Oxygencyklusegenskaber, reservoirer, stadier og betydning



den oxygen-cyklus det refererer til cirkulationsbevægelsen af ​​ilt på jorden. Det er en gasformig biogeokemisk cyklus. Oxygen er det næststørste element i atmosfæren efter nitrogen, og det næststørste i hydrokfæren efter hydrogen. I denne forstand er iltcyklussen forbundet med vandcyklusen.

Cirurgisk bevægelse af ilt indbefatter fremstillingen af ​​dioxygen eller molekylært oxygen af ​​to atomer (OR2). Dette sker på grund af hydrolyse under fotosyntese udført af de forskellige fotosyntetiske organismer.

Den O2 bruges af levende organismer i cellulær respiration, der frembringer produktionen af ​​kuldioxid (CO)2), sidstnævnte er et af råmaterialerne til processen for fotosyntese.

På den anden side forekommer fotolyse (hydrolyse aktiveret af solenergi) af vanddampen forårsaget af solens ultraviolette stråling i den øvre atmosfære. Vand dekomponerer frigivelse af hydrogen, der går tabt i stratosfæren, og ilt er integreret i atmosfæren.

Når interagerer et O molekyle2 med et oxygenatom fremstilles ozon (O3). Ozon udgør det såkaldte ozonlag.

indeks

  • 1 kendetegn
    • 1.1 Oprindelse
    • 1.2 Primitiv atmosfære
    • 1.3 Energier, der kører cyklen
    • 1.4 Forhold til andre biogeokemiske cyklusser
  • 2 reservoirer
    • 2.1 Geosfæren
    • 2,2 atmosfære
    • 2.3 Hydrosphere
    • 2.4 Kryosfæren
    • 2,5 levende organismer
  • 3 trin
    • 3.1 Miljøfase af reservoir og kilde: atmosfæren-hydrosfære-kryosfæren-geosfæren
    • 3.2 Fotosyntetiske scenen
    • 3.3 -Atmosfærisk returret
    • 3.4 - Åndedrætstrin
  • 4 Betydning
  • 5 ændringer
    • 5.1 Drivhuseffekten
  • 6 referencer

funktioner

Oxygen er et ikke-metallisk kemisk element. Dets atomnummer er 8, det vil sige, det har 8 protoner og 8 elektroner i sin naturlige tilstand. Under normale betingelser for temperatur og tryk er det til stede i form af en dioxigenisk, farveløs og lugtfri gas. Dens molekylære formel er O2.

Den O2 indeholder tre stabile isotoper: 16O, 17O og 18O. Den overvejende form i universet er den 16O. På jorden repræsenterer det 99,76% af det samlede ilt. den 18Eller repræsenterer 0,2%. Formularen 17Eller det er meget sjældent (~ 0,04%).

kilde

Oxygen er det tredje element i overflod i universet. Isotopens produktion 16Eller det startede i den første generation af sol helium brændt, der skete efter Big Bang.

Oprettelsen af ​​carbon-nitrogen-oxygen-nukleosyntese-cyklen i senere generationer af stjerner har tilvejebragt den overvejende kilde til ilt i planeterne.

Høje temperaturer og tryk producerer vand (H2O) i universet ved at frembringe reaktionen af ​​hydrogen med oxygen. Vand er en del af jordens kerneformation.

Magmakens udbrud frigiver vandet i form af damp, og det kommer ind i vandcyklusen. Vand nedbrydes ved fotolyse i ilt og hydrogen gennem fotosyntese og ved ultraviolet stråling i atmosfærens øvre niveauer.

Primitiv atmosfære

Den primitive atmosfære før udviklingen af ​​fotosyntese af cyanobakterierne var anaerob. For levende organismer tilpasset til atmosfæren var ilt en giftig gas. Selv i dag skaber en atmosfære af rent ilt uoprettelig skade på cellerne.

I den evolutionære linje af de nuværende cyanobakterier opstod fotosyntese. Dette begyndte at ændre sammensætningen af ​​Jordens atmosfære omkring 2.300-2.700 millioner år siden.

