Charakteristiky kyslíkového cyklu, rezervoáre, stupne a význam



kyslíkový cyklus odkazuje na obehový pohyb kyslíka na Zemi. Je to plynný biogeochemický cyklus. Kyslík je druhý najhojnejší prvok v atmosfére po dusíku a druhý najhojnejší v hydrosfére po vodíku. V tomto zmysle je kyslíkový cyklus spojený s vodným cyklom.

Obehový pohyb kyslíka zahŕňa produkciu dioxygénu alebo molekulárneho kyslíka dvoch atómov (OR2). Toto sa deje v dôsledku hydrolýzy počas fotosyntézy uskutočnenej rôznymi fotosyntetickými organizmami.

O2 sa používa v živých organizmoch pri bunkovom dýchaní, čím sa vytvára produkcia oxidu uhličitého (CO)2), ktorá je jednou zo surovín pre proces fotosyntézy.

Na druhej strane fotolýza (hydrolýza aktivovaná slnečnou energiou) vodnej pary spôsobenej ultrafialovým žiarením slnka sa vyskytuje v hornej atmosfére. Voda sa rozkladá a uvoľňuje vodík, ktorý sa stráca v stratosfére a kyslík je integrovaný do atmosféry.

Pri interakcii O molekuly2 s kyslíkovým atómom vzniká ozón (O3). Ozón tvorí takzvanú ozónovú vrstvu.

index

  • 1 Charakteristiky
    • 1.1 Pôvod
    • 1.2 Primitívna atmosféra
    • 1.3 Energie, ktoré poháňajú cyklus
    • 1.4 Vzťah k iným biogeochemickým cyklom
  • 2 Nádrže
    • 2.1 Geosféra
    • 2.2 Atmosféra
    • 2.3 Hydrosféra
    • 2.4
    • 2.5 Živé organizmy
  • 3 Fázy
    • 3.1 Environmentálna etapa nádrže a zdroj: atmosféra - hydrosféra - kryosféra - geosféra
    • 3.2 Fotosyntetický stupeň
    • 3.3 - Stupeň návratnosti atmosféry
    • 3.4 - Respiračná fáza
  • 4 Význam
  • 5 Zmeny
    • 5.1 Skleníkový efekt
  • 6 Referencie

rysy

Kyslík je nekovový chemický prvok. Jeho atómové číslo je 8, to znamená, že má 8 protónov a 8 elektrónov v prirodzenom stave. Za normálnych podmienok teploty a tlaku je prítomný vo forme dioxigénneho, bezfarebného plynu a plynu bez zápachu. Jej molekulárny vzorec je O2.

O2 zahŕňa tri stabilné izotopy: \ t 16O, 17O a 18O. Prevažujúca forma vo vesmíre je 16O. Na Zemi to predstavuje 99,76% celkového kyslíka. 18Alebo predstavuje 0,2%. Formulár 17Alebo je to veľmi zriedkavé (~ 0,04%).

zdroj

Kyslík je tretí prvok v hojnosti vo vesmíre. Výroba izotopu 16Alebo to začalo v prvej generácii slnečného hélia, ktoré sa vypálilo po Veľkom tresku.

Vytvorenie cyklu nukleosyntézy uhlík-dusík-kyslík v neskorších generáciách hviezd poskytuje prevládajúci zdroj kyslíka na planétach..

Vysoké teploty a tlaky produkujú vodu (H2O) vo vesmíre vytvorením reakcie vodíka s kyslíkom. Voda je súčasťou konformácie zemského jadra.

Odtoky magmy uvoľňujú vodu vo forme pary a vstupujú do vodného cyklu. Voda sa rozkladá fotolýzou kyslíka a vodíka prostredníctvom fotosyntézy a ultrafialovým žiarením v horných úrovniach atmosféry..

Primitívna atmosféra

Primitívna atmosféra pred vývojom fotosyntézy cyanobaktériami bola anaeróbna. Pre živé organizmy prispôsobené tejto atmosfére bol kyslík toxický plyn. Aj dnes atmosféra čistého kyslíka spôsobuje nenapraviteľné poškodenie buniek.

V evolučnej línii súčasných cyanobaktérií vznikla fotosyntéza. Toto začalo meniť zloženie zemskej atmosféry asi pred 2300-2,700 miliónmi rokov.

Šírenie fotosyntetických organizmov zmenilo zloženie atmosféry. Život sa vyvinul smerom k adaptácii na aeróbnu atmosféru.

