Характеристики кисневого циклу, водойми, стадії та значення

The цикл кисню це відноситься до кровообігу руху кисню на Землі. Це газовий біогеохімічний цикл. Кисень є другим найбільш поширеним елементом в атмосфері після азоту, а другий найбільш поширеним в гідросфері після водню. У цьому сенсі цикл кисню пов'язаний з циклом води.

Циркуляційний рух кисню включає виробництво кисню або молекулярного кисню з двох атомів (OR₂). Це відбувається внаслідок гідролізу під час фотосинтезу, проведеного різними фотосинтетичними організмами.

О₂ використовується живими організмами при клітинному диханні, що генерує виробництво діоксиду вуглецю (СО)₂), останнє є однією з сировинних матеріалів для процесу фотосинтезу.

З іншого боку, фотоліз (гідроліз, активований сонячною енергією) водяної пари, викликаний ультрафіолетовим випромінюванням Сонця, відбувається у верхній атмосфері. Вода розкладає вивільнення водню, який втрачається в стратосфері, і кисень інтегрується в атмосферу.

При взаємодії молекули О₂ з атомом кисню утворюється озон (O₃). Озон утворює так званий озоновий шар.

Індекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Походження
  • 1.2 Примітивна атмосфера
  • 1.3 Енергії, що керують циклом
  • 1.4 Зв'язок з іншими біогеохімічними циклами
• 2 Резервуари
  • 2.1 Геосфера
  • 2.2 Атмосфера
  • 2.3 Гідросфера
  • 2.4 Кріосфера
  • 2.5 Живі організми
• 3 Етапи
  • 3.1 Екологічна стадія водосховища та джерела: атмосфера-гідросфера-кріосфера-геосфера
  • 3.2 Стадія фотосинтезу
  • 3.3 -Атмосферний етап повернення
  • 3.4 - Дихальний етап
• 4 Важливість
• 5 Зміни
  • 5.1 Парниковий ефект
• 6 Посилання

Особливості

Кисень - це неметалевий хімічний елемент. Його атомний номер 8, тобто має 8 протонів і 8 електронів у природному стані. У нормальних умовах температури і тиску він присутній у вигляді діоксигенного, безбарвного і без запаху газу. Його молекулярна формула - O₂.

О₂ включає три стабільні ізотопи: ¹⁶O, ¹⁷O і ¹⁸О. Переважаюча форма у Всесвіті ¹⁶На Землі вона становить 99,76% від загального кисню. The ¹⁸Або являє собою 0,2%. Форма ¹⁷Або дуже рідко (~ 0,04%).

Походження

Кисень є третім елементом у надлишку у Всесвіті. Виробництво ізотопу ¹⁶Або почалося в першому поколінні спаленого гелію, що відбулося після Великого вибуху.

Створення циклу нуклеосинтезу вуглець-азот-кисень у наступних поколіннях зірок забезпечило домінуюче джерело кисню в планетах.

Високі температури і тиски створюють воду (Н₂O) у Всесвіті, генеруючи реакцію водню з киснем. Вода є частиною конформації земного ядра.

Виходи магми випускають воду у вигляді пари, і вона надходить у цикл води. Вода розкладається шляхом фотолізу киснем і воднем шляхом фотосинтезу, а ультрафіолетовим випромінюванням у верхніх рівнях атмосфери..

Примітивна атмосфера

Примітивна атмосфера перед еволюцією фотосинтезу ціанобактеріями була анаеробною. Для живих організмів, адаптованих до цієї атмосфери, кисень був токсичним газом. Навіть сьогодні атмосфера чистого кисню завдає непоправної шкоди клітинам.

У еволюційній лінії поточної ціанобактерії виникла фотосинтез. Це почало змінювати склад земної атмосфери близько 2300-2,700 мільйонів років тому.

Проліферація фотосинтезуючих організмів змінила склад атмосфери. Життя розвивалося в напрямку адаптації до аеробної атмосфери.