Spredning af fotosyntetiske organismer ændrede atmosfærens sammensætning. Livet udviklede sig til tilpasning til en aerob atmosfære.

Energier, der kører cyklen

De kræfter og energier, der virker ved at drive iltcyklusen, kan være geotermiske, når magmaen udleder vanddamp, eller det kan komme fra solenergi.

Sidstnævnte giver den grundlæggende energi til processen med fotosyntese. Den kemiske energi i form af kulhydrater som følge af fotosyntese driver igen alle levende processer gennem fødekæden. På samme måde producerer solen planetarisk differentieret opvarmning og forårsager marine og atmosfæriske strømme.

Forhold til andre biogeokemiske cyklusser

På grund af dets overflod og dens høje reaktivitet er iltcyklusen forbundet med andre cyklusser såsom CO2, nitrogen (N2) og vandcyklusen (H2O). Dette giver det en multikyklisk karakter.

Reservoirerne af O2 og CO2  de er forbundet med processer, der involverer skabelsen (fotosyntese) og destruktion (åndedræt og forbrænding) af organisk materiale. På kort sigt er disse oxidationsreduktionsreaktioner den væsentligste kilde til variabilitet af koncentrationen af ​​O2 i atmosfæren.

Denitrifierende bakterier får ilt til deres respiration af nitrater fra jorden og frigiver nitrogen.

reservoirer

geosfæren

Oxygen er en af ​​hovedkomponenterne af silicater. Derfor udgør den en vigtig del af kappen og jordskorpen.

  • Terrestrial kerne: I den jordbaserede kernevæskes ydre kappe er der foruden jern andre elementer, herunder iltet.
  • Gulvet: luft diffunderes i mellemrummet mellem partikler eller porerne i jorden. Dette ilt anvendes af jordens mikrobiota.

atmosfære

21% af atmosfæren er sammensat af oxygen i form af dioxygen (O2). De andre former for atmosfærisk oxygen-tilstedeværelse er vanddamp (H2O), carbondioxid (CO2) og ozon (O3).

  • Vanddamp: koncentrationen af ​​vanddamp er variabel afhængig af temperaturen, atmosfærisk tryk og atmosfæriske cirkulationsstrømme (vandcyklus).
  • Kuldioxid: CO2 den repræsenterer ca. 0,03% af luftens volumen. Siden begyndelsen af ​​den industrielle revolution er koncentrationen af ​​CO steget2 i atmosfæren med 145%.
  • Ozon: er et molekyle, der er til stede i stratosfæren i en lav mængde (0,03-0,02 dele per million volumen).

hydrosfæren

71% af jordens overflade er dækket af vand. I oceanerne er mere end 96% af det vand, der er til stede på jordens overflade, koncentreret. 89% af oceanernes masse er ilt. CO2 Det opløses også i vand og er genstand for en udvekslingsproces med atmosfæren.

kryosfæren

Kryosfæren refererer til massen af ​​frosset vand, der dækker visse områder af Jorden. Disse ismasser indeholder ca. 1,74% af vandet i jordskorpen. På den anden side indeholder is varierende mængder af molekylært oxygen fanget.

Olevende organismer

De fleste af de molekyler, der udgør opbygningen af ​​levende væsener, indeholder ilt. På den anden side er en høj andel af levende væsener vand. Derfor er den jordbaserede biomasse også en oxygenreserve.

etaper

I almindelighed omfatter cyklussen efterfulgt af oxygen som et kemisk middel to store områder, der udgør sin biogeokemiske karakter. Disse områder er repræsenteret i fire faser.

Geoenvironmentalområdet omfatter forskydningerne og indeslutningen i atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og oxygengeosfæren. Dette omfatter miljøfasen af ​​reservoir og kilde, og scenen for tilbagevenden til miljøet.

I det biologiske område indgår også to faser. De er forbundet med fotosyntese og åndedræt.

-Miljøfase af reservoir og kilde: atmosfæren-hydrosphere-kryosfæren-geosfæren

atmosfære

Den vigtigste kilde til atmosfærisk ilt er fotosyntese. Men der er andre kilder, hvorfra ilt kan indarbejdes i atmosfæren.