Energie, ktoré poháňajú cyklus

Sily a energie, ktoré pôsobia poháňaním kyslíkového cyklu, môžu byť geotermálne, keď magma vylučuje vodné pary, alebo môže pochádzať zo slnečnej energie..

Tá poskytuje základnú energiu pre proces fotosyntézy. Chemická energia vo forme sacharidov, ktorá je výsledkom fotosyntézy, zase poháňa všetky živé procesy prostredníctvom potravinového reťazca. Podobne slnko produkuje planétové diferenciálne vykurovanie a spôsobuje morské a atmosférické prúdy.

Vzťah k iným biogeochemickým cyklom

Kvôli svojmu množstvu a vysokej reaktivite je kyslíkový cyklus spojený s inými cyklami, ako je CO2, dusík (N2) a kolobeh vody (H. \ t2O). To mu dáva multicyklický charakter.

Nádrže O2 a CO2  Sú spojené procesmi, ktoré zahŕňajú tvorbu (fotosyntézu) a deštrukciu (dýchanie a spaľovanie) organických látok. Z krátkodobého hľadiska sú tieto oxidačno-redukčné reakcie hlavným zdrojom variability koncentrácie O2 v atmosfére.

Denitrifikačné baktérie získavajú kyslík na ich dýchanie dusičnanov z pôdy a uvoľňujú dusík.

nádrže

geosféra

Kyslík je jednou z hlavných zložiek silikátov. Preto predstavuje dôležitý zlomok plášťa a zemskej kôry.

  • Pozemské jadro: v tekutom vonkajšom plášti pozemského jadra sú okrem železa aj iné prvky, medzi nimi kyslík.
  • Na poschodí: vzduch sa šíri v priestore medzi časticami alebo pórmi v pôde. Tento kyslík sa používa v pôdnej mikrobióze.

atmosféra

21% atmosféry sa skladá z kyslíka vo forme dioxygénu (O2). Ďalšie formy prítomnosti kyslíka v atmosfére sú vodné pary (H2O), oxid uhličitý (CO2) a ozónu (O. \ t3).

  • Vodná para: koncentrácia vodnej pary je premenlivá v závislosti od teploty, atmosférického tlaku a prúdov atmosféry (kolobeh vody).
  • Oxid uhličitý: CO2 predstavuje približne 0,03% objemu vzduchu. Od začiatku priemyselnej revolúcie sa koncentrácia CO zvýšila2 v atmosfére o 145%.
  • Ozónje molekula, ktorá je prítomná v stratosfére v malom množstve (0,03 - 0,02 dielov na milión podľa objemu).

hydrosféra

71% zemského povrchu je pokryté vodou. V oceánoch sa koncentruje viac ako 96% vody prítomnej na povrchu Zeme. 89% hmotnosti oceánov je kyslík. CO2 Je tiež rozpustený vo vode a podlieha procesu výmeny s atmosférou.

kryosféru

Kryosféra označuje hmotnosť zmrazenej vody, ktorá pokrýva určité oblasti Zeme. Tieto ľadové masy obsahujú približne 1,74% vody v zemskej kôre. Na druhej strane, ľad obsahuje rôzne množstvá zachyteného molekulárneho kyslíka.

Oživých organizmov

Väčšina molekúl, ktoré tvoria štruktúru živých bytostí, obsahuje kyslík. Na druhej strane, vysoký podiel živých bytostí je voda. Preto je suchozemská biomasa tiež rezervou kyslíka.

stupňa

Všeobecne povedané, cyklus, po ktorom nasleduje kyslík ako chemické činidlo, obsahuje dve veľké oblasti, ktoré tvoria jeho biogeochemický charakter. Tieto oblasti sú zastúpené v štyroch etapách.

Geografická oblasť zahŕňa posuny a zadržiavanie v atmosfére, hydrosfére, kryosfére a kyslíkovej geosfére. To zahŕňa environmentálnu etapu zásobníka a zdroja a štádium návratu do životného prostredia.

V biologickej oblasti sú zahrnuté aj dva stupne. Sú spojené s fotosyntézou a dýchaním.

-Environmentálna fáza nádrže a zdroj: atmosféra - hydrosféra - kryosféra - geosféra

atmosféra

Hlavným zdrojom atmosférického kyslíka je fotosyntéza. Existujú však aj iné zdroje, z ktorých môže byť kyslík začlenený do atmosféry.

