Skābekļa cikla raksturlielumi, rezervuāri, posmi un nozīme



The skābekļa cikls tas attiecas uz skābekļa apriti uz Zemes. Tas ir gāzveida bioģeoķīmisks cikls. Skābeklis ir otrais visbiežāk sastopamais elements atmosfērā pēc slāpekļa, un otrs visvairāk bagāts hidrosfērā pēc ūdeņraža. Šajā ziņā skābekļa cikls ir savienots ar ūdens ciklu.

Skābekļa asinsrites kustība ietver dioksīda vai divu atomu molekulārā skābekļa ražošanu (OR2). Tas notiek hidrolīzes dēļ fotosintēzes laikā, ko veic dažādi fotosintētiskie organismi.

O2 izmanto dzīvi organismi šūnu elpināšanā, radot oglekļa dioksīda (CO) ražošanu.2), pēdējā ir viena no izejvielām fotosintēzes procesā.

No otras puses, augšējā atmosfērā rodas ūdens tvaika fotolīze (saules enerģijas hidrolīze), ko izraisa saules ultravioletais starojums. Ūdens sadalās, atbrīvojot ūdeņradi, kas tiek zaudēta stratosfērā un skābeklī.

Ja mijiedarbojas ar O molekulu2 ar skābekļa atomu, ražo ozonu (O3). Ozons veido tā saucamo ozona slāni.

Indekss

  • 1 Raksturojums
    • 1.1 Izcelsme
    • 1.2 Primitīva atmosfēra
    • 1.3 Enerģijas, kas vada ciklu
    • 1.4. Saistība ar citiem bioģeoķīmiskiem cikliem
  • 2 rezervuāri
    • 2.1 Ģeosfēra
    • 2.2 Atmosfēra
    • 2.3 Hidrosfēra
    • 2.4. Kriosfēra
    • 2.5 Dzīvi organismi
  • 3 posmi
    • 3.1 Ūdenskrātuves un avota vides stadija: atmosfēras-hidrosfēras-kriosfēras ģeosfēra
    • 3.2 Fotosintēzes posms
    • 3.3. Atmosfēras atgriešanās stadija
    • 3.4 - Elpošanas stadija
  • 4 Nozīme
  • 5 Izmaiņas
    • 5.1 Siltumnīcas efekts
  • 6 Atsauces

Funkcijas

Skābeklis ir nemetālisks ķīmiskais elements. Tās atomu skaits ir 8, tas ir, tam ir 8 protoni un 8 elektroni dabiskajā stāvoklī. Normālos temperatūras un spiediena apstākļos tas ir sastopams kā dioksigēns, bezkrāsains un bez smaržas. Tās molekulārā formula ir O2.

O2 ietver trīs stabilus izotopus: 16O, 17O un 18O. Visumā dominējošā forma ir 16O. uz Zemes tas veido 99,76% no kopējā skābekļa. The 18Vai tas ir 0,2%. Veidlapa 17Vai tas ir ļoti reti (~ 0,04%).

Izcelsme

Skābeklis ir trešais bagātības elements Visumā. Izotopa ražošana 16Vai tas sākās pirmajā paaudzes saules hēlija sadedzināšanā, kas notika pēc lielā sprādziena.

Oglekļa-slāpekļa-skābekļa nukleozes sintēzes cikla izveide turpmākajās zvaigžņu paaudzēs ir nodrošinājusi dominējošo skābekļa avotu planētām..

Augsta temperatūra un spiediens rada ūdeni (H. \ T2O) Visumā, radot ūdeņraža reakciju ar skābekli. Ūdens ir daļa no Zemes kodola konformācijas.

Magmas atsegumi atbrīvo ūdeni tvaika veidā un iekļūst ūdens ciklā. Ūdens tiek sadalīts ar fotolīzi skābekli un ūdeņradi, izmantojot fotosintēzi, un ar ultravioleto starojumu atmosfēras augšējos līmeņos..

Primitīva atmosfēra

Primārā atmosfēra pirms fotosintēzes attīstības cianobaktērijās bija anaerobiska. Dzīviem organismiem, kas pielāgoti šai atmosfērai, skābeklis bija toksiska gāze. Pat mūsdienās tīra skābekļa atmosfēra rada neatgriezenisku bojājumu šūnām.

Esošās cianobaktērijas evolūcijas līnijā radās fotosintēze. Tas sāka mainīt Zemes atmosfēras sastāvu pirms aptuveni 2300-2,700 miljoniem gadu.

Fotosintētisko organismu izplatīšanās mainīja atmosfēras sastāvu. Dzīve attīstījās, pielāgojoties aerobai atmosfērai.

