Zuurstofcycluskenmerken, reservoirs, stadia en belangrijkheid



de zuurstofcyclus het verwijst naar de circulatoire beweging van zuurstof op aarde. Het is een gasachtige biogeochemische cyclus. Zuurstof is het tweede meest voorkomende element in de atmosfeer na stikstof en het tweede meest voorkomende in de hydrosfeer na waterstof. In deze zin is de zuurstofcyclus verbonden met de watercyclus.

De circulatiebeweging van zuurstof omvat de productie van zuurstof of moleculaire zuurstof van twee atomen (OR2). Dit gebeurt als gevolg van hydrolyse tijdens fotosynthese door de verschillende fotosynthetische organismen.

De O2 wordt gebruikt door levende organismen bij cellulaire ademhaling, waardoor de productie van kooldioxide (CO) wordt gegenereerd2), waarbij de laatste een van de grondstoffen is voor het fotosyntheseproces.

Aan de andere kant treedt fotolyse (hydrolyse geactiveerd door zonne-energie) van de waterdamp veroorzaakt door de ultraviolette straling van de zon op in de bovenste atmosfeer. Water ontleedt het vrijkomen van waterstof dat verloren gaat in de stratosfeer en zuurstof wordt geïntegreerd in de atmosfeer.

Bij interactie met een O-molecuul2 met een zuurstofatoom wordt ozon geproduceerd (O3). Ozon vormt de zogenaamde ozonlaag.

index

  • 1 Kenmerken
    • 1.1 Oorsprong
    • 1.2 Primitieve atmosfeer
    • 1.3 Energieën die de cyclus aansturen
    • 1.4 Relatie met andere biogeochemische cycli
  • 2 reservoirs
    • 2.1 Geosphere
    • 2.2 Sfeer
    • 2.3 Hydrosphere
    • 2.4 Cryosfeer
    • 2.5 Levende organismen
  • 3 fasen
    • 3.1 Milieupase van reservoir en bron: atmosfeer-hydrosfeer-cryosfeer-geosfeer
    • 3.2 Fotosynthesestadium
    • 3.3 -Afstandige terugkeerfase
    • 3.4 - Ademhalingsfase
  • 4 Belang
  • 5 Veranderingen
    • 5.1 Broeikaseffect
  • 6 Referenties

features

Zuurstof is een niet-metaalachtig chemisch element. Het atoomnummer is 8, dat wil zeggen, het heeft 8 protonen en 8 elektronen in zijn natuurlijke staat. Onder normale omstandigheden van temperatuur en druk is het aanwezig in de vorm van een dioxigenisch, kleurloos en geurloos gas. Zijn moleculaire formule is O2.

De O2 omvat drie stabiele isotopen: 16O, 17O en 18O. De overheersende vorm in het universum is de 16O. Op aarde vertegenwoordigt het 99.76% van de totale zuurstof. de 18Of vertegenwoordigt 0,2%. Het formulier 17Of het is zeer zeldzaam (~ 0.04%).

bron

Zuurstof is het derde element in overvloed in het universum. De productie van de isotoop 16Of het begon in de eerste generatie verbrand solaire helium die gebeurde na de oerknal.

De vorming van de koolstof-stikstof-zuurstof-nucleosynthese cyclus in latere generaties van sterren heeft de overheersende bron van zuurstof in de planeten opgeleverd.

Hoge temperaturen en drukken produceren water (H2O) in het heelal door de reactie van waterstof met zuurstof te genereren. Water maakt deel uit van de conformatie van de kern van de aarde.

De ontsluitingen van magma geven het water vrij in de vorm van stoom en het komt in de waterkringloop. Water wordt ontbonden door fotolyse in zuurstof en waterstof door fotosynthese en door ultraviolette straling in de bovenste niveaus van de atmosfeer.

Primitieve atmosfeer

De primitieve atmosfeer vóór de evolutie van de fotosynthese door de cyanobacteriën was anaëroob. Voor levende organismen aangepast aan die atmosfeer, zuurstof was een giftig gas. Zelfs vandaag produceert een atmosfeer van zuivere zuurstof onherstelbare schade aan cellen.

In de evolutionaire lijn van de huidige cyanobacteriën is de fotosynthese ontstaan. Dit begon de samenstelling van de aardse atmosfeer ongeveer 2.300-2.700 miljoen jaar geleden te veranderen.

De proliferatie van fotosynthetische organismen veranderde de samenstelling van de atmosfeer. Het leven evolueerde naar aanpassing aan een aërobe atmosfeer.

