OXIGÉNCIKLUS: JELLEMZŐK, REZERVOÁROK ÉS SZAKASZOK - KÖRNYEZET - 2026

Az oxigénciklus az oxigén keringési mozgására utal a Földön. Gáznemű biogeokémiai ciklus. Az oxigén a nitrogén után a légkörben a második legelterjedtebb elem, a hidrogén után pedig a hidroszférában a második leginkább. Ebben az értelemben az oxigénciklus kapcsolódik a vízkörhöz.

A keringési mozgása oxigén termelését foglalja magában dioxigén vagy molekuláris oxigén a két atom (O ₂). Ez a különféle fotoszintetikus organizmusok által végzett fotoszintézis során végzett hidrolízis miatt fordul elő.

Oxigéntartály: Felhőerdő, Waraira Repano Nemzeti Park, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, a Wikimedia Commonsból

Az O ₂ -ot az élő szervezetek használják a sejtek légzésében, szén-dioxid (CO ₂) előállítását generálva, ez utóbbi a fotoszintézis egyik alapanyaga.

Ugyanakkor a légkör felső részében a vízgőz fotolízise (a napenergia által aktivált hidrolízis) alakul ki, amelyet a nap ultraibolya sugárzása okoz. A víz bomlik, és felszabadítja a sztratoszférában vesztett hidrogént, és az oxigén integrálódik a légkörbe.

Amikor egy O ₂ molekula kölcsönhatásba lép egy oxigénatom, az ózont (O ₃) állítunk elő. Az ózon alkotja az úgynevezett ózonréteget.

jellemzők

Az oxigén nemfémes kémiai elem. Atomszáma 8, azaz 8 protonnal és 8 elektronmal rendelkezik természetes állapotban. Normál hőmérsékleti és nyomási körülmények között dioxigén gáz formájában van jelen, színtelen és szagtalan. Molekuláris képlete O ₂.

Az O ₂ három stabil izotópot tartalmaz: ¹⁶ O, ¹⁷ O és ¹⁸ O. Az univerzumban domináns forma ¹⁶ O. A Föld a teljes oxigén 99,76% -át képviseli. A ¹⁸ O jelentése 0,2%. A ¹⁷ O forma nagyon ritka (~ 0,04%).

Eredet

Az oxigén az univerzum harmadik leggazdagabb eleme. A ¹⁶ O izotóp előállítása a nagyrobbanás után bekövetkező napi hélium első generációjában kezdődött.

A szén-nitrogén-oxigén nukleoszintézis ciklus létrehozása a csillagok későbbi generációiban biztosította a túlnyomó oxigénforrást a bolygókon.

Magas hőmérsékletek és nyomások vizet (H ₂ O) képeznek az univerzumban azáltal, hogy a hidrogén oxigénnel reagál. A víz a Föld magjának sminkje.

A Magma felbukkanók gőz formájában bocsátják ki a vizet, és ez belép a vízkörbe. A víz bomlik fotolízissel oxigénné és hidrogénné fotoszintézis útján, és ultraibolya sugárzással a légkör felső szintjén.

Primitív légkör

A cianobaktériumok általi fotoszintézis előtti primitív légkör anaerob volt. Az atmoszférához igazított élő szervezetek számára az oxigén mérgező gáz volt. A tiszta oxigén atmoszférája ma is helyrehozhatatlan károkat okoz a sejtekben.

A fotoszintézis a mai cianobaktériumok evolúciós vonalából származik. Ez körülbelül 2,3–2,7 milliárd évvel ezelőtt kezdte megváltoztatni a Föld légkörének összetételét.

A fotoszintetizáló szervezetek elterjedése megváltoztatta a légkör összetételét. Az élet az aerob légkörhöz való alkalmazkodás felé haladt.

A ciklust meghajtó energiák

Az oxigénciklus vezérlésére szolgáló erők és energiák geotermikusak lehetnek, ha a magma kiszivárogtatja a vízgőzt, vagy pedig napenergiából származhat.

Ez utóbbi biztosítja a fotoszintézis folyamatának alapvető energiáját. A fotoszintézisből származó kémiai energia szénhidrátok formájában az összes élő folyamatot az élelmiszerláncon keresztül hajtja. Ugyanígy, a Nap bolygó differenciál-melegítést hoz létre, és okozza a tengeri és a légköri áramot.