Enerģijas, kas vada ciklu

Spēki un enerģija, kas darbojas, skarot skābekļa ciklu, var būt ģeotermiska, kad magma iztukšo ūdens tvaiku, vai tā var nākt no saules enerģijas.

Pēdējais nodrošina pamatenerģiju fotosintēzes procesam. Ķīmiskā enerģija ogļhidrātu veidā, kas rodas fotosintēzes rezultātā, savukārt veic visus dzīves procesus caur pārtikas ķēdi. Tādā pašā veidā Saule rada planētu diferenciālo apsildi un izraisa jūras un atmosfēras plūsmas.

Saistība ar citiem biogeoķīmiskiem cikliem

Pateicoties savam daudzumam un augstajai reaktivitātei, skābekļa cikls ir saistīts ar citiem cikliem, piemēram, CO2, slāpeklis (N2) un ūdens ciklu (H2O). Tas dod tai daudzciklisku raksturu.

O rezervuāri2 un CO2  tos savieno procesi, kas ietver organisko vielu radīšanu (fotosintēzi) un iznīcināšanu (elpošanu un sadegšanu). Īstermiņā šīs oksidēšanās-reducēšanas reakcijas ir galvenais O koncentrācijas mainīguma avots2 atmosfērā.

Denitrificējošās baktērijas iegūst skābekli, lai ieelpotu nitrātus no augsnes, atbrīvojot slāpekli.

Rezervuāri

Ģeosfēra

Skābeklis ir viens no galvenajiem silikātu komponentiem. Tāpēc tā ir svarīga daļa no mantijas un zemes garozas.

  • Sauszemes kodols: sauszemes kodola šķidrā ārējā apvalkā ir ne tikai dzelzs, bet arī citi elementi, tostarp skābeklis..
  • Grīda: augsnē starp daļiņām vai porām izplatās gaiss. Šo skābekli izmanto augsnes mikrobiota.

Atmosfēra

21% atmosfēras sastāv no skābekļa dioksīda veidā (O2). Citas atmosfēras skābekļa klātbūtnes formas ir ūdens tvaiki (H2O), oglekļa dioksīds (CO2) un ozons (O3).

  • Ūdens tvaiki: ūdens tvaiku koncentrācija ir mainīga atkarībā no temperatūras, atmosfēras spiediena un atmosfēras cirkulācijas strāvas (ūdens cikls).
  • Oglekļa dioksīds: CO2 tas veido aptuveni 0,03% no gaisa tilpuma. Kopš rūpnieciskās revolūcijas sākuma CO koncentrācija ir palielinājusies2 atmosfērā par 145%.
  • Ozons: ir molekula, kas stratosfērā ir nelielā daudzumā (0,03 - 0,02 daļas milj. pēc tilpuma).

Hidrosfēra

71% zemes virsmas ir klāta ar ūdeni. Okeānos vairāk nekā 96% no zemes virsmas esošā ūdens koncentrējas. 89% okeānu masas ir skābeklis. CO2 Tas ir arī izšķīdināts ūdenī un ir pakļauts apmaiņas procesam ar atmosfēru.

Kriosfēra

Kriosfēra attiecas uz saldētā ūdens masu, kas aptver noteiktas Zemes teritorijas. Šīs ledus masas satur aptuveni 1,74% no zemes garozā esošā ūdens. No otras puses, ledus satur dažādus molekulāro skābekļa daudzumus.

Odzīviem organismiem

Lielākā daļa molekulu, kas veido dzīvo būtņu struktūru, satur skābekli. No otras puses, liela daļa dzīvo būtņu ir ūdens. Tāpēc sauszemes biomasa ir arī skābekļa rezerve.

Posmi

Vispārīgi runājot, cikls, kam seko skābeklis kā ķimikālija, ietver divas lielas platības, kas veido tās bioģeoķīmisko raksturu. Šīs jomas ir pārstāvētas četros posmos.

Ģeoapgādes zonā ietilpst pārvietojumi un ierobežojumi atmosfērā, hidrosfērā, kriosfērā un skābekļa ģeosfērā. Tas ietver rezervuāra un avota vides posmu un atgriešanās stadiju vidē.

Bioloģiskajā apgabalā ir iekļauti arī divi posmi. Tie ir saistīti ar fotosintēzi un elpošanu.

-Rezervuāra vides avots un avots: atmosfēras-hidrosfēras-kriosfēras ģeosfēra

Atmosfēra

Galvenais atmosfēras skābekļa avots ir fotosintēze. Bet ir arī citi avoti, no kuriem atmosfērā var iekļaut skābekli.