Energieën die de cyclus aansturen

De krachten en energieën die werken door de zuurstofcyclus aan te drijven, kunnen geothermisch zijn, wanneer het magma waterdamp uitstoot, of het kan afkomstig zijn van zonne-energie.

Dit laatste levert de fundamentele energie voor het proces van fotosynthese. De chemische energie in de vorm van koolhydraten die het resultaat is van fotosynthese, stuurt op zijn beurt alle levende processen door de voedselketen. Op dezelfde manier produceert de Zon planetaire differentiële verwarming en veroorzaakt ze mariene en atmosferische stromingen.

Relatie met andere biogeochemische cycli

Vanwege zijn overvloed en zijn hoge reactiviteit is de zuurstofcyclus verbonden met andere cycli zoals CO2, stikstof (N.2) en de watercyclus (H2O). Dit geeft het een multicyclisch karakter.

De reservoirs van O2 en CO2  ze zijn verbonden door processen die de creatie (fotosynthese) en vernietiging (ademhaling en verbranding) van organische materie inhouden. Op de korte termijn zijn deze oxidatie-reductiereacties de belangrijkste bron van variabiliteit van de O-concentratie2 in de atmosfeer.

Denitrificerende bacteriën verkrijgen zuurstof voor hun ademhaling van nitraten uit de bodem, waarbij stikstof vrijkomt.

reservoirs

geosphere

Zuurstof is een van de belangrijkste componenten van silicaten. Daarom vormt het een belangrijke fractie van de mantel en de aardkorst.

  • Terrestrische kern: in de vloeibare buitenmantel van de terrestrische kern bevinden zich, naast ijzer, andere elementen, waaronder de zuurstof.
  • De vloer: lucht wordt verspreid in de ruimtes tussen deeltjes of poriën in de grond. Deze zuurstof wordt gebruikt door de bodemmicrobiota.

atmosfeer

21% van de atmosfeer bestaat uit zuurstof in de vorm van zuurstof (O2). De andere vormen van aanwezigheid van zuurstof uit de lucht zijn waterdamp (H.2O), koolstofdioxide (CO2) en ozon (O3).

  • Waterdamp: de concentratie van waterdamp is variabel, afhankelijk van de temperatuur, de atmosferische druk en de atmosferische circulatiestromen (waterkringloop).
  • Kooldioxide: de CO2 het vertegenwoordigt ongeveer 0,03% van het volume van de lucht. Sinds het begin van de industriële revolutie is de CO-concentratie toegenomen2 in de atmosfeer met 145%.
  • De ozon: is een molecuul dat in een lage hoeveelheid aanwezig is in de stratosfeer (0,03 - 0,02 delen per miljoen per volume).

hydrospere

71% van het aardoppervlak is bedekt met water. In de oceanen is meer dan 96% van het aanwezige water op het aardoppervlak geconcentreerd. 89% van de massa van de oceanen is zuurstof. De CO2 Het wordt ook opgelost in water en is onderworpen aan een proces van uitwisseling met de atmosfeer.

cryosfeer

De cryosfeer verwijst naar de massa bevroren water die bepaalde delen van de aarde bedekt. Deze ijsmassa's bevatten ongeveer 1,74% van het water in de aardkorst. Aan de andere kant bevat ijs verschillende hoeveelheden ingesloten moleculaire zuurstof.

Olevende organismen

De meeste moleculen waaruit de structuur van levende wezens bestaat, bevatten zuurstof. Aan de andere kant is een groot deel van de levende wezens water. Daarom is de terrestrische biomassa ook een zuurstofreserve.

stadia

In het algemeen omvat de cyclus gevolgd door zuurstof als een chemisch agens twee grote gebieden die het biogeochemische karakter ervan vormen. Deze gebieden worden in vier fasen weergegeven.

Het geomilieum omvat de verplaatsingen en insluiting in de atmosfeer, hydrosfeer, cryosfeer en zuurstofgeosfeer. Dit omvat de milieufase van reservoir en bron, en het stadium van terugkeer naar de omgeving.

In het biologische gebied zijn ook twee stadia inbegrepen. Ze worden geassocieerd met fotosynthese en ademhaling.

-Milieupase van reservoir en bron: atmosfeer-hydrosfeer-cryosfeer-geosfeer

atmosfeer

De belangrijkste bron van zuurstof in de atmosfeer is fotosynthese. Maar er zijn andere bronnen waaruit zuurstof in de atmosfeer kan worden opgenomen.

