Ciri-ciri kitaran oksigen, takungan, peringkat dan kepentingan



The kitaran oksigen ia merujuk kepada peredaran oksigen di Bumi. Ia adalah kitaran biogeokimia gas. Oksigen adalah elemen kedua paling banyak di atmosfera selepas nitrogen, dan yang kedua paling banyak terdapat dalam hidrosphere selepas hidrogen. Dalam pengertian ini, kitaran oksigen disambungkan kepada kitaran air.

Gerakan oksigen peredaran termasuk pengeluaran dioxygen atau oksigen molekul dua atom (OR2). Ini berlaku kerana hidrolisis semasa fotosintesis dijalankan oleh organisme fotosintesis yang berlainan.

The O2 digunakan oleh organisma hidup dalam pernafasan sel, menghasilkan pengeluaran karbon dioksida (CO)2), yang terakhir menjadi salah satu bahan mentah untuk proses fotosintesis.

Sebaliknya, fotolisis (hidrolisis diaktifkan oleh tenaga solar) wap air yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet matahari berlaku di atmosfera atas. Air mengurai melepaskan hidrogen yang hilang dalam stratosfera dan oksigen disepadukan ke atmosfera.

Apabila berinteraksi dengan molekul O2 dengan atom oksigen, ozon dihasilkan (O3). Ozon membentuk lapisan ozon yang dipanggil.

Indeks

  • 1 Ciri-ciri
    • 1.1 Asal
    • 1.2 Suasana primitif
    • 1.3 Tenaga yang memandu kitaran
    • 1.4 Hubungan dengan kitaran biogeokimia lain
  • 2 Reservoirs
    • 2.1 Geosphere
    • 2.2 Suasana
    • 2.3 Hydrosphere
    • 2.4 Cryosphere
    • 2.5 Organisme hidup
  • 3 Peringkat
    • 3.1 Tahap persekitaran takungan dan sumber: atmosfera-hidrosphere-cryosphere-geosphere
    • 3.2 Tahap fotosintesis
    • 3.3 - Tahap kembali atmosfera
    • 3.4 - Tahap pernafasan
  • 4 Kepentingan
  • 5 Perubahan
    • 5.1 Kesan rumah hijau
  • 6 Rujukan

Ciri-ciri

Oksigen adalah unsur kimia bukan logam. Nombor atomnya adalah 8, iaitu, ia mempunyai 8 proton dan 8 elektron dalam keadaan semula jadi. Di bawah keadaan biasa suhu dan tekanan ia wujud dalam bentuk gas dioxigenic, tanpa warna dan tidak berbau. Rumus molekulnya ialah O2.

The O2 termasuk tiga isotop stabil: 16O, 17O dan 18O. Bentuk utama dalam alam semesta adalah 16O. Di Bumi ia mewakili 99,76% dari total oksigen. The 18Atau mewakili 0.2%. Borang itu 17Atau ia sangat jarang (~ 0.04%).

Asal

Oksigen adalah unsur ketiga yang banyak di alam semesta. Pengeluaran isotop 16Atau ia bermula pada generasi pertama helium solar dibakar yang berlaku selepas Big Bang.

Penubuhan kitaran nukleosynthesis karbon-nitrogen-oksigen dalam generasi-generasi kemudian bintang telah menyediakan sumber oksigen yang utama di planet-planet.

Suhu dan tekanan tinggi menghasilkan air (H2O) di alam semesta dengan menghasilkan tindak balas hidrogen dengan oksigen. Air adalah sebahagian daripada teras bumi.

Lapisan magma melepaskan air dalam bentuk stim dan ia memasuki kitaran air. Air diuraikan oleh fotolisis dalam oksigen dan hidrogen melalui fotosintesis, dan oleh radiasi ultraviolet di atmosfera atmosfera atas.

Suasana primitif

Suasana primitif sebelum evolusi fotosintesis oleh cyanobacteria adalah anaerobik. Untuk organisma hidup yang disesuaikan dengan suasana itu, oksigen adalah gas toksik. Malah pada hari ini suasana oksigen tulen menghasilkan kerosakan yang tidak dapat diperbaiki ke sel.

Dalam keturunan evolusi cyanobacteria semasa, fotosintesis berasal. Ini mula mengubah komposisi atmosfer bumi sekitar 2,300-2,700 juta tahun yang lalu.

Perkembangan organisme fotosintesis mengubah susunan atmosfera. Kehidupan berevolusi untuk menyesuaikan diri dengan suasana aerobik.

