Карактеристике циклуса кисеоника, резервоари, фазе и значај



Тхе кисеоник односи се на циркулационо кретање кисеоника на Земљи. То је гасни биогеокемијски циклус. Кисик је други најзаступљенији елемент у атмосфери након азота, а други најзаступљенији у хидросфери након водоника. У том смислу, кисеонички циклус је повезан са циклусом воде.

Кружни ток кисеоника укључује производњу кисеоника или молекуларног кисеоника од два атома (ОР2). То се дешава због хидролизе током фотосинтезе коју врше различити фотосинтетски организми.

Тхе О2 користе га живи организми у станичном дисању, стварајући производњу угљен-диоксида (ЦО)2), а други је један од сировина за процес фотосинтезе.

С друге стране, фотолиза (хидролиза активирана соларном енергијом) водене паре узроковане ултраљубичастим зрачењем Сунца настаје у горњој атмосфери. Вода разлаже ослобађајући водоник који се губи у стратосфери и кисеоник је интегрисан у атмосферу.

У интеракцији са О молекулом2 са атомом кисеоника, производи се озон (О3). Озон чини такозвани озонски омотач.

Индек

  • 1 Карактеристике
    • 1.1 Оригин
    • 1.2 Примитивна атмосфера
    • 1.3 Енергије које покрећу циклус
    • 1.4 Однос са другим биогеокемијским циклусима
  • 2 Резервоари
    • 2.1 Геосфера
    • 2.2 Атмосфера
    • 2.3 Хидросфера
    • 2.4 Криосфера
    • 2.5 Живи организми
  • 3 Фазе
    • 3.1 Еколошка фаза резервоара и извор: атмосфера-хидросфера-криосфера-геосфера
    • 3.2 Фаза фотосинтезе
    • 3.3 - Етапа атмосферског повратка
    • 3.4 - Респираторна фаза
  • 4 Важност
  • 5 Алтератионс
    • 5.1 Ефекат стаклене баште
  • 6 Референце

Феатурес

Кисеоник је неметални хемијски елемент. Његов атомски број је 8, односно има 8 протона и 8 електрона у свом природном стању. Под нормалним условима температуре и притиска присутан је у облику диоксигеног, безбојног и без мириса плина. Његова молекуларна формула је О2.

Тхе О2 укључује три стабилна изотопа: 16О, 17О и 18О. Доминантна форма у универзуму је 16О. На Земљи представља 99.76% укупног кисеоника. Тхе 18Или представља 0,2%. Форма 17Или је веома ретко (~ 0.04%).

Оригин

Кисеоник је трећи елемент у изобиљу у универзуму. Производња изотопа 16Или је почело у првој генерацији спаљеног хелијума који се догодио након Великог праска.

Успостављање циклуса нуклеотерапије угљеник-азот-кисеоник у каснијим генерацијама звезда обезбиједило је доминантан извор кисеоника у планетима.

Високе температуре и притисци производе воду (Х2О) у Универзуму генеришући реакцију водоника са кисеоником. Вода је дио конформације Земљине језгре.

Изливи магме ослобађају воду у облику паре и улазе у циклус воде. Вода се разлаже фотолизом у кисеонику и водонику кроз фотосинтезу и ултраљубичастим зрачењем у горњим нивоима атмосфере..

Примитивна атмосфера

Примитивна атмосфера прије еволуције фотосинтезе од стране цијанобактерија била је анаеробна. За живе организме прилагођене тој атмосфери, кисеоник је био отровни гас. Чак и данас атмосфера чистог кисеоника производи непоправљиву штету на ћелијама.

У еволуцијској линији садашњих цијанобактерија, настала је фотосинтеза. Ово је почело да мења састав Земљине атмосфере пре око 2.300-2.700 милиона година.

Пролиферација фотосинтетских организама променила је састав атмосфере. Живот се развио у правцу прилагођавања аеробној атмосфери.

