Caratteristiche del ciclo di ossigeno, serbatoi e fasi
- 2206
- 513
- Ruth Cattaneo
Lui ciclo di ossigeno Si riferisce al movimento circolatorio di ossigeno sulla terra. È un ciclo biogeochimico gassoso. L'ossigeno è il secondo elemento più abbondante nell'atmosfera dopo l'azoto e la seconda più abbondante nell'idrosfera dopo idrogeno. In questo senso, il ciclo di ossigeno è collegato al ciclo dell'acqua.
Il movimento circolatorio di ossigeno comprende la produzione di diossigeno o ossigeno molecolare di due atomi (o2). Ciò si verifica per l'idrolisi durante la fotosintesi eseguita dai diversi organismi fotosintetici.
Il o2 È usato dagli organismi viventi nella respirazione cellulare, generando produzione di anidride carbonica (CO2), Quest'ultima è una delle materie prime per il processo di fotosintesi.
D'altra parte, nell'atmosfera superiore, la fotolisi (idrolisi attivata dall'energia solare) del vapore acqueo causato dalla radiazione ultravioletta del sole si verifica. L'acqua si rompe rilasciando l'idrogeno che si perde nella stratosfera e l'ossigeno è integrato nell'atmosfera.
Quando si interagiscono una molecola di O2 Con un atomo di ossigeno, si verifica ozono (o3). L'ozono forma lo strato di ozono così chiamato.
Caratteristiche
L'ossigeno è un elemento chimico non metallico. Il suo numero atomico è 8, cioè ha 8 protoni e 8 elettroni nel suo stato naturale. In condizioni di temperatura e pressione normali è presente sotto forma di gas di diossigeno, incolore e toilette. La sua formula molecolare è o2.
Il o2 Include tre isotopi stabili: 16O, 17O e 18O. Il modo predominante nell'universo è il 16O. Sulla terra rappresenta il 99,76% dell'ossigeno totale. Lui 18O rappresenta lo 0,2%. La forma 17O È molto raro (~ 0,04%).
Origine
L'ossigeno è il terzo elemento in abbondanza nell'universo. Produzione di isotopi 16O è iniziato nella prima generazione di combustione solare elio avvenuta dopo il big bang.
L'istituzione del ciclo del nucleo di carbonio-nitrogeno-ossigeno nelle successive generazioni di stelle ha fornito la fonte predominante di ossigeno sui pianeti.
Alte temperature e pressioni producono acqua (H2O) nell'universo quando si genera la reazione di idrogeno con ossigeno. L'acqua fa parte della conformazione del nucleo della terra.
Gli affioramenti di magma emettono l'acqua in forma di vapore e questo entra nel ciclo dell'acqua. L'acqua è decomposta dall'ossigeno e dalla fotolisi dell'idrogeno attraverso la fotosintesi e le radiazioni ultraviolette ai livelli superiori dell'atmosfera.
Atmosfera primitiva
L'atmosfera primitiva prima dell'evoluzione della fotosintesi da parte di cianobatteri era anaerobica. Per gli organismi viventi adattati a quell'atmosfera, l'ossigeno era un gas tossico. Ancora oggi un'atmosfera di ossigeno puro produce danni irreparabili alle cellule.
Nel lignaggio evolutivo degli attuali cianobatteri, la fotosintesi ha avuto origine. Questo ha iniziato a cambiare la composizione dell'atmosfera terrestre circa 2.300-2.700 milioni di anni.
La proliferazione di organismi fotosintetizzanti ha cambiato la composizione dell'atmosfera. La vita si è evoluta verso l'adattamento ad un'atmosfera aerobica.
Energie che guidano il ciclo
Le forze e le energie che agiscono promuovendo il ciclo di ossigeno possono essere geotermiche, quando il magma espelle il vapore acqueo o può provenire dall'energia solare.