Tenaga yang memandu kitaran

Daya dan tenaga yang bertindak dengan memandu kitaran oksigen boleh menjadi geotermal, apabila magma mengusir wap air, atau ia boleh datang dari tenaga suria.

Yang terakhir ini memberikan tenaga asas untuk proses fotosintesis. Tenaga kimia dalam bentuk karbohidrat akibat fotosintesis, seterusnya memacu semua proses hidup melalui rantaian makanan. Dengan cara yang sama, Matahari menghasilkan pemanasan pembezaan planet dan menyebabkan arus laut dan atmosfera.

Hubungan dengan kitaran biogeokimia lain

Oleh kerana kelimpahannya dan kereaktifan yang tinggi, kitaran oksigen disambungkan kepada kitaran lain seperti CO2, nitrogen (N2) dan kitaran air (H2O). Ini memberikan watak berbilang huruf.

Takungan O2 dan CO2  ia dikaitkan dengan proses-proses yang melibatkan penciptaan (fotosintesis) dan pemusnahan (pernafasan dan pembakaran) bahan organik. Dalam jangka pendek, tindak balas pengurangan pengoksidaan ini adalah sumber utama kepelbagaian kepekatan O2 di atmosfera.

Bakteria yang merintangi mendapatkan oksigen untuk pernafasannya terhadap nitrat daripada tanah, melepaskan nitrogen.

Takungan

Geosphere

Oksigen adalah salah satu komponen utama silikat. Oleh itu, ia merupakan sebahagian penting dari mantel dan kerak bumi.

  • Nukleus terestrial: dalam mantel luar cecair nukleus darat terdapat, selain besi, unsur lain, di antaranya oksigen.
  • Lantai: udara tersebar di ruang antara zarah atau liang di dalam tanah. Oksigen ini digunakan oleh microbiota tanah.

Suasana

21% atmosfera terdiri daripada oksigen dalam bentuk dioxygen (O2). Bentuk lain dari kehadiran oksigen atmosfera ialah wap air (H2O), karbon dioksida (CO2) dan ozon (O.3).

  • Wap air: kepekatan wap air berubah-ubah, bergantung kepada suhu, tekanan atmosfera dan arus peredaran atmosfera (kitaran air).
  • Karbon dioksida: CO2 ia mewakili kira-kira 0.03% daripada jumlah udara. Sejak permulaan Revolusi Perindustrian, kepekatan CO meningkat2 di atmosfera sebanyak 145%.
  • Ozon: adalah molekul yang terdapat di stratosfera dalam jumlah yang rendah (0.03 - 0.02 bahagian per juta mengikut jumlah).

Hydrosphere

71% permukaan bumi dilindungi oleh air. Di lautan, lebih daripada 96% air yang ada di permukaan bumi tertumpu. 89% daripada jisim lautan adalah oksigen. CO2 Ia juga dibubarkan di dalam air dan tertakluk kepada proses pertukaran dengan atmosfera.

Cryosphere

Cryosphere merujuk kepada jisim air beku yang meliputi kawasan-kawasan tertentu di Bumi. Jisim ais ini mengandungi kira-kira 1.74% air di kerak bumi. Sebaliknya, ais mengandungi sejumlah besar oksigen molekul yang terperangkap.

Oorganisma hidup

Kebanyakan molekul yang membentuk struktur makhluk hidup mengandungi oksigen. Sebaliknya, sebahagian besar makhluk hidup adalah air. Oleh itu, biomas daratan juga merupakan rizab oksigen.

Tahap

Secara umum, kitaran yang diikuti oleh oksigen sebagai agen kimia terdiri daripada dua kawasan besar yang membentuk watak biogeokimia. Kawasan ini diwakili dalam empat peringkat.

Kawasan geoenvironmental termasuk anjakan dan pembendungan di atmosfer, hidrosfera, cryosphere dan geosfer oksigen. Ini termasuk peringkat alam sekitar takungan dan sumber, dan tahap pulangan ke alam sekitar.

Di kawasan biologi, dua peringkat juga dimasukkan. Ia dikaitkan dengan fotosintesis dan pernafasan.

-Peringkat alam sekitar takungan dan sumber: atmosfera-hidrosphere-cryosphere-geosphere

Suasana

Sumber utama oksigen atmosfera adalah fotosintesis. Tetapi terdapat sumber-sumber lain dari mana oksigen dapat dimasukkan ke dalam atmosfera.

