Značilnosti, rezervoarje in stopnje kisikovega cikla

On cikel kisika Nanaša se na obtočno gibanje kisika na zemlji. Je plinasti biogeokemični cikel. Kisik je drugi najpogostejši element v atmosferi po dušiku, drugi najpomembnejši v hidrosferi po vodiku. V tem smislu je cikel kisika povezan z vodnim ciklom.

Cirkulativno gibanje kisika vključuje proizvodnjo dioksika ali molekularnega kisika dveh atomov (ali₂). To se zgodi za hidrolizo med fotosintezo, ki jo izvajajo različni fotosintetski organizmi.

O₂ Uporabljajo ga živi organizmi v celičnem dihanju, ki ustvarja proizvodnjo ogljikovega dioksida (CO₂), Slednji je eden od surovin za proces fotosinteze.

Po drugi strani se v zgornji atmosferi fotoliza (hidroliza, aktivirana s sončno energijo) vodne pare, ki jo povzroča ultravijolično sevanje sonca. Voda se razgradi, sprošča vodik, ki se izgubi v stratosferi in kisik je vključen v atmosfero.

Pri medsebojnem interakciji molekule O₂ Z atomom kisika se pojavi ozon (ali₃). Ozon tvori tako imenovani ozonski sloj.

Značilnosti

Kisik je nemetalni kemični element. Njegova atomska številka je 8, torej ima 8 protonov in 8 elektronov v naravnem stanju. V normalnih temperaturnih in tlačnih pogojih je prisoten v obliki dioksika, brezbarvnega in toaletnega plina. Njegova molekularna formula je oz₂.

O₂ Vključuje tri stabilne izotope: ¹⁶Tudi, ¹⁷Ali in ¹⁸Tudi. Prevladujoči način v vesolju je ¹⁶Tudi. Na zemlji predstavlja 99,76% celotnega kisika. On ¹⁸Ali predstavlja 0,2%. Oblika ¹⁷O je zelo redek (~ 0,04%).

Izvor

Kisik je tretji element, ki je v vesolju. Proizvodnja izotopov ¹⁶Ali pa se je začel v prvi generaciji gorenja Helio Solar, ki se je zgodilo po velikem udarcu.

Vzpostavitev cikla jedra ogljikovega dušika-kisika v naslednjih generacijah zvezd je zagotovila prevladujoč vir kisika na planetih.

Visoke temperature in pritiski proizvajajo vodo (h₂O) v vesolju pri ustvarjanju reakcije vodika s kisikom. Voda je del sklada zemeljskega jedra.

Magma Izlivi oddajajo vodo v parni obliki in to vstopi v vodni cikel. Voda se razgradi s fotolizo kisika in vodika s pomočjo fotosinteze in ultravijoličnim sevanjem na zgornjem nivoju atmosfere.

Primitivno vzdušje

Primitivna atmosfera pred evolucijo fotosinteze cianobakterij je bila anaerobna. Za žive organizme, prilagojene tej atmosferi, je bil kisik strupeni plin. Še danes atmosfera čistega kisika povzroči nepopravljivo škodo na celicah.

V evolucijski liniji trenutnih cianobakterij je izvirala fotosinteza. To je začelo spreminjati sestavo zemeljske atmosfere približno 2.300-2.700 milijonov let.

Širjenje fotosisinteznih organizmov je spremenilo sestavo atmosfere. Življenje se je razvilo v prilagajanje aerobnemu vzdušju.

Energije, ki poganjajo cikel

Sile in energije, ki delujejo s spodbujanjem kisikovega cikla.

Slednje zagotavlja temeljno energijo za proces fotosinteze. Kemična energija v obliki ogljikovih hidratov, ki so posledica fotosinteze, pa poganja vse življenjske procese skozi prehransko verigo. Podobno sonce proizvaja planetarno diferencialno ogrevanje in povzroča morske in atmosferske tokove.