Kapcsolat más biogeokémiai ciklusokkal

Bősége és nagy reakcióképessége miatt az oxigénciklus kapcsolódik más ciklusokhoz, például CO ₂, nitrogén (N ₂) és a víz köréhez (H ₂ O). Ez egy multiiciklusos karaktert ad.

Az O ₂ és a CO ₂ tartályokat olyan folyamatok kapcsolják össze, amelyek során szerves anyag keletkezik (fotoszintézis) és megsemmisül (légzés és égés). Rövid távon ezek az oxidációs-redukciós reakciók képezik a fő változási forrást az atmoszférában lévő O ₂ koncentrációjában.

A denitrifikáló baktériumok a talajban lévő nitrátokból oxigént kapnak a légzésükhöz, nitrogént szabadítva fel.

Tartályok

geoszféra

Az oxigén a szilikátok egyik fő alkotóeleme. Ezért a Föld köpenyének és kéregének jelentős részét képezi.

• Földmag: a Földmag folyékony külső köpenyében a vason kívül más elemek is vannak, beleértve az oxigént is.
• A talaj: a talaj részecskéi vagy pórusai közötti terekben a levegő diffúzióval jár. Ezt az oxigént a talaj mikrobiota használja fel.

Légkör

A légkör 21% -a dioxigén (O ₂) formájában oxigénből áll. A légköri oxigén jelenlétének más formái a vízgőz (H ₂ O), a szén-dioxid (CO ₂) és az ózon (O ₃).

• Gőz: a vízgőz koncentrációja változó, hőmérséklettől, légköri nyomástól és légköri áramlási áramtól (ciklusvíz) függően.
• Szén-dioxid: A CO ₂ a levegő térfogatának körülbelül 0,03% -át képviseli. Kezdete óta az ipari forradalom, a CO koncentrációja ₂ a légkörben nőtt 145%.
• Ózon: egy olyan molekula, amely alacsony mennyiségben van jelen a sztratoszférában (0,03–0,02 térfogat% ppm).

Hidroszféra

A föld felszínének 71% -át víz borítja. A föld felszínén lévő víz több mint 96% -a az óceánokban koncentrálódik. Az óceánok tömegének 89% -a oxigén. CO ₂ is vízben oldjuk, és függ csere folyamat a légkörbe.

krioszféra

A krioszféra a fagyott víz tömegére vonatkozik, amely a Föld bizonyos területeit lefedi. Ezek a jégtömegek a földkéreg vízének körülbelül 1,74% -át tartalmazzák. Másrészt a jég változó mennyiségű befogott molekuláris oxigént tartalmaz.

VAGY

Az élőlények szerkezetét alkotó molekulák többsége oxigént tartalmaz. Másrészt az élőlények nagy része a víz. Ezért a szárazföldi biomassza szintén oxigéntartalék.

Szakasz

Általánosságban az a ciklus, amelyet az oxigén kémiai ágensként követ, két nagy területet foglal magában, amelyek képezik biogeokémiai ciklusnak. Ezeket a területeket négy szakaszban ábrázoljuk.

A geo-környezeti terület magában foglalja az oxigén elmozdulásait és elszigetelését a légkörben, a hidroszférában, a krioszférában és a földgömbön. Ez magában foglalja a rezervoár és a forrás környezeti állapotát, valamint a környezetbe való visszatérés szakaszát.

Oxigénciklus. Eme Chicano, a Wikimedia Commonsból

Két szakasz szintén szerepel a biológiai területen. Ezek összekapcsolódnak a fotoszintézissel és a légzéssel.

- A tározó és a forrás környezeti stádiuma: légkör-hidroszféra-krioszféra-geoszféra

Légkör

A légköri oxigén fő forrása a fotoszintézis. De vannak más források is, amelyekből az oxigén bejuthat a légkörbe.

Ezek egyike a Föld magjának folyékony külső köpenye. Az oxigén vízgőzként a vulkáni kitörések révén jut el a légkörbe. A vízgőz a sztratoszférába emelkedik, ahol fotolízisnek vetik alá a nap magas energia sugárzása következtében, és szabad oxigén képződik.

Másrészt a légzés CO ₂ formájában oxigént bocsát ki. Az égetési eljárások, különösen az ipari folyamatok, továbbá fogyasztanak molekuláris oxigént és hozzájárul a CO ₂ a légkörbe.