Енергії, що керують циклом

Сили і енергії, які діють за допомогою руху кисневого циклу, можуть бути геотермальними, коли магма викидає водяну пару, або вона може виходити з сонячної енергії.

Остання забезпечує фундаментальну енергію для процесу фотосинтезу. Хімічна енергія у вигляді вуглеводів, що виникає в результаті фотосинтезу, у свою чергу, веде всі живі процеси через харчовий ланцюг. Таким же чином Сонце виробляє планетарне диференційне нагрівання і викликає морські і атмосферні струми.

Зв'язок з іншими біогеохімічними циклами

Завдяки своїй великій кількості та високої реактивності кисневий цикл з'єднаний з іншими циклами, такими як CO₂, азот (N₂) і цикл води (Н₂O). Це надає йому багатоциклічний характер.

Резервуари O₂ і CO₂  вони пов'язані між собою процесами, які передбачають створення (фотосинтез) і руйнування (дихання і згоряння) органічної речовини. У короткостроковій перспективі ці окисно-відновні реакції є основним джерелом мінливості концентрації O₂ в атмосфері.

Денитрифицирующие бактерії отримують кисень для дихання нітратів з ґрунту, виділяючи азот.

Резервуари

Геосфера

Кисень є одним з основних компонентів силікатів. Тому вона становить важливу фракцію мантії і земної кори.

• Земне ядроУ рідкій зовнішній мантії наземного ядра є, крім заліза, інші елементи, серед яких кисень.
• Підлога: повітря розсіюється в просторах між частинками або порами в грунті. Цей кисень використовується мікробіотою грунту.

Атмосфера

21% атмосфери складається з кисню у вигляді кисню (O₂). Інші форми присутності кисню в атмосфері - водяні пари (Н₂O), діоксид вуглецю (CO₂) і озон (O₃).

• Водяна пара: концентрація водяної пари змінюється в залежності від температури, атмосферного тиску і струмів атмосферної циркуляції (цикл води).
• Вуглекислий газ: CO₂ вона становить приблизно 0,03% від обсягу повітря. З початку промислової революції зросла концентрація СО₂ в атмосфері на 145%.
• Озон: це молекула, яка присутня в стратосфері в малій кількості (0,03 - 0,02 частин на мільйон за обсягом).

Гідросфера

71% земної поверхні покрито водою. У океанах зосереджено більше 96% води, присутніх на поверхні землі. 89% маси океанів - кисень. CO₂ Він також розчиняється у воді і підлягає обміну з атмосферою.

Кріосфера

Кріосфера відноситься до маси замороженої води, яка охоплює певні ділянки Землі. Ці льодові маси містять приблизно 1,74% води в земній корі. З іншого боку, лід містить різну кількість уловлюваного молекулярного кисню.

Oживі організми

Більшість молекул, що складають структуру живих істот, містять кисень. З іншого боку, велика частка живих істот - вода. Тому земна біомаса також є резервом кисню.

Етапи

Загалом, цикл, за яким слідує кисень як хімічний агент, включає дві великі області, що становлять його біогеохімічний характер. Ці області представлені в чотири етапи.

Геоекологічна зона включає переміщення та стримування в атмосфері, гідросфері, кріосфері та геосфері кисню. Це включає в себе екологічну стадію водосховища і джерела, і стадію повернення до навколишнього середовища.

У біологічній області також включені два етапи. Вони пов'язані з фотосинтезом і диханням.

-Екологічна стадія водосховища та джерело: атмосфера-гідросфера-кріосфера-геосфера

Атмосфера

Основним джерелом атмосферного кисню є фотосинтез. Але є й інші джерела, з яких кисень може бути включений в атмосферу.

Одним з них є рідина зовнішнього мантії ядра Землі. Кисень досягає атмосфери у вигляді водяної пари через вулканічні виверження. Водяна пара піднімається до стратосфери, де вона піддається фотолізу внаслідок високоенергетичного випромінювання сонця і утворюється вільний кисень.

