- egenskaber
- Oprindelse
- Primitiv atmosfære
- Energier, der kører cyklussen
- Forhold til andre biogeokemiske cykler
- reservoirer
- Geosphere
- Atmosfære
- hydrosfæren
- kryosfæren
- ELLER
- Niveauer
- -Miljøstadium af reservoir og kilde: atmosfære-hydrosphere-cryosphere-geosphere
- Atmosfære
- Stratosphere
- hydrosfæren
- kryosfæren
- Geosphere
- - Fotosyntetisk fase
- -Atmosfærisk returfase
- -Spiratorisk fase
- fotorespiration
- Betydning
- ændringer
- Drivhuseffekt
- Referencer
Den ilt cyklus refererer til kredsløbssygdomme bevægelse af ilt på Jorden. Det er en gasformig biogeokemisk cyklus. Oxygen er det næst mest rigelige element i atmosfæren efter nitrogen og det næstforekomst i hydrosfæren efter brint. I denne forstand er iltcyklus forbundet til vandcyklus.
Oxygenes cirkulationsbevægelse inkluderer produktion af dioxygen eller molekylært ilt i to atomer (O 2). Dette sker på grund af hydrolyse under fotosyntesen udført af forskellige fotosyntetiske organismer.
Oxygenreservoir: Cloudskov, Waraira Repano National Park, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, fra Wikimedia Commons
O 2 anvendes af levende organismer i cellulær respiration og frembringer produktion af kuldioxid (CO 2), hvor sidstnævnte er et af råmaterialerne til fotosynteseprocessen.
På den anden side i den øvre atmosfære forekommer fotolyse (hydrolyse aktiveret af solenergi) af vanddamp forårsaget af ultraviolet stråling fra solen. Vand nedbrydes og frigiver brint, der går tabt i stratosfæren, og ilt integreres i atmosfæren.
Når et O 2- molekyle interagerer med et iltatom, produceres ozon (O 3). Ozon udgør det såkaldte ozonlag.
egenskaber
Oxygen er et ikke-metallisk kemisk element. Dets atomnummer er 8, det vil sige, det har 8 protoner og 8 elektroner i sin naturlige tilstand. Under normale betingelser for temperatur og tryk er den til stede i form af dioxygen, farveløs og lugtfri. Dens molekylformel er O 2.
O 2 inkluderer tre stabile isotoper: 16 O, 17 O og 18 O. Den overvejende form i universet er 16 O. På Jorden udgør den 99,76% af det totale ilt. Den 18 O repræsenterer 0,2%. 17 O- formen er meget sjælden (~ 0,04%).
Oprindelse
Oxygen er det tredje mest rigelige element i universet. Produktionen af 16 O- isotopen begyndte i den første generation af solheliumforbrænding, der fandt sted efter Big Bang.
Etableringen af nukleosyntesecyklussen kulstof-nitrogen-ilt i senere generationer af stjerner har givet den dominerende iltkilde på planeterne.
Høje temperaturer og tryk producerer vand (H 2 O) i universet ved at generere omsætning af hydrogen med oxygen. Vand er en del af sammensætningen af jordens kerne.
Magma outcrops afgiver vand i form af damp, og dette kommer ind i vandcyklussen. Vand nedbrydes ved fotolyse til ilt og brint gennem fotosyntesen og ved ultraviolet stråling i de øverste niveauer af atmosfæren.
Primitiv atmosfære
Den primitive atmosfære inden udviklingen af fotosyntesen af cyanobakterier var anaerob. For levende organismer tilpasset den atmosfære var ilt en giftig gas. Selv i dag forårsager en atmosfære af rent ilt uoprettelig skade på celler.
Fotosyntesen stammer fra den evolutionære afstamning af dagens cyanobakterier. Dette begyndte at ændre sammensætningen af Jordens atmosfære for ca. 2,3-2,7 milliarder år siden.
Spredningen af fotosyntetiserende organismer ændrede atmosfærens sammensætning. Livet udviklede sig i retning af tilpasning til en aerob atmosfære.