A légkör és a hidroszféra közötti csere során a víztömegben feloldott oxigén átjut a légkörbe. A maga részéről, a légköri CO ₂ vízben oldjuk szénsav. A vízben feloldott oxigén elsősorban algák és cianobaktériumok fotoszintéziséből származik.

Sztratoszféra

A légkör felső szintjén a nagy energiájú sugárzás hidrolizálja a vízgőzt. A rövidhullámú sugárzás aktiválja az O ₂ molekulákat. Ezeket szabad oxigénatomokra (O) osztják fel.

Ezek a szabad O atomok reagálnak O ₂ molekulákkal és ózonot képeznek (O ₃). Ez a reakció megfordítható. Az ultraibolya sugárzás hatására az O ₃ újra bomlik szabad oxigénatomokká.

Az oxigén, mint a légköri levegő alkotóeleme, különféle oxidációs reakciók része, különféle földi vegyületeket integrálva. Az oxigén egyik fő mosogatója a vulkáni kitörésekből származó gázok oxidációja.

Hidroszféra

A víz legnagyobb koncentrációja a Földön az óceánok, ahol az oxigén izotópok egységes koncentrációban vannak. Ennek oka az, hogy ez az elem folyamatosan kicserélkedik a földkéreggel a hidrotermális keringési folyamatok során.

A tektonikus lemezek és az óceángerinc határainál folyamatos gázcserélési folyamat jön létre.

krioszféra

A szárazföldi jégtömegek, ideértve a sarki jégtömegeket, gleccsereket és az állandó fagyat is, szilárd halmazállapotú víz formájában jelentik az oxigén elsõ folyadékát.

geoszféra

Hasonlóképpen, az oxigén részt vesz a földgázcserében. Ott képezi a talaj mikroorganizmusainak légzési folyamatainak létfontosságú elemét.

A talaj fontos mosogatója az ásványi oxidáció és a fosszilis tüzelőanyag elégetése.

A vízmolekula részét képező oxigén (H ₂ O) követi a víz körforgását a párolgás-transzpiráció és a kondenzáció-kicsapódás folyamatában.

- Fotoszintetikus szakasz

A fotoszintézis kloroplasztokban zajlik. A fotoszintézis könnyű szakaszában redukálószerre van szükség, azaz elektronforrásra. Az említett szert ebben az esetben víz (H ₂ O).

A hidrogén (H) vízből történő eltávolításával az oxigén (O ₂) hulladékként szabadul fel. A víz a talajból a gyökerekön keresztül jut a növénybe. Algák és cianobaktériumok esetében a vízi környezetből származik.

A fotoszintézis során keletkező összes molekuláris oxigén (O ₂) az eljárás során felhasznált vízből származik. A fotoszintézis során CO ₂, napenergia és víz (H ₂ O) fogyasztódik fel, és oxigén (O ₂) szabadul fel.

-A légköri visszatérő szakasz

A fotoszintézis során képződött O ₂ növények esetében a sztómán keresztül kerül a légkörbe. Az algák és a cianobaktériumok membrán diffúzió útján juttatják vissza a környezetbe. Hasonlóképpen, a légzési folyamatok szén-dioxid (CO ₂) formájában juttatják az oxigént a környezetbe.

-Légzés szakaszában

Életfunkcióik ellátásához az élő szervezeteknek hatékonyan kell hatékonyan felhasználniuk a fotoszintézis során keletkező kémiai energiát. Ezt az energiát növények esetében komplex szénhidrátok (cukrok) formájában tárolják. A többi organizmus az étrendből nyeri ki

Légzésnek nevezzük azt az eljárást, amelynek során az élőlények kémiai vegyületeket boncolnak fel a szükséges energia felszabadítása érdekében. Ez a folyamat sejtekben zajlik, és két fázisból áll; egy aerob és egy anaerob.

Az aerob légzés a növények és állatok mitokondriumaiban zajlik. Baktériumokban a citoplazmában végzik, mivel nincsenek mitokondriumai.

A légzés alapvető eleme az oxigén, mint oxidálószer. A légzés, az oxigén (O ₂) fogy, és a CO ₂ és víz (H ₂ O) szabadulnak, termelő hasznos energiát.