Viens no tiem ir Zemes kodola šķidrais ārējais apvalks. Skābeklis sasniedz atmosfēru ūdens tvaiku veidā caur vulkāna izvirdumiem. Ūdens tvaiks palielinās līdz stratosfērai, kur tas tiek pakļauts fotolīzei, pateicoties augstas enerģijas starojumam no saules un brīvam skābeklim.

No otras puses, elpošana rada skābekli CO formā2.  Sadedzināšanas procesi, jo īpaši rūpnieciskie procesi, arī patērē molekulāro skābekli un nodrošina CO2 atmosfērā.

Apmainoties starp atmosfēru un hidrosfēru, izšķīdušais skābeklis ūdens masās nonāk atmosfērā. No otras puses, CO2 Atmosfēras šķīdums tiek izšķīdināts ūdenī kā ogļskābe. Ūdenī izšķīdušais skābeklis galvenokārt rodas no aļģu un cianobaktēriju fotosintēzes.

Stratosfēra

Augstākos atmosfēras līmeņos augstas enerģijas izstarojumi hidrolizē ūdens tvaiku. Īsas viļņu starojums aktivizē O molekulas2. Tie ir sadalīti bez skābekļa atomiem (O).

Šie O brīvie atomi reaģē ar O molekulām2 un ražo ozonu (O3). Šī reakcija ir atgriezeniska. Ultravioletā starojuma dēļ O3 atkal atdalās bez skābekļa atomiem.

Skābeklis kā atmosfēras gaisa sastāvdaļa ir daļa no dažādām oksidācijas reakcijām, kas savieno dažādus sauszemes savienojumus. Nozīmīga skābekļa izlietne ir gāzu oksidēšanās no vulkāna izvirdumiem.

Hidrosfēra

Lielākā ūdens koncentrācija uz Zemes ir okeāni, kuros ir vienāda skābekļa izotopu koncentrācija. Tas ir saistīts ar šī elementa pastāvīgu apmaiņu ar zemes garozu, izmantojot hidrotermālos cirkulācijas procesus.

Tektonisko plākšņu un okeāna grēdu robežās tiek veidots pastāvīgs gāzes apmaiņas process.

Kriosfēra

Sauszemes ledus masa, ieskaitot polāro ledu, ledāju un mūžīgo salu masu, ir svarīgs skābekļa izlietne ūdens formā cietā stāvoklī..

Ģeosfēra

Tāpat skābeklis piedalās gāzveida apmaiņā ar augsni. Tur tas ir būtisks elements augsnes mikroorganismu elpošanas procesos.

Svarīga augsnes izlietne ir minerālu oksidācijas procesi un fosilā kurināmā sadedzināšana.

Skābeklis, kas ir ūdens molekulas daļa (H. \ T2O) seko ūdens ciklam iztvaikošanas un caurspīdēšanas procesos.

-Fotosintēzes posms

Fotosintēze tiek veikta hloroplastos. Fotosintēzes gaišās fāzes laikā ir vajadzīgs reducētājs, tas ir, elektronu avots. Minētais līdzeklis šajā gadījumā ir ūdens (H2O).

Pieņemot ūdeņradi (H), atbrīvojas skābeklis (O2) kā atkritumi. Ūdens no augsnes iekļūst augsnē caur saknēm. Aļģu un cianobaktēriju gadījumā tas nāk no ūdens vides.

Visi molekulārie skābekļi (O2), kas ražots fotosintēzes laikā, nāk no procesā izmantotā ūdens. Fotosintēzes laikā tiek patērēta CO2, saules enerģija un ūdens (H. \ t2O) un atbrīvojas skābeklis (O2).

-Atmosfēras atgriešanās posms

O2 fotosintēzes rezultātā tiek izvadīti atmosfērā ar stomata palīdzību augu gadījumā. Aļģes un cianobaktērijas to nodod apkārtējai videi ar membrānas difūziju. Tāpat elpošanas procesi atgriež skābekli apkārtējā vidē oglekļa dioksīda veidā (CO2).

-Elpošanas stadija

Lai veiktu savas būtiskās funkcijas, dzīvajiem organismiem ir jādarbojas ar fotosintēzes radīto ķīmisko enerģiju. Šī enerģija tiek uzglabāta kā komplekss ogļhidrātu molekulu (cukuru) veidā augu gadījumā. Pārējie organismi to iegūst no diētas

Procesu, kurā dzīvās būtnes atklāj ķīmiskos savienojumus, lai atbrīvotu vajadzīgo enerģiju, sauc par elpošanu. Šis process tiek veikts šūnās un tam ir divas fāzes; viens aerobs un cits anaerobs.

