Deguonies ciklo charakteristikos, rezervuarai, etapai ir svarba



The deguonies ciklas jis susijęs su deguonies kraujotakos judėjimu Žemėje. Tai yra dujinis biogeocheminis ciklas. Deguonis yra antras labiausiai gausus elementas atmosferoje po azoto, o antras - daugiausiai hidrosferoje po vandenilio. Šia prasme deguonies ciklas yra prijungtas prie vandens ciklo.

Deguonies kraujotakos judėjimas apima deguonies arba dviejų atomų molekulinio deguonies (OR) gamybą2). Taip atsitinka dėl hidrolizės fotosintezės metu, kurią atlieka įvairūs fotosintetiniai organizmai.

O2 naudoja gyvus organizmus ląstelių kvėpavime, kuriant anglies dioksido (CO) gamybą.2), pastaroji yra viena iš žaliavų fotosintezės procesui.

Kita vertus, viršutinėje atmosferoje atsiranda vandens garų fotolizė (hidrolizė, kurią sukelia saulės energija). Vanduo suyra, atleidžiant vandenį, kuris prarandamas stratosferoje ir deguonyje, yra integruotas į atmosferą.

Kai sąveikaujate su O molekule2 su deguonies atomu, gaunamas ozonas (O3). Ozonas sudaro vadinamąjį ozono sluoksnį.

Indeksas

  • 1 Charakteristikos
    • 1.1. Kilmė
    • 1.2 Primityvi atmosfera
    • 1.3 Energijos, kurios važiuoja ciklu
    • 1.4 Ryšys su kitais biogeocheminiais ciklais
  • 2 rezervuarai
    • 2.1 Geosfera
    • 2.2 Atmosfera
    • 2.3 Hidrosfera
    • 2.4 kriosfera
    • 2.5 Gyvi organizmai
  • 3 etapai
    • 3.1. Rezervuaro aplinkos šaltinis ir šaltinis: atmosferos-hidrosferos-kriosferos-geosferos
    • 3.2 Fotosintezės etapas
    • 3.3. Atmosferos grįžimo etapas
    • 3.4 - Kvėpavimo etapas
  • 4 Svarba
  • 5 Pakeitimai
    • 5.1 Šiltnamio efektas
  • 6 Nuorodos

Savybės

Deguonis yra ne metalinis cheminis elementas. Jo atominis skaičius yra 8, tai yra 8 protonai ir 8 elektronai natūralios būklės. Normaliomis temperatūros ir slėgio sąlygomis ji yra dujų, bespalvių ir bekvapių dujų forma. Jo molekulinė formulė yra O2.

O2 apima tris stabilius izotopus: 16O, 17O ir 18O. Visatos vyraujanti forma yra 16O. Žemėje jis sudaro 99,76% viso deguonies. The 18Arba tai sudaro 0,2%. Forma 17Arba tai labai reti (~ 0,04%).

Kilmė

Deguonis yra trečiasis visatos gausos elementas. Izotopo gamyba 16Arba jis prasidėjo pirmosios kartos saulės helio, sudegusio po Didžiojo sprogimo.

Anglies-azoto ir deguonies nukleozės sintezės ciklo sukūrimas vėlesnėse žvaigždžių kartose suteikė pagrindinį deguonies šaltinį planetose..

Aukšta temperatūra ir slėgis gamina vandenį (H. \ T2O) Visatoje generuojant vandenilio reakciją su deguonimi. Vanduo yra Žemės šerdies konformacijos dalis.

Magmos protrūkiai išleidžia vandenį garo pavidalu ir patenka į vandens ciklą. Vanduo suskaidomas fotolizės būdu deguonyje ir vandenyje fotosintezės būdu, o ultravioletine spinduliuote viršutiniame atmosferos lygmenyje..

Primityvi atmosfera

Primityvioji atmosfera prieš fotosintezės raidą cianobakterijomis buvo anaerobinė. Gyvų organizmų, pritaikytų prie tos atmosferos, deguonis buvo nuodingas dujas. Net ir šiandien gryno deguonies atmosfera daro nepataisomą žalą ląstelėms.

Dabartinės cianobakterijų evoliucinėje linijoje atsirado fotosintezė. Tai pradėjo pakeisti Žemės atmosferos sudėtį maždaug prieš 2 300–2 700 milijonų metų.

Fotosintetinių organizmų paplitimas pakeitė atmosferos sudėtį. Gyvenimas išsivystė link prisitaikymo prie aerobinės atmosferos.

