Charakteristiky kyslíkového cyklu, zásobníky, stupně a význam

kyslíkový cyklus týká se oběhového pohybu kyslíku na Zemi. Jedná se o plynný biogeochemický cyklus. Kyslík je druhý nejhojnější prvek v atmosféře po dusíku a druhý nejhojnější v hydrosféře po vodíku. V tomto smyslu je kyslíkový cyklus připojen k vodnímu cyklu.

Oběhový pohyb kyslíku zahrnuje produkci dioxygenu nebo molekulárního kyslíku dvou atomů (OR₂). K tomu dochází v důsledku hydrolýzy při fotosyntéze prováděné různými fotosyntetickými organismy.

O₂ je používán živými organismy v buněčném dýchání a vytváří produkci oxidu uhličitého (CO)₂), která je jednou ze surovin pro proces fotosyntézy.

Na druhé straně fotolýza (hydrolýza aktivovaná sluneční energií) vodní páry způsobená ultrafialovým zářením slunce se vyskytuje v horní atmosféře. Voda se rozkládá a uvolňuje vodík, který se ztrácí ve stratosféře, a kyslík je integrován do atmosféry.

Při interakci O molekuly₂ s atomem kyslíku vzniká ozon (O₃). Ozón tvoří tzv. Ozónovou vrstvu.

Index

• 1 Charakteristika
  • 1.1 Původ
  • 1.2 Primitivní atmosféra
  • 1.3 Energie, které pohánějí cyklus
  • 1.4 Vztah k jiným biogeochemickým cyklům
• 2 Nádrže
  • 2.1 Geosféra
  • 2.2 Atmosféra
  • 2.3 Hydrosféra
  • 2.4
  • 2.5 Živé organismy
• 3 Fáze
  • 3.1 Environmentální etapa nádrže a zdroj: atmosféra-hydrosféra-kryosféra-geosféra
  • 3.2 Fotosyntetický stupeň
  • 3.3 - Stupeň návratnosti atmosféry
  • 3.4 - Dýchací fáze
• 4 Význam
• 5 Změny
  • 5.1 Skleníkový efekt
• 6 Odkazy

Vlastnosti

Kyslík je nekovový chemický prvek. Jeho atomové číslo je 8, to znamená, že má 8 protonů a 8 elektronů v přirozeném stavu. Za normálních podmínek teploty a tlaku je přítomen ve formě dioxigenního, bezbarvého plynu a plynu bez zápachu. Jeho molekulární vzorec je O₂.

O₂ zahrnuje tři stabilní izotopy: ¹⁶O, ¹⁷O a ¹⁸O. Převládající forma ve vesmíru je ¹⁶O. Na Zemi to představuje 99,76% celkového kyslíku. ¹⁸Nebo představuje 0,2%. Formulář ¹⁷Nebo je to velmi vzácné (~ 0,04%).

Původ

Kyslík je třetím prvkem v hojnosti ve vesmíru. Produkce izotopu ¹⁶Nebo to začalo v první generaci slunečního hélia vypáleného, ​​které se stalo po Velkém třesku.

Stanovení cyklu nukleosyntézy uhlík-dusík-kyslík v pozdějších generacích hvězd poskytlo převládající zdroj kyslíku na planetách..

Vysoké teploty a tlaky produkují vodu (H₂O) ve vesmíru generováním reakce vodíku s kyslíkem. Voda je součástí konformace zemského jádra.

Východy magmy uvolňují vodu ve formě páry a vstupují do koloběhu vody. Voda se rozkládá fotolýzou kyslíku a vodíku prostřednictvím fotosyntézy a ultrafialovým zářením ve vyšších úrovních atmosféry..

Primitivní atmosféra

Primitivní atmosféra před vývojem fotosyntézy cyanobakteriemi byla anaerobní. U živých organismů přizpůsobených této atmosféře byl kyslík toxickým plynem. I dnes atmosféra čistého kyslíku způsobuje nenapravitelné poškození buněk.

V evoluční linii současných cyanobakterií vznikla fotosyntéza. Toto začalo měnit složení zemské atmosféry asi 2300-2,700 miliónů roky dříve.