Quest'ultimo fornisce l'energia fondamentale per il processo di fotosintesi. L'energia chimica sotto forma di carboidrati risultanti dalla fotosintesi, a sua volta guida tutti i processi viventi attraverso la catena alimentare. Allo stesso modo, il sole produce riscaldamento differenziale planetario e causa correnti marine e atmosferiche.
Può servirti: 10 conseguenze dell'inquinamento atmosfericoRelazione con altri cicli biogeochimici
A causa della sua abbondanza e dell'alta reattività, il ciclo di ossigeno è collegato ad altri cicli come CO2, Azoto (n2) e il ciclo dell'acqua (h2O). Questo dà un personaggio multiciclico.
I bacini idrici di O2 e di co2 Sono collegati da processi che coinvolgono la creazione (fotosintesi) e la distruzione (respirazione e la combustione) della materia organica. A breve termine, queste reazioni di riduzione dell'ossido sono la più grande fonte di variabilità della concentrazione di o2 nell'atmosfera.
I batteri denitrificanti ottengono ossigeno per respirare dai nitrati del suolo, rilasciando azoto.
Serbatoi
Geosfera
L'ossigeno è uno dei componenti principali dei silicati. Pertanto, costituisce una frazione importante del mantello e della crosta terrestre.
- Core di terra: Nel mantello liquido esterno del nucleo terrestre ci sono, oltre al ferro, altri elementi, incluso l'ossigeno.
- Suolo: Negli spazi tra particelle o pori del terreno l'aria è diffusa. Questo ossigeno è usato dal microbiota del suolo.
Atmosfera
Il 21% dell'atmosfera è composto da ossigeno sotto forma di diossigeno (o2). Le altre forme di presenza atmosferica di ossigeno sono il vapore acqueo (H2O), anidride carbonica (CO2) e l'ozono (o3).
- Vapore d'acqua: La concentrazione di vapore acqueo è variabile, a seconda della temperatura, della pressione atmosferica e delle correnti di circolazione atmosferica (ciclo dell'acqua).
- Diossido di carbonio: Co2 rappresenta circa lo 0,03% del volume dell'aria. Dall'inizio della rivoluzione industriale, la concentrazione di CO è aumentata2 Nell'atmosfera nel 145%.
- L'ozono: È una molecola che è presente nella stratosfera in quantità bassa (0.03 - 0.02 parti per milione per volume).
Idrosfera
Il 71% della superficie terrestre è coperto dall'acqua. Negli oceani oltre il 96% dell'acqua presente sulla superficie della terra è concentrato. L'89% della massa oceanica è ossigeno. Il co2 È anche sciolto nell'acqua ed è soggetto a un processo di scambio con l'atmosfera.
Criosfera
La criosfera si riferisce alla massa dell'acqua congelata che copre alcune aree della terra. Queste masse di ghiaccio contengono circa l'1,74% dell'acqua della corteccia terrestre. D'altra parte, il ghiaccio contiene quantità variabili di ossigeno molecolare intrappolato.
Oorganismi viventi
La maggior parte delle molecole che compongono la struttura degli esseri viventi contengono ossigeno. D'altra parte, un'alta percentuale di esseri viventi è l'acqua. Pertanto, la biomassa terrestre è anche una riserva di ossigeno.
Fasi
In termini generali, il ciclo che segue l'ossigeno come agente chimico include due grandi aree che costituiscono il suo carattere biogeochimico. Queste aree sono rappresentate in quattro fasi.
L'area geo -ambientale copre gli spostamenti e il contenimento nell'atmosfera, nell'idrosfera, nella criosfera e nella geosfera dell'ossigeno. Ciò include il serbatoio ambientale e la fase di origine e la fase di ritorno all'ambiente.
Nell'area biologica, sono inclusi anche due fasi. Sono associati alla fotosintesi e alla respirazione.
-Reservo ambientale e fase di origine: atmosfera-idrosfera-chordo-geosfera
Atmosfera
La principale fonte di ossigeno atmosferico è la fotosintesi. Ma ci sono altre fonti da cui l'ossigeno può essere incorporato nell'atmosfera.
