Karakteristieken van zuurstofcyclus, reservoirs en fasen

Hij zuurstofcyclus Het verwijst naar de bloedsomloopbeweging van zuurstof op aarde. Het is een gasvormige biogeochemische cyclus. Zuurstof is het tweede meest voorkomende element in de atmosfeer na stikstof, en de tweede meest overvloedige in hydrosfeer na waterstof. In die zin is de zuurstofcyclus verbonden met de watercyclus.

De bloedsomloopbeweging omvat de productie van dioxygen of moleculaire zuurstof van twee atomen (of₂)). Dit gebeurt voor hydrolyse tijdens fotosynthese uitgevoerd door de verschillende fotosynthetische organismen.

De O₂ Het wordt gebruikt door levende organismen in cellulaire ademhaling, waardoor de productie van koolstofdioxide wordt gegenereerd (CO₂), De laatste is een van de grondstoffen voor het proces van fotosynthese.

Aan de andere kant, in de bovenste atmosfeer, vindt fotolyse (hydrolyse geactiveerd door zonne -energie) van waterdamp veroorzaakt door ultraviolette straling van de zon. Water breekt af en laat de waterstof af die verloren gaat in de stratosfeer en zuurstof is geïntegreerd in de atmosfeer.

Bij het interageren van een molecuul van O₂ Met een zuurstofatoom treedt ozon voor (of₃)). De ozon vormt de zo -aangedane ozonlaag.

Kenmerken

Zuurstof is een niet -metalen chemisch element. Het atoomnummer is 8, dat wil zeggen, het heeft 8 protonen en 8 elektronen in zijn natuurlijke toestand. Onder normale temperatuur- en drukomstandigheden is het aanwezig in de vorm van dioxygen, kleurloos en toiletgas. De moleculaire formule is of₂.

De O₂ Bevat drie stabiele isotopen: ¹⁶OF, ¹⁷Of en ¹⁸OF. De overheersende manier in het universum is de ¹⁶OF. Op aarde vertegenwoordigt het 99,76% van de totale zuurstof. Hij ¹⁸Of vertegenwoordigt 0,2%. De vorm ¹⁷O Het is zeer zeldzaam (~ 0,04%).

Oorsprong

Zuurstof is het derde element in overvloed in het universum. Isotoopproductie ¹⁶Of begon in de eerste generatie helio -zonne -verbranding die plaatsvond na de oerknal.

De oprichting van de cyclus van koolstof-nitrogen-zuurstofkern in volgende generaties sterren heeft de overheersende zuurstofbron op de planeten verstrekt.

Hoge temperaturen en druk produceren water (h₂O) In het universum bij het genereren van de reactie van waterstof met zuurstof. Water maakt deel uit van de conformatie van de kern van de aarde.

Magma -ontsluitingen geven het water af in de stoomvorm en dit komt de watercyclus binnen. Water wordt ontleed door zuurstof- en waterstoffotolyse door fotosynthese en ultraviolette straling op de bovenste niveaus van de atmosfeer.

Primitieve sfeer

De primitieve atmosfeer vóór de evolutie van fotosynthese door cyanobacteriën was anaërobe. Voor levende organismen die aan die atmosfeer zijn aangepast, was zuurstof een giftig gas. Zelfs vandaag de dag veroorzaakt een atmosfeer van zuivere zuurstof onherstelbare schade aan cellen.

In de evolutionaire afkomst van huidige cyanobacteriën is fotosynthese ontstaan. Dit begon de samenstelling van de atmosfeer van de aarde te veranderen, ongeveer 2.300-2.700 miljoen jaar.

De proliferatie van fotosynthetiserende organismen veranderde de samenstelling van de atmosfeer. Het leven evolueerde naar aanpassing aan een aerobe atmosfeer.

Energieën die de cyclus aansturen

De krachten en energieën die werken door de zuurstofcyclus te bevorderen, kunnen geothermisch zijn, wanneer magma waterdamp uitsteekt, of van zonne -energie kunnen komen.

De laatste biedt de fundamentele energie voor het fotosyntheseproces. De chemische energie in de vorm van koolhydraten als gevolg van fotosynthese, drijft op zijn beurt alle woonprocessen door de voedselketen. Evenzo produceert de zon planetaire differentiaalverwarming en veroorzaakt mariene en atmosferische stromingen.