Energier, der kører cyklussen
De kræfter og energier, der virker for at drive iltcyklussen, kan være geotermiske, når magma uddriver vanddamp, eller det kan komme fra solenergi.
Sidstnævnte giver den grundlæggende energi til fotosynteseprocessen. Den kemiske energi i form af kulhydrater, der er resultatet af fotosyntesen, driver igen alle levende processer gennem fødekæden. På samme måde producerer solen planetarisk forskellig opvarmning og forårsager de marine og atmosfæriske strømme.
Forhold til andre biogeokemiske cykler
På grund af sin overflod og høj reaktivitet er oxygen cyklus forbundet med andre cyklusser som CO 2, kvælstof (N 2) og vandkredsløbet (H 2 O). Dette giver det en multicyklisk karakter.
O 2 og CO 2 reservoirerne er forbundet med processer, der involverer dannelse (fotosyntesen) og destruktion (respiration og forbrænding) af organisk stof. På kort sigt, disse oxidations-reduktionsreaktioner er den største kilde til variabilitet i koncentrationen af O 2 i atmosfæren.
Denitrifierende bakterier får ilt for deres respiration fra nitrater i jorden og frigiver nitrogen.
reservoirer
Geosphere
Oxygen er en af hovedkomponenterne i silikater. Derfor udgør den en betydelig del af jordens mantel og skorpe.
- Jordens kerne: I den flydende ydre kappe af jordens kerne er der, udover jern, også andre elementer, inklusive ilt.
- Jorden: i rummet mellem partikler eller porer i jorden diffunderes luften. Dette ilt bruges af jordmikrobiotaen.
Atmosfære
21% af atmosfæren består af ilt i form af dioxygen (O 2). De andre former for atmosfærisk oxygen tilstedeværelse er vanddamp (H 2 O), kuldioxid (CO 2) og ozon (O 3).
- Vanddamp: koncentrationen af vanddamp varierer afhængigt af temperatur, atmosfæretryk og atmosfærisk cirkulationsstrøm (vandcyklus).
- Kuldioxid: CO 2 repræsenterer ca. 0,03% af luftmængden. Siden begyndelsen af den industrielle revolution er koncentrationen af CO 2 i atmosfæren steget med 145%.
- Ozon: det er et molekyle, der er til stede i stratosfæren i en lav mængde (0,03 - 0,02 dele pr. Million volumen).
hydrosfæren
71% af jordoverfladen er dækket af vand. Mere end 96% af det vand, der er til stede på jordoverfladen, er koncentreret i verdenshavene. 89% af havmassen består af ilt. CO 2 opløses også i vand og underkastes en udvekslingsproces med atmosfæren.
kryosfæren
Kryosfæren henviser til massen af frossent vand, der dækker visse områder af Jorden. Disse ismasser indeholder ca. 1,74% af vandet i jordskorpen. På den anden side indeholder is forskellige mængder fanget molekylært ilt.
ELLER
De fleste af de molekyler, der udgør strukturen i de levende ting, indeholder ilt. På den anden side er en høj andel af levende ting vand. Derfor er den terrestriske biomasse også en iltreserve.
Niveauer
Generelt omfatter cyklussen, som ilt følger som et kemisk middel, to store områder, der udgør dets karakter som en biogeokemisk cyklus. Disse områder er repræsenteret i fire faser.
Det geomiljømæssige område omfatter forskydningerne og indeslutningen i atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og geosfæren af ilt. Dette inkluderer miljøfasen af reservoir og kilde og fasen for tilbagevenden til miljøet.
Oxygencyklus. Eme Chicano, fra Wikimedia Commons
To stadier er også inkluderet i det biologiske område. De er forbundet med fotosyntesen og respiration.
-Miljøstadium af reservoir og kilde: atmosfære-hydrosphere-cryosphere-geosphere
Atmosfære
Den vigtigste kilde til atmosfærisk ilt er fotosyntesen. Men der er andre kilder, hvorfra ilt kan komme ind i atmosfæren.
