Oksygen syklus egenskaper, reservoarer, stadier og betydning



den oksygen syklus det refererer til sirkulasjonsbevegelsen av oksygen på jorden. Det er en gassformig biogeokjemisk syklus. Oksygen er det nest rikeste elementet i atmosfæren etter nitrogen, og den nest mest overflod i hydrokfæren etter hydrogen. I denne forstand er oksygen syklusen koblet til vannsyklusen.

Sirkulasjonsbevegelsen av oksygen inkluderer produksjon av dioxygen eller molekylært oksygen av to atomer (OR2). Dette skjer på grunn av hydrolyse under fotosyntese utført av de forskjellige fotosyntetiske organismer.

Den O2 brukes av levende organismer i cellulær respirasjon, og genererer produksjon av karbondioksid (CO)2), sistnevnte er et av råmaterialene for prosessen med fotosyntese.

På den annen side oppstår fotolyse (hydrolyse aktivert av solenergi) av vanndampen som forårsakes av solens ultrafiolette stråling i den øvre atmosfæren. Vann nedbrytes frigjøre hydrogen som går tapt i stratosfæren og oksygen er integrert i atmosfæren.

Når samvirke et O-molekyl2 med et oksygenatom produseres ozon (O3). Ozon utgjør det såkalte ozonlaget.

index

  • 1 Egenskaper
    • 1.1 Opprinnelse
    • 1.2 Primitiv atmosfære
    • 1.3 Energier som kjører syklusen
    • 1.4 Forhold til andre biogeokjemiske sykluser
  • 2 Reservoarer
    • 2.1 Geosphere
    • 2,2 atmosfære
    • 2.3 Hydrosphere
    • 2.4 Kryosfæren
    • 2,5 levende organismer
  • 3 trinn
    • 3.1 Miljøfasen av reservoar og kilde: atmosfæren-hydrosphere-kryosfæren-geosfæren
    • 3.2 Fotosyntetisk scene
    • 3.3 -Atmosfærisk returstadium
    • 3.4 - Åndedrettsfasen
  • 4 Viktighet
  • 5 Endringer
    • 5.1 Drivhuseffekten
  • 6 Referanser

funksjoner

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 normale forhold med temperatur og trykk er det tilstede i form av en dioksigenisk, fargeløs og luktfri gass. Dens molekylære formel er O2.

Den O2 inneholder tre stabile isotoper: 16O, 17O og 18O. Den overordnede formen i universet er 16O. På jorden representerer det 99,76% av totalt oksygen. den 18Eller representerer 0,2%. Skjemaet 17Eller det er svært sjeldent (~ 0,04%).

kilde

Oksygen er det tredje elementet i overflod i universet. Produksjonen av isotopen 16Eller det startet i den første generasjonen sol helium brent som skjedde etter Big Bang.

Etablering av karbon-nitrogen-oksygen nukleosyntesesyklusen i senere generasjoner av stjerner har gitt den overordnede oksygenkilden i planetene.

Høye temperaturer og trykk gir vann (H2O) i universet ved å generere reaksjonen av hydrogen med oksygen. Vann er en del av konformasjonen av jordens kjerne.

Utbruddene av magma frigjør vannet i form av damp og det kommer inn i vannsyklusen. Vann nedbrytes av fotolyse i oksygen og hydrogen gjennom fotosyntese, og ved ultrafiolett stråling i atmosfærens øvre nivåer.

Primitiv atmosfære

Den tidlige atmosfæren før utviklingen av fotosyntesen av cyanobakterier var anaerobt. For levende organismer tilpasset den atmosfæren var oksygen en giftig gass. Selv i dag gir en atmosfære av rent oksygen uopprettelig skade på cellene.

I den evolusjonære linjen av de nåværende cyanobakteriene oppsto fotosyntese. Dette begynte å forandre sammensetningen av jordens atmosfære rundt 2300-2.700 millioner år siden.

Spredning av fotosyntetiske organismer forandret atmosfærens sammensetning. Livet utviklet seg mot tilpasning til en aerob atmosfære.

Energier som kjører syklusen

Kraftene og energiene som virker ved å kjøre oksygen syklusen kan være geotermiske, når magmaen utdriver vanndamp, eller det kan komme fra solenergi.

Sistnevnte gir den grunnleggende energien til prosessen med fotosyntese. Den kjemiske energien i form av karbohydrater som følge av fotosyntese driver igjen alle levende prosesser gjennom matkjeden. På samme måte produserer solen planetary differensial oppvarming og forårsaker marine og atmosfæriske strømmer.

Forhold til andre biogeokjemiske sykluser

På grunn av sin overflod og dens høye reaktivitet er oksygen syklusen forbundet med andre sykluser som CO2, nitrogen (N2) og vannsyklusen (H2O). Dette gir en multikyklisk karakter.

Reservoarene til O2 og CO2  De er forbundet ved fremgangsmåter som omfatter opprettelse (fotosyntese) og ødeleggelse (pusting og forbrenning) av organisk materiale. På kort sikt er disse oksidasjonsreduksjonsreaksjonene den viktigste kilden til variabilitet av konsentrasjonen av O2 i atmosfæren.