Een daarvan is de vloeibare buitenmantel van de kern van de aarde. Zuurstof bereikt de atmosfeer in de vorm van waterdamp door vulkaanuitbarstingen. Waterdamp stijgt naar de stratosfeer waar het fotolyse ondergaat als gevolg van energierijke straling van de zon en vrije zuurstof wordt geproduceerd.

Aan de andere kant zendt ademhaling zuurstof uit in de vorm van CO2.  Verbrandingsprocessen, in het bijzonder industriële processen, verbruiken ook moleculaire zuurstof en verschaffen CO2 in de atmosfeer.

In de uitwisseling tussen de atmosfeer en de hydrosfeer komt opgeloste zuurstof in de watermassa's in de atmosfeer. Aan de andere kant, de CO2 Atmosferisch wordt opgelost in water als koolzuur. De zuurstof opgelost in het water komt voornamelijk van de fotosynthese van algen en cyanobacteriën.

stratosfeer

Op hogere niveaus van de atmosfeer hydrolyseren hoogenergetische stralingen waterdamp. Kortegolfstraling activeert O-moleculen2. Deze worden gesplitst in zuurstofvrije atomen (O).

Deze O-vrije atomen reageren met O-moleculen2 en produceren ozon (O3). Deze reactie is omkeerbaar. Vanwege de ultraviolette straling de O3 ontleedt weer tot zuurstofvrije atomen.

Zuurstof als bestanddeel van atmosferische lucht maakt deel uit van verschillende oxidatiereacties, waarbij verschillende terrestrische verbindingen worden samengevoegd. Een belangrijke bron van zuurstof is de oxidatie van gassen door vulkaanuitbarstingen.

hydrospere

De grootste concentratie van water op aarde is de oceanen, waar er een uniforme concentratie van zuurstofisotopen is. Dit komt door de constante uitwisseling van dit element met de aardkorst door hydrothermale circulatieprocessen.

Aan de grenzen van tektonische platen en oceaanruggen wordt een constant proces van gasuitwisseling gegenereerd.

cryosfeer

De massa's ijs op het land, inclusief de massa's ijs, gletsjers en permafrost, vormen een belangrijke afvoer van zuurstof in de vorm van water in vaste toestand.

geosphere

Evenzo neemt zuurstof deel aan de gasuitwisseling met de grond. Daar vormt het het vitale element voor de ademhalingsprocessen van bodemmicro-organismen.

Een belangrijk zink in de bodem zijn de processen van minerale oxidatie en het verbranden van fossiele brandstof.

De zuurstof die deel uitmaakt van het watermolecuul (H.2O) volgt de waterkringloop in de processen van verdamping-transpiratie en condensatie-neerslag.

-Fotosynthetische fase

Fotosynthese wordt uitgevoerd in chloroplasten. Tijdens de lichte fase van de fotosynthese is een reductiemiddel vereist, dat wil zeggen een bron van elektronen. Dit middel is in dit geval water (H.2O).

Door waterstof (H) uit het water te halen, komt zuurstof vrij (O2) als een afvalproduct. Water komt de grond binnen via de wortels. In het geval van algen en cyanobacteriën komt het van het aquatisch milieu.

Alle moleculaire zuurstof (O2) geproduceerd tijdens fotosynthese komt van het water dat in het proces wordt gebruikt. In fotosynthese wordt CO verbruikt2, zonne-energie en water (H2O), en zuurstof wordt vrijgegeven (O2).

-Atmosferische terugkeerfase

De O2 gegenereerd in fotosynthese wordt uitgestoten in de atmosfeer door de huidmondjes in het geval van planten. De algen en cyanobacteriën brengen het terug naar de omgeving door membraan diffusie. Evenzo brengen ademhalingsprocessen zuurstof in de omgeving terug in de vorm van koolstofdioxide (CO2).

-Ademhalingsfase

Om hun vitale functies te vervullen, moeten levende organismen de chemische energie die wordt gegenereerd door fotosynthese, effectief maken. Deze energie wordt opgeslagen in de vorm van complexe moleculen van koolhydraten (suikers) in het geval van planten. De rest van de organismen halen het uit de voeding

Het proces waarbij levende wezens chemische verbindingen ontvouwen om de vereiste energie vrij te maken, wordt ademhaling genoemd. Dit proces wordt uitgevoerd in cellen en heeft twee fasen; één aerobic en nog een anaërobe.