Šíření fotosyntetických organismů změnilo složení atmosféry. Život se vyvinul k adaptaci na aerobní atmosféru.

Energie, které pohánějí cyklus

Síly a energie, které působí poháněním kyslíkového cyklu, mohou být geotermální, když magma vylučuje vodní páru, nebo může pocházet ze sluneční energie..

Ten poskytuje základní energii pro proces fotosyntézy. Chemická energie ve formě sacharidů vyplývajících z fotosyntézy zase pohání všechny živé procesy prostřednictvím potravinového řetězce. Stejným způsobem, Slunce produkuje planetární diferenciální vytápění a způsobuje mořské a atmosférické proudy.

Vztah k jiným biogeochemickým cyklům

Vzhledem ke svému množství a vysoké reaktivitě je kyslíkový cyklus spojen s jinými cykly, jako je CO₂, dusík (N₂) a koloběhu vody (H. \ t₂O). To mu dává multicyklický charakter.

Nádrže O₂ a CO₂  jsou spojeny procesy, které zahrnují tvorbu (fotosyntézu) a destrukci (dýchání a spalování) organické hmoty. V krátkodobém horizontu jsou tyto oxidačně-redukční reakce hlavním zdrojem variability koncentrace O₂ v atmosféře.

Denitrifikační bakterie získávají kyslík pro dýchání dusičnanů z půdy a uvolňují dusík.

Nádrže

Geosféra

Kyslík je jednou z hlavních složek silikátů. Proto představuje důležitý zlomek pláště a zemské kůry.

• Pozemské jádrov tekutém vnějším plášti zemského jádra jsou kromě železa další prvky, mezi nimi kyslík.
• Na podlaze: vzduch je difundován v prostoru mezi částicemi nebo póry v půdě. Tento kyslík využívá půdní mikrobiota.

Atmosféra

21% atmosféry je tvořeno kyslíkem ve formě dioxygenu (O₂). Jiné formy přítomnosti kyslíku v atmosféře jsou vodní pára (H₂O), oxid uhličitý (CO₂) a ozonu (O₃).

• Vodní pára: koncentrace vodní páry je proměnlivá v závislosti na teplotě, atmosférickém tlaku a atmosférických cirkulačních proudech (vodní cyklus).
• Oxid uhličitý: CO₂ představuje přibližně 0,03% objemu vzduchu. Od počátku průmyslové revoluce se koncentrace CO zvýšila₂ v atmosféře o 145%.
• Ozon: je molekula, která je přítomna ve stratosféře v malém množství (0,03 - 0,02 dílů na milion podle objemu).

Hydrosféra

71% zemského povrchu je pokryto vodou. V oceánech se koncentruje více než 96% vody přítomné na povrchu Země. 89% hmotnosti oceánů je kyslík. CO₂ Je také rozpuštěna ve vodě a je předmětem procesu výměny s atmosférou.

Cryosphere

Kryosféra odkazuje na množství zmrzlé vody, která pokrývá určité oblasti Země. Tyto ledové hmoty obsahují přibližně 1,74% vody v zemské kůře. Na druhé straně, led obsahuje různá množství molekulárního kyslíku zachyceného.

Oživých organismů

Většina molekul, které tvoří strukturu živých bytostí, obsahuje kyslík. Na druhé straně, vysoký podíl živých bytostí je voda. Zemská biomasa je proto také rezervou kyslíku.

Fáze

Obecně platí, že cyklus následovaný kyslíkem jako chemickým činidlem zahrnuje dvě velké oblasti, které tvoří jeho biogeochemický charakter. Tyto oblasti jsou zastoupeny ve čtyřech fázích.

Geografická oblast zahrnuje přemístění a zadržení v atmosféře, hydrosféře, kryosféře a kyslíkové geosféře. To zahrnuje etapu životního prostředí nádrže a zdroje a fázi návratu do životního prostředí.

V biologické oblasti jsou také zahrnuty dvě fáze. Jsou spojeny s fotosyntézou a dýcháním.

-Ekologická fáze nádrže a zdroj: atmosféra-hydrosféra-kryosféra-geosféra

Atmosféra

Hlavním zdrojem atmosférického kyslíku je fotosyntéza. Existují však i jiné zdroje, z nichž může být kyslík začleněn do atmosféry.