Енергије које покрећу циклус

Снаге и енергије које дјелују покретањем кисиковог циклуса могу бити геотермалне, када магма избацује водену пару, или може доћи из соларне енергије.

Ово последње обезбеђује основну енергију за процес фотосинтезе. Хемијска енергија у облику угљених хидрата која је резултат фотосинтезе, заузврат покреће све живе процесе кроз ланац исхране. На исти начин Сунце производи планетарно диференцијално загревање и изазива морске и атмосферске струје.

Однос са другим биогеокемијским циклусима

Због свог обиља и високе реактивности, кисеонички циклус је повезан са другим циклусима као што је ЦО2, азот (Н2) и циклус воде (Х2О). То му даје мулти-циклични карактер.

Резервоари О2 и ЦО2  оне су повезане процесима који укључују стварање (фотосинтеза) и уништавање (дисање и сагоревање) органске материје. Краткорочно, ове реакције оксидационе редукције су главни извор варијабилности концентрације О2 у атмосфери.

Денитрифицирајуће бактерије добијају кисеоник за дисање нитрата из земље, ослобађајући азот.

Резервоари

Геоспхере

Кисик је једна од главних компоненти силиката. Према томе, она чини важан дио плашта и земљине коре.

  • Земаљско језгро: у течном спољашњем плашту земаљског језгра постоје, поред гвожђа, и други елементи, међу којима је и кисеоник.
  • Под: ваздух се дифундира у просторима између честица или пора у земљишту. Овај кисеоник користи микробиота земљишта.

Атмосфера

21% атмосфере је састављено од кисеоника у облику кисеоника (О2). Други облици присуства атмосферског кисеоника су водена пара (Х2О), угљен диоксид (ЦО2) и озона (О3).

  • Водена пара: концентрација водене паре је променљива, у зависности од температуре, атмосферског притиска и струјања атмосферске циркулације (циклус воде).
  • Угљен диоксид: ЦО2 представља око 0,03% запремине ваздуха. Од почетка индустријске револуције, концентрација ЦО се повећала2 у атмосфери за 145%.
  • Озон: је молекул који је присутан у стратосфери у малој количини (0.03 - 0.02 делова на милион по запремини).

Хидроспхере

71% земљине површине је покривено водом. У океанима је концентрисано више од 96% воде присутне на површини земље. 89% масе океана је кисеоник. ЦО2 Такође је растворен у води и подложан је процесу размене са атмосфером.

Цриоспхере

Криосфера се односи на масу замрзнуте воде која покрива одређене површине Земље. Ове ледене масе садрже око 1,74% воде у Земљиној кори. С друге стране, лед садржи различите количине заробљених молекуларних кисеоника.

Оживих организама

Већина молекула који чине структуру живих бића садрже кисеоник. С друге стране, велики део живих бића је вода. Дакле, копнена биомаса је и резерва кисеоника.

Фазе

Уопштено говорећи, циклус који прати кисеоник као хемијски агенс садржи две велике површине које чине његов биогеокемијски карактер. Ове области су представљене у четири фазе.

Геоекономско подручје обухвата помаке и задржавање у атмосфери, хидросфери, криосфери и кисеонику. Ово укључује еколошку фазу резервоара и извора и фазу повратка у животну средину.

У биолошком подручју су укључене и двије фазе. Они су повезани са фотосинтезом и дисањем.

-Еколошки стадијум резервоара и извор: атмосфера-хидросфера-крисосфера-геосфера

Атмосфера

Главни извор атмосферског кисеоника је фотосинтеза. Али постоје и други извори из којих се кисеоник може уградити у атмосферу.

Једна од њих је течни спољни плашт Земљине језгре. Кисеоник доспијева у атмосферу у облику водене паре кроз вулканске ерупције. Водена пара се диже у стратосферу, где се подвргава фотолизи као резултат високог енергетског зрачења од сунца и добија се слободни кисеоник.

