Характеристики кислородного цикла, резервуары, стадии и значение

кислородный цикл это относится к циркулирующему движению кислорода на Земле. Это газообразный биогеохимический цикл. Кислород является вторым по распространенности элементом в атмосфере после азота и вторым по распространенности в гидросфере после водорода. В этом смысле кислородный цикл связан с водным циклом.

Циркуляционное движение кислорода включает в себя выработку диоксида или молекулярного кислорода из двух атомов (ИЛИ₂). Это происходит из-за гидролиза во время фотосинтеза, проводимого различными фотосинтезирующими организмами..

O₂ используется живыми организмами в клеточном дыхании, генерируя выработку углекислого газа (СО)₂), последний является одним из сырья для процесса фотосинтеза.

С другой стороны, фотолиз (гидролиз, активируемый солнечной энергией) водяного пара, вызванный ультрафиолетовым излучением солнца, происходит в верхних слоях атмосферы. Вода разлагается, выделяя водород, который теряется в стратосфере, а кислород попадает в атмосферу.

При взаимодействии молекулы O₂ с атомом кислорода образуется озон (O₃). Озон составляет так называемый озоновый слой.

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Происхождение
  • 1.2 Примитивная атмосфера
  • 1.3 Энергии, которые управляют циклом
  • 1.4 Связь с другими биогеохимическими циклами
• 2 водохранилища
  • 2.1 Геосфера
  • 2.2 Атмосфера
  • 2.3 Гидросфера
  • 2.4 Криосфера
  • 2.5 Живые организмы
• 3 этапа
  • 3.1 Экологическая стадия водоема и источника: атмосфера-гидросфера-криосфера-геосфера
  • 3.2 Стадия фотосинтеза
  • 3.3 - Атмосферная обратная стадия
  • 3.4 - Дыхательная стадия
• 4 Важность
• 5 Переделок
  • 5.1 Парниковый эффект
• 6 Ссылки

черты

Кислород является неметаллическим химическим элементом. Его атомный номер 8, то есть он имеет 8 протонов и 8 электронов в своем естественном состоянии. При нормальных условиях температуры и давления он присутствует в форме диоксигенного газа без цвета и запаха. Молекулярная формула O₂.

O₂ включает три стабильных изотопа: ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О. Преобладающей формой во вселенной является ¹⁶О. На Земле это составляет 99,76% от общего количества кислорода. ¹⁸Или составляет 0,2%. Форма ¹⁷Или это очень редко (~ 0,04%).

источник

Кислород является третьим элементом в изобилии во вселенной. Производство изотопа ¹⁶Или это началось в первом поколении сжигания солнечного гелия, которое произошло после Большого взрыва.

Установление цикла нуклеосинтеза углерод-азот-кислород в последующих поколениях звезд обеспечило преобладающий источник кислорода на планетах..

Высокие температуры и давления производят воду (H₂О) во Вселенной путем генерации реакции водорода с кислородом. Вода является частью конформации ядра Земли.

Выходы магмы выделяют воду в виде пара, и она входит в круговорот воды. Вода разлагается в результате фотолиза в кислороде и водороде путем фотосинтеза и ультрафиолетового излучения на верхних уровнях атмосферы..

Первобытная атмосфера

Первобытная атмосфера до развития фотосинтеза цианобактериями была анаэробной. Для живых организмов, приспособленных к этой атмосфере, кислород был токсичным газом. Даже сегодня атмосфера чистого кислорода наносит непоправимый ущерб клеткам.

В эволюционном происхождении современных цианобактерий возник фотосинтез. Это начало изменять состав земной атмосферы около 2 300 - 2 700 миллионов лет назад..

Распространение фотосинтезирующих организмов изменило состав атмосферы. Жизнь развивалась в направлении адаптации к аэробной атмосфере.

Энергии, которые ведут цикл

Силы и энергии, которые действуют, управляя кислородным циклом, могут быть геотермальными, когда магма выталкивает водяной пар, или это может происходить из солнечной энергии..

Последний обеспечивает фундаментальную энергию для процесса фотосинтеза. Химическая энергия в форме углеводов, образующихся в результате фотосинтеза, в свою очередь, управляет всеми живыми процессами в пищевой цепи. Точно так же Солнце производит планетарное дифференциальное нагревание и вызывает морские и атмосферные потоки..

Связь с другими биогеохимическими циклами

Из-за его обилия и высокой реакционной способности кислородный цикл связан с другими циклами, такими как СО₂, азот (N₂) и круговорот воды (H₂О). Это придает ему мультициклический характер.

Резервуары О₂ и СО₂  они связаны процессами, которые включают создание (фотосинтез) и разрушение (дыхание и сгорание) органического вещества. В краткосрочной перспективе эти окислительно-восстановительные реакции являются основным источником изменчивости концентрации О₂ в атмосфере.

Денитрифицирующие бактерии получают кислород для дыхания нитратов из почвы, выделяя азот.

резервуары

геосфера

Кислород является одним из основных компонентов силикатов. Следовательно, он составляет важную часть мантии и земной коры..