Jedním z nich je kapalný vnější plášť zemského jádra. Kyslík dosáhne atmosféry ve formě vodní páry přes sopečné erupce. Vodní pára stoupá do stratosféry, kde prochází fotolýzou v důsledku vysokoenergetického záření ze slunce a vzniká volný kyslík..

Na druhé straně dýchání vydává kyslík ve formě CO₂.  Spalovací procesy, zejména průmyslové procesy, také spotřebovávají molekulární kyslík a poskytují CO₂ do atmosféry.

Při výměně atmosféry a hydrosféry přechází rozpuštěný kyslík ve vodních hmotách do atmosféry. Na druhé straně CO₂ Atmosférický roztok se rozpustí ve vodě jako kyselina uhličitá. Kyslík rozpuštěný ve vodě pochází především z fotosyntézy řas a sinic.

Stratosféra

Při vyšších úrovních atmosféry, vysokoenergetické záření hydrolyzuje vodní páru. Krátkovlnné záření aktivuje O molekuly₂. Ty jsou rozděleny do atomů bez kyslíku (O).

Tyto O volné atomy reagují s O molekulami₂ a produkují ozon (O₃). Tato reakce je reverzibilní. Kvůli ultrafialovému záření O₃ opět se rozkládá na atomy prosté kyslíku.

Kyslík jako složka atmosférického vzduchu je součástí různých oxidačních reakcí a spojuje různé zemské sloučeniny. Významným poklesem kyslíku je oxidace plynů z sopečných erupcí.

Hydrosféra

Největší koncentrace vody na Zemi jsou oceány, kde je stejná koncentrace izotopů kyslíku. To je způsobeno neustálou výměnou tohoto prvku s zemskou kůrou prostřednictvím hydrotermálních cirkulačních procesů.

Na hranicích tektonických desek a oceánských hřebenů se vytváří stálý proces výměny plynu.

Cryosphere

Masy suchozemského ledu, včetně masy polárního ledu, ledovců a permafrostu, představují důležitý potop kyslíku ve formě vody v pevném stavu..

Geosféra

Stejně tak se v plynné výměně s půdou podílí kyslík. Zde představuje životně důležitý prvek pro respirační procesy půdních mikroorganismů.

Důležitým dřezem v půdě jsou procesy minerální oxidace a spalování fosilních paliv.

Kyslík, který je součástí molekuly vody (H₂O) následuje vodní cyklus v procesech odpařování-transpirace a kondenzace-srážení.

-Fotosyntetická fáze

Fotosyntéza se provádí v chloroplastech. Během lehké fáze fotosyntézy je zapotřebí redukčního činidla, tj. Zdroje elektronů. Uvedeným činidlem je v tomto případě voda (H₂O).

Přivedením vodíku (H) z vody se uvolňuje kyslík (O₂) jako odpadní produkt. Voda vstupuje do půdy z půdy skrze kořeny. V případě řas a sinic pochází z vodního prostředí.

Všechny molekulární kyslík (O₂) vzniklé během fotosyntézy pochází z vody použité v procesu. Při fotosyntéze se spotřebovává CO₂, sluneční energie a voda (H₂O), a kyslík je uvolněn (O₂).

-Atmosférický návratový stupeň

O₂ vzniklé při fotosyntéze se vylučují do atmosféry stomaty v případě rostlin. Řasy a sinice jej vracejí do prostředí membránovou difúzí. Podobně respirační procesy vracejí kyslík do životního prostředí ve formě oxidu uhličitého (CO₂).

-Dýchací fáze

Aby mohly živé organismy plnit své životně důležité funkce, musí účinně ovlivňovat chemickou energii generovanou fotosyntézou. Tato energie je u rostlin uložena ve formě komplexních molekul sacharidů (cukrů). Zbytek organismu ji získává ze stravy

Proces, kterým živé bytosti rozvíjí chemické sloučeniny k uvolnění požadované energie, se nazývá dýchání. Tento proces se provádí v buňkách a má dvě fáze; jeden aerobní a další anaerobní.