Energijos, kurios važiuoja ciklą

Jėgos ir energija, veikiančios deguonies ciklą, gali būti geoterminės, kai magma išleidžia vandens garus, arba ji gali būti gaunama iš saulės energijos.

Pastarasis suteikia pagrindinę energiją fotosintezės procesui. Cheminė energija angliavandenių pavidalu, atsirandanti dėl fotosintezės, savo ruožtu skatina visus gyvus procesus per maisto grandinę. Taip pat saulė gamina planetinį diferencinį šildymą ir sukelia jūros ir atmosferos sroves.

Ryšys su kitais biogeocheminiais ciklais

Dėl savo gausumo ir didelio reaktyvumo deguonies ciklas yra prijungtas prie kitų ciklų, pvz., CO2, azotas (N2) ir vandens ciklas (H2O). Tai suteikia jam daug ciklinį pobūdį.

O rezervuarai2 ir CO2  juos susieja procesai, kuriuose dalyvauja organinių medžiagų susidarymas (fotosintezė) ir sunaikinimas (kvėpavimas ir degimas). Per trumpą laiką šios oksidacijos-redukcijos reakcijos yra pagrindinis O koncentracijos kintamumo šaltinis2 atmosferoje.

Denitrifikuojančios bakterijos gauna deguonį, kad kvėpuotų nitratus iš dirvožemio, atleidžiant azotą.

Rezervuarai

Geosfera

Deguonis yra vienas iš pagrindinių silikatų komponentų. Todėl tai yra svarbi mantijos ir žemės plutos dalis.

  • Sausumos branduolys: skystame išoriniame sausumos branduolyje, be geležies, yra ir kitų elementų, tarp jų ir deguonies..
  • Grindys: dirvožemyje esančių dalelių arba porų erdvėse yra išsklaidomas oras. Šį deguonį naudoja dirvožemio mikrobiota.

Atmosfera

21% atmosferos sudaro deguonies pavidalo deguonis (O2). Kitos atmosferos deguonies buvimo formos yra vandens garai (H. \ T2O), anglies dioksidas (CO2) ir ozonas (O3).

  • Vandens garai: vandens garų koncentracija priklauso nuo temperatūros, atmosferos slėgio ir cirkuliacijos srovių atmosferos (vandens ciklas)..
  • Anglies dioksidas: CO2 ji sudaro maždaug 0,03% oro tūrio. Nuo pramoninės revoliucijos pradžios CO koncentracija padidėjo2 atmosferoje 145%.
  • Ozonas: yra molekulė, esanti stratosferoje mažu kiekiu (0,03–0,02 dalių milijono pagal tūrį).

Hidrosfera

71% žemės paviršiaus yra padengta vandeniu. Vandenynuose daugiau nei 96 proc. Žemės paviršiuje esančio vandens koncentruojasi. 89% vandenynų masės yra deguonis. CO2 Jis taip pat ištirpinamas vandenyje ir yra keičiamasi su atmosfera.

Kriosfera

Kriosfera reiškia užšaldyto vandens masę, kuri apima tam tikras Žemės sritis. Šiose ledo masėse yra maždaug 1,74% žemės plutos vandens. Kita vertus, lede yra įvairių molekulinio deguonies kiekio.

Ogyvus organizmus

Dauguma molekulių, sudarančių gyvų būtybių struktūrą, turi deguonį. Kita vertus, didelė dalis gyvų būtybių yra vanduo. Todėl antžeminė biomasė taip pat yra deguonies rezervas.

Etapai

Apskritai, deguonies kaip cheminio veiksnio ciklas apima du didelius plotus, kurie sudaro jo biogeocheminį pobūdį. Šios sritys yra atstovaujamos keturiais etapais.

Geoaplinkos plotas apima poslinkius ir izoliaciją atmosferoje, hidrosferoje, kriosferoje ir deguonies geosferoje. Tai apima rezervuaro ir šaltinio aplinkosaugos etapą ir grįžimo į aplinką etapą.

Biologiniame rajone taip pat yra du etapai. Jie yra susiję su fotosinteze ir kvėpavimu.

-Rezervuaro aplinkos šaltinis ir šaltinis: atmosferos-hidrosferos-kriosferos-geosferos

Atmosfera

Pagrindinis atmosferos deguonies šaltinis yra fotosintezė. Tačiau yra ir kitų šaltinių, iš kurių į atmosferą galima įtraukti deguonį.