Denitrifiserende bakterier får oksygen for åndedrettsvern av nitrater fra jorda, frigjøring av nitrogen.

reservoarer

geosfæren

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

  • Terrestrisk kjernen: I den flytende ytre kappe av den terrestriske kjernen er det, foruten jern, andre elementer, blant annet oksygen.
  • Gulvet: luften diffunderes i mellomrom mellom partikler eller porene i jorda. Dette oksygenet brukes av jordmikrobiota.

atmosfære

21% av atmosfæren er sammensatt av oksygen i form av dioxygen (O2). De andre former for atmosfærisk oksygen-tilstedeværelse er vanndamp (H2O), karbondioksid (CO2) og ozon (O3).

  • Vanndamp: Konsentrasjonen av vanndamp er variabel, avhengig av temperaturen, atmosfærisk trykk og atmosfæriske sirkulasjonsstrømmer (vann syklus).
  • Kullsyre: CO2 Den representerer omtrent 0,03% av volumet av luften. Siden begynnelsen av den industrielle revolusjonen har konsentrasjonen av CO økt2 i atmosfæren med 145%.
  • Den ozon: er et molekyl som er tilstede i stratosfæren i en liten mengde (0,03-0,02 deler per million volum).

hydro

71% av jordoverflaten er dekket av vann. I havene er mer enn 96% av vannet tilstede på overflaten av jorden konsentrert. 89% av massene av havene er oksygen. CO2 Det er også oppløst i vann og er underlagt en utvekslingsprosess med atmosfæren.

kryosfæren

Kryosfæren refererer til massen av frosset vann som dekker bestemte områder av jorden. Disse ismassene inneholder omtrent 1,74% av vannet i jordskorpen. På den annen side inneholder isen varierende mengder av molekylært oksygen fanget.

Olevende organismer

De fleste molekylene som utgjør strukturen til levende vesener inneholder oksygen. På den annen side er en stor del av levende vesener vann. Derfor er den terrestriske biomassen også en oksygenreserve.

stadier

Generelt sett inneholder syklusen etterfulgt av oksygen som kjemisk middel to store områder som utgjør sin biogeokjemiske karakter. Disse områdene er representert i fire faser.

Geoenvironmentalområdet omfatter forskyvninger og inneslutning i atmosfæren, hydrokfæren, kryosfæren og oksygengeosfæren. Dette inkluderer miljøfasen av reservoar og kilde, og scenen for retur til miljøet.

I det biologiske området inngår også to faser. De er assosiert med fotosyntese og respirasjon.

-Miljøfasen av reservoar og kilde: atmosfæren-hydrosphere-kryosfæren-geosfæren

atmosfære

Hovedkilden til atmosfærisk oksygen er fotosyntese. Men det er andre kilder hvorfra oksygen kan innlemmes i atmosfæren.

En av disse er den flytende ytre kappen av jordens kjerne. Oksygen når atmosfæren i form av vanndamp gjennom vulkanske utbrudd. Vanndamp stiger til stratosfæren der den gjennomgår fotolyse som følge av høy energi stråling fra solen og det frigjøres oksygen.

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

I utvekslingen mellom atmosfæren og hydrokfæren, løser oppløst oksygen i vannmassene inn i atmosfæren. På den annen side, CO2 Atmosfærisk oppløses i vann som karbonsyre. Oksygen oppløst i vannet kommer hovedsakelig fra fotosyntese av alger og cyanobakterier.

stratosfæren

Ved høyere nivåer av atmosfæren hydrolyserer høy-energi stråling vanndamp. Shortwave-stråling aktiverer O-molekyler2. Disse er delt inn i oksygenfrie atomer (O).

Disse O friatomer reagerer med O-molekyler2 og produsere ozon (O3). Denne reaksjonen er reversibel. På grunn av den ultrafiolette strålingen er O3 dekomponerer til oksygenfrie atomer igjen.

Oksygen som en komponent av atmosfærisk luft er en del av forskjellige oksydasjonsreaksjoner som passerer terrestriske integrere forskjellige forbindelser. En betydelig synke av oksygen er oksidasjon av gasser fra vulkanske utbrudd.

hydro

Den største konsentrasjon av vann på jorden er hav, hvor en jevn konsentrasjon av oksygenisotoper. Dette skyldes den konstante utvekslingen av dette elementet med jordskorpen gjennom hydrotermiske sirkulasjonsprosesser.

Ved grensene til tektoniske plater og havkanter, blir det en konstant prosess med gassutveksling.

kryosfæren

Massene av jordisk is, inkludert massene av isbjørn, isbreer og permafrost, utgjør en viktig synke av oksygen i form av vann i fast tilstand.

geosfæren

På samme måte deltar oksygen i gassutvekslingen med jorda. Der er det det viktigste elementet for åndedrettsprosesser av jordmikroorganismer.