С друге стране, дисање емитује кисеоник у облику ЦО2.  Процеси сагоревања, посебно индустријски процеси, такође троше молекулски кисеоник и обезбеђују ЦО2 у атмосферу.

У размени између атмосфере и хидросфере, растворени кисеоник у воденим масама пролази у атмосферу. С друге стране, ЦО2 Атмосферска се отопи у води као угљична киселина. Кисеоник растворен у води долази углавном од фотосинтезе алги и цијанобактерија.

Стратосфера

На вишим нивоима атмосфере, високо-енергетска зрачења хидролизују водену пару. Кратковално зрачење активира О молекуле2. Они су подељени на атоме без кисеоника (О).

Ови О слободни атоми реагују са молекулама О2 и производе озон (О3). Ова реакција је реверзибилна. Због ултраљубичастог зрачења О3 поново се разлаже на атоме без кисеоника.

Кисеоник као компонента атмосферског ваздуха чини део различитих оксидационих реакција, спајајући различите земаљске спојеве. Значајан судопер кисеоника је оксидација гасова из вулканских ерупција.

Хидроспхере

Највећа концентрација воде на Земљи су океани, гдје постоји једнака концентрација изотопа кисеоника. То је због константне размене овог елемента са земљином кором кроз процесе хидротермалне циркулације.

На границама тектонских плоча и океанских гребена ствара се стални процес измјене гаса.

Цриоспхере

Маса копненог леда, укључујући масе поларног леда, глечера и пермафроста, представљају важан судопер кисеоника у облику воде у чврстом стању.

Геоспхере

Слично томе, кисеоник учествује у размени гасова са земљом. Тамо представља витални елемент за респираторне процесе микроорганизама у тлу.

Важан понор у тлу су процеси минералне оксидације и спаљивања фосилног горива.

Кисеоник који је део молекула воде (Х2О) прати циклус воде у процесима испаравања-транспирације и кондензације-таложења.

-Фаза фотосинтезе

Фотосинтеза се изводи у хлоропластима. За време светлосне фазе фотосинтезе потребан је редукциони агенс, односно извор електрона. Наведени агенс у овом случају је вода (Х2О).

Узимајући водоник (Х) из воде, ослобађа се кисеоник (О2) као отпадни производ. Вода улази у земљу из земље кроз корење. У случају алги и цијанобактерија долази из водене средине.

Сви молекуларни кисеоник (О2) произведене током фотосинтезе долази из воде која се користи у процесу. У фотосинтези ЦО се конзумира2, соларна енергија и вода (Х2О), и кисеоник се ослобађа (О2).

-Атмосферски повратак

Тхе О2 створена фотосинтезом избацује се у атмосферу кроз стомату у случају биљака. Алге и цијанобактерије га враћају у околину дифузијом мембране. Слично томе, респираторни процеси враћају кисеоник у околину у облику угљичног диоксида (ЦО2).

-Респираторна фаза

Да би испунили своје виталне функције, живи организми морају да учине ефективну хемијску енергију генерисану фотосинтезом. Ова енергија се складишти у облику комплексних молекула угљених хидрата (шећера) у случају биљака. Остали организми га добијају из исхране

Процес којим жива бића развијају хемијска једињења за ослобађање потребне енергије назива се респирација. Овај процес се спроводи у ћелијама и има две фазе; један аеробни и други анаеробни.

Аеробна респирација се одвија у митохондријима код биљака и животиња. Код бактерија се проводи у цитоплазми, јер им недостаје митохондрија.

Основни елемент за дисање је кисеоник као оксидациони агенс. У даху се троши кисеоник (О2) и ЦО је ослобођен2 и вода (Х2О), производећи корисну енергију.

ЦО2 и вода (водена пара) се ослобађа кроз стомата у биљкама. Код животиња ЦО2 ослобађа се кроз ноздрве и / или уста, а вода кроз зној. У алгама и бактеријама ЦО2 ослобађа се дифузијом мембране.

