Đặc điểm chu trình oxy, hồ chứa, giai đoạn và tầm quan trọng



các chu trình oxy nó đề cập đến sự chuyển động tuần hoàn của oxy trên Trái đất. Đó là một chu trình hóa sinh học dạng khí. Oxy là nguyên tố phổ biến thứ hai trong khí quyển sau nitơ và là thứ hai có nhiều nhất trong thủy quyển sau hydro. Theo nghĩa này, chu trình oxy được kết nối với chu trình nước.

Sự chuyển động tuần hoàn của oxy bao gồm sản xuất dioxygen hoặc oxy phân tử của hai nguyên tử (OR2). Điều này xảy ra do quá trình thủy phân trong quá trình quang hợp được thực hiện bởi các sinh vật quang hợp khác nhau.

Ô2 được sử dụng bởi các sinh vật sống trong hô hấp tế bào, tạo ra việc sản xuất carbon dioxide (CO)2), sau này là một trong những nguyên liệu thô cho quá trình quang hợp.

Mặt khác, quá trình quang phân (thủy phân được kích hoạt bằng năng lượng mặt trời) của hơi nước gây ra bởi bức xạ cực tím của mặt trời xảy ra trong bầu khí quyển phía trên. Nước phân hủy giải phóng hydro bị mất trong tầng bình lưu và oxy được tích hợp vào khí quyển.

Khi tương tác một phân tử O2 với một nguyên tử oxy, ozone được tạo ra (O3). Ozone tạo nên cái gọi là tầng ozone.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm
    • 1.1 Nguồn gốc
    • 1.2 Không khí nguyên thủy
    • 1.3 Năng lượng thúc đẩy chu kỳ
    • 1.4 Mối quan hệ với các chu trình hóa sinh khác
  • 2 hồ chứa
    • 2.1 Địa không gian
    • 2.2 Khí quyển
    • 2.3 Thủy quyển
    • 2.4 Không gian lạnh
    • 2.5 Sinh vật sống
  • 3 giai đoạn
    • 3.1 Giai đoạn môi trường của hồ chứa và nguồn: khí quyển-hydrosphere-cryosphere-geosphere
    • 3.2 Giai đoạn quang hợp
    • 3.3 - Giai đoạn hoàn nguyên khí quyển
    • 3,4 - Giai đoạn hô hấp
  • 4 Tầm quan trọng
  • 5 thay đổi
    • 5.1 Hiệu ứng nhà kính
  • 6 tài liệu tham khảo

Tính năng

Oxy là một nguyên tố hóa học phi kim loại. Số nguyên tử của nó là 8, nghĩa là nó có 8 proton và 8 electron ở trạng thái tự nhiên. Trong điều kiện bình thường của nhiệt độ và áp suất, nó có mặt ở dạng khí độc, không màu và không mùi. Công thức phân tử của nó là O2.

Ô2 bao gồm ba đồng vị ổn định: 16Ôi, 17Ô và 18O. Hình thức chiếm ưu thế trong vũ trụ là 16O. Trên trái đất, nó chiếm 99,76% tổng lượng oxy. các 18Hoặc chiếm 0,2%. Hình thức 17Hoặc nó rất hiếm (~ 0,04%).

Nguồn gốc

Oxy là yếu tố thứ ba trong sự phong phú trong vũ trụ. Việc sản xuất đồng vị 16Hoặc nó bắt đầu từ thế hệ đầu tiên của helium mặt trời bị cháy sau Vụ nổ lớn.

Sự hình thành chu trình tổng hợp hạt nhân carbon-nitơ-oxy trong các thế hệ sao sau này đã cung cấp nguồn oxy chiếm ưu thế trong các hành tinh.

Nhiệt độ và áp suất cao tạo ra nước (H2O) trong vũ trụ bằng cách tạo ra phản ứng của hydro với oxy. Nước là một phần cấu tạo của lõi Trái đất.

Sự thoát ra của magma giải phóng nước dưới dạng hơi nước và nó đi vào chu trình nước. Nước bị phân hủy bởi quá trình quang phân trong oxy và hydro thông qua quá trình quang hợp và bởi bức xạ cực tím ở tầng trên của khí quyển.

Không khí nguyên thủy

Bầu không khí nguyên thủy trước sự tiến hóa của quang hợp bởi vi khuẩn lam là kỵ khí. Đối với các sinh vật sống thích nghi với bầu không khí đó, oxy là một loại khí độc. Thậm chí ngày nay một bầu không khí oxy tinh khiết tạo ra thiệt hại không thể khắc phục cho các tế bào.

