KALCIUMCIKLUS: JELLEMZŐK, SZAKASZOK ÉS FONTOSSÁG - KÉMIA - 2026

A kalciumciklus az elem keringése és tárolása a Földön, amely magában foglalja az élőlényeket, a litoszférát és a hidroszférát. Ez egy üledékes biogeokémiai ciklus, amelyben a kalcium alkáliföldfém lágy fém formájában kering, gáz halmazállapot nélkül.

A kalcium nagyobb mértékű keringésének a fázisa a biológiai, mivel az élőlények fogyasztják, és felépítésükben és anyagcserükben felhasználják őket. Miután az élőlények elpusztultak, a kalcium a talaj és a tengerfenék részeként újra beilleszkedik a fizikai környezetbe.

Kalcium. Forrás: Pumbaa (Greg Robson eredeti műje) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.hu)

Különösen a tengerfenéken és a nagy tavakban vannak héjak és csontok. Ezek a struktúrák keverednek az üledékekkel, és egymást követő rétegek borítják több millió év alatt.

Az üledékek alsó rétegei nagy nyomásnak vannak kitéve üledékes kőzeteket képezve, amelyeket a földfelszíni geológiai folyamatok miatt ki vannak téve a felületnek. A kitett kőzeteket időjárási hatás és erózió teszi ki, így felszabadul a kalcium, amely beépül a talajba vagy kimosódik.

A talajban elsősorban a növények gyökerei, a tengerben pedig a fitoplankton és más szervezetek veszik fel. A kalciumot különböző szerkezeti és anyagcsere-célokra, például kagyló gyártására használják.

A kalciumciklus fontos, mivel lehetővé teszi ennek az elemnek a rendelkezésre állását különböző szakaszaiban, különféle funkciók ellátása érdekében. Az élő szervezetek szerkezetének részeként tehát részt vesz a földi dombormű kialakításában, szabályozza a talajok és vizek pH-ját, és alapanyagként szolgál az emberi ipar számára.

Általános tulajdonságok

- A kalcium

A kalcium (Ca) egy alkáliföldfém lágy fém, amelynek atomszáma 20 és atomtömege 40,078, rendes állapota szilárd. Olyan oxidokat képez, amelyek erős bázisokként hatnak, heves reakcióba lépnek savakkal érintkezve.

- A ciklusod

A kalcium üledékes típusú biogeokémiai ciklust tölt be, mivel nincs gázfázisa, és a legnagyobb tartalékok a litoszférában vannak. Szorosan kapcsolódik a szén, a víz és a foszfor ciklusához.

A kőzet eróziója

A ciklus a talajban lerakódó kalciumot felszabadító mésztartalmú kőzetek időjárása és eróziója révén alakul ki. Hasonlóképpen, a folyóba, tavakba és óceánba elfolyó vízben oldva elmosható.

Amikor az esővíz érintkezésbe kerül a légköri CO2-vel, H2CO3 képződik, amely feloldja a mészkő kőzetet, felszabadítva Ca2 + és HCO3-. Másrészről, az esővíz által szállított CO2 az oldhatatlan karbonátot oldható bikarbonáttá alakítja.

Az élőlények felszívódása és felhasználása

A talajban található kalciumot (Ca2 +) a növények, a víztestekben pedig a vízi szervezetek abszorbeálják. A testben a kalcium különféle anyagcsere-funkciókat lát el, és amikor az organizmusok meghalnak, visszatér a fizikai környezetbe, amelyet a folyóvíz, tavak és óceánok folyóvize vezet.

Sziklaformáció

Az állati csontvázak (belső és külső vagy héjak) a üledékek részeként kerülnek a tengerfenékre. Az üledékrétegeket több millió év alatt lefedik és tömörítik, hogy meszes kőzeteket képezzenek.

Meszes sziklák. Forrás: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

A későbbi diastrofikus folyamatok (a földkéreg repedései és felfelé irányuló mozgásai) kiiktatják a sziklákat a felszínre. Ilyen módon a ciklus lezárul, mivel a sziklák ismét időjárási viszonyoknak (az éghajlati elemek hatása) vannak, időjárási viszonyok és erodálódtak.

A kalciumciklus szakaszai

Azokat a szakaszokat, amelyeken a kalcium megy keresztül a tárolási és keringési ciklusában, azok a rekeszek adják meg, amelyekben ezek a folyamatok zajlanak. Ezek a kéreg és a föld köpenyének (litoszféra), a víztestek (hidroszféra) és az élő szervezetek részei.