Lahko vam služi: 10 posledic onesnaževanja zraka

Odnos z drugimi biogeokemijskimi cikli

Zaradi svoje številčnosti in visoke reaktivnosti je cikel kisika povezan z drugimi cikli, kot je CO₂, Dušik (n₂) in vodni cikel (h₂Da). To daje multiklični značaj.

Rezervoars o₂ in iz co₂  Povezujejo jih procesi, ki vključujejo ustvarjanje (fotosinteza) in uničenje (dihanje in izgorevanje) organske snovi. Kratkoročno so te reakcije redukcije oksida največji vir spremenljivosti koncentracije ali₂ v ozračju.

Denitrificira bakterije, ki pridobijo kisik za dihanje iz nitratov v tleh in sproščajo dušik.

Rezervoarji

Geosfera

Kisik je ena glavnih sestavin silikatov. Zato predstavlja pomemben del plašča in zemeljske skorje.

• Zemeljsko jedro: V zunanjem tekočem plašču zemeljskega jedra poleg železa obstajajo tudi drugi elementi, vključno s kisikom.
• Prst: V prostorih med delci ali pore tal se zrak razširi. Ta kisik uporablja tal mikrobiota.

Atmosfera

21% atmosfere je sestavljeno iz kisika v obliki dioksika (ali₂). Druge oblike atmosferske prisotnosti kisika so vodna para (H₂O), ogljikov dioksid (co₂) in ozon (ali₃).

• Vodna para: Koncentracija vodne pare je spremenljiva, odvisno od temperature, atmosferskega tlaka in atmosferskega kroženja (vodni cikel).
• Ogljikov dioksid: Co₂ predstavlja približno 0,03% volumna zraka. Od začetka industrijske revolucije se je koncentracija CO povečala₂ V ozračju v 145%.
• Ozon: To je molekula, ki je v stratosferi prisotna v nizki količini (0.03 - 0.02 deli na milijon na glas).

Hidrosfera

71% zemeljske površine je pokrito z vodo. V oceanih je koncentrirano več kot 96% vode, ki je prisotna na površini zemlje. 89% oceanske mase je kisik. Co₂ Prav tako se raztopi v vodi in je podvržen postopku izmenjave z atmosfero.

Kriosfera

Kriosfera se nanaša na zamrznjeno vodno maso, ki pokriva določena območja zemlje. Te ledene mase vsebujejo približno 1,74% vode kopenske skorje. Po drugi strani pa led vsebuje spremenljive količine molekularnega kisika.

Tudiživi organizmi

Večina molekul, ki sestavljajo strukturo živih bitij, vsebuje kisik. Po drugi strani je velik delež živih bitij voda. Zato je kopenska biomasa tudi rezerva za kisik.

Obdobja

Na splošno cikel, ki sledi kisiku kot kemični sredstvo, vključuje dve veliki področji, ki sestavljajo njegov značaj biogeokemičnega cikla. Ta območja so predstavljena v štirih fazah.

Geo -okoljsko območje zajema premike in zadrževanje v atmosferi, hidrosferi, kriosferi in kisikove geosfere. To vključuje okoljsko rezervoar in izvorno fazo ter stopnjo vrnitve v okolje.

Na biološkem območju sta vključeni tudi dve stopnji. Povezani so s fotosintezo in dihanjem.

-Okoljski rezervoar in izvorna faza: atmosfera-hidrosfera-chóosphere-Geosphere

Atmosfera

Glavni vir atmosferskega kisika je fotosinteza. Obstajajo pa tudi drugi viri, iz katerih je mogoče v ozračje vgraditi kisik.

Eden od teh je tekoča zunanja plašč zemeljskega jedra. Kisik doseže atmosfero v obliki vodne pare skozi vulkanske izbruhe. Vodna para se dvigne na stratosfero, kjer fotoliza trpi zaradi visoko energetskega sevanja sonca in prostega kisika.