З іншого боку, дихання виділяє кисень у вигляді СО₂.  Процеси спалювання, особливо промислові процеси, також споживають молекулярний кисень і забезпечують СО₂ до атмосфери.

При обміні між атмосферою і гідросферою розчинений кисень у водних масах переходить в атмосферу. З іншого боку, CO₂ Атмосферне розчиняється у воді у вигляді вуглекислоти. Кисень, розчинений у воді, надходить головним чином від фотосинтезу водоростей і ціанобактерій.

Стратосфера

На більш високих рівнях атмосфери високоенергетичні випромінювання гідролізують водяну пару. Короткохвильове випромінювання активує молекули O₂. Вони розділені на атоми, вільні від кисню (O).

Ці O вільні атоми реагують з молекулами O₂ і виробляють озон (O₃). Ця реакція є оборотною. Завдяки ультрафіолетовому випромінюванню O₃ розкладається на атоми, вільні від кисню, знову.

Кисень як компонент атмосферного повітря входить до складу різних реакцій окислення, з'єднуючи різні земні сполуки. Значною раковиною кисню є окислення газів від вулканічних вивержень.

Гідросфера

Найбільшою концентрацією води на Землі є океани, де спостерігається рівномірний вміст ізотопів кисню. Це пов'язано з постійним обміном цього елемента з земною корою через процеси гідротермальної циркуляції.

У межах тектонічних плит і океанічних хребтів утворюється постійний процес газообміну.

Кріосфера

Маси земного льоду, включаючи маси полярного льоду, льодовиків і багаторічної мерзлоти, являють собою важливу мийку кисню у вигляді води в твердому стані.

Геосфера

Крім того, кисень бере участь у газовому обміні з ґрунтом. Там він є життєво важливим елементом для дихальних процесів грунтових мікроорганізмів.

Важливим потопом у ґрунті є процеси мінерального окислення та спалювання викопного палива.

Кисень, який є частиною молекули води (H₂O) слідує за циклом води в процесах випаровування-транспірації і конденсації-осадження.

-Стадія фотосинтезу

Фотосинтез проводять в хлоропластах. Під час світлової фази фотосинтезу необхідний відновник, тобто джерело електронів. Зазначеним агентом в даному випадку є вода (Н₂O).

Приймаючи водень (H) з води, кисень вивільняється (O₂) як відходи. Вода надходить у грунт з грунту через коріння. У випадку водоростей і ціанобактерій вона походить з водного середовища.

Весь молекулярний кисень (O₂), що виробляється при фотосинтезі, надходить з води, що використовується в процесі. У фотосинтезі СО споживається₂, сонячна енергія та вода (H₂O), і кисень вивільняється (O₂).

-Етап атмосферного повернення

О₂ генерується при фотосинтезі витісняється в атмосферу через продихи у випадку рослин. Водорості та ціанобактерії повертають її в навколишнє середовище шляхом дифузії мембран. Аналогічним чином, дихальні процеси повертають кисень до середовища у вигляді діоксиду вуглецю (CO₂).

-Дихальний етап

Щоб виконувати свої життєві функції, живі організми повинні зробити ефективну хімічну енергію, що генерується фотосинтезом. Ця енергія зберігається у вигляді складних молекул вуглеводів (цукрів) у випадку рослин. Решта організмів отримують її з раціону

Процес, за допомогою якого живі істоти розгортають хімічні сполуки для вивільнення необхідної енергії, називається диханням. Цей процес здійснюється в клітинах і має дві фази; один аеробний і інший анаеробний.

Аеробне дихання відбувається в мітохондріях у рослин і тварин. У бактерій воно здійснюється в цитоплазмі, оскільки у них відсутні мітохондрії.

