Oksygensyklusegenskaper, reservoarer og stadier

Han oksygensyklus Det refererer til sirkulasjonsbevegelsen av oksygen på jorden. Det er en gassformig biogeokjemisk syklus. Oksygen er det nest mest tallrike elementet i atmosfæren etter nitrogen, og det nest mest rette i hydrosfæren etter hydrogen. I denne forstand er oksygensyklusen koblet til vannsyklusen.

Sirkulasjonsbevegelsen av oksygen inkluderer produksjon av dioksygen eller molekylært oksygen av to atomer (eller₂). Dette skjer for hydrolyse under fotosyntesen utført av de forskjellige fotosyntetiske organismer.

O₂ Det brukes av levende organismer i cellulær respirasjon, og genererer karbondioksidproduksjon (CO₂), Sistnevnte er en av råvarene for prosessen med fotosyntesen.

På den annen side, i den øvre atmosfæren, oppstår fotolyse (hydrolyse aktivert ved solenergi) av vanndamp forårsaket av ultrafiolett stråling av solen. Vann brytes ned og frigjør hydrogenet som går tapt i stratosfæren og oksygen er integrert i atmosfæren.

Når du samhandler et molekyl av o₂ Med et oksygenatom oppstår ozon (eller₃). Ozonet danner det så -kallede ozonlaget.

Kjennetegn

Oksygen er et ikke -metallisk kjemisk element. Dets atomnummer er 8, det vil si at det har 8 protoner og 8 elektroner i sin naturlige tilstand. Under normal temperatur- og trykkforhold er det til stede i form av dioksygen, fargeløs og toalettgass. Dens molekylære formel er eller₂.

O₂ Inkluderer tre stabile isotoper: ¹⁶ENTEN, ¹⁷Eller og ¹⁸ENTEN. Den dominerende måten i universet er ¹⁶ENTEN. På jorden representerer det 99,76% av det totale oksygenet. Han ¹⁸Eller representerer 0,2%. Formen ¹⁷O Det er veldig sjelden (~ 0,04%).

Opprinnelse

Oksygen er det tredje elementet i overflod i universet. Isotopproduksjon ¹⁶Eller startet i den første generasjonen av helio solbrenning som skjedde etter Big Bang.

Etableringen av syklusen av karbon-nitrogen-oksygenkjerne i påfølgende generasjoner av stjerner har gitt den dominerende kilden til oksygen på planetene.

Høye temperaturer og trykk gir vann (h₂O) I universet når du genererer reaksjonen av hydrogen med oksygen. Vann er en del av konformasjonen av jordens kjerne.

Magma -utmark gir av vannet i dampform, og dette kommer inn i vannsyklusen. Vann blir dekomponert av oksygen og hydrogenfotolyse gjennom fotosyntese, og ultrafiolett stråling på de øvre nivåene av atmosfæren.

Primitiv atmosfære

Den primitive atmosfæren før utviklingen av fotosyntesen av cyanobakterier var anaerobisk. For levende organismer tilpasset den atmosfæren, var oksygen en giftig gass. Selv i dag gir en atmosfære av ren oksygen uopprettelig skade på celler.

I den evolusjonære avstamningen til nåværende cyanobakterier, oppsto fotosyntesen. Dette begynte å endre sammensetningen av jordens atmosfære omtrent 2.300-2.700 millioner år.

Spredningen av fotosyntetiserende organismer endret sammensetningen av atmosfæren. Livet utviklet seg mot tilpasning til en aerob atmosfære.

Energier som driver syklusen

Kreftene og energiene som virker ved å fremme oksygensyklusen kan være geotermisk, når magma utviser vanndamp, eller kan komme fra solenergi.

Sistnevnte gir den grunnleggende energien for fotosynteseprosessen. Den kjemiske energien i form av karbohydrater som følge av fotosyntese, driver igjen alle levende prosesser gjennom næringskjeden. Tilsvarende produserer solen planetarisk differensiell oppvarming og forårsaker marine og atmosfæriske strømmer.

Det kan tjene deg: 10 konsekvenser av luftforurensning

Forhold til andre biogeokjemiske sykluser

På grunn av dens overflod og høye reaktivitet, er oksygensyklusen koblet til andre sykluser som CO₂, Nitrogen (n₂) og vannsyklusen (h₂ENTEN). Dette gir en multisyklisk karakter.

Reservoarene til o₂ og av co₂  De er knyttet sammen med prosesser som involverer skapelse (fotosyntese) og ødeleggelse (pust og forbrenning) av organisk materiale. På kort sikt er disse oksydreduksjonsreaksjonene den største kilden til variasjon av konsentrasjonen av eller₂ i atmosfæren.

Han denitrifiserer bakterier oppnår oksygen for å puste fra jordnitrater, frigjøre nitrogen.

Reservoarer

Geosfære

Oksygen er en av hovedkomponentene i silikater. Derfor utgjør det en viktig brøkdel av mantelen og jordskorpen.

• Jordkjerne: I den ytre flytende mantelen av jordens kjerne er det, i tillegg til jern, andre elementer, inkludert oksygen.
• Jord: I mellomrommene mellom partikler eller porene i jorda er luften spredt. Dette oksygenet brukes av jordmikrobiota.