Vam lahko služi: načela okoljske trajnosti

Po drugi strani dihanje oddaja kisik v obliki co₂.  Procesi zgorevanja, zlasti industrijski procesi, prav tako porabijo molekularni kisik in zagotavljajo CO₂ v ozračje.

V izmenjavi med atmosfero in hidrosfero raztopljeni kisik v vodnih masah preide v atmosfero. Svoje strani₂ Atmosfersko se raztopi v vodi kot ogljikova kislina. Kisik, raztopljen v vodi, izvira predvsem iz fotosinteze alg in cianobakterij.

Stratosfera

Na zgornjem nivoju atmosfere visoko energijsko sevanje hidrolizira. Kratko valovno sevanje aktivira molekule ali₂. Ti se odvijajo v atomih brez kisika (O).

Te proste atome ali reagirajo z molekulami ali₂ in proizvajajo ozon (ali₃). Ta reakcija je reverzibilna. Zaradi ultravijoličnega sevanja O₃ Spet razpade v atomih brez kisika.

Kisik kot atmosferski zračni komponenti je del različnih oksidacijskih reakcij za integracijo različnih kopenskih spojin. Pomembno korito s kisikom je oksidacija plinov iz vulkanskih izbruhov.

Hidrosfera

Največja koncentracija vode na Zemlji so oceani, kjer je enakomerna koncentracija izotopov kisika. To je posledica konstantne izmenjave tega elementa z zemeljsko skorjo s pomočjo hidrotermalnih cirkulacijskih procesov.

V mejah tektonskih plošč in oceanskih hrbtenice se ustvari stalen proces izmenjave plina.

Kriosfera

Množice kopenskega ledu, vključno s polarnimi ledenimi masami, ledeniki in večnikom, predstavljajo pomembno umivalnik kisika v obliki trdne vode.

Geosfera

Tudi kisik sodeluje v plinasti izmenjavi s tlemi. Tam predstavlja vitalni element za dihalne procese mikroorganizmov tal.

Pomembno umivalnik na tleh so procesi mineralne oksidacije in izgorevanja fosilnih goriv.

Kisik, ki je del molekule vode (h₂O) Sledite vodnemu ciklu pri postopkih prenašanja in cenah izhlapevanja in kondenzacije.

-Fotosintetska oder

Fotosinteza se izvaja v kloroplastih. Med svetlobno fazo fotosinteze je potrebno reducirajoče sredstvo, to je vir elektronov. Ta sredstvo v tem primeru je voda (h₂Da).

Ko jemljete vodo (h) iz vode, se sprosti kisik (ali₂) kot odpadni izdelek. Voda vstopi v rastlino skozi korenine. V primeru alg in cianobakterij prihaja iz vodnega okolja.

Ves molekularni kisik (ali₂), proizvedeno med fotosintezo, izvira iz vode, uporabljene v postopku. V fotosintezi jo zaužijemo₂, Sončna energija in voda (h₂O) in kisik se sprosti (ali₂).

-Atmosferska stopnja povratne faze

O₂ ustvarjena v fotosintezi se izžene v ozračje skozi stomate v primeru rastlin. Alge in cianobakterije jo zaradi membranske difuzije vrnejo v okolje. Podobno dihalni procesi vračajo kisik v okolje v obliki ogljikovega dioksida (CO₂).

-Dihalna faza

Za opravljanje svojih življenjskih funkcij morajo živeti organizmi učinkovito narediti kemično energijo, ki jo ustvarja fotosinteza. Ta energija je shranjena v obliki zapletenih molekul ogljikovih hidratov (sladkorjev) v primeru rastlin. Preostali organizmi ga dobijo iz hrane

Vam lahko služi: vodna erozija: dejavniki, vrste, posledice, rešitve

Postopek, s katerim živa bitja odpirajo kemične spojine za sprostitev potrebne energije, se imenuje dihanje. Ta postopek se izvaja v celicah in ima dve fazi; aerobni in še en anaerobni.