Salah satunya ialah mantel luar cecair bumi teras. Oksigen mencapai atmosfera dalam bentuk wap air melalui letusan gunung berapi. Wap air naik ke stratosfera di mana ia mengalami fotolisis akibat radiasi tenaga tinggi dari matahari dan oksigen bebas dihasilkan.

Sebaliknya, respirasi mengeluarkan oksigen dalam bentuk CO2.  Proses pembakaran, terutamanya proses perindustrian, juga mengambil oksigen molekul dan menyediakan CO2 ke atmosfera.

Dalam pertukaran di antara atmosfera dan hidrosfera, oksigen terlarut dalam jisim air masuk ke atmosfera. Sebaliknya, CO2 Atmosfera dibubarkan di dalam air sebagai asid karbonik. Oksigen yang dibubarkan di dalam air terutamanya berasal dari fotosintesis alga dan cyanobacteria.

Stratosfera

Di atmosfera yang lebih tinggi, radiasi tenaga tinggi menghidrolisis wap air. Radiasi gelombang pendek mengaktifkan molekul O2. Ini terbahagi kepada atom bebas oksigen (O).

O ini atom bebas bertindak balas dengan O molekul2 dan menghasilkan ozon (O3). Tindak balas ini boleh diterbalikkan. Kerana radiasi ultraviolet O3 terurai menjadi atom bebas oksigen sekali lagi.

Oksigen sebagai komponen udara atmosfera membentuk sebahagian daripada pelbagai tindak balas pengoksidaan, menyertai pelbagai sebatian daratan. Satu sinki oksigen yang ketara ialah pengoksidaan gas dari letusan gunung berapi.

Hydrosphere

Kepekatan terbesar air di Bumi adalah lautan, di mana terdapat kepekatan oksidasi isotop oksigen. Ini disebabkan pertukaran pertukaran elemen ini dengan kerak bumi melalui proses peredaran hidroterma.

Di sempadan plat tektonik dan pegunungan lautan, proses pertukaran gas yang berterusan dijana.

Cryosphere

Jisim terestrial, termasuk jisim ais polar, glasier dan permafrost, merupakan zat oksigen yang penting dalam bentuk air dalam keadaan pepejal.

Geosphere

Begitu juga, oksigen mengambil bahagian dalam pertukaran gas dengan tanah. Di sana ia menjadi elemen penting bagi proses pernafasan mikroorganisma tanah.

Satu sinki penting di dalam tanah adalah proses pengoksidaan mineral dan pembakaran bahan api fosil.

Oksigen yang merupakan sebahagian daripada molekul air (H2O) mengikuti kitaran air dalam proses penyejatan-transpirasi dan pemendakan pemeluwapan.

-Peringkat fotosintesis

Fotosintesis dilakukan dalam kloroplas. Semasa fasa cahaya fotosintesis diperlukan ejen pengurangan, iaitu sumber elektron. Kata agen dalam kes ini adalah air (H2O).

Dengan mengambil hidrogen (H) dari air, oksigen dilepaskan (O2) sebagai produk sisa. Air memasuki tanah dari tanah melalui akar. Dalam kes alga dan sianobakteria, ia berasal dari persekitaran akuatik.

Semua oksigen molekul (O2) yang dihasilkan semasa fotosintesis berasal dari air yang digunakan dalam proses tersebut. Dalam fotosintesis CO dimakan2, tenaga solar dan air (H2O), dan oksigen dilepaskan (O2).

-Peringkat pulangan atmosfera

The O2 dihasilkan dalam fotosintesis diusir ke atmosfer melalui stomata dalam kes tumbuhan. Ganggang dan cyanobakteria mengembalikannya ke persekitaran oleh penyebaran membran. Begitu juga, proses pernafasan mengembalikan oksigen ke alam sekitar dalam bentuk karbon dioksida (CO2).

-Tahap pernafasan

Untuk melaksanakan fungsi penting mereka, organisma hidup perlu membuat tenaga kimia yang berkesan dihasilkan oleh fotosintesis. Tenaga ini disimpan dalam bentuk molekul kompleks karbohidrat (gula) dalam hal tumbuhan. Selebihnya organisme memperolehnya daripada diet

Proses di mana makhluk hidup mengungkap sebatian kimia untuk melepaskan tenaga yang diperlukan dipanggil pernafasan. Proses ini dijalankan dalam sel dan mempunyai dua fasa; satu aerobik dan satu lagi anaerobik.

Pernafasan aerobik berlaku di mitokondria dalam tumbuhan dan haiwan. Dalam bakteria ia dijalankan di sitoplasma, kerana mereka kekurangan mitokondria.

