КИСЕОНИЧКИ ЦИКЛУС: КАРАКТЕРИСТИКЕ, РЕЗЕРВОАРИ И СТАДИЈУМИ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Циклус кисеоника односи на циркулаторни кретање кисеоника на Земљи. То је гасовити биогеохемијски циклус. Кисеоник је други најбројнији елемент у атмосфери након азота, а други најзаступљенији у хидросфери након водоника. У том смислу, кисеонички циклус је повезан са воденим циклусом.

Циркулаторног кретање кисеоника обухвата производњу диокиген или молекуларног кисеоника два атома (О ₂ ). До тога долази због хидролизе током фотосинтезе коју врше различити фотосинтетски организми.

Резервоар за кисеоник: Облачна шума, Национални парк Вараира Репано, Венецуела. Арналдо Ногуера Сифонтес, са Викимедиа Цоммонс

О _{2 се} користи живе организме у ћелијском дисању, генерише производњу угљен диоксида (ЦО ₂ ), последње је једна од сировина за процес фотосинтезе.

С друге стране, у горњој атмосфери се догађа фотолиза (хидролиза активирана соларном енергијом) водене паре, узрокована ултраљубичастим зрачењем сунца. Вода се разграђује ослобађајући водоник који се губи у стратосфери, а кисеоник се интегрише у атмосферу.

Када О ₂ молекула интеракцији са атомом кисеоника, озона (О ₃ ) се производи. Озон чини такозвани озонски омотач.

карактеристике

Кисеоник је нековински хемијски елемент. Његов атомски број је 8, односно има 8 протона и 8 електрона у свом природном стању. У нормалним условима температуре и притиска, присутан је у облику диоксигена, без боје и без мириса. Његова молекуларна формула је О ₂ .

О ₂ обухвата три стабилне изотопе: ¹⁶ О, ¹⁷ О и ¹⁸ О. Доминантна форма у универзуму је ¹⁶ О. Он Еартх представља 99,76% укупног кисеоника. ¹⁸ О представља 0,2%. Облик ¹⁷ О је веома редак (~ 0,04%).

Порекло

Кисеоник је трећи најзаступљенији елемент у свемиру. Производња изотопа ¹⁶ О започела је у првој генерацији сагоревања соларног хелијума која се догодила после Великог праска.

Успостављање циклуса нуклеосинтезе угљеник-азот-кисеоник у каснијим генерацијама звезда обезбедило је преовлађујући извор кисеоника на планетама.

Високе температуре и притисци произведе вода (Х ₂ О) у Универзуму генерисањем реакцију водоника са кисеоником. Вода је део шминке Земљине језгре.

Изливи магме испуштају воду у облику паре и то улази у водени циклус. Вода се разлаже фотолизом у кисеоник и водоник фотосинтезом и ултраљубичастим зрачењем у горњим нивоима атмосфере.

Примитивна атмосфера

Примитивна атмосфера пре еволуције фотосинтезе цијанобактеријама била је анаеробна. За живе организме прилагођене тој атмосфери кисеоник је био токсичан гас. И данас атмосфера чистог кисеоника узрокује непоправљиву штету ћелијама.

Фотосинтеза је настала у еволуцијској линији данашњих цијанобактерија. Ово је почело да мења састав Земљине атмосфере пре отприлике 2,3-2,7 милијарди година.

Ширење фотосинтезираних организама променило је састав атмосфере. Живот се развијао ка прилагођавању аеробној атмосфери.

Енергије које покрећу циклус

Силе и енергије које делују на покретање циклуса кисеоника могу бити геотермалне, када магма избацује водену пару или може доћи из соларне енергије.

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

Однос са другим биогеохемијским циклусима

Због своје бројности и високе реактивности, циклус кисеоник је повезана са другим циклусима попут ЦО ₂ , азот (Н ₂ ) и водени циклус (Х ₂ О). То му даје мултициклички карактер.

Тхе О ₂ и ЦО ₂ резервоари су повезани процесима, који укључују стварање (фотосинтезе) и уништавање (дисања и сагоревања) органске материје. У кратком року, ове реакције оксидације-редукције представљају главни извор варијабилности у концентрацији О ₂ у атмосфери.

Денитрификационе бактерије добијају кисеоник за дисање из нитрата у земљи, ослобађајући азот.

Резервоари

Геосфера

Кисеоник је једна од главних компоненти силиката. Према томе, он представља значајан део земаљског плашта и коре.

• Земљино језгро : у течном спољњем омотачу Земљине језгре се поред гвожђа налазе и други елементи, укључујући кисеоник.
• Тло : у просторима између честица или пора тла ваздух се дифузује. Овај кисеоник користи микробиота тла.

Атмосфера

21% атмосфере чине кисеоника у облику диокиген (О ₂ ). Остали облици атмосферског присуства кисеоника су водена пара (Х ₂ О), угљен диоксид (ЦО ₂ ) и озон (О ₃ ).