Trong dòng dõi tiến hóa của vi khuẩn lam hiện tại, quá trình quang hợp bắt nguồn. Điều này bắt đầu thay đổi thành phần của bầu khí quyển Trái đất khoảng 2.300-2.700 triệu năm trước.

Sự sinh sôi nảy nở của các sinh vật quang hợp đã thay đổi thành phần của khí quyển. Sự sống phát triển theo hướng thích nghi với bầu không khí hiếu khí.

Năng lượng thúc đẩy chu kỳ

Các lực và năng lượng hoạt động bằng cách điều khiển chu trình oxy có thể là địa nhiệt, khi magma trục xuất hơi nước, hoặc nó có thể đến từ năng lượng mặt trời.

Loại thứ hai cung cấp năng lượng cơ bản cho quá trình quang hợp. Năng lượng hóa học ở dạng carbohydrate do quang hợp, lần lượt thúc đẩy tất cả các quá trình sống thông qua chuỗi thức ăn. Theo cách tương tự, Mặt trời tạo ra sự gia nhiệt vi sai hành tinh và gây ra dòng hải lưu và khí quyển.

Mối quan hệ với các chu trình hóa sinh khác

Do sự phong phú và khả năng phản ứng cao của nó, chu trình oxy được kết nối với các chu kỳ khác như CO2, nitơ (N2) và chu trình nước (H2O). Điều này mang lại cho nó một nhân vật đa chu kỳ.

Các hồ chứa của O2 và CO2  chúng được liên kết bởi các quá trình liên quan đến việc tạo ra (quang hợp) và phá hủy (hô hấp và đốt cháy) chất hữu cơ. Trong ngắn hạn, các phản ứng oxy hóa - khử này là nguồn thay đổi chính của nồng độ O2 trong bầu không khí.

Vi khuẩn khử nitrat thu được oxy để hô hấp nitrat từ đất, giải phóng nitơ.

Hồ chứa

Không gian địa lý

Oxy là một trong những thành phần chính của silicat. Do đó, nó tạo thành một phần quan trọng của lớp phủ và lớp vỏ trái đất.

  • Hạt nhân trên mặt đất: trong lớp phủ ngoài của chất lỏng của hạt nhân trên mặt đất, bên cạnh sắt, các nguyên tố khác, trong số đó có oxy.
  • Sàn nhà: không khí được khuếch tán trong khoảng trống giữa các hạt hoặc lỗ chân lông trong đất. Oxy này được sử dụng bởi microbiota đất.

Khí quyển

21% bầu khí quyển bao gồm oxy ở dạng dioxygen (O2). Các dạng khác của sự hiện diện oxy trong khí quyển là hơi nước (H2O), carbon dioxide (CO2) và ozon (O3).

  • Hơi nước: nồng độ của hơi nước thay đổi, tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất khí quyển và dòng tuần hoàn khí quyển (chu trình nước).
  • Carbon dioxide: CO2 nó chiếm khoảng 0,03% thể tích của không khí. Kể từ khi bắt đầu cuộc cách mạng công nghiệp, nồng độ CO đã tăng lên2 trong khí quyển bằng 145%.
  • Ôzôn: là một phân tử có mặt trong tầng bình lưu với số lượng thấp (0,03 - 0,02 phần triệu theo thể tích).

Thủy quyển

71% bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước. Trong các đại dương, hơn 96% lượng nước hiện diện trên bề mặt trái đất tập trung. 89% khối lượng của các đại dương là oxy. CO2 Nó cũng hòa tan trong nước và chịu một quá trình trao đổi với khí quyển.

Không gian lạnh

Tầng lạnh liên quan đến khối lượng nước đóng băng bao phủ một số khu vực nhất định trên Trái đất. Những khối băng này chứa khoảng 1,74% nước trong lớp vỏ trái đất. Mặt khác, nước đá chứa lượng oxy phân tử bị giữ lại khác nhau.

Ôisinh vật sống

Hầu hết các phân tử tạo nên cấu trúc của sinh vật có chứa oxy. Mặt khác, một tỷ lệ cao sinh vật là nước. Do đó, sinh khối trên cạn cũng là một nguồn dự trữ oxy.

Các giai đoạn

Nói chung, chu trình tiếp theo oxy là tác nhân hóa học bao gồm hai khu vực lớn tạo nên đặc tính hóa sinh của nó. Những lĩnh vực này được thể hiện trong bốn giai đoạn.