En af disse er Jordens kerneens flydende ydre kappe. Oxygen når atmosfæren i form af vanddamp gennem vulkanudbrud. Vanddamp stiger til stratosfæren, hvor den undergår fotolyse som følge af høj energi stråling fra solen og fri ilt produceres.

På den anden side udsender åndedræt oxygen i form af CO2.  Forbrændingsprocesser, især industrielle processer, forbruger også molekylært oxygen og tilvejebringer CO2 til atmosfæren.

I udvekslingen mellem atmosfæren og hydrokfæren passerer opløst oxygen i vandmasserne ind i atmosfæren. På den anden side er CO2 Atmosfærisk opløses i vand som kulsyre. Oxygen opløst i vandet kommer hovedsageligt fra fotosyntese af alger og cyanobakterier.

stratosfæren

På højere niveauer af atmosfæren hydrolyserer høj-energi stråling vanddamp. Shortwave-stråling aktiverer O-molekyler2. Disse er opdelt i oxygenfrie atomer (O).

Disse O fri atomer reagerer med O molekyler2 og producere ozon (O3). Denne reaktion er reversibel. På grund af den ultraviolette stråling er O3 dekomponerer igen til iltfrie atomer.

Oxygen som en komponent i atmosfærisk luft er en del af forskellige oxidationsreaktioner, der går i forbindelse med forskellige jordbaserede forbindelser. En signifikant synke af ilt er oxidationen af ​​gasser fra vulkanudbrud.

hydrosfæren

Den største koncentration af vand på Jorden er oceanerne, hvor der er en ensartet koncentration af iltisotoper. Dette skyldes den konstante udveksling af dette element med jordskorpen gennem hydrotermiske cirkulationsprocesser.

Ved grænserne af tektoniske plader og havkanter frembringes en konstant proces af gasudveksling.

kryosfæren

Masserne af jordis, herunder masserne af polaris, gletschere og permafrost, udgør en vigtig synke af ilt i form af vand i fast tilstand.

geosfæren

Ligeledes deltager ilt i gasudvekslingen med jorden. Der udgør den det afgørende element for jordmiljøorganismernes respiratoriske processer.

En vigtig vask i jorden er processerne for mineraloxidation og brænding af fossilt brændsel.

Oxygenet, der er en del af vandmolekylet (H2O) følger vandcyklusen i processerne for fordampningstranspiration og kondensudfældning.

-Fotosyntetiske scene

Fotosyntese udføres i kloroplaster. Under lysfasen af ​​fotosyntese kræves et reduktionsmiddel, det vil sige en kilde til elektroner. Nævnte agent er i dette tilfælde vand (H2O).

Ved at tage hydrogenet (H) fra vandet frigives oxygen (O2) som et affaldsprodukt. Vand kommer ind i jorden fra jorden gennem rødderne. For alger og cyanobakterier kommer det fra vandmiljøet.

Alle molekylære oxygen (O2) produceret under fotosyntese kommer fra vandet, der anvendes i processen. I fotosyntese forbruges CO2, solenergi og vand (H2O), og ilt frigives (O2).

-Atmosfærisk tilbagevenden fase

Den O2 frembragt i fotosyntese udstødes i atmosfæren gennem stomata i tilfælde af planter. Algerne og cyanobakterierne returnerer det til miljøet ved membran diffusion. På samme måde returnerer respiratoriske processer ilt til miljøet i form af carbondioxid (CO2).

-Åndedrætstrin

For at udføre deres vitale funktioner skal levende organismer effektivisere den kemiske energi, der genereres ved fotosyntese. Denne energi opbevares i form af komplekse molekyler af kulhydrater (sukkerarter) i tilfælde af planter. Resten af ​​organismerne får det fra kosten

Processen, hvormed levende væsener udfolder kemiske forbindelser for at frigive den krævede energi kaldes åndedræt. Denne proces udføres i celler og har to faser; en aerob og en anden anaerob.

