Sauerstoffzykluseigenschaften, Reservoire und Stufen

Er Sauerstoffzyklus Es bezieht sich auf die Kreislaufbewegung von Sauerstoff auf der Erde. Es ist ein gasförmiger biogeochemischer Zyklus. Sauerstoff ist das zweithäufigste Element in der Atmosphäre nach Stickstoff und das zweithäufigste in Hydrosphäre nach Wasserstoff. In diesem Sinne ist der Sauerstoffzyklus mit dem Wasserzyklus verbunden.

Die Kreislaufbewegung von Sauerstoff umfasst die Produktion von Dioxygen oder molekularem Sauerstoff aus zwei Atomen (OR)₂). Dies erfolgt für die Hydrolyse während der Photosynthese, die durch die verschiedenen Photosyntheseorganismen durchgeführt wird.

Das Ö₂ Es wird von lebenden Organismen bei der Zellatmung verwendet, wodurch die Kohlendioxidproduktion erzeugt wird (CO₂), Wobei letztere einer der Rohstoffe für den Prozess der Photosynthese ist.

Andererseits tritt in der oberen Atmosphäre die Fotolyse (Hydrolyse aktiviert durch Sonnenenergie) des Wasserdampfs auf, das durch ultraviolette Strahlung der Sonne verursacht wird. Wasser bricht die Freisetzung des Wasserstoffs ab, der in der Stratosphäre verloren geht, und Sauerstoff ist in die Atmosphäre integriert.

Bei der Interaktion eines Moleküls von o₂ Mit einem Sauerstoffatom tritt Ozon auf (oder₃). Das Ozon bildet die sogenannte Ozonschicht.

Eigenschaften

Sauerstoff ist ein nicht -metallisches chemisches Element. Die Atomzahl beträgt 8, dh 8 Protonen und 8 Elektronen in seinem natürlichen Zustand. Unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen ist es in Form von Dioxygen, farblosen und Toilettengas vorhanden. Seine molekulare Formel ist oder₂.

Das Ö₂ Enthält drei stabile Isotope: ¹⁶ENTWEDER, ¹⁷Oder und ¹⁸ENTWEDER. Der vorherrschende Weg im Universum ist das ¹⁶ENTWEDER. Auf der Erde entspricht es 99,76% des Gesamtsauerstoffs. Er ¹⁸Oder repräsentiert 0,2%. Die Form ¹⁷O Es ist sehr selten (~ 0,04%).

Herkunft

Sauerstoff ist das dritte Element im Überfluss im Universum. Isotopenproduktion ¹⁶Oder begann in der ersten Generation von Helio Solar Burning, die nach dem Urknall auftraten.

Die Etablierung des Zyklus des Kohlenstoff-Stickstoff-Sauerstoffkerns in nachfolgenden Generationen von Sternen hat die vorherrschende Sauerstoffquelle auf den Planeten bereitgestellt.

Hohe Temperaturen und Drucke produzieren Wasser (h₂O) im Universum bei der Erzeugung der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff. Wasser ist Teil der Konformation des Erdkerns.

Magma -Aufschlüsse geben das Wasser in der Dampfform ab, und dies tritt in den Wasserkreislauf ein. Wasser wird durch Sauerstoff und Wasserstofffotolyse durch Photosynthese und ultraviolette Strahlung in den oberen Ebenen der Atmosphäre zersetzt.

Primitive Atmosphäre

Die primitive Atmosphäre vor der Entwicklung der Photosynthese durch Cyanobakterien war anaerobe. Für lebende Organismen, die an diese Atmosphäre angepasst sind, war Sauerstoff ein giftiges Gas. Noch heute erzeugt eine Atmosphäre von reinem Sauerstoff irreparable Schäden an Zellen.

In der evolutionären Abstammung der aktuellen Cyanobakterien stammt die Photosynthese. Dies begann die Zusammensetzung der Erdatmosphäre ungefähr 2 zu verändern.300-2.700 Millionen Jahre.

Die Verbreitung von Photosynthetisierungsorganismen veränderte die Zusammensetzung der Atmosphäre. Das Leben entwickelte sich zur Anpassung an eine aerobe Atmosphäre.

Energien, die den Zyklus antreiben

Die Kräfte und Energien, die durch Förderung des Sauerstoffzyklus wirken.