Jedným z nich je kvapalný vonkajší plášť zemského jadra. Kyslík sa dostáva do atmosféry vo forme vodných pár cez sopečné erupcie. Vodná para vzniká do stratosféry, kde podlieha fotolýze v dôsledku vysokoenergetického žiarenia zo slnka a vzniká voľný kyslík..

Na druhej strane dýchanie emituje kyslík vo forme CO2.  Spaľovacie procesy, najmä priemyselné procesy, tiež spotrebúvajú molekulárny kyslík a poskytujú CO2 do atmosféry.

Pri výmene atmosféry a hydrosféry prechádza do atmosféry rozpustený kyslík vo vodách. Na druhej strane CO2 Atmosférický roztok sa rozpustí vo vode ako kyselina uhličitá. Kyslík rozpustený vo vode pochádza hlavne z fotosyntézy rias a cyanobaktérií.

stratosféra

Pri vyšších úrovniach atmosféry vysokoenergetické žiarenie hydrolyzuje vodné pary. Krátkovlnné žiarenie aktivuje O molekuly2. Tieto sú rozdelené na atómy bez kyslíka (O).

Tieto O voľné atómy reagujú s O molekulami2 a produkujú ozón (O3). Táto reakcia je reverzibilná. V dôsledku ultrafialového žiarenia O3 opäť sa rozkladá na atómy bez kyslíka.

Kyslík ako zložka atmosférického vzduchu tvorí súčasť rôznych oxidačných reakcií, spájajúcich rôzne suchozemské zlúčeniny. Významným prepadom kyslíka je oxidácia plynov zo sopečných erupcií.

hydrosféra

Najväčšia koncentrácia vody na Zemi je oceán, kde je rovnomerná koncentrácia izotopov kyslíka. Je to spôsobené neustálou výmenou tohto prvku za zemskú kôru prostredníctvom hydrotermálnych cirkulačných procesov.

Na hraniciach tektonických dosiek a hrebeňov oceánov sa vytvára konštantný proces výmeny plynov.

kryosféru

Masy suchozemského ľadu, vrátane masy polárneho ľadu, ľadovcov a permafrostu, predstavujú dôležitý potop kyslíka vo forme vody v pevnom stave.

geosféra

Rovnako sa kyslík zúčastňuje na plynnej výmene s pôdou. Tu predstavuje životne dôležitý prvok pre respiračné procesy pôdnych mikroorganizmov.

Dôležitým prepadom v pôde sú procesy minerálnej oxidácie a spaľovanie fosílnych palív.

Kyslík, ktorý je súčasťou molekuly vody (H2O) nasleduje cyklus vody v procesoch odparovania-transpirácie a kondenzácie-zrážania.

-Fotosyntetický stupeň

Fotosyntéza sa uskutočňuje v chloroplastoch. Počas svetelnej fázy fotosyntézy je potrebné redukčné činidlo, to znamená zdroj elektrónov. Uvedeným činidlom je v tomto prípade voda (H2O).

Odoberaním vodíka (H) z vody sa uvoľňuje kyslík (O2) ako odpadový produkt. Voda vstupuje do pôdy z pôdy cez korene. V prípade rias a cyanobaktérií pochádza z vodného prostredia.

Všetok molekulárny kyslík (O2) vzniknuté počas fotosyntézy pochádza z vody použitej v procese. Pri fotosyntéze sa spotrebuje CO2, slnečná energia a voda (H2O) a uvoľňuje sa kyslík (O2).

-Stupeň návratnosti atmosféry

O2 generované vo fotosyntéze je v prípade rastlín vypudené do atmosféry cez stomata. Riasy a cyanobaktérie ich vracajú do životného prostredia membránovou difúziou. Podobne dýchacie procesy vracajú kyslík do životného prostredia vo forme oxidu uhličitého (CO2).

-Stupeň respirácie

Aby mohli živé organizmy plniť svoje životne dôležité funkcie, potrebujú účinnú chemickú energiu generovanú fotosyntézou. Táto energia je v prípade rastlín uložená vo forme komplexných molekúl sacharidov (cukrov). Zvyšok organizmu ho získa zo stravy

Proces, ktorým živé bytosti rozvíja chemické zlúčeniny na uvoľňovanie požadovanej energie, sa nazýva dýchanie. Tento proces sa uskutočňuje v bunkách a má dve fázy; jeden aeróbny a ďalší anaeróbny.