Khu vực môi trường địa lý bao gồm các chuyển vị và ngăn chặn trong khí quyển, thủy quyển, tầng lạnh và không gian oxy. Điều này bao gồm giai đoạn môi trường của hồ chứa và nguồn, và giai đoạn trở lại môi trường.

Trong khu vực sinh học, hai giai đoạn cũng được bao gồm. Chúng được liên kết với quang hợp và hô hấp.

-Giai đoạn môi trường của hồ chứa và nguồn: khí quyển-hydrosphere-cryosphere-geosphere

Khí quyển

Nguồn chính của oxy trong khí quyển là quang hợp. Nhưng có những nguồn khác mà oxy có thể được đưa vào khí quyển.

Một trong số đó là lớp phủ bên ngoài lỏng của lõi Trái đất. Oxy đến khí quyển dưới dạng hơi nước thông qua các vụ phun trào núi lửa. Hơi nước bốc lên tầng bình lưu nơi nó trải qua quá trình quang phân do bức xạ năng lượng cao từ mặt trời và oxy tự do được tạo ra.

Mặt khác, hô hấp thải ra oxy dưới dạng CO2.  Các quá trình đốt cháy, đặc biệt là các quá trình công nghiệp, cũng tiêu thụ oxy phân tử và cung cấp CO2 với bầu không khí.

Trong quá trình trao đổi giữa khí quyển và thủy quyển, oxy hòa tan trong khối nước đi vào khí quyển. Mặt khác, CO2 Khí quyển được hòa tan trong nước dưới dạng axit carbonic. Oxy hòa tan trong nước chủ yếu đến từ quá trình quang hợp của tảo và vi khuẩn lam.

Tầng bình lưu

Ở mức cao hơn của khí quyển, bức xạ năng lượng cao thủy phân hơi nước. Bức xạ sóng ngắn kích hoạt các phân tử O2. Chúng được phân chia thành các nguyên tử không có oxy (O).

Các nguyên tử O tự do này phản ứng với các phân tử O2 và sản xuất ozone (O3). Phản ứng này là thuận nghịch. Do bức xạ cực tím, O3 phân hủy thành các nguyên tử không có oxy một lần nữa.

Oxy là một thành phần của không khí trong khí quyển tạo thành một phần của các phản ứng oxy hóa khác nhau, tham gia các hợp chất trên mặt đất khác nhau. Một sự sụt giảm đáng kể của oxy là quá trình oxy hóa các khí từ các vụ phun trào núi lửa.

Thủy quyển

Nồng độ nước lớn nhất trên Trái đất là các đại dương, nơi có nồng độ đồng vị oxy đồng nhất. Điều này là do sự trao đổi liên tục của nguyên tố này với lớp vỏ trái đất thông qua các quá trình tuần hoàn thủy nhiệt.

Ở giới hạn của các mảng kiến ​​tạo và các rặng đại dương, một quá trình trao đổi khí liên tục được tạo ra.

Không gian lạnh

Các khối băng trên mặt đất, bao gồm các khối băng cực, sông băng và băng vĩnh cửu, tạo thành một bể oxy quan trọng dưới dạng nước ở trạng thái rắn.

Không gian địa lý

Tương tự như vậy, oxy tham gia vào quá trình trao đổi khí với đất. Ở đó nó tạo thành yếu tố quan trọng cho các quá trình hô hấp của vi sinh vật đất.

Một chìm quan trọng trong đất là các quá trình oxy hóa khoáng sản và đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.

Oxy là một phần của phân tử nước (H2O) tuân theo chu trình nước trong các quá trình bay hơi - thoát hơi nước và ngưng tụ - kết tủa.

-Giai đoạn quang hợp

Quang hợp được thực hiện trong lục lạp. Trong giai đoạn ánh sáng của quang hợp, cần phải có chất khử, đó là nguồn electron. Đại lý cho biết trong trường hợp này là nước (H2Ô).

Bằng cách lấy hydro (H) từ nước, oxy được giải phóng (O2) như một sản phẩm thải. Nước xâm nhập vào đất từ ​​đất qua rễ. Trong trường hợp tảo và vi khuẩn lam, nó đến từ môi trường nước.

Tất cả oxy phân tử (O2) được tạo ra trong quá trình quang hợp đến từ nước được sử dụng trong quá trình. Trong quang hợp CO được tiêu thụ2, năng lượng mặt trời và nước (H2O) và oxy được giải phóng (O2).