Vienas iš jų yra skystas išorinis žemės šerdis. Deguonis pasiekia atmosferą vandens garų pavidalu per ugnikalnių išsiveržimus. Vandens garai pakyla iki stratosferos, kur ji susiduria su fotolizėmis dėl didelio energijos spinduliavimo iš saulės ir gaminamas laisvas deguonis.

Kita vertus, kvėpavimas išskiria deguonį CO2.  Degimo procesai, ypač pramoniniai procesai, taip pat suvartoja molekulinį deguonį ir suteikia CO2 į atmosferą.

Pakeitus atmosferą ir hidrosferą, ištirpusio deguonies kiekis vandens masėse patenka į atmosferą. Kita vertus, CO2 Atmosfera ištirpinama vandenyje kaip anglies rūgštis. Vandenyje ištirpęs deguonis daugiausia atsiranda dėl dumblių ir cianobakterijų fotosintezės.

Stratosfera

Aukštesniu atmosferos lygiu didelės energijos spinduliai hidrolizuoja vandens garus. Trumpojo bangos spinduliuotė aktyvuoja O molekules2. Jie suskaidomi į deguonies neturinčius atomus (O).

Šie O laisvieji atomai reaguoja su O molekulėmis2 ozonas (O3). Ši reakcija yra grįžtama. Dėl ultravioletinės spinduliuotės O3 vėl deguonies atomai.

Deguonis kaip atmosferos oro komponentas yra įvairių oksidacijos reakcijų dalis, jungianti įvairius sausumos junginius. Svarbus deguonies kriauklė yra dujų išsiskyrimas iš ugnikalnių išsiveržimų.

Hidrosfera

Didžiausia vandens koncentracija Žemėje yra vandenynai, kuriuose yra vienoda deguonies izotopų koncentracija. Taip yra dėl to, kad šis elementas nuolat keičiamasi su žemės plutomis per hidroterminius cirkuliacijos procesus.

Tektoninių plokščių ir vandenynų ribų ribose susidaro pastovus dujų mainų procesas.

Kriosfera

Sausumos ledo masė, įskaitant poliarinio ledo masę, ledynus ir amžinąjį šlaką, yra svarbus deguonies kriauklė kietos būsenos vandens pavidalu..

Geosfera

Panašiai deguonis dalijasi dujomis su dirvožemiu. Ten jis yra gyvybiškai svarbus dirvožemio mikroorganizmų kvėpavimo procesų elementas.

Svarbus dirvožemio kriauklė yra mineralinio oksidavimo procesai ir iškastinio kuro deginimas.

Deguonis, kuris yra vandens molekulės dalis (H. \ T2O) seka vandens ciklą garinimo-perpylimo ir kondensacijos nusodinimo procesuose.

-Fotosintezės etapas

Fotosintezė atliekama chloroplastuose. Fotosintezės šviesos fazėje reikalingas redukcinis agentas, ty elektronų šaltinis. Šiuo atveju minėtas agentas yra vanduo (H2O).

Į vandenį išleidžiant vandenilį (H), išsiskiria deguonis (O2) kaip atliekų produktas. Vanduo patenka į dirvą iš dirvožemio per šaknis. Dumblių ir cianobakterijų atveju jis gaunamas iš vandens aplinkos.

Visas molekulinis deguonis (O2), gaunama fotosintezės metu, gaunama iš proceso metu naudojamo vandens. Fotosintezės metu suvartojama CO2, saulės energija ir vanduo (H. \ t2O) ir išleidžia deguonį (O2).

-Atmosferos grįžimo etapas

O2 fotosintezės metu susidariusių augalų atveju, į atmosferą pašalinami. Dumbliai ir cianobakterijos ją grąžina į aplinką membranos difuzijos būdu. Panašiai kvėpavimo procesai deguonį grąžina į aplinką anglies dioksido pavidalu (CO2).

-Kvėpavimo etapas

Norint atlikti gyvybines funkcijas, gyvi organizmai turi efektyviai sukurti fotosintezės metu susidariusią cheminę energiją. Ši energija yra saugoma sudėtingų angliavandenių (cukrų) molekulių pavidalu augalų atveju. Likusieji organizmai ją gauna iš dietos

Procesas, kuriuo gyvos būtybės išskiria cheminius junginius, kad išlaisvintų reikiamą energiją, vadinama kvėpavimu. Šis procesas atliekamas ląstelėse ir turi dvi fazes; vienas aerobinis ir kitas anaerobinis.

Aerobinis kvėpavimas vyksta mitochondrijose augaluose ir gyvūnuose. Bakterijose jis atliekamas citoplazmoje, nes jiems trūksta mitochondrijų.