Uno di questi è il mantello esterno liquido del nucleo terrestre. L'ossigeno raggiunge l'atmosfera sotto forma di vapore acqueo attraverso eruzioni vulcaniche. Il vapore acqueo si alza verso la stratosfera in cui si verifica la fotolisi a causa della radiazione ad alta energia del sole e dell'ossigeno libero.
Può servirti: principi di sostenibilità ambientaleD'altra parte, la respirazione emette ossigeno sotto forma di CO2. I processi di combustione, in particolare i processi industriali, consumano anche ossigeno molecolare e forniscono CO2 all'atmosfera.
Nello scambio tra l'atmosfera e l'idrosfera, l'ossigeno disciolto nelle masse d'acqua passa all'atmosfera. Da parte sua, il CO2 L'atmosfera viene sciolto in acqua come acido carbonico. L'ossigeno sciolto in acqua proviene principalmente dalla fotosintesi di alghe e cianobatteri.
Stratosfera
Ai livelli superiori dell'atmosfera, le radiazioni ad alta energia idrolizzano il vapore. La radiazione a onde corte attiva molecole di o2. Questi sono spiegati in atomi senza ossigeno (O).
Questi atomi liberi o reagiscono con molecole di o2 e produrre ozono (o3). Questa reazione è reversibile. A causa della radiazione ultravioletta la O3 Si decompone di nuovo in atomi senza ossigeno.
L'ossigeno come componente dell'aria atmosferica fa parte di varie reazioni di ossidazione per integrare vari composti terrestri. Un importante lavandino di ossigeno è l'ossidazione dei gas dalle eruzioni vulcaniche.
Idrosfera
La più grande concentrazione di acqua sulla terra sono gli oceani, dove esiste una concentrazione uniforme di isotopi di ossigeno. Ciò è dovuto al costante scambio di questo elemento con la corteccia terrestre attraverso i processi di circolazione idrotermica.
Nei limiti delle placche tettoniche e della dorsale oceanica, viene generato un costante processo di scambio di gas.
Criosfera
Le masse di ghiaccio terrestre, tra cui masse di ghiaccio polare, ghiacciai e permafrost, costituiscono un importante lavandino di ossigeno sotto forma di acqua a stato solido.
Geosfera
Anche l'ossigeno partecipa allo scambio gassoso con il terreno. Costituisce l'elemento vitale per i processi respiratori dei microrganismi del suolo.
Un importante affondare sul terreno sono i processi di ossidazione minerale e combustione di combustibili fossili.
L'ossigeno che fa parte della molecola d'acqua (h2O) Seguire il ciclo dell'acqua nei processi di traspirazione evaporazione e prezzo di condensa.
-Stage fotosintetico
La fotosintesi viene eseguita in cloroplasti. Durante la fase leggera della fotosintesi è necessario un agente riducente, ovvero una fonte di elettroni. Questo agente in questo caso è acqua (h2O).
Quando prendi l'acqua (H) dall'acqua, viene rilasciato l'ossigeno (o2) come prodotto di scarto. L'acqua entra nella pianta attraverso le radici. Nel caso di alghe e cianobatteri proviene dall'ambiente acquatico.
Tutto l'ossigeno molecolare (o2) prodotto durante la fotosintesi proviene dall'acqua utilizzata nel processo. In fotosintesi è consumato2, Energia solare e acqua (h2O) e l'ossigeno viene rilasciato (o2).
-Stage di ritorno atmosferico
Il o2 Generato nella fotosintesi viene espulso nell'atmosfera attraverso gli stomi nel caso delle piante. Alghe e cianobatteri lo riportano nell'ambiente a causa della diffusione della membrana. Allo stesso modo, i processi respiratori restituiscono ossigeno all'ambiente sotto forma di anidride carbonica (CO2).