Основним елементом дихання є кисень як окислювач. У диханні споживається кисень (O₂) і СО вивільняється₂ і вода (H₂O), виробляючи корисну енергію.

CO₂ і вода (водяна пара) виділяється через продихи в рослинах. У тварин СО₂ вона вивільняється через ніздрі і / або рот, і вода через піт. У водоростях і бактеріях СО₂ вивільняється шляхом дифузії мембрани.

Фотопотяг

У рослинах у присутності світла розробляється процес, що споживає кисень і енергію, що називається фотопотоком. Фотовипромінювання зростає зі збільшенням температури, внаслідок збільшення концентрації CO₂ щодо концентрації O₂.

Фотовипромінювання встановлює негативний енергетичний баланс для рослини. Споживайте O₂ і хімічної енергії (виробленої фотосинтезом) і викидів CO₂. Тому вони розробили еволюційні механізми для протидії цьому (метаболізм C4 і CAN).

Значення

В даний час переважна більшість життя є аеробною. Без циркуляції O₂ У планетарній системі життя, як ми її знаємо сьогодні, було б неможливим.

Крім того, кисень становить значну частку наземних повітряних мас. Тому він сприяє впливу атмосферних явищ, пов'язаних з ним, і його наслідків: ерозивні ефекти, регулювання клімату, зокрема.

Безпосередньо він породжує процеси окислення в грунті, вулканічних газах і металевих штучних спорудах.

Кисень є елементом з високою окислювальною здатністю. Хоча молекули кисню є дуже стабільними, тому що вони утворюють подвійний зв'язок, маючи кисень високу електронегативність (здатність залучати електрони), має високу реактивну здатність. Завдяки цій високій електронегативності кисень втручається в численні реакції окислення.

Зміни

Переважна більшість процесів горіння, які відбуваються в природі, вимагають участі кисню. Також у тих, що генеруються людиною. Ці процеси виконують як позитивні, так і негативні функції в антропних термінах.

Спалювання викопного палива (вугілля, нафта, газ) сприяє економічному розвитку, але водночас є серйозною проблемою через його внесок у глобальне потепління..

Великі лісові пожежі впливають на біорізноманіття, хоча в деяких випадках вони є частиною природних процесів у певних екосистемах.

Парниковий ефект

Озоновий шар (O₃) в стратосфері є захисний екран атмосфери від надходження надлишку ультрафіолетового випромінювання. Це високоенергетичне випромінювання збільшує потепління Землі.

З іншого боку, він дуже мутагенний і шкідливий для живих тканин. У людей та інших тварин він є канцерогенним.

Випромінювання різних газів викликає руйнування озонового шару і, отже, полегшує надходження ультрафіолетового випромінювання. Деякими з цих газів є хлорфторуглероди, гідрохлорфторуглероди, етилброміди, оксиди азоту з добрив і галонів.

Список літератури

1. Анбар А.Д., Дуань Д.В., Ліон Т.В., Арнольд Г.Л., Кендалл Б.А., Креазер Р.А., Кауфман А.Я., Гордон С.Г., Клінтон С., Гарвін і Р. Буїк (2007) Потік кисню перед великою подією окислення? Science 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Голландія, PL Ван, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee і NJ Beukes. (2004) Датується підйом атмосферного кисню. Nature 427: 117-120.
3. Фаркуар Дж і Д. Джонстон. (2008) Цикл кисню планет земної кулі: погляди на обробку та історію кисню в поверхневих середовищах. Відгуки з мінералогії та геохімії 68: 463-492.
4. Кілінг Р.Ф. (1995) Цикл атмосферного кисню: ізотопи кисню атмосферного СО₂ і O₂ і O₂/ N₂ Ревізії геофізики, доповнення. США: Національний звіт до Міжнародного союзу геодезії та геофізики 1991-1994 років. с. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians і HC Heller (2003) Життя. Біологічна наука. 6-й Едт. Sinauer Associates, Inc. і WH Freeman and Company. 1044 с.