Letzteres liefert die grundlegende Energie für den Photosyntheseprozess. Die chemische Energie in Form von Kohlenhydraten, die aus der Photosynthese resultieren, treibt wiederum alle lebenden Prozesse durch die Nahrungskette an. In ähnlicher Weise produziert die Sonne planetarische Differentialerwärmung und verursacht marin- und atmosphärische Strömungen.

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Beziehung zu anderen biogeochemischen Zyklen

Aufgrund seiner Fülle und hoher Reaktivität ist der Sauerstoffzyklus mit anderen Zyklen wie CO verbunden₂, Stickstoff (n₂) und der Wasserzyklus (h₂ENTWEDER). Dies gibt einen multizyklischen Charakter.

Die Stauseen von o₂ und von co₂  Sie sind durch Prozesse verbunden, die die Erstellung (Photosynthese) und Zerstörung (Atmung und Verbrennung) organischer Substanz beinhalten. Kurzfristig sind diese Oxid-Reduktionsreaktionen die größte Variabilitätsquelle der Konzentration von oder₂ in der Atmosphäre.

Er Denitrifizierende Bakterien erhalten Sauerstoff zum Atmen aus Bodennitraten und Freisetzung von Stickstoff.

Reservoirs

Geosphäre

Sauerstoff ist eine der Hauptkomponenten von Silikaten. Daher ist es einen wichtigen Bruchteil des Mantels und der Erdkruste.

• Erdkern: Im äußeren flüssigen Mantel des Erdkerns gibt es zusätzlich zu Eisen andere Elemente, einschließlich Sauerstoff.
• Boden: In den Räumen zwischen Partikeln oder Poren des Bodens ist die Luft ausgebreitet. Dieser Sauerstoff wird von der Bodenmikrobiota verwendet.

Atmosphäre

21% der Atmosphäre bestehen aus Sauerstoff in Form von Dioxygen (oder₂). Die anderen Formen des atmosphärischen Vorhandenseins von Sauerstoff sind Wasserdampf (H)₂O), Kohlendioxid (CO₂) und das Ozon (oder₃).

• Wasserdampf: Die Konzentration des Wasserdampfs ist je nach Temperatur, atmosphärischer Druck und atmosphärischen Kreislaufströmen (Wasserzyklus) variabel (Wasserzyklus).
• Kohlendioxid: Co₂ entspricht ungefähr 0,03% des Luftvolumens. Seit Beginn der industriellen Revolution hat die Konzentration von CO zugenommen₂ In der Atmosphäre in 145%.
• Das Ozon: Es ist ein Molekül, das in einer niedrigen Menge in der Stratosphäre vorhanden ist (0.03 - 0.02 Teile pro Million pro Volumen).

Hydrosphäre

71% der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt. In den Ozeanen ist mehr als 96% des auf der Erdoberfläche vorhandenen Wassers konzentriert. 89% der Ozeanmasse sind Sauerstoff. Die co₂ Es ist auch im Wasser gelöst und unterliegt einem Austauschprozess mit der Atmosphäre.

Criiosphäre

Die Criosphäre bezieht sich auf die gefrorene Wassermasse, die bestimmte Bereiche der Erde abdeckt. Diese Eismassen enthalten ungefähr 1,74% des Landrindewassers. Andererseits enthält Eis variable Mengen molekularer Sauerstoff eingeschlossen.

ENTWEDERlebende Organismen

Die meisten Moleküle, aus denen die Struktur von Lebewesen besteht. Andererseits ist ein hoher Anteil an Lebewesen Wasser. Daher ist terrestrische Biomasse auch eine Sauerstoffreserve.

Stufen

Im Allgemeinen enthält der Zyklus, der Sauerstoff als chemischer Mittel folgt. Diese Bereiche sind in vier Stufen dargestellt.

Der Geo -Umweltbereich deckt die Verschiebungen und Eindämmung in Atmosphäre, Hydrosphäre, Criiosphäre und Sauerstoffgeosphäre ab. Dies schließt den Umweltreservoir und die Quellstufe sowie die Stufe der Rückkehr zur Umwelt ein.

Im biologischen Bereich sind auch zwei Stufen enthalten. Sie sind mit Photosynthese und Atmung verbunden.

-Umweltreservoir und Quellstufe: Atmosphäre-Hydrosphere-Chóosphäre-Geosphäre

Atmosphäre

Die Hauptquelle für atmosphärische Sauerstoff ist die Photosynthese. Es gibt jedoch andere Quellen, aus denen Sauerstoff in die Atmosphäre einbezogen werden kann.