Pagrindinis kvėpavimo elementas yra deguonis kaip oksidatorius. Kvėpavimas deguonis suvartojamas (O2) ir išmetamas CO2 ir vanduo (H2O), gaminanti naudingą energiją.

CO2 vanduo (vandens garai) išleidžiamas per augalus. Gyvūnams CO2 jis išleidžiamas per šnerves ir (arba) burną, o vanduo - per prakaitą. Dumbliams ir bakterijoms CO2 išsiskiria membranos difuzija.

Fotoreporacija

Augaluose esant šviesai, sukuriamas procesas, kuris suvartoja deguonį ir energiją, vadinamą fotorezpiracija. Dėl padidėjusios CO koncentracijos fotoreziracija didėja, kai padidėja temperatūra2 dėl O koncentracijos2.

Fotorespiracija sukuria neigiamą energijos balansą augalui. Vartokite O2 ir cheminė energija (pagaminta fotosintezės būdu) ir išskiria CO2. Todėl jie sukūrė evoliucinius mechanizmus, skirtus jai neutralizuoti (C4 ir CAN metabolizmai)..

Reikšmė

Šiuo metu didžioji gyvenimo dalis yra aerobinė. Be O apyvartos2 planetos sistemoje gyvenimas, kurį mes žinome šiandien, būtų neįmanomas.

Be to, deguonis sudaro didelę sausumos oro masių dalį. Todėl jis prisideda prie atmosferos reiškinių, susijusių su juo ir jo pasekmėmis: erozinis poveikis, klimato reguliavimas, be kita ko,.

Tiesiogiai jis sukuria oksidacijos procesus dirvožemyje, vulkaninėse dujose ir metalinėse dirbtinėse struktūrose.

Deguonis yra aukšto oksidacinio pajėgumo elementas. Nors deguonies molekulės yra labai stabilios, nes jos sudaro dvigubą jungtį, turinčios didelį deguonies elektroną (gebėjimas pritraukti elektronus), turi didelį reaktyvumą. Dėl šio didelio elektronegatyvumo deguonis veikia daugelyje oksidacijos reakcijų.

Pakeitimai

Daugumai gamtoje vykstančių degimo procesų reikia deguonies. Taip pat ir tie, kuriuos sukuria žmogus. Šie procesai atlieka tiek teigiamas, tiek neigiamas antropinių funkcijų funkcijas.

Iškastinio kuro (anglies, naftos, dujų) deginimas prisideda prie ekonomikos vystymosi, tačiau tuo pat metu kelia rimtą problemą dėl jos prisidėjimo prie visuotinio atšilimo..

Dideli miškų gaisrai daro poveikį biologinei įvairovei, nors kai kuriais atvejais jie yra tam tikrų ekosistemų natūralių procesų dalis.

Šiltnamio efektas

Ozono sluoksnis (O3) stratosferoje yra apsauginis atmosferos skydas nuo įėjimo į ultravioletinę spinduliuotę. Ši labai energinga spinduliuotė padidina Žemės atšilimą.

Kita vertus, jis yra labai mutageninis ir žalingas gyviems audiniams. Žmonėms ir kitiems gyvūnams jis yra kancerogeninis.

Įvairių dujų išmetimas sukelia ozono sluoksnio naikinimą ir todėl palengvina ultravioletinės spinduliuotės patekimą. Kai kurios iš šių dujų yra chlorfluorangliavandeniliai, hidrochlorfluorangliavandeniliai, etilbromidas, azoto oksidai iš trąšų ir halonų..

Nuorodos

  1. Anbar AD, Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin ir R Buick (2007) Deguonies kvapas prieš didįjį oksidacijos įvykį? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee ir NJ Beukes. (2004) Pažinčių atmosferos deguonies kilimą. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J ir DT Johnston. (2008) Sausumos planetų deguonies ciklas: įžvalgos deguonies apdorojimui ir istorijai paviršiaus aplinkoje. Atsiliepimai Mineralogy ir Geochemistry 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Atmosferos deguonies ciklas: atmosferos CO deguonies izotopai2 ir O2 ir O2/ N2 Geofizikos Reviws, papildymas. JAV: Nacionalinė ataskaita Tarptautinei geodezijos ir geofizikos sąjungai 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians ir HC Heller (2003) Gyvenimas. Biologijos mokslas. 6-asis Edtas. Sinauer Associates, Inc. ir WH Freeman and Company. 1044 p.