cianobaktériumok evolúciós vonalában a fotoszintézis keletkezett. Ez elkezdte megváltoztatni a Föld légkörének összetételét mintegy 2300-2,700 millió évvel ezelőtt.

A fotoszintetikus szervezetek elterjedése megváltoztatta a légkör összetételét. Az élet az aerob atmoszférához való alkalmazkodás felé fejlődött.

A ciklust hajtó energiák

Az oxigén ciklus vezetésével járó erők és energiák geotermikusak lehetnek, amikor a magma kiüríti a vízgőzöket, vagy a napenergiaból származhat.

Ez utóbbi biztosítja a fotoszintézis folyamatának alapvető energiáját. A fotoszintézisből eredő szénhidrátok kémiai energiája az élőlényeket az élelmiszerláncon keresztül vezeti. Ugyanígy a Nap bolygó differenciál fűtést termel és tengeri és légköri áramot okoz.

Kapcsolat más biogeokémiai ciklusokkal

Az oxigén-ciklus bősége és nagy reaktivitása miatt más ciklusokhoz, például CO-hoz kapcsolódik2, nitrogén (N2) és a vízciklus (H2O). Ez több ciklikus jellegű.

Az O tartályai2 és CO2  azokat a folyamatokat kapcsolják össze, amelyek szerves anyag létrehozását (fotoszintézist) és megsemmisítését (légzés és égés) foglalják magukban. Rövid távon ezek az oxidációs-redukciós reakciók az O koncentráció változékonyságának fő forrása2 a légkörben.

A denitrifikáló baktériumok oxigént szereznek a talajból származó nitrátok légzésére, felszabadítva a nitrogént.

víztározók

geoszféra

Az oxigén a szilikátok egyik fő összetevője. Ezért a köpeny és a földkéreg fontos részét képezi.

  • Földi mag: a földi mag folyékony külső köpenyében a vas mellett más elemek is vannak, köztük az oxigén..
  • A padló: a levegő a talajban lévő részecskék vagy pórusok közötti terekben diffundál. Ezt az oxigént a talaj mikrobiota használja.

légkör

A légkör 21% -a oxigénből áll, oxigén formájában (O2). A légköri oxigén jelenlétének egyéb formái a vízgőz (H)2O), szén-dioxid (CO2) és ózon (O3).

  • Vízgőz: a vízgőz koncentrációja változó, a hőmérséklettől, a légköri nyomástól és a légköri áramlástól függően (vízciklus).
  • Szén-dioxid: a CO2 a levegő térfogatának körülbelül 0,03% -át teszi ki. Az ipari forradalom kezdete óta a CO koncentrációja nőtt2 a légkörben 145%.
  • Az ózon: olyan molekula, amely a sztratoszférában kis mennyiségben van jelen (0,03 - 0,02 rész millió térfogatban).

hidroszféra

A föld felszínének 71% -át víz borítja. Az óceánokban a föld felszínén található víz több mint 96% -a koncentrálódik. Az óceánok tömegének 89% -a oxigén. A CO2 Vízben is feloldódik, és a légkörrel való csere folyamata alá esik.

krioszféra

A krioszféra a fagyasztott víz tömegére vonatkozik, amely a Föld bizonyos területeit fedi le. Ezek a jégtömegek a földkéreg vízének körülbelül 1,74% -át tartalmazzák. Másrészről a jég különböző mennyiségű molekuláris oxigént tartalmaz.

Oélő szervezetek

Az élőlények szerkezetét alkotó molekulák többsége oxigént tartalmaz. Másrészt az élő lények nagy része víz. Ezért a földi biomassza is oxigén tartalék.

szakaszában

Általánosságban elmondható, hogy a ciklus, amelyet kémiai anyagként oxigén követ, két nagy területet foglal magában, amelyek a biogeokémiai karaktert alkotják. Ezeket a területeket négy szakaszban képviselik.

A geokörnyezet területe magában foglalja a légkör, a hidroszféra, a krioszféra és az oxigén geoszféra elmozdulását és elszigeteltségét. Ez magában foglalja a tározó és a forrás környezeti állapotát, valamint a környezetbe való visszatérés stádiumát.

A biológiai területen két szakasz is szerepel. A fotoszintézishez és a légzéshez kapcsolódnak.