Aerobā elpošana notiek mitohondrijās augos un dzīvniekos. Baktērijās tas tiek veikts citoplazmā, jo tām trūkst mitohondriju.

Elpošanas pamatelements ir skābeklis kā oksidētājs. Elpā tiek patērēts skābeklis (O2) un CO izdalās2 un ūdens (H2O), kas rada lietderīgu enerģiju.

CO2 un ūdens (ūdens tvaiki) tiek izlaists caur stomātiem augos. Dzīvniekiem CO2 tas izdalās caur nāsīm un / vai muti, un ūdens caur sviedriem. Aļģēs un baktērijās CO2 tiek atbrīvota ar membrānas difūziju.

Fotorespirācija

Augos gaismas klātbūtnē tiek veidots process, kas patērē skābekli un enerģiju, ko sauc par fotorespirāciju. Fotorespirācija palielinās, palielinoties temperatūrai, palielinoties CO koncentrācijai2 par O koncentrāciju2.

Fotorespirācija rada negatīvu enerģijas bilanci rūpnīcai. Patērē O2 un ķīmiskā enerģija (ko rada fotosintēze) un izdalās CO2. Tāpēc viņi ir izstrādājuši evolūcijas mehānismus, lai to novērstu (C4 un CAN metabolismi)..

Nozīme

Pašlaik lielākā daļa dzīves ir aerobiska. Bez O aprites2 planētas sistēmā dzīvība, kā mēs to zinām šodien, būtu neiespējama.

Turklāt skābeklis veido ievērojamu sauszemes gaisa masu daļu. Tāpēc tas veicina ar to saistītās atmosfēras parādības un tās sekas: erozijas sekas, klimata regulēšana, cita starpā.

Tieši tā rada oksidācijas procesus augsnē, vulkāna gāzēs un metāliskās mākslīgās struktūras.

Skābeklis ir elements ar augstu oksidācijas spēju. Kaut arī skābekļa molekulas ir ļoti stabilas, jo tās veido dubultu saiti, ar augstu skābekļa līmeni (spēja piesaistīt elektronus), ir augsta reaktīvā spēja. Šī augstā elektronegativitātes dēļ skābeklis ietekmē daudzas oksidācijas reakcijas.

Izmaiņas

Lielākajai daļai dedzināšanas procesu, kas notiek dabā, ir nepieciešama skābekļa līdzdalība. Arī tie, ko rada cilvēks. Šie procesi izpilda gan pozitīvas, gan negatīvas funkcijas antropos.

Fosilā kurināmā (akmeņogļu, naftas, gāzes) sadedzināšana veicina ekonomikas attīstību, bet vienlaikus rada nopietnu problēmu, jo tā veicina globālo sasilšanu.

Lieli meža ugunsgrēki ietekmē bioloģisko daudzveidību, lai gan dažos gadījumos tie ir daļa no dabiskiem procesiem dažās ekosistēmās.

Siltumnīcas efekts

Ozona slānis (O3) stratosfērā ir atmosfēras aizsargekrāns pret pārmērīga ultravioletā starojuma iekļūšanu. Šis ļoti enerģiskais starojums palielina Zemes sasilšanu.

No otras puses, tas ir ļoti mutagēns un kaitīgs dzīviem audiem. Cilvēkiem un citiem dzīvniekiem tas ir kancerogēns.

Dažādu gāzu emisija izraisa ozona slāņa iznīcināšanu un tādējādi atvieglo ultravioletā starojuma iekļūšanu. Dažas no šīm gāzēm ir hlorfluorogļūdeņraži, hlorfluorogļūdeņraži, etilbromīds, slāpekļa oksīdi no mēslošanas līdzekļiem un haloniem..

Atsauces

  1. Anbar AD, Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin un R Buick (2007). Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee un NJ Beukes. (2004) Iepazīšanās ar atmosfēras skābekļa pieaugumu. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J un DT Johnston. (2008) Sauszemes planētu skābekļa cikls: ieskats skābekļa apstrādē un vēsturē virszemes vidēs. Atsauksmes Mineralogy un Geochemistry 68: 463-492.
  4. Kīlinga RF (1995) Atmosfēras skābekļa cikls: atmosfēras CO skābekļa izotopi2 un O2 un O2/ N2 Ģeofizikas Reviws, papildinājums. ASV: Nacionālais ziņojums Starptautiskajai ģeodēzijas un ģeofizikas savienībai 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians un HC Heller (2003) Dzīve. Bioloģijas zinātne. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. un WH Freeman and Company. 1044 lpp.