Aërobe ademhaling vindt plaats in de mitochondria in planten en dieren. In bacteriën wordt het in het cytoplasma uitgevoerd, omdat ze geen mitochondria hebben.

Het fundamentele element voor ademhalen is zuurstof als een oxidatiemiddel. In de adem wordt zuurstof verbruikt (O2) en CO wordt vrijgegeven2 en water (H2O), produceert nuttige energie.

De CO2 en water (waterdamp) wordt vrijgegeven door huidmondjes in planten. Bij dieren is de CO2 het wordt vrijgegeven door de neusgaten en / of mond en water door transpiratie. In algen en bacteriën is de CO2 wordt vrijgegeven door membraan diffusie.

fotorespiratie

In planten in de aanwezigheid van licht wordt een proces ontwikkeld dat zuurstof en energie verbruikt, fotorespiratie genaamd. De fotorespiratie neemt toe met de toename van de temperatuur als gevolg van de toename van de CO-concentratie2 met betrekking tot de concentratie van O2.

Fotorespiratie zorgt voor een negatieve energiebalans voor de plant. Consumeer O2 en chemische energie (geproduceerd door fotosynthese) en geeft CO vrij2. Daarom hebben ze evolutionaire mechanismen ontwikkeld om dit tegen te gaan (C4- en CAN-metabolisme).

belang

Momenteel is de overgrote meerderheid van het leven aerobisch. Zonder de circulatie van O2 in het planetaire systeem zou het leven zoals we het nu kennen onmogelijk zijn.

Bovendien vormt zuurstof een aanzienlijk deel van de terrestrische luchtmassa's. Daarom draagt ​​het bij aan de atmosferische verschijnselen die eraan verbonden zijn en de gevolgen ervan: erosieve effecten, klimaatregulering, onder andere.

Direct genereert het oxidatieprocessen in de bodem, vulkanische gassen en kunstmatige metalen structuren.

Zuurstof is een element met een hoog oxidatief vermogen. Hoewel zuurstofmoleculen zeer stabiel omdat ze deel dubbele binding heeft elektronegativiteit zuurstof hoog (vermogen om elektronen aan te trekken) een hoge reactieve vermogen. Vanwege deze hoge elektronegativiteit komt zuurstof in veel oxidatiereacties tussen.

wijzigingen

Verreweg de meeste verbrandingsprocessen die in de natuur voorkomen, vereisen de deelname van zuurstof. Ook in die gegenereerd door de mens. Deze processen vervullen zowel positieve als negatieve functies in antropogene termen.

Verbranding van fossiele brandstoffen (kolen, olie, gas) levert een bijdrage aan de economische ontwikkeling, maar vormt ook een ernstig probleem voor hun bijdrage aan de opwarming van de aarde.

Grote bosbranden hebben invloed op de biodiversiteit, hoewel ze in sommige gevallen deel uitmaken van natuurlijke processen in bepaalde ecosystemen.

Broeikaseffect

De ozonlaag (O3) in de stratosfeer, is het beschermende schild van de atmosfeer tegen het binnendringen van overtollige ultraviolette straling. Deze zeer energetische straling verhoogt de opwarming van de aarde.

Aan de andere kant is het zeer mutageen en schadelijk voor levende weefsels. Bij mensen en andere dieren is het carcinogeen.

De uitstoot van verschillende gassen veroorzaakt de vernietiging van de ozonlaag en vergemakkelijkt daarom de toetreding van ultraviolette straling. Sommige van deze gassen zijn chloorfluorkoolstoffen, chloorfluorkoolwaterstoffen, ethylbromide, stikstofoxiden kunstmest en halonen.

referenties

  1. Anbar AD, en Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin en R Buick (2007) Sneufje van zuurstof voor de Grote Oxidatie Event? Science 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD-Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee en Beukes NJ. (2004) Datering van de opkomst van zuurstof uit de lucht. Nature 427: 117-120.
  3. Farquhar J en DT Johnston. (2008) De zuurstofcyclus van de terrestrische planeten: inzichten in de verwerking en geschiedenis van zuurstof in oppervlakte-omgevingen. Recensies in mineralogie en geochemie 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) De atmosferische zuurstofcyclus: de zuurstofisotopen van atmosferische CO2 en O2 en de O2/ N2 Reviws of Geophysics, supplement. V.S.: Nationaal rapport aan de Internationale Unie van Geodesie en Geofysica 1991-1994. pp. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians en HC Heller (2003) Life. The Science of Biology. 6e editie Sinauer Associates, Inc. en WH Freeman and Company. 1044 p.