-Stadio respiratorio
Per svolgere le loro funzioni vitali, gli organismi viventi devono rendere efficace l'energia chimica generata dalla fotosintesi. Questa energia è immagazzinata sotto forma di molecole complesse di carboidrati (zuccheri) nel caso delle piante. Il resto degli organismi lo ottiene dal cibo
Può servirti: erosione dell'acqua: fattori, tipi, conseguenze, soluzioniIl processo attraverso il quale gli esseri viventi appesanti i composti chimici per rilasciare l'energia richiesta, è chiamato respirazione. Questo processo viene eseguito nelle cellule e ha due fasi; un aerobico e un altro anaerobico.
La respirazione aerobica viene effettuata nei mitocondri in piante e animali. Nei batteri viene eseguito nel citoplasma, poiché mancano di mitocondri.
L'elemento fondamentale per la respirazione è l'ossigeno come agente ossidante. Nella respirazione viene consumato l'ossigeno (o2) E consolidato2 e acqua (h2O), producendo energia utile.
Il co2 e l'acqua (vapore acqueo) viene rilasciata attraverso gli stomi nelle piante. Negli animali il CO2 Viene rilasciato da narici e/o bocca e acqua dal sudore. In alghe e batteri il CO2 è rilasciato dalla diffusione della membrana.
Fotorerspirazione
Nelle piante in presenza di luce viene sviluppato un processo che consuma ossigeno ed energia chiamata fotospirazione. La fotospirazione aumenta con l'aumento della temperatura, a causa dell'aumento della co -incentrato2 Per quanto riguarda la concentrazione di O2.
Il fotogrammazione stabilisce un bilancio energetico negativo per la pianta. Consumare o2 e energia chimica (prodotta dalla fotosintesi) e rilascia Co2. Ecco perché hanno sviluppato meccanismi evolutivi per contrastarlo (C4 e possono metabolismi).
Importanza
Attualmente la stragrande maggioranza della vita è aerobica. Senza la circolazione di O2 Nel sistema planetario, la vita come lo conosciamo oggi sarebbe impossibile.
Inoltre, l'ossigeno costituisce una percentuale importante delle masse d'aria terrestri. Pertanto, contribuisce ai fenomeni atmosferici legati ad esso e alle sue conseguenze: effetti erosivi, regolazione del clima, tra gli altri.
Direttamente, genera i processi di ossidazione nel suolo, dei gas vulcanici e su strutture artificiali metalliche.
L'ossigeno è un elemento con un'alta capacità ossidativa. Sebbene le molecole di ossigeno siano molto stabili perché formano un doppio legame, avere ossigeno un'elevata elettronegatività (capacità di attrarre elettroni), ha un'alta capacità reattiva. A causa di questa elevata elettronegatività, l'ossigeno interviene in molte reazioni di ossidazione.
Modifiche
La stragrande maggioranza dei processi di combustione che si verificano in natura richiedono la partecipazione dell'ossigeno. Anche in quelli generati dall'essere umano. Questi processi svolgono funzioni sia positive che negative in termini antropici.
La combustione di combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) contribuisce allo sviluppo economico, ma allo stesso tempo rappresenta un grave problema per il suo contributo al riscaldamento globale.
I grandi incendi boschivi influiscono sulla biodiversità, sebbene in alcuni casi facciano parte dei processi naturali in alcuni ecosistemi.
Effetto serra
Lo strato di ozono (o3) Nella stratosfera, è lo scudo protettivo dell'atmosfera contro l'eccesso di radiazione ultravioletta. Questa radiazione altamente energetica aumenta il riscaldamento del terreno.
D'altra parte, è altamente mutageno e dannoso per i tessuti viventi. Nell'essere umano e altri animali sono cancerogeni.
L'emissione di vari gas provoca la distruzione dello strato di ozono e quindi facilitare l'ingresso della radiazione ultravioletta. Alcuni di questi gas sono clorofluorocarburi, idroclorofluorocarburi, bromuro di etil, ossidi di azoto dei fertilizzanti e haloni.
Riferimenti
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- Purves WK, D Sadava, Gh Orias e HC Heller (2003) Life. La scienza della biologia. 6 ° EDT. Sinauer Associates, Inc. e WH Freeman e compagnia. 1044 p.