• Земное ядро: в жидкой внешней мантии земного ядра, кроме железа, есть и другие элементы, среди которых кислород.
• ПолВоздух рассеивается в пространствах между частицами или порами в почве. Этот кислород используется почвенной микробиотой.

атмосфера

21% атмосферы состоит из кислорода в форме диоксида кислорода (O₂). Другими формами присутствия кислорода в атмосфере являются водяные пары (H₂О), диоксид углерода (СО₂) и озон (O₃).

• Водяной пар: концентрация водяного пара является переменной, в зависимости от температуры, атмосферного давления и атмосферных циркуляционных потоков (водный цикл).
• Углекислый газ: СО₂ он составляет примерно 0,03% от объема воздуха. С начала промышленной революции концентрация СО возросла₂ в атмосфере на 145%.
• Озон: молекула, которая присутствует в стратосфере в небольшом количестве (0,03 - 0,02 частей на миллион по объему).

гидросфера

71% земной поверхности покрыто водой. В океанах сосредоточено более 96% воды, присутствующей на поверхности земли. 89% массы океанов составляет кислород. КО₂ Он также растворяется в воде и подвергается процессу обмена с атмосферой..

криосферы

Криосфера относится к массе замерзшей воды, которая покрывает определенные области Земли. Эти ледяные массы содержат примерно 1,74% воды в земной коре. С другой стороны, лед содержит различное количество захваченного молекулярного кислорода.

Оживые организмы

Большинство молекул, составляющих структуру живых существ, содержат кислород. С другой стороны, большая часть живых существ - вода. Таким образом, наземная биомасса также является резервом кислорода.

этапы

В общих чертах, цикл, за которым следует кислород в качестве химического агента, включает две большие области, которые составляют его биогеохимический характер. Эти области представлены в четыре этапа.

Зона геоэкологии включает смещения и удержание в атмосфере, гидросфере, криосфере и кислородной геосфере. Это включает в себя экологическую стадию резервуара и источника и стадию возвращения в окружающую среду..

В биологической области два этапа также включены. Они связаны с фотосинтезом и дыханием.

-Экологическая стадия водохранилища и источник: атмосфера-гидросфера-криосфера-геосфера

атмосфера

Основным источником атмосферного кислорода является фотосинтез. Но есть и другие источники, из которых кислород может быть включен в атмосферу.

Одним из них является жидкая внешняя оболочка ядра Земли. Кислород попадает в атмосферу в виде водяного пара через извержения вулканов. Водяной пар поднимается в стратосферу, где он подвергается фотолизу в результате высокоэнергетического излучения Солнца и вырабатывается свободный кислород.

С другой стороны, дыхание выделяет кислород в форме CO₂.  Процессы сгорания, особенно промышленные процессы, также потребляют молекулярный кислород и обеспечивают СО₂ в атмосферу.

При обмене между атмосферой и гидросферой растворенный кислород в водных массах попадает в атмосферу. С другой стороны, СО₂ Атмосферный растворяется в воде в виде углекислоты. Кислород, растворенный в воде, происходит главным образом в результате фотосинтеза водорослей и цианобактерий..

стратосфера

На более высоких уровнях атмосферы высокоэнергетические излучения гидролизуют водяной пар. Коротковолновое излучение активирует молекулы О₂. Они разделены на бескислородные атомы (O).

Эти свободные атомы О реагируют с молекулами О₂ и производить озон (O₃). Эта реакция обратима. Из-за ультрафиолетового излучения₃ снова разлагается на бескислородные атомы.

Кислород как компонент атмосферного воздуха является частью различных окислительных реакций, соединяя различные земные соединения. Значительным стоком кислорода является окисление газов от извержений вулканов.

гидросфера

Наибольшая концентрация воды на Земле - океаны, где наблюдается равномерная концентрация изотопов кислорода. Это связано с постоянным обменом этого элемента с земной корой в результате процессов гидротермальной циркуляции.

На границах тектонических плит и океанических хребтов генерируется постоянный процесс газообмена.

криосферы

Массы земного льда, в том числе массы полярного льда, ледников и вечной мерзлоты, представляют собой важный сток кислорода в виде воды в твердом состоянии..

геосфера

Кроме того, кислород участвует в газообразном обмене с почвой. Там он является жизненно важным элементом для дыхательных процессов почвенных микроорганизмов.

Важной раковиной в почве являются процессы окисления минералов и сжигания ископаемого топлива..

Кислород, который является частью молекулы воды (H₂О) следует водному циклу в процессах испарения-транспирации и конденсации-осаждения.

-Фотосинтетическая стадия

Фотосинтез проводится в хлоропластах. Во время легкой фазы фотосинтеза требуется восстановитель, то есть источник электронов. Указанным агентом в этом случае является вода (H₂O).

Принимая водород (H) из воды, кислород выделяется (O₂) в качестве отходов. Вода поступает в почву из почвы через корни. В случае водорослей и цианобактерий, это происходит из водной среды.

Весь молекулярный кислород (O₂) производится во время фотосинтеза происходит из воды, используемой в процессе. При фотосинтезе СО расходуется₂, солнечная энергия и вода (ч₂O) и кислород выделяется (O₂).