En viktig vask i jorda er prosessene for mineraloksydasjon og brenning av fossilt brensel.

Oksygen som er en del av vannmolekylet (H2O) følger vannsyklusen i prosessene for fordampingstranspirasjon og kondensasjonsutfelling.

-Fotosyntetiske scenen

Fotosyntese utføres i kloroplaster. Under lysfasen av fotosyntese kreves et reduksjonsmiddel, det vil si en kilde til elektroner. Nevnte agent i dette tilfelle er vann (H2O).

Ved å ta hydrogenet (H) fra vannet slippes oksygen ut (O2) som avfallsprodukt. Vann går inn i jorden fra jorda gjennom røttene. Ved alger og cyanobakterier kommer det fra vannmiljøet.

Alle molekylære oksygen (O2) produsert under fotosyntese kommer fra vannet som brukes i prosessen. I fotosyntese forbrukes CO2, solenergi og vann (H2O), og oksygen frigjøres (O2).

-Atmosfærisk returstadium

Den O2 generert i fotosyntese blir utvist i atmosfæren gjennom stomata ved planter. Alger og cyanobakterier returnerer den til miljøet ved membran diffusjon. På samme måte returnerer respiratoriske prosesser oksygen til miljøet i form av karbondioksid (CO2).

-Åndedrettsfasen

For å utføre sine vitale funksjoner trenger levende organismer å effektivisere den kjemiske energien som genereres av fotosyntese. Denne energien lagres i form av komplekse molekyler av karbohydrater (sukkerarter) ved planter. Resten av organismer oppnår det fra kostholdet

Prosessen hvor levende vesener utfolder kjemiske forbindelser for å frigjøre den nødvendige energien kalles respirasjon. Denne prosessen utføres i celler og har to faser; en aerob og en annen anaerob.

Aerob respirasjon finner sted i mitokondriene i planter og dyr. I bakterier utføres det i cytoplasma, siden de mangler mitokondrier.

Det grunnleggende elementet for å puste er oksygen som oksidasjonsmiddel. I pusten blir oksygen forbruket (O2) og CO er utgitt2 og vann (H2O), produserer nyttig energi.

CO2 og vann (vanndamp) frigjøres gjennom stomata i planter. Hos dyr er CO2 Det frigjøres gjennom nesebor og / eller munn og vann gjennom svette. I alger og bakterier er CO2 frigjøres ved membran diffusjon.

fotorespirasjon

I planter i nærvær av lys utvikles en prosess som bruker oksygen og energi som kalles fotorespirasjon. Fotorespirasjon øker med økning i temperatur, på grunn av økningen i CO konsentrasjon2 om konsentrasjonen av O2.

Fotorespirasjon etablerer en negativ energibalanse for anlegget. Konsumere o2 og kjemisk energi (produsert av fotosyntese) og frigjør CO2. Derfor har de utviklet evolusjonære mekanismer for å motvirke det (C4 og CAN metabolisme).

betydning

Foreløpig er det aller fleste av livet aerobe. Uten sirkulasjon av O2 I planetarisk system vil livet som vi kjenner det i dag være umulig.

I tillegg utgjør oksygen en betydelig andel av de jordiske luftmassene. Derfor bidrar det til de atmosfæriske fenomenene knyttet til det og dens konsekvenser: blant annet erosive effekter, klimaforskrift.

Direkte genererer det oksidasjonsprosesser i jorda, vulkanske gasser og metalliske kunstige strukturer.

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

endringer

Det store flertallet av forbrenningsprosesser som forekommer i naturen krever oksygenbruk. 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 også representerer et alvorlig problem for deres bidrag til global oppvarming.

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

Drivhuseffekten

Ozonlaget (O3) i stratosfæren, er det beskyttende skjoldet i atmosfæren mot inntak av overskytende ultrafiolett stråling. Denne svært energiske strålingen øker oppvarmingen av jorden.

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

Utsendelse av forskjellige gasser som forårsaker ødeleggelse av ozonlaget, og således lette innføring av ultrafiolett stråling. Noen av disse gasser er klorfluorkarboner, hydroklorfluorkarboner, etylbromid, nitrogen oksider gjødsel og haloner.

referanser

  1. Anbar AD, og ​​Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Rull, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin og R Buick (2007) en eim av oksygen før den store Oksidasjon Event? Vitenskap 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee og Beukes NJ. (2004) Dater oppgangen til atmosfærisk oksygen. Natur 427: 117-120.
  3. Farquhar J og DT Johnston. (2008) Oksygen Cycle av de terrestriske planetene: Innsikt i behandling og historie Oksygen i Surface miljøer. Anmeldelser i Mineralogi og geokjemi 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Den atmosfæriske oksygensyklusen: oksygenisotoper av atmosfærisk CO2 og O2 og O2/ N2 Revophs of Geophysics, supplement. U.S: National Report to International Union of Geodesy and Geophysics 1991-1994. s. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians og HC Heller (2003) Life. Biologiens vitenskap. 6. utgave Sinauer Associates, Inc. og WH Freeman og Company. 1044 s.