Atmosfære

21% av atmosfæren er sammensatt av oksygen i form av dioksygen (eller₂). De andre formene for atmosfærisk tilstedeværelse av oksygen er vanndamp (h₂O), karbondioksid (CO₂) og ozonen (eller₃).

• Vanndamp: Konsentrasjonen av vanndamp er variabel, avhengig av temperatur, atmosfæretrykk og atmosfæriske sirkulasjonsstrømmer (vannsyklus).
• Karbondioksid: Co₂ representerer omtrent 0,03% av luftvolumet. Siden begynnelsen av den industrielle revolusjonen har konsentrasjonen av CO økt₂ I atmosfæren i 145%.
• Ozonet: Det er et molekyl som er til stede i stratosfæren i en lav mengde (0.03 - 0.02 deler per million per volum).

Hydrosfære

71% av jordoverflaten er dekket av vann. I havene er mer enn 96% av vannet som er til stede på jordens overflate konsentrert. 89% av havmassen er oksygen. Co₂ Det er også oppløst i vannet og er underlagt en utvekslingsprosess med atmosfæren.

Criosphere

Criosphere refererer til den frosne vannmassen som dekker visse jordområder. Disse ismassene inneholder omtrent 1,74% av landkortexvannet. På den annen side inneholder is varierende mengder molekylært oksygen fanget.

ENTENlevende organismer

De fleste av molekylene som utgjør strukturen til levende vesener inneholder oksygen. På den annen side er en høy andel av levende vesener vann. Derfor er terrestrisk biomasse også en oksygenreserve.

Stadier

Generelt sett inkluderer syklusen som følger oksygen som et kjemisk middel to store områder som utgjør sin biogeokjemiske sykluskarakter. Disse områdene er representert i fire stadier.

Geo -miljøområdet dekker forskyvninger og inneslutning i atmosfæren, hydrosfæren, criosfæren og oksygengeosfæren. Dette inkluderer miljøreservoaret og kildestadiet, og tilbakevendingen til miljøet.

I det biologiske området er to stadier også inkludert. De er assosiert med fotosyntese og pust.

-Miljøreservoar og kildestadium: Atmosfære-hydroshere-chóosfære-geosfære

Atmosfære

Den viktigste kilden til atmosfærisk oksygen er fotosyntese. Men det er andre kilder som oksygen kan integreres i atmosfæren.

En av disse er den flytende ytre mantelen til jordens kjerne. Oksygen når atmosfæren i form av vanndamp gjennom vulkanutbrudd. Vanndamp stiger til stratosfæren der fotolyse lider som et resultat av den høye energigrålingen av solen og fritt oksygen oppstår.

Kan tjene deg: Prinsipper for miljømessig bærekraft

På den annen side avgir pusten oksygen i form av CO₂.  Forbrenningsprosesser, spesielt industrielle prosesser, bruker også molekylært oksygen og gir CO₂ til atmosfæren.

I utvekslingen mellom atmosfæren og hydrosfæren passerer det oppløste oksygenet i vannmassene til atmosfæren. For sin del, co₂ Atmosfærisk oppløses i vann som kullsyre. Oksygen oppløst i vann kommer hovedsakelig fra fotosyntesen av alger og cyanobakterier.

Stratosfære

På de øvre nivåene av atmosfæren, høy energi strålingshydrolyser damp. Kortbølgestråling aktiverer molekyler av eller₂. Disse er utfoldet i oksygenfrie atomer (O).

Disse frie atomer eller reagerer med molekyler av eller₂ og produsere ozon (eller₃). Denne reaksjonen er reversibel. På grunn av ultrafiolett stråling o₃ Den dekomponerer i oksygenfrie atomer igjen.

Oksygen som en atmosfærisk luftkomponent er en del av forskjellige oksidasjonsreaksjoner for å integrere forskjellige terrestriske forbindelser. En viktig oksygenvaske er oksidasjon av gasser fra vulkanutbrudd.

Hydrosfære

Den største konsentrasjonen av vann på jorden er hav, der det er en jevn konsentrasjon av oksygenisotoper. Dette skyldes den konstante utvekslingen av dette elementet med jordens cortex gjennom hydrotermiske sirkulasjonsprosesser.

I grensene for tektoniske plater og oseanisk rygg genereres en konstant prosess med gassutveksling.

Criosphere

Massene av terrestrisk is, inkludert polare ismasser, isbreer og permafrost, utgjør en viktig oksygenvaske i form av fast tilstand vann.

Geosfære

Oksygen deltar også i gassutvekslingen med bakken. Det utgjør det viktige elementet for luftveisprosessene til jordmikroorganismer.

En viktig vask på bakken er prosessene for mineraloksidasjon og forbrenning av fossilt brensel.

Oksygenet som er en del av vannmolekylet (h₂O) Følg vannsyklusen i fordampnings-transpirasjon og kondensasjonsprosessprosesser.