Het kan u van dienst zijn: 10 gevolgen van luchtvervuiling

Relatie met andere biogeochemische cycli

Vanwege zijn overvloed en hoge reactiviteit is de zuurstofcyclus verbonden met andere cycli zoals CO₂, Stikstof (n₂) en de watercyclus (h₂OF). Dit geeft een multicyclisch karakter.

De reservoirs van O₂ en van CO₂  Ze worden gekoppeld door processen die het maken van creatie (fotosynthese) en vernietiging (ademhaling en verbranding) van organische materie omvatten. Op korte termijn zijn deze oxide-reductiereacties de grootste bron van variabiliteit van de concentratie van of₂ in de sfeer.

Hij denitrificerende bacteriën verkrijgen zuurstof voor het ademen van bodemnitraten, waardoor stikstof wordt vrijgelaten.

Reservoirs

Geosfeer

Zuurstof is een van de belangrijkste componenten van silicaten. Daarom vormt het een belangrijke fractie van de mantel en de aardkorst.

• Aardse kern: In de buitenste vloeibare mantel van de kern van de aarde zijn er, naast ijzer, andere elementen, waaronder zuurstof.
• Bodem: In de ruimtes tussen deeltjes of poriën van de grond wordt de lucht verspreid. Deze zuurstof wordt gebruikt door de bodemmicrobiota.

Atmosfeer

21% van de atmosfeer bestaat uit zuurstof in de vorm van dioxygen (of₂)). De andere vormen van atmosferische aanwezigheid van zuurstof zijn waterdamp (h₂O), koolstofdioxide (CO₂) en de ozon (of₃)).

• Waterstoom: De concentratie van waterdamp is variabel, afhankelijk van de temperatuur, atmosferische druk en atmosferische circulatiestromen (watercyclus).
• Kooldioxide: CO₂ vertegenwoordigt ongeveer 0,03% van het luchtvolume. Sinds het begin van de industriële revolutie is de CO -concentratie toegenomen₂ In de atmosfeer in 145%.
• De ozon: Het is een molecuul dat in een lage hoeveelheid in de stratosfeer aanwezig is (0.03 - 0.02 delen per miljoen per volume).

Hydrosfeer

71% van het aardoppervlak is bedekt met water. In de oceanen is meer dan 96% van het aanwezige water op het aardoppervlak geconcentreerd. 89% van de oceaanmassa is zuurstof. De CO₂ Het wordt ook opgelost in het water en is onderworpen aan een uitwisselingsproces met de atmosfeer.

Veer

De criosfeer verwijst naar de bevroren watermassa die bepaalde delen van de aarde bedekt. Deze ijsmassa's bevatten ongeveer 1,74% van het landcortexwater. Aan de andere kant bevat ijs variabele hoeveelheden moleculaire zuurstof gevangen.

OFlevende organismen

De meeste moleculen die de structuur van levende wezens vormen, bevatten zuurstof. Aan de andere kant is een groot deel van de levende wezens water. Daarom is terrestrische biomassa ook een zuurstofreserve.

Fasen

In het algemeen omvat de cyclus die zuurstof als chemisch middel volgt twee grote gebieden die zijn biogeochemische cycluskarakter vormen. Deze gebieden zijn in vier fasen weergegeven.

Het geo -omgevingsgebied omvat de verplaatsingen en insluiting in de atmosfeer, hydrosfeer, criosfeer en zuurstofgeosfeer. Dit omvat het milieureservoir en de bronfase, en het stadium van terugkeer naar de omgeving.

In het biologische gebied zijn ook twee fasen inbegrepen. Ze worden geassocieerd met fotosynthese en ademhaling.

-Milieureservoir en bronstadium: atmosfeer-hydrosfeer-chóosfeer-geosfeer

Atmosfeer

De belangrijkste bron van atmosferische zuurstof is fotosynthese. Maar er zijn andere bronnen waaruit zuurstof in de atmosfeer kan worden opgenomen.

Een daarvan is de vloeibare buitenste mantel van de kern van de aarde. Zuurstof bereikt de atmosfeer in de vorm van waterdamp door vulkanische uitbarstingen. Waterdamp stijgt naar de stratosfeer waar fotolyse lijdt als gevolg van de hoge energiestraling van de zon en vrije zuurstof treedt op.