Aerobní dýchání probíhá v mitochondriích u rostlin a zvířat. V bakteriích se provádí v cytoplazmě, protože jim chybí mitochondrie.

Základním prvkem pro dýchání je kyslík jako oxidační činidlo. V dechu se spotřebuje kyslík (O₂) a CO se uvolňuje₂ a voda (H₂O), produkující užitečnou energii.

CO₂ a voda (vodní pára) se uvolňuje přes žaludek v rostlinách. U zvířat CO₂ je uvolňován nosními dírkami a / nebo ústy a vodou. V řasách a bakteriích CO₂ se uvolňuje membránovou difuzí.

Fotorezpirace

V rostlinách v přítomnosti světla je vyvinut proces, který spotřebovává kyslík a energii zvanou fotorezpirace. Fotorezpirace se zvyšuje s nárůstem teploty v důsledku zvýšení koncentrace CO₂ pokud jde o koncentraci O₂.

Fotorezpirace stanoví negativní energetickou bilanci rostliny. Spotřebujte O₂ a chemickou energii (produkovanou fotosyntézou) a uvolňuje CO₂. Proto vyvinuli evoluční mechanismy, které působí proti němu (metabolismy C4 a CAN).

Význam

V současné době je drtivá většina života aerobní. Bez oběhu O₂ v planetárním systému by život, jak ho známe dnes, byl nemožný.

Kromě toho představuje kyslík významnou část pozemních vzdušných hmot. Přispívá tak k atmosférickým fenoménům, které jsou s ním spojeny, a jeho důsledkům: erozivním účinkům, regulaci klimatu, mimo jiné.

Přímo vytváří oxidační procesy v půdě, sopečných plynech a kovových umělých strukturách.

Kyslík je prvek s vysokou oxidační schopností. Ačkoli molekuly kyslíku jsou velmi stabilní, protože tvoří dvojnou vazbu, mají kyslík vysokou elektronegativitu (schopnost přitahovat elektrony), má vysokou reaktivní kapacitu. Díky této vysoké elektronegativitě se kyslík dostává do mnoha oxidačních reakcí.

Změny

Drtivá většina spalovacích procesů, ke kterým dochází v přírodě, vyžaduje účast kyslíku. Také v těch generovaných lidskou bytostí. Tyto procesy splňují jak pozitivní, tak negativní funkce z antropického hlediska.

Spalování fosilních paliv (uhlí, ropa, plyn) přispívá k hospodářskému rozvoji, ale zároveň představuje vážný problém vzhledem k jeho příspěvku ke globálnímu oteplování..

Velké lesní požáry ovlivňují biologickou rozmanitost, i když v některých případech jsou součástí přírodních procesů v určitých ekosystémech.

Skleníkový efekt

Ozonová vrstva (O₃) ve stratosféře je ochranný štít atmosféry proti vstupu přebytečného ultrafialového záření. Toto vysoce energetické záření zvyšuje oteplování Země.

Na druhé straně je vysoce mutagenní a škodlivý pro živé tkáně. U lidí a jiných zvířat je karcinogenní.

Emise různých plynů způsobuje destrukci ozonové vrstvy a usnadňuje tak vstup ultrafialového záření. Některé z těchto plynů jsou chlorfluoruhlovodíky, hydrochlorfluoruhlovodíky, ethylbromid, oxidy dusíku z hnojiv a halonů..

Odkazy

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) Datování vzestupu atmosférického kyslíku. Nature 427: 117-120.
3. Farquhar J a DT Johnston. (2008) Kyslíkový cyklus pozemských planet: pohledy na zpracování a historii kyslíku v povrchových prostředích. Recenze v Mineralogy and Geochemistry 68: 463-492.
4. Keeling RF (1995) Cyklus kyslíku v atmosféře: Izotopy kyslíku atmosférického CO₂ a O₂ a O₂/ N₂ Reviws geofyziky, doplněk. U.S: Národní zpráva pro Mezinárodní svaz geodézie a geofyziky 1991-1994. pp. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians a HC Heller (2003) Život. Věda o biologii. 6. Edt. Sinauer kolegové, Inc. a WH Freeman a společnost. 1044 str.