• Водена пара : концентрација водене паре је променљива, зависно од температуре, атмосферског притиска и струје атмосферске циркулације (водени циклус).
• Угљендиоксид : ЦО ₂ представља отприлике 0,03% запремине ваздуха. Од почетка индустријске револуције, концентрација ЦО ₂ у атмосфери је порасла за 145%.
• Озон : то је молекул који је присутан у стратосфери у малој количини (0,03 - 0,02 делова на милион по запремини).

Хидросфера

71% земљине површине прекривена је водом. Више од 96% воде присутне на земљиној површини концентрисано је у океанима. 89% масе океана чини кисеоник. ЦО _{2 се} такође раствара у води и подлеже процесу размене са атмосфером.

Криосфера

Криосфера се односи на масу смрзнуте воде која прекрива одређена подручја Земље. Ове ледене масе садрже отприлике 1,74% воде у земљиној кори. С друге стране, лед садржи различите количине заробљеног молекуларног кисеоника.

ИЛИ

Већина молекула који чине структуру живих бића садржи кисеоник. Са друге стране, велики део живих бића је вода. Стога је земаљска биомаса такође резерва кисеоника.

Фазе

Генерално гледано, циклус који кисеоник следи као хемијско средство обухвата две велике области које чине његов карактер као биогеохемијски циклус. Ове области су представљене у четири фазе.

Гео-околишно подручје обухвата измјештања и задржавање у атмосфери, хидросфери, криосфери и геосфери кисеоника. То укључује фазу заштите животне средине резервоара и извора и фазу повратка у животну средину.

Кисеонички циклус. Еме Цхицано, са Викимедиа Цоммонс

Две фазе су такође укључене у биолошко подручје. Повезани су са фотосинтезом и дисањем.

-Еколошки ниво акумулације и извора: атмосфера-хидросфера-криосфера-геосфера

Атмосфера

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

Један од њих је течни спољни плашт Земљине језгре. Кисик у атмосферу допире као водена пара путем вулканских ерупција. Водена пара порасте до стратосфере где се подвргава фотолизирању услед високоенергетског зрачења сунца и стварања слободног кисеоника.

Са друге стране, дисање емитује кисеоник у облику ЦО ₂ . Процеси изгарања, посебно индустријски, такође троше молекулски кисеоник и доприносе ЦО ₂ у атмосфери.

У замену атмосфере и хидросфере, растворени кисеоник из водених маса прелази у атмосферу. Са своје стране, атмосферски ЦО ₂ је растворен у води у облику угљене киселине. Растворени кисеоник у води углавном долази од фотосинтезе алги и цијанобактерија.

Стратосфера

У горњим нивоима атмосфере, високоенергетско зрачење хидролизује водену пару. Схорт зрачење активира О ₂ молекула . Они су подељени на атоме слободног кисеоника (О).

Ови слободни О атома реагују са О ₂ молекула и производе озон (О ₃ ). Ова реакција је реверзибилна. Због дејства ултравиолетног зрачења, О ₃ разлаже инто слободним атомима кисеоника поново.

Кисеоник као компонента атмосферског ваздуха део је различитих оксидационих реакција, интегришући различита земаљска једињења. Главни судопер за кисеоник је оксидација гасова из вулканских ерупција.

Хидросфера

Највећа концентрација воде на Земљи су океани, где постоји уједначена концентрација изотопа кисеоника. То се дешава због сталне размене овог елемента са земљином коре кроз процесе хидротермалне циркулације.

На границама тектонских плоча и океанских гребена настаје сталан процес размене гаса.

Криосфера

Копне ледене масе, укључујући поларне ледене масе, глечере и вечну замрзнутост, представљају главни судопер за кисеоник у облику воде чврстог стања.

Геосфера

Исто тако, кисеоник учествује у размени гаса са земљом. Тамо представља витални елемент за респираторне процесе микроорганизама у тлу.

Важан потоп у тлу су процеси оксидације минерала и сагоревање фосилних горива.

Кисеоник који је део молекула воде (Х ₂ О) прати циклус воде у процесима испаравања-транспирације и кондензације-падавина.

- Фаза фотосинтезе

Фотосинтеза се одвија у хлоропластима. Током светлосне фазе фотосинтезе потребно је редукционо средство, односно извор електрона. Агенса у овом случају вода (Х ₂ О).

Узимајући водоник (Х) из воде, кисеоника (О ₂ ) ослобађа као отпад. Вода улази у биљку из земље кроз корење. У случају алги и цијанобактерија долази из водене средине.

Алл молекулски кисеоник (О ₂ ) произведена током фотосинтезе потиче из воде која се користи у процесу. У фотосинтези се троши ЦО ₂ , соларна енергија и вода (Х ₂ О), и ослобађа се кисеоник (О ₂ ).