-A tározó és a forrás környezeti fázisa: légköri-hidroszféra-krioszféra-geoszféra

légkör

A légköri oxigén fő forrása a fotoszintézis. Vannak azonban más források, amelyekből oxigént lehet beépíteni a légkörbe.

Ezek közül az egyik a Föld magjának folyékony külső köpenye. Az oxigén vulkáni kitöréseken keresztül vízgőz formájában ér el a légkört. A vízgőz a sztratoszférába emelkedik, ahol a napsugárzás következtében fotolízis következik be, és szabad oxigén keletkezik.

Másrészről a légzés CO-ként oxigént bocsát ki2.  Az égési folyamatok, különösen az ipari folyamatok, szintén molekuláris oxigént fogyasztanak és CO2 a légkörbe.

A légkör és a hidroszféra cseréjekor az oldott oxigén a vízben halad át a légkörbe. Másrészt a CO2 A légköri oldatot vízben szénsav formájában oldjuk. A vízben oldott oxigén elsősorban az algák és a cianobaktériumok fotoszintéziséből származik.

sztratoszféra

Magasabb szintű légkörben a nagy energiájú sugárzások hidrolizálják a vízgőzöket. A rövidhullámú sugárzás O molekulákat aktivál2. Ezeket oxigénmentes atomokra osztják (O).

Ezek az O szabad atomok O molekulákkal reagálnak2 és ózont termelnek (O3). Ez a reakció reverzibilis. Az ultraibolya sugárzás miatt az O3 újra oxigénmentes atomokká bomlik.

Az oxigén a légköri komponens részeként különböző oxidációs reakciók részét képezi, amelyek különböző földi vegyületeket egyesítenek. Az oxigén jelentős mosogatója a vulkáni kitörésekből származó gázok oxidációja.

hidroszféra

A legnagyobb vízkoncentráció a Földön az óceánok, ahol az oxigén-izotópok egyenletes koncentrációja van. Ez annak köszönhető, hogy ezt az elemet állandóan cseréljük a földkéreggel hidrotermikus keringési folyamatok révén.

A tektonikus lemezek és az óceángerincek határai között állandó gázcsere folyamata keletkezik.

krioszféra

A földi jég tömege, beleértve a jeges jég, a gleccserek és az örökhomok tömegét, a szilárd állapotban lévő víz fontos mosogatója..

geoszféra

Hasonlóképpen, az oxigén részt vesz a talajjal való gázcserében. Ott a talaj mikroorganizmusok légzési folyamatainak létfontosságú eleme.

A talaj fontos mosogatója az ásványi oxidáció és a fosszilis tüzelőanyag égése.

A vízmolekula részét képező oxigén (H. \ T2O) követi a vízciklust a párolgás-transzpiráció és a kondenzációs csapadék folyamataiban.

-Fotoszintetikus színpad

A fotoszintézist kloroplasztokban végezzük. A fotoszintézis fényfázisában redukálószerre van szükség, azaz elektronforrásra. Az említett szer ebben az esetben a víz (H2O).

Ha hidrogént (H) veszünk a vízből, oxigént szabadít fel (O2) mint hulladékot. A talajból a víz a gyökereken keresztül jut be a talajba. Az algák és a cianobaktériumok esetében a vízi környezetből származik.

Minden molekuláris oxigén (O2) A fotoszintézis során keletkező víz a folyamatban használt vízből származik. A fotoszintézis során a CO-t fogyasztják2, napenergia és víz (H. \ t2O) és az oxigén szabadul fel (O2).

-Légköri visszatérési szakasz

Az O2 A fotoszintézis során keletkezett növények a növények esetében a sztómákon keresztül kerülnek ki a légkörbe. Az algák és a cianobaktériumok membrán diffúzióval visszahozzák a környezetbe. Hasonlóképpen, a légzési folyamatok széndioxid formájában (CO2).

-Légzési szakasz

A létfontosságú funkciók elvégzéséhez az élő szervezeteknek a fotoszintézis által termelt kémiai energiát hatékonyan kell kialakítaniuk. Ezt az energiát növények esetében szénhidrátok (cukrok) komplex molekuláinak formájában tároljuk. A többi szervezet az étrendből kapja meg

A folyamatot, amellyel az élő lények kémiai vegyületeket bocsátanak ki a szükséges energia felszabadítására, nevezik légzésnek. Ezt a folyamatot sejtekben hajtjuk végre, és két fázisa van; egy aerob és egy másik anaerob.