Unsur asas untuk pernafasan ialah oksigen sebagai agen pengoksidasi. Dalam oksigen nafas dimakan (O2) dan CO dilepaskan2 dan air (H2O), menghasilkan tenaga berguna.

CO2 dan air (wap air) dilepaskan melalui stomata dalam tumbuhan. Dalam haiwan CO2 ia dilepaskan melalui lubang hidung dan / atau mulut, dan air melalui peluh. Dalam alga dan bakteria CO2 dikeluarkan oleh penyebaran membran.

Photorespiration

Dalam tumbuh-tumbuhan dengan kehadiran cahaya, proses yang menggunakan oksigen dan tenaga yang dipanggil photorespiration dibangunkan. Peningkatan fotorespirasi dengan kenaikan suhu, disebabkan peningkatan kepekatan CO2 mengenai kepekatan O2.

Photorespiration menetapkan imbangan tenaga negatif untuk tumbuhan. Ambil O2 dan tenaga kimia (dihasilkan oleh fotosintesis) dan melepaskan CO2. Oleh itu mereka telah membangunkan mekanisme evolusi untuk melawannya (metabolisme C4 dan CAN).

Kepentingan

Pada masa ini majoriti kehidupan adalah aerobik. Tanpa peredaran O2 dalam sistem planet, kehidupan seperti yang kita tahu hari ini tidak mungkin.

Di samping itu, oksigen merupakan sebahagian besar daripada udara darat. Oleh itu, ia menyumbang kepada fenomena atmosfera yang dikaitkan dengannya dan kesannya: kesan erosive, peraturan iklim, antara lain.

Secara langsung, ia menghasilkan proses pengoksidaan dalam tanah, gas gunung berapi dan struktur tiruan logam.

Oksigen adalah unsur yang mempunyai keupayaan oksidatif yang tinggi. Walaupun molekul oksigen yang sangat stabil kerana mereka membentuk ikatan kembar, mempunyai keelektronegatifan oksigen yang tinggi (keupayaan untuk menarik elektron) mempunyai kapasiti reaktif yang tinggi. Oleh kerana oksigen elektronegativiti yang tinggi ini campur tangan dalam banyak tindak balas pengoksidaan.

Perubahan

Sebilangan besar proses pembakaran yang berlaku di alam memerlukan penyertaan oksigen. Juga pada mereka yang dijana oleh manusia. Proses-proses ini memenuhi fungsi positif dan negatif dalam istilah antropik.

Pembakaran bahan api fosil (arang batu, minyak, gas) menyumbang kepada pembangunan ekonomi, tetapi juga merupakan satu masalah yang besar kepada sumbangan mereka kepada pemanasan global.

Kebakaran hutan yang besar menjejaskan kepelbagaian biologi, walaupun dalam beberapa kes, mereka adalah sebahagian daripada proses semulajadi dalam ekosistem tertentu.

Kesan rumah hijau

Lapisan ozon (O3) dalam stratosfera, perisai pelindung atmosfera terhadap kemasukan sinaran ultraungu ultraviolet. Radiasi yang sangat energik ini meningkatkan pemanasan bumi.

Sebaliknya, ia sangat mutagenik dan membahayakan tisu hidup. Pada manusia dan haiwan lain, ia adalah karsinogenik.

Pelepasan pelbagai gas menyebabkan kemusnahan lapisan ozon dan dengan itu memudahkan kemasukan sinaran ultraviolet. Sebahagian daripada gas ini adalah klorofluorokarbon, hidroklorofluorokarbon, bromida etil, nitrogen oksida baja dan halon.

Rujukan

  1. Anbar AD, dan Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin dan R Buick (2007) bau busuk daripada Oxygen Sebelum Great Pengoksidaan Event? Sains 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee dan Beukes NJ. (2004) Dating peningkatan oksigen atmosfera. Alam 427: 117-120.
  3. Farquhar J dan DT Johnston. (2008) Kitaran Oksigen Planet Terestrial: Wawasan ke Pemprosesan dan Sejarah Oksigen dalam Persekitaran Surface. Ulasan dalam Mineralogi dan Geokimia 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Kitaran oksigen atmosfera: Isotop oksigen CO atmosfera2 dan O2 dan O2/ N2 Pembaharuan Geofizik, suplemen. U.S: Laporan Kebangsaan kepada Kesatuan Antarabangsa Geodesi dan Geofizik 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purba WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Kehidupan. Sains Biologi. Edt ke-6. Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 p.