Aeróbne dýchanie prebieha v mitochondriách v rastlinách a zvieratách. V baktériách sa vykonáva v cytoplazme, pretože im chýbajú mitochondrie.

Základným prvkom pre dýchanie je kyslík ako oxidačné činidlo. V dychu sa spotrebuje kyslík (O2) a CO sa uvoľňuje2 a voda (H2O), produkujúc užitočnú energiu.

CO2 a voda (vodná para) sa uvoľňuje cez žalúdok v rastlinách. U zvierat CO2 uvoľňuje sa cez nosné dierky a / alebo ústa a voda potením. V riasach a baktériách CO2 sa uvoľňuje membránovou difúziou.

fotorespirace

V rastlinách v prítomnosti svetla sa vyvíja proces, ktorý spotrebuje kyslík a energiu nazývanú fotorespirácia. Fotorezpirácia sa zvyšuje so zvyšovaním teploty v dôsledku zvýšenia koncentrácie CO2 týkajúce sa koncentrácie O2.

Fotorezpirácia vytvára negatívnu energetickú bilanciu pre rastlinu. Konzumujte O2 a chemická energia (produkovaná fotosyntézou) a uvoľňuje CO2. Preto vyvinuli evolučný mechanizmus na jeho potlačenie (metabolizmus C4 a CAN).

dôležitosť

V súčasnosti je drvivá väčšina života aeróbna. Bez obehu O2 v planetárnom systéme by bol život, ako ho poznáme dnes, nemožný.

Okrem toho kyslík predstavuje významný podiel suchozemských vzdušných hmôt. Prispieva preto k atmosférickým fenoménom, ktoré sú s ňou spojené, a k ich dôsledkom: okrem iného aj erózne účinky, regulácia klímy..

Priamo vytvára oxidačné procesy v pôde, sopečných plynoch a kovových umelých štruktúrach.

Kyslík je prvok s vysokou oxidačnou kapacitou. Hoci molekuly kyslíka sú veľmi stabilné, pretože tvoria dvojitú väzbu, majú kyslík vysokú elektronegativitu (schopnosť priťahovať elektróny), má vysokú reaktívnu kapacitu. Vďaka tejto vysokej elektronegativite kyslík zasahuje v mnohých oxidačných reakciách.

zmeny

Drvivá väčšina spaľovacích procesov vyskytujúcich sa v prírode vyžadujú prístupu kyslíka. Aj v generované ľuďmi. Tieto procesy spĺňajú obe pozitívne a negatívne funkcie antropických hľadiska.

Spaľovanie fosílnych palív (uhlie, ropa, plyn) prispieva k hospodárskemu rozvoju, ale zároveň predstavuje vážny problém v dôsledku jeho príspevku ku globálnemu otepľovaniu..

Veľké lesné požiare ovplyvňujú biodiverzitu, hoci v niektorých prípadoch sú súčasťou prírodných procesov v určitých ekosystémoch.

Skleníkový efekt

Ozónová vrstva (O3) v stratosfére je ochranný štít atmosféry proti vstupu nadmerného ultrafialového žiarenia. Toto vysoko energetické žiarenie zvyšuje otepľovanie Zeme.

Na druhej strane je vysoko mutagénny a škodlivý pre živé tkanivá. U ľudí a iných zvierat je karcinogénny.

Emisia rôznych plynov spôsobuje zničenie ozónovej vrstvy a tým uľahčuje vstup ultrafialového žiarenia. Niektoré z týchto plynov sú chlórfluórované uhľovodíky, hydrochlórofluórouhľovodíky, etylbromid, oxidy dusíka z hnojív a halónov..

referencie

  1. Anbar AD, a Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin a R Buick (2007) Whiff of Oxygen Before Great Oxidation Event? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee a NJ Beukes. (2004) Zoznamka o vzostupe atmosférického kyslíka. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J a DT Johnston. (2008) Kyslíkový cyklus pozemských planét: pohľady na spracovanie a históriu kyslíka v povrchových prostrediach. Recenzia v Mineralogy and Geochemistry 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Cyklus kyslíka v atmosfére: Izotopy kyslíka atmosférického CO2 a O2 a O2/ N2 Reviws of Geofyzics, doplnok. U.S: Národná správa pre Medzinárodný zväz geodézie a geofyziky 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians a HC Heller (2003) Život. Veda o biológii. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. a WH Freeman a Company. 1044 s.