Aerob légzés történik a mitokondriumokban növényekben és állatokban. A baktériumokban a citoplazmában történik, mivel hiányoznak a mitokondriumok.

A légzés alapvető eleme oxidálószerként oxigén. A levegőben oxigént fogyasztanak (O2) és CO szabadul fel2 és víz (H2O) hasznos energiát termel.

A CO2 és a víz (vízgőz) a növények sztómáján keresztül szabadul fel. Állatokban a CO2 az orrlyukakon és / vagy a szájon keresztül szabadul fel, és vízzel izzad. Az algákban és a baktériumokban a CO2 a membrán diffúziója révén szabadul fel.

fotorespiráció

A növényekben fény jelenlétében olyan folyamatot fejlesztenek ki, amely oxigént és energiát fogyaszt. A CO-koncentráció növekedése miatt a hőmérséklet emelkedésével nő a fotoreakció2 az O koncentrációját illetően2.

A fotorespiráció negatív energiaegyensúlyt hoz létre a növény számára. Fogyasztás O2 és kémiai energiát (fotoszintézis által előállított) és CO kibocsátását2. Ezért kifejlesztették az evolúciós mechanizmusokat, hogy ellensúlyozzák azt (C4 és CAN metabolizmus)..

fontosság

Jelenleg az élet nagy része aerob. O nélkül2 a bolygórendszerben lehetetlen lenne az élet, amit ma ismerünk.

Ezen túlmenően az oxigén a szárazföldi levegő tömegének jelentős részét képezi. Ezért hozzájárul az ehhez kapcsolódó légköri jelenségekhez és következményeihez: eróziós hatások, éghajlati szabályozás, többek között.

Közvetlenül oxidációs folyamatokat hoz létre a talajban, a vulkáni gázokban és a fém mesterséges szerkezetekben.

Az oxigén egy nagy oxidatív kapacitású elem. Bár az oxigén molekulák nagyon stabilak, mert kettős kötést képeznek, az oxigén nagy elektronegativitással rendelkezik (az elektronok vonzereje), nagy reaktív kapacitással rendelkezik. Ezen nagy elektronegativitásnak köszönhetően az oxigén számos oxidációs reakcióban lép fel.

változtatások

A természetben előforduló égési folyamatok túlnyomó többsége oxigén részvételét igényli. Szintén az emberek által generáltak. Ezek a folyamatok pozitív és negatív funkciókat teljesítenek antropikus értelemben.

A fosszilis tüzelőanyagok (szén, olaj, gáz) elégetése hozzájárul a gazdasági fejlődéshez, ugyanakkor komoly problémát jelent a globális felmelegedéshez való hozzájárulása miatt..

A nagy erdőtüzek befolyásolják a biológiai sokféleséget, bár egyes esetekben egyes ökoszisztémák természetes folyamataihoz tartoznak.

Üvegházhatás

Az ózonréteg (O3) a sztratoszférában a légköri védőpajzs a túlzott ultraibolya sugárzás belépése ellen. Ez a rendkívül energikus sugárzás növeli a Föld felmelegedését.

Másrészt erősen mutagén és káros az élő szövetekre. Emberekben és más állatokban rákkeltő.

A különböző gázok kibocsátása az ózonréteg megsemmisítését okozza, és így megkönnyíti az ultraibolya sugárzás belépését. E gázok némelyike ​​klór-fluor-szénhidrogének, hidroklór-fluorozott szénhidrogének, etil-bromid, műtrágyákból származó nitrogén-oxidok és halonok..

referenciák

  1. Anbar AD, Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin és R Buick (2007) A nagy oxigénesemény előtti oxigén? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee és NJ Beukes. (2004) Ismerkedés a légköri oxigén emelkedésére. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J és DT Johnston. (2008) A földi bolygók oxigén ciklusa: betekintés az oxigén feldolgozásába és történetébe a felszíni környezetben. Vélemények a Mineralogy és Geochemistry 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) A légköri oxigén ciklus: A légköri CO oxigén izotópjai2 és O2 és az O2/ N2 Geofizika Reviws, kiegészítője. U.S.: Nemzeti jelentés a Nemzetközi Geodéziai és Geofizikai Uniónak 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians és HC Heller (2003) Élet. A biológia tudománya. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. és WH Freeman és Company. 1044 p.