Aerobno dihanje se izvaja v mitohondrijih pri rastlinah in živalih. V bakterijah se izvaja v citoplazmi, saj jim primanjkuje mitohondrijev.

Temeljni element za dihanje je kisik kot oksidacijsko sredstvo. Pri dihanju porabimo kisik (ali₂) In izdano₂ in voda (h₂O), proizvaja koristno energijo.

Co₂ in voda (vodna para) se sprostijo skozi stomate v rastlinah. Pri živalih co₂ Sprostijo ga nosnice in/ali usta ter voda z potenjem. V algah in bakterijah₂ sprosti membranska difuzija.

Fotorerspiracija

V rastlinah v prisotnosti svetlobe se razvije postopek, ki porabi kisik in energijo, imenovano fotorerspiracija. Fotorerspiracija se poveča s povečanjem temperature zaradi povečanja co -koncentracije₂ Glede koncentracije O₂.

Fotoreriranje vzpostavlja negativno energijsko ravnovesje za rastlino. Porabiti oz₂ in kemična energija (proizvedena s fotosintezo) in sprošča CO₂. Zato so razvili evolucijske mehanizme za preprečevanje (C4 in lahko presnove).

Pomembnost

Trenutno je velika večina življenja aerobna. Brez obtoka O₂ V planetarnem sistemu bi bilo življenje, kot ga poznamo danes, nemogoče.

Poleg tega kisik predstavlja pomemben delež kopenskih zračnih mas. Zato prispeva k atmosferskim pojavom, povezanim z njim, in njegovimi posledicami: erozivni učinki, podnebna regulacija.

Neposredno ustvarja oksidacijske procese v tleh, vulkanskih plinov in na kovinskih umetnih strukturah.

Kisik je element z visoko oksidativno sposobnostjo. Čeprav so molekule kisika zelo stabilne, ker tvorijo dvojno vez, ima kisik visoko elektronegativnost (sposobnost privabljanja elektronov), ima visoko reaktivno sposobnost. Zaradi te visoke elektronegativnosti se kisik vmeša v številne reakcije oksidacije.

Spremembe

Velika večina procesov zgorevanja, ki se pojavljajo v naravi, zahteva udeležbo s kisikom. Tudi v tistih, ki jih ustvarja človek. Ti procesi izpolnjujejo pozitivne in negativne funkcije v antropičnih izrazih.

Izgorevanje fosilnih goriv (premog, nafta, plin) prispeva k gospodarskemu razvoju, hkrati pa predstavlja resen problem za njegov prispevek k globalnemu segrevanju.

Veliki gozdni požari vplivajo na biotsko raznovrstnost, čeprav so v nekaterih primerih del naravnih procesov v nekaterih ekosistemih.

Učinek tople grede

Ozonska plast (ali₃) V stratosferi je zaščitni ščit atmosfere pred presežkom ultravijoličnega sevanja. To zelo energijsko sevanje poveča ogrevanje na kopnem.

Po drugi strani je za živa tkiva zelo mutagena in škodljiva. Pri človeku in drugih živalih je rakotvorno.

Emisija različnih plinov povzroči uničenje ozonske plasti in zato olajša vstop ultravijoličnega sevanja. Nekateri od teh plinov so klorofluoroogljikovodiki, ogljikovi ogljikovodiki, etil bromid, dušikovi oksidi gnojil in halonov.

Reference

1. Bekker A, HD Holland, Pl Wang, D Rumble, HJ Stein, Jl Hannah, LL Coetzee in NJ Beukes. (2004) z naraščanjem atmosferskega kisika. Narava 427: 117-120.
2. PURVES WK, D SADAVA, GH ORIANS in HC HELLER (2003). Znanost o biologiji. 6. edt. Sinauer Associates, Inc. in WH Freeman in družba. 1044 str.