Пхотореспиратион

У биљкама у присуству светлости, развија се процес који троши кисеоник и енергију која се зове фотоспирација. Фотореспирација се повећава са порастом температуре, због повећања концентрације ЦО2 у вези концентрације О2.

Фотореспирација успоставља негативан енергетски биланс за биљку. Цонсуме О2 и хемијска енергија (произведена фотосинтезом) и ослобађа ЦО2. Због тога су развили еволутивне механизме да би се супротставили (метаболизам Ц4 и ЦАН).

Значај

Тренутно је велика већина живота аеробна. Без циркулације О2 у планетарном систему, живот какав познајемо данас не би био могућ.

Поред тога, кисеоник чини значајан део земаљских ваздушних маса. Стога доприноси атмосферским феноменима везаним за њега и његовим посљедицама: ерозивни ефекти, регулација климе, између осталог.

Директно генерише оксидационе процесе у земљишту, вулканским гасовима и металним вештачким структурама.

Кисеоник је елемент са високим оксидативним капацитетом. Иако су молекули кисеоника веома стабилни, јер формирају двоструку везу, имају високу електронегативност (способност привлачења електрона), има висок реактивни капацитет. Због ове високе електронегативности кисеоник интервенише у многим оксидационим реакцијама.

Измене

Велика већина процеса сагоревања који се јављају у природи захтевају учешће кисеоника. Такође у онима које ствара људско биће. Ови процеси испуњавају и позитивне и негативне функције у антропским терминима.

Изгарање фосилних горива (угаљ, нафта, гас) доприноси економском развоју, али истовремено представља озбиљан проблем због доприноса глобалном загревању.

Велики шумски пожари утичу на биодиверзитет, иако су у неким случајевима дио природних процеса у одређеним екосистемима.

Ефекат стаклене баште

Озонски слој (О3) у стратосфери, је заштитни штит атмосфере од уласка вишка ултраљубичастог зрачења. Ово високо енергетско зрачење повећава загревање Земље.

С друге стране, веома је мутагена и штетна за жива ткива. Код људи и других животиња је канцерогена.

Емисија различитих гасова узрокује уништење озонског омотача и тиме олакшава улазак ултраљубичастог зрачења. Неки од ових гасова су хлорофлуороугљеници, хлороводоници, етил бромид, оксиди азота из ђубрива и халона.

Референце

  1. Анбар АД, и Дуан, ТВ Лионс, ГЛ Арнолд, Б Кендалл, РА Цреасер, АЈ Кауфман, ВГ Гордон, С Цлинтон, Ј Гарвин и Р Буицк (2007). Сциенце 317: 1903-1906.
  2. Беккер А, ХД Холандија, ПЛ Ванг, Д Румбле, ХЈ Стеин, ЈЛ Ханнах, ЛЛ Цоетзее и Њ Беукес. (2004) Упознавање са порастом атмосферског кисеоника. Натуре 427: 117-120.
  3. Фаркухар Ј и ДТ Јохнстон. (2008) Циклус кисеоника земаљских планета: увид у процесирање и историју кисеоника у површинским окружењима. Ревиевс ин Минералоги анд Геоцхемистри 68: 463-492.
  4. Кеелинг РФ (1995) Циклус атмосферског кисеоника: Изотопи кисеоника атмосферског ЦО2 и О2 и О2/ Н2 Ревивс оф Геопхисицс, додатак. САД: Национални извештај за Међународну геодетску и геофизичку унију 1991-1994. пп. 1253-1262.
  5. Пурвес ВК, Д Садава, ГХ Орианс и ХЦ Хеллер (2003) Лифе. Наука о биологији. 6тх Едт. Синауер Ассоциатес, Инц. и ВХ Фрееман анд Цомпани. 1044 п.