-Атмосферска фаза повратка

Тхе О ₂ генерисано у процесу фотосинтезе је избачен у атмосферу преко стома у случају биљака. Алге и цијанобактерије враћају их у околину дифузијом мембране. Слично томе, респираторни процеси враћају кисеоник у околину у облику угљен-диоксида (ЦО ₂ ).

- Респираторна фаза

Да би извршили своје виталне функције, живи организми морају да обезбеде ефикасну хемијску енергију која настаје фотосинтезом. Та енергија се складишти у облику сложених молекула угљених хидрата (шећера) у случају биљака. Остатак организама добија из исхране

Процес кроз који жива бића развлаче хемијска једињења ради ослобађања потребне енергије назива се дисањем. Овај процес се одвија у ћелијама и има две фазе; један аеробни и један анаеробни.

Аеробно дисање се одвија у митохондријама код биљака и животиња. У бактеријама се врши у цитоплазми, пошто им недостаје митохондрија.

Основни елемент за дисање је кисеоник као оксидант. У дисање, кисеоник (О ₂ ) се конзумира и ЦО ₂ и воде (Х ₂ О) су пуштени производећи корисне енергије.

ЦО ₂ и вода (водена пара) се ослобађају кроз стомате у биљкама. Код животиња, ЦО ₂ се ослобађа кроз ноздрве и / или уста, и воду кроз зној. У алгама и бактеријама, ЦО ₂ се ослобађа дифузијом мембране.

Фотореспирација

У биљкама, у присуству светлости, развија се процес који троши кисеоник и енергију звану фотореспирација. Пхотореспиратион расте са порастом температуре, услед повећања концентрације ЦО ₂ у односу на концентрације О ₂ .

Фотореспирација успоставља негативну енергетску равнотежу биљке. Троши О ₂ и хемијску енергију (продуцед би фотосинтезе) и саопштења ЦО ₂ . Због тога су развили еволутивне механизме за сузбијање (метаболизми Ц4 и ЦАН).

Значај

Данас је велика већина живота аеробна. Без циркулације О ₂ у планетарном систему, живот какав данас познајемо не би било могуће.

Поред тога, кисеоник чини значајан део земељских ваздушних маса. Стога доприноси атмосферским појавама које су с њим повезане и њиховим последицама: ерозивним ефектима, регулацији климе, између осталог.

Директно ствара процесе оксидације у земљишту, вулканским гасовима и на вештачким металним структурама.

Кисеоник је елемент високе оксидационе способности. Иако су молекули кисеоника врло стабилни због чињенице да формирају двоструку везу, пошто кисеоник има високу електронегативност (способност привлачења електрона), он има високу реактивну способност. Због ове високе електронегативности, кисеоник учествује у многим реакцијама оксидације.

Измене

Велика већина процеса сагоревања који се дешавају у природи захтева учешће кисеоника. Исто тако и код оних које генеришу људи. Ови процеси испуњавају и позитивне и негативне функције у антропском смислу.

Сагоревање фосилних горива (угља, нафте, гаса) доприноси економском развоју, али истовремено представља озбиљан проблем због његовог доприноса глобалном загревању.

Велики шумски пожари утичу на биолошку разноликост, иако су у неким случајевима део природних процеса у одређеним екосуставима.

Ефекат стаклене баште

Озонски омотач (О ₃ ) у стратосфери је заштитни штит атмосфере против уласка вишка ултраљубичастог зрачења. Ово високо енергетско зрачење повећава загревање Земље.

С друге стране, веома је мутагено и штетно за жива ткива. Код људи и других животиња је канцероген.

Емисија разних гасова узрокује уништавање озонског омотача и тиме олакшава улазак ултраљубичастог зрачења. Неки од ових гасова су хлоро-флуоро-угљеникици, хидрохлоро-флуоро-угљеници, етил-бромид, азотни оксиди из ђубрива и халони.

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) Вхифф оф Окиген прије великог догађаја оксидације? Наука 317: 1903-1906.
2. Беккер А, ХД Холланд, ПЛ Ванг, Д Румбле, ХЈ Стеин, ЈЛ Ханнах, ЛЛ Цоетзее и Њ Беукес. (2004) Између повећања атмосферског кисеоника. Природа 427: 117-120.
3. Фаркухар Ј и ДТ Јохнстон. (2008) Кикик кисика земаљских планета: Увид у прераду и историју кисеоника у површинским окружењима. Рецензије из минералогије и геохемије 68: 463–492.
4. Кеелинг РФ (1995) Тхе атмосферски кисеоник Циклус: Кисеоник изотопи атмосферског ЦО ₂ и О ₂ и О ₂ / Н ₂ Ревивс Геофизички додатак. САД: Национални извештај Међународној унији за геодезију и геофизику 1991-1994. пп. 1253-1262.
5. Пурвес ВК, Д Садава, ГХ Орианс и ХЦ Хеллер (2003) Живот. Наука о биологији. 6. Едт. Синауер Ассоциатес, Инц. и ВХ Фрееман анд Цомпани. 1044 п.