-Fotosyntetisk stadium

Fotosyntese utføres i kloroplaster. I løpet av lysfasen av fotosyntesen er det nødvendig med et reduksjonsmiddel, det vil si en kilde til elektroner. Dette middelet i dette tilfellet er vann (h₂ENTEN).

Når du tar vann (h) fra vann, frigjøres oksygen (eller₂) som avfallsprodukt. Vann kommer inn i planten gjennom røttene. Når det gjelder alger og cyanobakterier kommer det fra vannmiljøet.

Alt molekylært oksygen (eller₂) produsert under fotosyntesen kommer fra vannet som brukes i prosessen. I fotosyntesen blir det konsumert med₂, Solenergi og vann (h₂O), og oksygen frigjøres (eller₂).

-Atmosfærisk returstadium

O₂ Generert i fotosyntesen blir utvist til atmosfæren gjennom stomataen i tilfelle av planter. Alger og cyanobakterier returnerer det til miljøet på grunn av membrandiffusjon. Tilsvarende returnerer respirasjonsprosesser oksygen til miljøet i form av karbondioksid (CO₂).

-Åndedrettsstadium

For å utføre sine viktige funksjoner, må levende organismer gjøre effektiv den kjemiske energien generert av fotosyntese. Denne energien lagres i form av komplekse karbohydrat (sukker) molekyler i tilfelle av planter. Resten av organismer skaffer det fra mat

Kan tjene deg: vann erosjon: faktorer, typer, konsekvenser, løsninger

Prosessen der levende vesener utfoldet kjemiske forbindelser for å frigjøre den nødvendige energien, kalles pust. Denne prosessen utføres i cellene og har to faser; en aerob og en annen anaerob.

Aerob pust utføres i mitokondrier i planter og dyr. I bakterier utføres det i cytoplasma, siden de mangler mitokondrier.

Det grunnleggende elementet for pusting er oksygen som et oksidasjonsmiddel. I respirasjon forbrukes oksygen (eller₂) Og co -frigitt₂ og vann (h₂O), produsere nyttig energi.

Co₂ og vann (vanndamp) frigjøres gjennom stomata i planter. I dyr CO₂ Det frigjøres av neseborene og/eller munnen, og vann ved svette. I alger og bakterier CO₂ frigjøres ved membrandiffusjon.

Photorerspiration

I planter i nærvær av lys utvikles det en prosess som bruker oksygen og energi som kalles fotorerspirasjon. Fotorerspirasjon øker med temperaturøkningen, på grunn av økningen i samkonsentrasjon₂ Angående konsentrasjonen av o₂.

Photorerspiration etablerer en negativ energibalanse for anlegget. Konsumere eller₂ og kjemisk energi (produsert av fotosyntese) og utgivelser CO₂. Det er grunnen til at de har utviklet evolusjonsmekanismer for å motvirke den (C4 og kan metabolismer).

Betydning

For tiden er det store flertallet av livet aerobisk. Uten opplag av o₂ I det planetariske systemet ville livet slik vi kjenner det i dag være umulig.

I tillegg utgjør oksygen en viktig andel av luftmassene. Derfor bidrar det til atmosfæriske fenomener knyttet til det og dens konsekvenser: erosive effekter, klimaregulering, blant andre.

Direkte, genererer oksidasjonsprosessene i jorden, av vulkanske gasser og på metalliske kunstige strukturer.

Oksygen er et element med høy oksidativ kapasitet. Selv om oksygenmolekyler er veldig stabile fordi de danner dobbeltbinding, har oksygen en høy elektronegativitet (evne til å tiltrekke elektroner), har en høy reaktiv kapasitet. På grunn av denne høye elektronegativiteten, griper oksygen inn i mange oksidasjonsreaksjoner.

Endringer

De aller fleste forbrenningsprosesser som oppstår i naturen krever oksygendeltakelse. Også i de som genereres av mennesket. Disse prosessene oppfyller både positive og negative funksjoner i antropiske termer.

Forbrenning av fossilt brensel (kull, olje, gass) bidrar til økonomisk utvikling, men samtidig representerer det et alvorlig problem for sitt bidrag til global oppvarming.

Store skogbranner påvirker biologisk mangfold, selv om de i noen tilfeller er en del av naturlige prosesser i visse økosystemer.

Drivhuseffekt

Ozonlaget (eller₃) I stratosfæren er det det beskyttende skjoldet i atmosfæren mot overskuddet av ultrafiolett stråling. Denne svært energiske strålingen øker landoppvarmingen.

På den annen side er det svært mutagent og skadelig for levende vev. Hos mennesket og andre dyr er kreftfremkallende.

Utslipp av forskjellige gasser forårsaker ødeleggelse av ozonlaget og letter derfor inntreden av ultrafiolett stråling. Noen av disse gassene er klorfluorokarboner, hydroklorofluorokarboner, etylbromid, nitrogenoksider av gjødsel og haloner.

Referanser

1. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee og NJ Beukes. (2004) Dating økningen av atmosfærisk oksygen. Nature 427: 117-120.
2. Purves WK, D Sadava, Gh orians og HC Heller (2003) Livet. Vitenskapen om biologi. 6. utg. Sinaauer Associates, Inc. og WH Freeman og Company. 1044 s.