Eines davon ist der flüssige äußere Mantel des Erdkerns. Sauerstoff erreicht die Atmosphäre in Form von Wasserdampf durch Vulkanausbrüche. Wasserdampf steigt in die Stratosphäre, wo die Photolyse aufgrund der hohen Energiestrahlung der Sonne und freiem Sauerstoff auftritt.

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Andererseits emittiert das Atmen Sauerstoff in Form von CO₂.  Verbrennungsprozesse, insbesondere industrielle Prozesse, verbrauchen auch molekulare Sauerstoff und bieten CO₂ zur Atmosphäre.

Im Austausch zwischen der Atmosphäre und der Hydrosphäre geht der gelöste Sauerstoff in den Wassermassen zur Atmosphäre über. Für seinen Teil der CO₂ Atmosphärisch wird in Wasser als Kohlensäure gelöst. In Wasser gelöstes Sauerstoff stammt hauptsächlich aus der Photosynthese von Algen und Cyanobakterien.

Stratosphäre

In den oberen Ebenen der Atmosphäre hydrolysiert hohe Energiestrahlung Dampf. Kurzwellenstrahlung aktiviert Moleküle von oder₂. Diese sind in sauerstofffreien Atomen (o) abspielt (O).

Diese freien Atome oder reagieren mit Molekülen von oder₂ und Ozon produzieren (oder₃). Diese Reaktion ist reversibel. Aufgrund der ultravioletten Strahlung das o₃ Es zersetzt sich wieder in sauerstofffreien Atomen.

Sauerstoff als atmosphärische Luftkomponente ist Teil verschiedener Oxidationsreaktionen, um verschiedene terrestrische Verbindungen zu integrieren. Eine wichtige Sauerstoffsenke ist die Oxidation von Gasen aus Vulkanausbrüchen.

Hydrosphäre

Die größte Wasserkonzentration auf der Erde sind Ozeane, wo eine gleichmäßige Konzentration von Sauerstoffisotopen vorliegt. Dies ist auf den ständigen Austausch dieses Elements mit dem Erdkortex durch hydrothermale Zirkulationsprozesse zurückzuführen.

In den Grenzen tektonischer Platten und ozeanischer Rücken wird ein konstanter Prozess des Gasaustauschs erzeugt.

Criiosphäre

Die Massen des terrestrischen Eiss, einschließlich polarer Eismassen, Gletscher und Permafrost, bilden eine wichtige Sauerstoffsenke in Form von festem Zustandswasser.

Geosphäre

Auch Sauerstoff beteiligt sich am gasförmigen Austausch mit dem Boden. Dort bildet das lebenswichtige Element für die Atemprozesse von Bodenmikroorganismen.

Eine wichtige Spüle am Boden sind die Prozesse der Mineraloxidation und des Verbrennens fossiler Brennstoffe.

Der Sauerstoff, der Teil des Wassermoleküls ist (H₂O) Befolgen Sie den Wasserkreislauf bei der Verettungstranspiration und des Kondensationspreisprozesses.

-Photosynthesestufe

Photosynthese wird in Chloroplasten durchgeführt. Während der Lichtphase der Photosynthese ist ein Reduktionsmittel erforderlich, dh eine Elektronenquelle. Dieser Agent in diesem Fall ist Wasser (h₂ENTWEDER).

Wenn Sie Wasser (h) aus Wasser nehmen, wird Sauerstoff freigesetzt (oder₂) als Abfallprodukt. Wasser tritt durch die Wurzeln in die Pflanze ein. Im Fall von Algen und Cyanobakterien stammt es aus der aquatischen Umgebung.

Alle molekularen Sauerstoff (oder₂) Die während der Photosynthese erzeugte Wasser stammt aus dem im Prozess verwendeten Wasser. In der Photosynthese wird es mit konsumiert₂, Sonnenenergie und Wasser (h₂O) und Sauerstoff wird freigesetzt (oder₂).

-Atmosphärische Rückkehrstufe

Das Ö₂ in der Photosynthese erzeugte wird durch die Stomata bei Pflanzen in die Atmosphäre ausgestoßen. Algen und Cyanobakterien geben es aufgrund der Membrandiffusion in die Umwelt zurück. In ähnlicher Weise geben Atemwegsprozesse Sauerstoff in die Umwelt in Form von Kohlendioxid (CO₂).