En af disse er den flydende ydre kappe af jordens kerne. Oxygen når atmosfæren som vanddamp gennem vulkanudbrud. Vanddamp stiger til stratosfæren, hvor den gennemgår fotolyse som et resultat af højenergistråling fra solen, og der frembringes frit ilt.
På den anden side afgiver åndedræt ilt i form af CO 2. Forbrændingsprocesser, især industrielle processer, forbruger også molekylært ilt og bidrager CO 2 til atmosfæren.
I udvekslingen mellem atmosfæren og hydrosfæren passerer det opløste ilt i vandmasserne ud i atmosfæren. Atmosfærisk CO 2 opløses på sin side i vand som kulsyre. Opløst ilt i vand kommer hovedsageligt fra fotosyntesen af alger og cyanobakterier.
Stratosphere
I de øvre niveauer i atmosfæren hydrolyserer højenergiestråling vanddamp. Kortbølget stråling aktiverer O 2 molekyler. Disse er opdelt i frie oxygenatomer (O).
Disse frie O-atomer reagerer med O 2 molekyler og producere ozon (O 3). Denne reaktion er reversibel. På grund af virkningen af ultraviolet stråling, nedbrydes O 3 til frie oxygenatomer igen.
Oxygen som en komponent i atmosfærisk luft er en del af forskellige oxidationsreaktioner og integrerer forskellige terrestriske forbindelser. Et vigtigt synke for ilt er oxidation af gasser fra vulkanudbrud.
hydrosfæren
Den største koncentration af vand på Jorden er verdenshavene, hvor der er en ensartet koncentration af iltisotoper. Dette skyldes den konstante udveksling af dette element med jordskorpen gennem hydrotermiske cirkulationsprocesser.
Ved grænserne for de tektoniske plader og havkanter genereres en konstant gasudvekslingsproces.
kryosfæren
Landismasser, inklusive polære ismasser, gletschere og permafrost, udgør et vigtigt synke for ilt i form af faststofvand.
Geosphere
På samme måde deltager ilt i gasudvekslingen med jorden. Der udgør det det vigtige element i luftvejsmikroorganismernes åndedrætsprocesser.
Et vigtigt synke i jorden er processerne med mineraloxidation og forbrænding af fossilt brændstof.
Den oxygen, der er en del af vandmolekylet (H 2 O) følger vandkredsløbet i processerne i fordampning-transpiration og kondens-udfældning.
- Fotosyntetisk fase
Fotosyntese finder sted i kloroplaster. I lysfasen af fotosyntesen kræves et reduktionsmiddel, det vil sige en kilde til elektroner. Midlet i dette tilfælde er vand (H 2 O).
Ved at tage brint (H) fra vand frigives ilt (O 2) som et affaldsprodukt. Vand kommer ind i planten fra jorden gennem rødderne. For alger og cyanobakterier kommer det fra vandmiljøet.
Alt molekylært ilt (O 2) produceret under fotosyntesen kommer fra vandet, der bruges i processen. Ved fotosyntese forbruges CO 2, solenergi og vand (H 2 O), og ilt (O 2) frigives.
-Atmosfærisk returfase
O 2, der genereres ved fotosyntesen, udvises i atmosfæren gennem stomata for planter. Alger og cyanobakterier returnerer det til miljøet ved membrandiffusion. På lignende måde returnerer åndedrætsprocesser ilt til miljøet i form af kuldioxid (CO 2).
-Spiratorisk fase
For at udføre deres vitale funktioner er levende organismer nødt til at effektivisere den kemiske energi, der genereres ved fotosyntesen. Denne energi lagres i form af komplekse molekyler af kulhydrater (sukkerarter) for planter. Resten af organismerne henter det fra kosten
Den proces, hvormed levende væsener udfolder kemiske forbindelser for at frigive den krævede energi kaldes respiration. Denne proces finder sted i celler og har to faser; en aerob og en anaerob.
Aerob respiration finder sted i mitokondrier hos planter og dyr. Hos bakterier udføres det i cytoplasma, da de mangler mitokondrier.