-Атмосферная возвращаемая стадия

O₂ Образующийся при фотосинтезе выбрасывается в атмосферу через устьица у растений. Водоросли и цианобактерии возвращают его в окружающую среду путем диффузии через мембрану. Точно так же дыхательные процессы возвращают кислород в окружающую среду в форме углекислого газа (СО₂).

-Дыхательная стадия

Чтобы выполнять свои жизненно важные функции, живые организмы должны эффективно использовать химическую энергию, вырабатываемую при фотосинтезе. Эта энергия накапливается в виде сложных молекул углеводов (сахаров) в случае растений. Остальные организмы получают его из рациона

Процесс, с помощью которого живые существа раскрывают химические соединения для выделения необходимой энергии, называется дыханием. Этот процесс осуществляется в клетках и имеет две фазы; один аэробный и другой анаэробный.

Аэробное дыхание происходит в митохондриях у растений и животных. У бактерий это осуществляется в цитоплазме, так как им не хватает митохондрий.

Основным элементом для дыхания является кислород как окислитель. В дыхании расходуется кислород (O₂) и СО выпущен₂ и вода (ч₂О), производящий полезную энергию.

КО₂ и вода (водяной пар) выделяется через устьица в растениях. У животных ЦО₂ это выпущено через ноздри и / или рот, и вода через пот. У водорослей и бактерий СО₂ высвобождается при диффузии через мембрану.

фотодыхание

У растений в присутствии света развивается процесс, который потребляет кислород и энергию, называемый фотодыханием. Фотодыхание увеличивается с увеличением температуры из-за увеличения концентрации СО₂ относительно концентрации О₂.

Фотодыхание устанавливает отрицательный энергетический баланс для растения. Потреблять O₂ и химическая энергия (вырабатывается путем фотосинтеза) и выделяет СО₂. Поэтому они разработали эволюционные механизмы противодействия этому (метаболизм C4 и CAN).

важность

В настоящее время подавляющее большинство жизни является аэробикой. Без циркуляции О₂ в планетарной системе жизнь, какой мы ее знаем сегодня, была бы невозможна.

Кроме того, кислород составляет значительную долю земных воздушных масс. Следовательно, он способствует связанным с ним атмосферным явлениям и их последствиям: эрозийным воздействиям, регулированию климата и др..

Непосредственно он генерирует окислительные процессы в почве, вулканических газах и металлических искусственных структурах..

Кислород является элементом с высокой окислительной способностью. Хотя молекулы кислорода очень стабильны, потому что они образуют двойную связь, имея кислород с высокой электроотрицательностью (способностью притягивать электроны), имеет высокую реакционную способность. Из-за этой высокой электроотрицательности кислород вмешивается во многие реакции окисления.

изменения

Подавляющее большинство процессов горения, которые происходят в природе, требуют участия кислорода. Также в тех, которые порождены человеком. Эти процессы выполняют как положительные, так и отрицательные функции в антропогенном выражении..

Сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть, газ) способствует экономическому развитию, но в то же время представляет серьезную проблему из-за его вклада в глобальное потепление.

Большие лесные пожары влияют на биоразнообразие, хотя в некоторых случаях они являются частью естественных процессов в определенных экосистемах..

Парниковый эффект

Озоновый слой (О₃) в стратосфере, является защитным экраном атмосферы от проникновения избыточного ультрафиолетового излучения. Это высокоэнергетическое излучение увеличивает потепление Земли.

С другой стороны, он сильно мутаген и вреден для живых тканей. У людей и других животных он канцерогенный.

Выброс различных газов вызывает разрушение озонового слоя и, следовательно, способствует проникновению ультрафиолетового излучения. Некоторыми из этих газов являются хлорфторуглероды, гидрохлорфторуглероды, этилбромид, оксиды азота из удобрений и галоны..

ссылки

1. Анбар А.Д., И Дуан, Т.В. Лайонс, Г.Л. Арнольд, Б. Кендалл, Р. А. Кризер, А. Дж. Кауфман, В. Г. Гордон, С. Клинтон, Дж. Гарвин и Р. Бьюик (2007). Атом кислорода перед великим окислительным событием? Science 317: 1903-1906.
2. Беккер А., Х.Д. Холланд, П.Л. Ван, Д. Рамбл, Х.Дж. Стейн, Дж.Л. Ханна, Л.Л. Кутзи и Н.Дж. Бьюкс. (2004) Датирование подъема атмосферного кислорода. Природа 427: 117-120.
3. Farquhar J и DT Джонстон. (2008) Кислородный цикл планет земной группы: понимание процесса обработки и истории кислорода в поверхностных средах. Обзоры в минералогии и геохимии 68: 463-492.
4. Килинг Р.Ф. (1995) Кислородный цикл в атмосфере: изотопы кислорода в атмосферном СО₂ и O₂ и O₂/ N₂ Reviws of Geophysics, приложение. США: Национальный доклад Международному союзу геодезии и геофизики за 1991-1994 гг. стр. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians and HC Heller (2003) Life. Наука о биологии. 6-е изд. Sinauer Associates, Inc. и WH Freeman and Company. 1044 р.