- Földtani szakasz

A földkéregben, a kéregben és a köpenyben elválasztva, itt található a legnagyobb mennyiségű kalcium. A kalcium az ötödik legelterjedtebb elem a litoszférában, amely a földkéreg 3,5% -át teszi ki.

A sziklák részét képezi, mint például a mészkő, a dolomit, a márvány és a márvány, míg a mészkő és a dolomit hatalmas hegyláncokat alkot az egész bolygón. Ugyanígy része más természetes vegyületeknek, például a gipsznek és az alabástrának (kalcium-szulfát).

Ásványi formában kalcium-karbonátként (CaCO3) nyerik kalcitból, dolomitból és más kristályos formákból, például aragonitból.

Mészkő

Ez egy nagyon bőséges üledékes kőzet, amely ősi tengeri vagy lacustrine lerakódásokból (tavakból) származik, és 99% kalcium-karbonátot tartalmaz. Ezek a kőzetek vízszintes rétegeket képeznek vagy diasztrofikus mozgásokkal deformálódnak, és időjárási viszonyok alapján semleges a bázisos (pH 7 vagy magasabb) talajhoz, amely kalciumban gazdag.

Dolomit

Üledékes kőzetből áll, amely sekély tengeri lerakódásokban alakul ki kémiai szubsztitúciós reakcióval. Ebben az esetben a magnézium részt vesz az ásványi konformációban, dolomitt vagy kalcium-magnézium-karbonátot képezve (CaMg (CO3) 2).

Margas

Üledékes kőzetek, amelyeket 1 / 3–2 / 3 kalcium-karbonát és a többi agyag alkot. Ezek a kőzetek száraz területeken maradnak fenn, mivel nagyon érzékenyek a víz eróziójára.

Üveggolyó

Ha a mészkőkövek magas hőmérsékleten és nyomásnak vannak kitéve a földkéreg mély rétegeiben, márvány képződik. Ez egy nagyon kompakt metamorf kő, magas kristályosodási képességgel.

- Hidrológiai szakasz

A kalcium a folyókban, tavakban és óceánokban oldódik kalcium-klorid (amely ebben a közegben a legelterjedtebb ion) és kalcium-karbonát formájában. Az óceánokban a kalcium-karbonát (CaCO3) stabil 4500 m-nél kisebb mélységben.

Az ebben a közegben található kalcium megtalálható az élő szervezetekben és a tengerfenék mészkőlerakódásaiban. Ez a karbonátkompenzáció mélységkorlátja, amely után a CaCO3 feloldódik és nem képez mészkő lerakódásokat.

- Biológiai szakasz

A kalcium mozgása a talajból a gyökerekbe. A xilémétől a növény leveleiig. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ebben a szakaszban a kalciumciklus eléri a legnagyobb keringést, amely létfontosságú az élőlények számára, mivel Ca2 + -ionként része a sejtmembránok cseréjének. Másrészt a csontok, fogak, tojáshéjak és héjak nélkülözhetetlen alkotóeleme.

Kalcium héj kagylóban. Forrás:

Ilyen módon a kalcium kering a bioszférában, és amikor az organizmusok meghalnak, az visszatér az üledékbe, és idővel új kőzeteket képez.

Az ember

A kalciumciklus biológiai szakaszának kiemelkedő eleme az emberek szerepe ezen elem nyersanyagként történő felhasználásában. Ezt az elemet különféle módon extrahálják, szállítják és nagy mennyiségben használják.

Nyílt gödörbányákban a mészkövet kinyerik, hogy építőelemként felhasználják, vagy őröljék meg, és ipari alapanyagként használják fel. A héjakat darálják műtrágyák és egyéb termékek előállítására.

A foraminifera és a puhatestűek héja

Ezen állatok héja kalcium-karbonátból készül, kalcit vagy aragonit formájában kristályosodik. Ez két ásványi forma, azonos összetételű (CaCO3), de eltérően kristályosodik.

A puhatestű kagyló héját a speciális sejtek által kiválasztott folyékony kalcium formájában alakítja ki. A héj legbelső rétege az aragonitkristályokból és a conchiolin fehérjével kevert gyöngy.

fontosság

A kalcium keringése, amely meghatározza a jellegzetes ciklust, elengedhetetlen ahhoz, hogy ezt az elemet elérhetőek legyenek az élőlények. Azoknak a folyamatoknak köszönhetően, amelyek felszabadítják a kalciumot a sziklákból, és megkönnyítik annak cirkulációját, az élet létezik, amint tudjuk.