CO ₂ és víz (vízgőz) szabadul fel a sztómák növényekben. Állatokban, CO ₂ szabadul fel a orrlyukak és / vagy a száj, és a víz keresztül izzadtság. Az algákban és baktériumokban a CO ₂ membrán diffúzióval szabadul fel.

fotorespiráció

A növényekben fény jelenlétében oxigént és energiát fogyasztó, fotoreszpirációnak nevezett folyamat alakul ki. Fotorespiráció növekedésével nő a hőmérséklet, emelkedése miatt a CO koncentrációja ₂ tekintetében a koncentrációja O ₂.

A fotoreszpiráció negatív energiamérleget hoz létre a növény számára. Ez fogyaszt O ₂ és kémiai energia (által termelt fotoszintézis) és felszabadítja az CO ₂. Ezért fejlesztettek ki evolúciós mechanizmusokat annak ellensúlyozására (C4 és CAN metabolizmusok).

fontosság

Manapság az élet túlnyomó része aerob. Az O ₂ keringése nélkül a bolygórendszerben lehetetlen lenne az élet, ahogyan azt ma tudjuk.

Ezenkívül az oxigén a Föld légtömegének jelentős részét képezi. Ezért hozzájárul a hozzá kapcsolódó légköri jelenségekhez és következményeihez: többek között eróziós hatások, éghajlati szabályozás.

Közvetlenül oxidációs folyamatokat generál a talajban, a vulkáni gázokban és a mesterséges fémszerkezeteken.

Az oxigén egy nagy oxidációs képességű elem. Bár az oxigénmolekulák nagyon stabilak annak a ténynek köszönhetően, hogy kettős kötést képeznek, mivel az oxigénnek nagy elektronegativitása (az elektronok vonzására való képessége) van, nagy a reakcióképessége. Ennek a nagy elektronegativitásnak köszönhetően az oxigén számos oxidációs reakcióban részt vesz.

változtatások

A természetben előforduló égési folyamatok túlnyomó része oxigén részvételét igényli. Hasonlóan azoknál, amelyeket az emberek generálnak. Ezek a folyamatok antropikusan egyaránt teljesítik a pozitív és a negatív funkciókat.

A fosszilis tüzelőanyagok (szén, olaj, gáz) égetése hozzájárul a gazdasági fejlődéshez, ugyanakkor komoly problémát jelent, mivel hozzájárul a globális felmelegedéshez.

A nagy erdőtüzek befolyásolják a biodiverzitást, bár bizonyos esetekben bizonyos ökoszisztémákban a természetes folyamatok részét képezik.

Üvegházhatás

A sztratoszférában lévő ózonréteg (O ₃) a légkör védőpajzsa a túlzott ultraibolya sugárzás behatolása ellen. Ez az erősen energikus sugárzás növeli a Föld felmelegedését.

Másrészt erősen mutagén és káros az élő szövetekre. Emberben és más állatokban rákkeltő.

Különböző gázok kibocsátása az ózonréteg pusztulását okozza, és így megkönnyíti az ultraibolya sugárzás bejutását. Ezen gázok némelyike ​​klórfluor-szénhidrogén, hidroklorofluor-szénhidrogén, etil-bromid, műtrágyákból származó nitrogén-oxidok és halonok.

Irodalom

1. AD Anbar, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin és R Buick (2007) Az oxigén illata a nagy oxidációs esemény előtt? Science 317, 1903-1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee és NJ Beukes. (2004) Ismerkedés a légköri oxigén növekedésével. Nature 427: 117-120.
3. Farquhar J és DT Johnston. (2008) A szárazföldi bolygók oxigénciklusa: Betekintés az oxigén feldolgozásába és története a felszíni környezetben. Vélemények az ásványtanban és a geokémiaban 68: 463–492.
4. Keeling RF (1995) A légköri oxigénciklus: A légköri CO ₂ és O ₂ oxigén izotópjai, valamint az O ₂ / N ₂ geofizikai áttekintése, kiegészítés. USA: Nemzeti Jelentés a Geodézia és Geofizika Nemzetközi Szövetségéhez, 1991–1994. pp. 1253-1262.
5. Megtisztítja WK, D Sadava, GH Orians és HC Heller (2003) életét. A biológia tudománya. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. és WH Freeman and Company. 1044 p.