Det grundlæggende element for respiration er ilt som et oxidationsmiddel. I respiration, oxygen (O 2) er forbrugt og CO 2 og vand (H 2 O) frigives, producerer anvendelig energi.
CO 2 og vand (vanddamp) frigives gennem stomata i planter. Hos dyr frigives CO 2 gennem næseborene og / eller munden og vand gennem sved. Hos alger og bakterier frigives CO 2 ved membrandiffusion.
fotorespiration
I planter udvikles der i nærvær af lys en proces, der forbruger ilt og energi kaldet fotorespiration. Fotorespiration stiger med stigende temperatur, på grund af stigningen i koncentrationen af CO 2 i forhold til koncentrationen af O 2.
Fotorespiration skaber en negativ energibalance for anlægget. Det forbruger O 2 og kemisk energi (produceret ved fotosyntesen) og frigiver CO 2. Af denne grund har de udviklet evolutionære mekanismer til at modvirke det (C4- og CAN-metabolisme).
Betydning
I dag er langt størstedelen af livet aerob. Uden cirkulation af O 2 i planetsystemet ville liv, som vi kender det i dag, være umuligt.
Derudover udgør ilt en betydelig del af jordens luftmasser. Derfor bidrager det til de atmosfæriske fænomener, der er knyttet til det og dets konsekvenser: erosive effekter, klimaregulering, blandt andre.
Direkte genererer det oxidationsprocesser i jorden, af vulkanske gasser og på kunstige metalkonstruktioner.
Oxygen er et element med en høj oxidativ kapacitet. Selvom iltmolekyler er meget stabile på grund af det faktum, at de danner en dobbeltbinding, da ilt har en høj elektronegativitet (evnen til at tiltrække elektroner), har det en høj reaktiv kapacitet. På grund af denne høje elektronegativitet deltager ilt i mange oxidationsreaktioner.
ændringer
Langt de fleste forbrændingsprocesser, der forekommer i naturen, kræver deltagelse af ilt. Ligeledes i dem, der er genereret af mennesker. Disse processer udfylder både positive og negative funktioner antropisk.
Forbrænding af fossile brændstoffer (kul, olie, gas) bidrager til økonomisk udvikling, men repræsenterer samtidig et alvorligt problem på grund af dets bidrag til den globale opvarmning.
Store skovbrande påvirker den biologiske mangfoldighed, selvom de i nogle tilfælde er en del af naturlige processer i visse økosystemer.
Drivhuseffekt
Ozonlaget (O 3) i stratosfæren er den beskyttende beskyttelse af atmosfæren mod indtrængen af overskydende ultraviolet stråling. Denne meget energiske stråling øger jordens opvarmning.
På den anden side er det yderst mutagent og skadeligt for levende væv. Hos mennesker og andre dyr er det kræftfremkaldende.
Emissionen af forskellige gasser forårsager ødelæggelse af ozonlaget og letter det, at ultraviolet stråling kommer ind. Nogle af disse gasser er chlorfluorcarboner, hydrochlorfluorcarboner, ethylbromid, nitrogenoxider fra gødning og haloner.
Referencer
- Anbar AD, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin og R Buick (2007) A Whiff of Oxygen Before the Great Oxidation Event? Videnskab 317: 1903-1906.
- Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee og NJ Beukes. (2004) Datering af stigningen i atmosfærisk ilt. Natur 427: 117-120.
- Farquhar J og DT Johnston. (2008) Oxygencyklussen for de jordiske planeter: indsigt i forarbejdning og historie af ilt i overflademiljøer. Anmeldelser i Mineralogi og geokemi 68: 463–492.
- Keeling RF (1995) Den atmosfæriske iltcyklus: iltisotoperne i atmosfærisk CO 2 og O 2 og O 2 / N 2 Reviws of Geophysics, supplement. USA: Nationalrapport til International Union of Geodesy and Geophysics 1991-1994. pp. 1253-1262.
- Purves WK, D Sadava, GH Orians og HC Heller (2003) Life. Videnskaben om biologi. 6. udg. Sinauer Associates, Inc. og WH Freeman and Company. 1044 s.