Aerob åndedræt finder sted i mitokondrier i planter og dyr. I bakterier udføres det i cytoplasma, da de mangler mitokondrier.

Det grundlæggende element for vejrtrækning er ilt som oxidationsmiddel. I åndedrættet indtages ilt (O2) og CO er frigivet2 og vand (H2O), der producerer nyttig energi.

CO2 og vand (vanddamp) frigives gennem stomata i planter. Hos dyr er CO2 Det frigives gennem næsebor og / eller mund og vand gennem sved. I alger og bakterier er CO2 frigives ved membran diffusion.

fotorespiration

I planter i nærværelse af lys udvikles en proces, der bruger ilt og energi, der kaldes fotorespiration. Fotorespiration stiger med stigningen i temperaturen som følge af stigningen i CO-koncentrationen2 vedrørende koncentrationen af ​​O2.

Fotorespiration etablerer en negativ energibalance for anlægget. Forbruge o2 og kemisk energi (produceret ved fotosyntese) og frigiver CO2. Derfor har de udviklet evolutionære mekanismer til at modvirke det (C4 og CAN metabolisme).

betydning

I øjeblikket er langt størstedelen af ​​livet aerobe. Uden omsætning af O2 i planetarisk system ville livet som vi kender det i dag være umuligt.

Desuden udgør ilt en betydelig andel af de jordbaserede luftmasser. Derfor bidrager det til de atmosfæriske fænomener der er knyttet til det og dets konsekvenser: blandt andet erosive effekter, klimaforordning.

Direkte genererer det oxidationsprocesser i jorden, vulkanske gasser og metalliske kunstige strukturer.

Oxygen er et element med en høj oxidativ kapacitet. Selvom iltmolekyler er meget stabile, fordi de danner dobbeltbinding, har ilt en høj elektronegativitet (evne til at tiltrække elektroner) en høj reaktiv kapacitet. På grund af denne høje elektronegativitet indgriber ilt i mange oxidationsreaktioner.

ændringer

Langt de fleste forbrændingsprocesser, der forekommer i naturen, kræver ilt deltagelse. Også i dem der genereres af mennesket. Disse processer opfylder både positive og negative funktioner i antropiske termer.

Forbrændingen af ​​fossile brændstoffer (kul, olie, gas) bidrager til økonomisk udvikling, men udgør samtidig et alvorligt problem på grund af dets bidrag til den globale opvarmning.

Store skovbrande påvirker biodiversiteten, selv om de i nogle tilfælde er en del af naturlige processer i visse økosystemer.

Drivhuseffekten

Ozonlaget (O3) i stratosfæren er atmosfærens beskyttelsesskærm mod indtræden af ​​overskydende ultraviolet stråling. Denne stærkt energiske stråling øger Jordens opvarmning.

På den anden side er det meget mutagent og skadeligt for levende væv. Hos mennesker og andre dyr er det kræftfremkaldende.

Emissionen af ​​forskellige gasser forårsager ødelæggelsen af ​​ozonlaget og letter dermed indgangen af ​​ultraviolet stråling. Nogle af disse gasser er chlorfluorcarboner, hydrochlorfluorcarboner, ethylbromid, nitrogenoxider fra gødninger og haloner.

referencer

  1. Anbar AD, og ​​Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin og R Buick (2007) en lugt af Oxygen Før Great Oxidation begivenhed? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee og NJ Beukes. (2004) Dating stigningen af ​​atmosfærisk ilt. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J og DT Johnston. (2008) De terrestriske planets syrecyklus: indsigt i forarbejdning og historie af oxygen i overflademiljøer. Anmeldelser i Mineralogi og Geokemi 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Den atmosfæriske oxygencyklus: Oxygenisotoperne af atmosfærisk CO2 og o2 og O2/ N2 Revophs of Geophysics, supplement. USA: National Report to International Union of Geodesy and Geophysics 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians og HC Heller (2003) Life. Biologiens videnskab. 6. udgave. Sinauer Associates, Inc. og WH Freeman og Company. 1044 s.