Kan u van dienst zijn: principes van milieuduurzaamheid

Aan de andere kant stoot ademhaling zuurstof uit in de vorm van CO₂.  Verbrandingsprocessen, met name industriële processen, verbruiken ook moleculaire zuurstof en bieden CO₂ naar de sfeer.

In de uitwisseling tussen de atmosfeer en de hydrosfeer passeert de opgeloste zuurstof in de watermassa naar de atmosfeer. Van zijn kant, de CO₂ Atmosferisch wordt opgelost in water als koolzuur. Zuurstof opgelost in water komt voornamelijk uit fotosynthese van algen en cyanobacteriën.

Stratosfeer

Op de bovenste niveaus van de atmosfeer hydrolyseert hoge energie straling damp. Korte golfstraling activeert moleculen van of₂. Deze worden afgevouwen in zuurstofvrije atomen (O).

Deze vrije atomen of reageren met moleculen van of₂ en produceren ozon (of₃)). Deze reactie is omkeerbaar. Vanwege ultraviolette straling de O₃ Het ontleedt opnieuw in zuurstofvrije atomen.

Zuurstof als atmosferische luchtcomponent maakt deel uit van verschillende oxidatiereacties om verschillende terrestrische verbindingen te integreren. Een belangrijke zuurstofgootsteen is de oxidatie van gassen uit vulkanische uitbarstingen.

Hydrosfeer

De grootste concentratie water op aarde zijn oceanen, waar een uniforme concentratie van zuurstofisotopen is. Dit komt door de constante uitwisseling van dit element met de cortex van de aarde door middel van hydrothermische circulatieprocessen.

In de grenzen van tektonische platen en oceanische dorsaal wordt een constant proces van gasuitwisseling gegenereerd.

Veer

De massa's terrestrisch ijs, inclusief polaire ijsmassa, gletsjers en permafrost, vormen een belangrijke zuurstofgootsteen in de vorm van water van vaste toestand.

Geosfeer

Ook neemt zuurstof deel aan de gasvormige uitwisseling met de grond. Er is het vitale element voor de ademhalingsprocessen van bodemmicro -organismen.

Een belangrijke gootsteen op de grond is de processen van minerale oxidatie en brandende fossiele brandstoffen.

De zuurstof die deel uitmaakt van het watermolecuul (h₂O) Volg de watercyclus in verdampingstranspiratie en condensatie-prijsprocessen.

-Fotosynthetisch stadium

Fotosynthese wordt uitgevoerd in chloroplasten. Tijdens de lichtfase van fotosynthese is een reductiemiddel vereist, dat wil zeggen een bron van elektronen. Dit middel is in dit geval water (h₂OF).

Bij het nemen van water (H) uit water wordt zuurstof vrijgegeven (of₂) als een afvalproduct. Water komt de plant binnen door de wortels. In het geval van algen en cyanobacteriën komt het uit de aquatische omgeving.

Alle moleculaire zuurstof (of₂) geproduceerd tijdens fotosynthese komt van het water dat in het proces wordt gebruikt. In fotosynthese wordt ermee geconsumeerd₂, Zonne -energie en water (h₂O), en zuurstof wordt vrijgegeven (of₂)).

-Atmosferic Return Stage

De O₂ Gegenereerd in fotosynthese wordt in het geval van planten naar de atmosfeer gezet. Algen en cyanobacteriën brengen het terug naar de omgeving als gevolg van membraandiffusie. Evenzo geven ademhalingsprocessen zuurstof terug naar de omgeving in de vorm van koolstofdioxide (CO₂)).

-Ademhalingsfase

Om hun vitale functies uit te voeren, moeten levende organismen effectief maken van de chemische energie die wordt gegenereerd door fotosynthese. Deze energie wordt opgeslagen in de vorm van complexe koolhydraat (suikers) moleculen in het geval van planten. De rest van de organismen verkrijgt het uit voedsel

Kan u van dienst zijn: watererosie: factoren, typen, gevolgen, oplossingen

Het proces waarbij levende wezens chemische verbindingen ontvouwen om de vereiste energie vrij te geven, wordt ademhaling genoemd. Dit proces wordt uitgevoerd in de cellen en heeft twee fasen; een aerobe en een ander anaërobe.