- Alapvető elem az életben

A kalcium elengedhetetlen az élethez, mivel egyszerre szerkezeti és anyagcsere-elem. Szerkezetileg ez alapvető része mind a belső, mind a külső csontváz kialakulásának.

Csontos állatokban a kalcium a csontok (belső csontváz) és a fogak fő alkotóeleme. A foraminifera (protisták) és puhatestűek (csigák és kagylók) esetében ez a fő összetevő a külső csontváz, azaz a héj kialakulásához.

Anyagcsere

A kalcium szállítószer a sejtmembránokban, ezért fontos szerepet játszik az anyagcserében. A sejtmembránokban vannak olyan kalciumcsatornák, amelyek lehetővé teszik az elem passzív belépését a sejtekbe.

Kalcium csatornák. Forrás: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Nyilvános

Ez szabályozza a kalcium-koncentráció kapcsolatát a sejt belsejében és külsején, aktiválva a különféle anyagcserét. Például ezek a mechanizmusok nélkülözhetetlenek az ideg- és izomrendszer működéséhez, ezért releváns szerepet játszanak a szívműködésben.

- Étel és egészség

Emberi szempontból a kalciumciklus lehetővé teszi, hogy ezt az elemet elérhetővé tegyék az élelmiszerek és az emberi egészség számára. Mindenekelőtt ez alapvető fontosságú a gyermekek számára készült tejtermékek előállításában és elkészítésében.

Hasonlóképpen, gyógyászati ​​célra történő bevétele kalciumhiányos betegségek, például oszteoporózis kezelésére alkalmazható. Ez a csontgyengítő betegség különösen súlyos az idős emberekben, különösen a nőkben.

- A gyöngyök

Amikor egy idegen test behatol a kagylóba, akkor azt gyöngyháznal borítja, és így gyöngy képződik. A gyöngyök magas értékeket érnek el az ékszerpiacon világszerte.

- Ipari nyersanyag

A mészkövet ipari célokra különféle célokra használják, például cementgyártáshoz. Ezeket a köveket könnyű faragásuk miatt építőanyagként is felhasználják.

Ezenkívül a kalciumot deoxidálószerként és redukálószerként használják különféle folyamatokban, különösen a kohászati ​​iparban.

Mész

Quicklime, más néven építési mész, kalcium-oxidok, amelyeket kötőanyagként és bevonatként használnak az építésben. Ugyanígy alkalmazzák a szappan, papír, üveg, gumi és a bőr cserzésében.

Hasonlóképpen, különféle felhasználásokkal rendelkezik az élelmiszeriparban és a vízkezelésben. Miközben csiszolt mész vagy kalcium-hidroxid, az ipari és a mezőgazdasági felhasználásra is felhasználják.

- A talaj pH-szabályozása

A talajban található kalcium-oxid-tartalom befolyásolja a pH szabályozását. A mezõgazdaságban a füstölést a talaj savasságának csökkentésére szolgáló mezõgazdasági módosításként, valamint trágyaként használják.

- Meszes vagy kemény víz

Amikor a víz kering kalciumban és magnéziumban gazdag környezetben, feloldja ezen elemek sóit, és mész- vagy keményvíznek nevezik. A vízminőség-határérték 120 mg CaCO3 / liter, amely felett a víz keménynek tekinthető.

A magas kalciumtartalmú víz egészségügyi problémákat okozhat, különös tekintettel a szív- és érrendszerre. Ezenkívül a kemény víz meszes lerakódásokat eredményez a csövekben, amelyek akadályozzák a keringést.

- Meszes barlangok és víztartó rétegek

A meszes kőzetekben a hidrikus erózió gyakran érdekes belső konfigurációjú földalatti barlangrendszereket képez. Ezek közül kiemelkedik a sztalaktitok és sztalagmitok képződése, mivel ezeknek a barlangoknak a teteje szivárog a kalcium-karbonáttól.

Ezek a mésztartalmú rendszerek a talajvíz szűrési funkcióját is képezik porozitása miatt, és víztartó rétegeket képeznek.

Irodalom

1. Calow, P. (Szerkesztés) (1998). Az ökológia és a környezetgazdálkodás enciklopédia.
2. Christopher R. és Fielding, CR (1993). A fluviális szedimentológiával kapcsolatos legújabb kutatások áttekintése. Üledékes geológia.
3. Margalef, R. (1974). Ökológia. Omega kiadások.
4. Miller, G. és TYLER, JR (1992). Ökológia és környezet. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP és Warrett, GW (2006). Az ökológia alapjai. Ötödik kiadás. Thomson.