-Atemstadium

Um ihre wichtigen Funktionen auszuführen, müssen lebende Organismen die durch Photosynthese erzeugte chemische Energie wirksam machen. Diese Energie wird in Form von komplexen Kohlenhydratmolekülen (Zucker) in Pflanzen gespeichert. Der Rest der Organismen erhält es aus Lebensmitteln

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Der Prozess, durch den Lebewesen chemische Verbindungen entfalten, um die erforderliche Energie freizusetzen, wird als Atmung bezeichnet. Dieser Prozess wird in den Zellen durchgeführt und hat zwei Phasen; ein aerobisch und ein weiteres anaerobes.

Aerobische Atmung wird in Mitochondrien in Pflanzen und Tieren durchgeführt. In Bakterien wird es im Zytoplasma durchgeführt, da ihnen Mitochondrien fehlen.

Das grundlegende Element für das Atmen ist Sauerstoff als Oxidationsmittel. In der Atmung wird Sauerstoff verzehrt (oder₂) Und co -veröffentlicht₂ und Wasser (h₂O), um nützliche Energie zu erzeugen.

Die co₂ und Wasser (Wasserdampf) werden durch Stomata in Pflanzen freigesetzt. Bei Tieren die co₂ Es wird von Nasenlöchern und/oder Mund sowie Wasser durch Schweiß freigesetzt. In Algen und Bakterien der CO₂ wird durch Membrandiffusion freigesetzt.

Photorer inspiriert

In Pflanzen in Gegenwart von Licht wird ein Prozess entwickelt, der Sauerstoff und Energie genutzt. Die Fotoreigerin steigt mit zunehmender Temperatur aufgrund des Anstiegs der CO -Konzentration an₂ Bezüglich der Konzentration von o₂.

Die Fotoreigerin stellt eine negative Energiebilanz für die Pflanze fest. Verbrauchen oder₂ und chemische Energie (produziert durch Photosynthese) und freisetzt Co₂. Deshalb haben sie Evolutionsmechanismen entwickelt, um ihm entgegenzuwirken (C4 und können Metabolismen).

Bedeutung

Derzeit ist die überwiegende Mehrheit des Lebens aerobisch. Ohne den Kreislauf von o₂ Im Planetensystem wäre das Leben, wie wir es heute kennen, unmöglich.

Darüber hinaus stellt Sauerstoff einen wichtigen Anteil an Landluftmassen dar. Daher trägt es zu atmosphärischen Phänomenen bei, die mit ihm verbunden sind und ihre Folgen.

Direkt erzeugt die Oxidationsprozesse im Boden, der vulkanischen Gase und auf metallischen künstlichen Strukturen.

Sauerstoff ist ein Element mit einer hohen Oxidationskapazität. Obwohl Sauerstoffmoleküle sehr stabil sind, weil sie eine Doppelbindung bilden, hat Sauerstoff eine hohe Elektronegativität (Fähigkeit, Elektronen anzuziehen), eine hohe Reaktivkapazität. Aufgrund dieser hohen Elektronegativität interveniert Sauerstoff in vielen Oxidationsreaktionen.

Änderungen

Die überwiegende Mehrheit der Verbrennungsprozesse, die in der Natur auftreten. Auch in denen, die vom Menschen erzeugt wurden. Diese Prozesse erfüllen sowohl positive als auch negative Funktionen in anthropischen Begriffen.

Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl, Gas) trägt zur wirtschaftlichen Entwicklung bei, ist jedoch gleichzeitig ein ernstes Problem für den Beitrag zur globalen Erwärmung.

Große Waldbrände wirken sich auf die biologische Vielfalt aus, obwohl sie in einigen Fällen Teil natürlicher Prozesse in bestimmten Ökosystemen sind.

Treibhauseffekt

Die Ozonschicht (oder₃) In der Stratosphäre ist es der Schutzschild der Atmosphäre gegen den Überschuss an ultraviolettes Strahlung. Diese hoch energische Strahlung erhöht die Landheizung.

Andererseits ist es sehr mutagen und schädlich für lebende Gewebe. Im menschlichen und anderen Tiere ist krebserregend.

Die Emission verschiedener Gase verursacht die Zerstörung der Ozonschicht und erleichtert daher den Eintritt von Ultraviolettstrahlung. Einige dieser Gase sind Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Hydrochlorfluorkohlenwasserstoffe, Ethylbromid, Stickoxide von Düngemitteln und Halons.

Verweise

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