Aerobe ademhaling wordt uitgevoerd in mitochondria in planten en dieren. In bacteriën wordt het uitgevoerd in het cytoplasma, omdat ze mitochondria missen.

Het fundamentele element voor ademhaling is zuurstof als oxidatiemiddel. In ademhaling wordt zuurstof geconsumeerd (of₂) En co -uitgebracht₂ en water (h₂O), het produceren van nuttige energie.

De CO₂ en water (waterdamp) worden in planten vrijgegeven door huidmondjes. Bij dieren de CO₂ Het wordt vrijgegeven door neusgaten en/of mond, en water door transpiratie. In algen en bacteriën de CO₂ wordt vrijgegeven door membraandiffusie.

Fotoreerspiratie

In planten in aanwezigheid van licht wordt een proces ontwikkeld dat zuurstof en energie verbruikt die fotorerderspiratie wordt genoemd. Fotoreerspiratie neemt toe met de temperatuurstijging, vanwege de toename van de co -concentratie₂ Met betrekking tot de concentratie van O₂.

Fotoreerspiratie stelt een negatieve energiebalans voor de plant vast. Consumeren of₂ en chemische energie (geproduceerd door fotosynthese) en releases Co₂. Daarom hebben ze evolutionaire mechanismen ontwikkeld om het tegen te gaan (C4 en kunnen metabolismen).

Belang

Momenteel is de overgrote meerderheid van het leven aerobe. Zonder de circulatie van O₂ In het planetaire systeem zou het leven zoals we het vandaag kennen onmogelijk zijn.

Bovendien vormt zuurstof een belangrijk deel van de luchtmassa's van de landlucht. Daarom draagt ​​het bij aan atmosferische fenomenen die eraan zijn gekoppeld en de gevolgen ervan: erosieve effecten, klimaatregulatie, onder andere.

Direct, genereert de oxidatieprocessen in de bodem, van vulkanische gassen en op metalen kunstmatige structuren.

Zuurstof is een element met een hoge oxidatieve capaciteit. Hoewel zuurstofmoleculen zeer stabiel zijn omdat ze dubbele binding vormen, heeft zuurstof een hoge elektronegativiteit (vermogen om elektronen aan te trekken), een hoog reactief vermogen heeft. Vanwege deze hoge elektronegativiteit komt zuurstof tussenbeide in veel oxidatiereacties.

Wijzigingen

De overgrote meerderheid van de verbrandingsprocessen die zich in de natuur voordoen, vereisen zuurstofparticipatie. Ook in degenen die door de mens zijn gegenereerd. Deze processen vervullen zowel positieve als negatieve functies in antropische termen.

Verbranding van fossiele brandstoffen (kolen, olie, gas) draagt ​​bij aan de economische ontwikkeling, maar tegelijkertijd vormt het een ernstig probleem voor de bijdrage aan de opwarming van de aarde.

Grote bosbranden beïnvloeden de biodiversiteit, hoewel ze in sommige gevallen deel uitmaken van natuurlijke processen in bepaalde ecosystemen.

Broeikaseffect

De ozonlaag (of₃) In de stratosfeer is het het beschermende schild van de atmosfeer tegen de overmaat van ultraviolette straling. Deze zeer energieke straling verhoogt de landverwarming.

Aan de andere kant is het zeer mutageen en schadelijk voor levende weefsels. In de mens en andere dieren is kankerverwekkend.

De emissie van verschillende gassen veroorzaakt de vernietiging van de ozonlaag en vergemakkelijkt daarom de binnenkomst van ultraviolette straling. Sommige van deze gassen zijn chlorofluorocoolwaterstoffen, hydrochlorofluorocoolwaterstoffen, ethylbromide, stikstofoxiden van meststoffen en halons.

Referenties

1. Bekker A, Hd Holland, Pl Wang, D Rumble, HJ Stein, Jl Hannah, LL Coetzee en NJ Beukes. (2004) Dating van de opkomst van atmosferische zuurstof. Natuur 427: 117-120.
2. Purves wk, d Sadava, GH Orians en HC Heller (2003) Life. The Science of Biology. 6e EDT. Sinauer Associates, Inc. en WH Freeman en gezelschap. 1044 P.