-Giai đoạn trở lại khí quyển

Ô2 tạo ra trong quang hợp được trục xuất vào khí quyển thông qua khí khổng trong trường hợp thực vật. Tảo và vi khuẩn lam đưa nó trở lại môi trường bằng cách khuếch tán màng. Tương tự, các quá trình hô hấp trả lại oxy cho môi trường dưới dạng carbon dioxide (CO2).

-Giai đoạn hô hấp

Để thực hiện các chức năng quan trọng của chúng, các sinh vật sống cần tạo ra hiệu quả năng lượng hóa học được tạo ra bởi quá trình quang hợp. Năng lượng này được lưu trữ dưới dạng các phân tử phức tạp của carbohydrate (đường) trong trường hợp thực vật. Phần còn lại của các sinh vật có được nó từ chế độ ăn uống

Quá trình sinh vật mở ra các hợp chất hóa học để giải phóng năng lượng cần thiết được gọi là hô hấp. Quá trình này được thực hiện trong các tế bào và có hai giai đoạn; một hiếu khí và một kỵ khí khác.

Hô hấp hiếu khí diễn ra trong ty thể ở thực vật và động vật. Ở vi khuẩn, nó được thực hiện trong tế bào chất, vì chúng thiếu ty thể.

Yếu tố cơ bản để thở là oxy như một tác nhân oxy hóa. Trong hơi thở oxy được tiêu thụ (O2) và CO được phát hành2 và nước (H2O), tạo ra năng lượng hữu ích.

CO2 và nước (hơi nước) được giải phóng qua khí khổng trong thực vật. Ở động vật, CO2 nó được giải phóng qua lỗ mũi và / hoặc miệng, và nước qua mồ hôi. Trong tảo và vi khuẩn CO2 được giải phóng bởi sự khuếch tán màng.

Quang dẫn

Ở thực vật với sự hiện diện của ánh sáng, một quá trình tiêu thụ oxy và năng lượng gọi là sự hấp thụ ánh sáng được phát triển. Quang dẫn tăng khi nhiệt độ tăng, do nồng độ CO tăng2 liên quan đến nồng độ của O2.

Sự hấp thụ ánh sáng thiết lập sự cân bằng năng lượng tiêu cực cho nhà máy. Tiêu thụ O2 và năng lượng hóa học (được tạo ra bởi quá trình quang hợp) và giải phóng CO2. Do đó, họ đã phát triển các cơ chế tiến hóa để chống lại nó (chuyển hóa C4 và CAN).

Ý nghĩa

Hiện nay đại đa số cuộc sống là hiếu khí. Không có sự lưu thông của O2 trong hệ thống hành tinh, cuộc sống như chúng ta biết ngày nay sẽ là không thể.

Ngoài ra, oxy tạo thành một tỷ lệ đáng kể của các khối không khí trên mặt đất. Do đó, nó góp phần vào các hiện tượng khí quyển liên quan đến nó và hậu quả của nó: tác động xói mòn, điều hòa khí hậu, trong số những thứ khác.

Trực tiếp, nó tạo ra các quá trình oxy hóa trong đất, khí núi lửa và các cấu trúc nhân tạo kim loại.

Oxy là một nguyên tố có khả năng oxy hóa cao. Mặc dù các phân tử oxy rất ổn định vì chúng hình thành liên kết đôi, nhưng có oxy có độ âm điện cao (khả năng thu hút electron), có khả năng phản ứng cao. Do oxy độ âm điện cao này can thiệp vào nhiều phản ứng oxy hóa.

Thay đổi

Phần lớn các quá trình đốt cháy xảy ra trong tự nhiên đòi hỏi phải có sự tham gia của oxy. Cũng trong những người được tạo ra bởi con người. Các quy trình này đáp ứng cả chức năng tích cực và tiêu cực theo thuật ngữ nhân học.

Việc đốt nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt) góp phần phát triển kinh tế, nhưng đồng thời cũng là một vấn đề nghiêm trọng do đóng góp của nó vào sự nóng lên toàn cầu.

Cháy rừng lớn ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, mặc dù trong một số trường hợp, chúng là một phần của quá trình tự nhiên trong một số hệ sinh thái nhất định.

Hiệu ứng nhà kính

Tầng ozone (O3) trong tầng bình lưu, là lá chắn bảo vệ của khí quyển chống lại sự xâm nhập của bức xạ cực tím dư thừa. Bức xạ năng lượng cao này làm tăng sự nóng lên của Trái đất.

Mặt khác, nó rất gây đột biến và có hại cho các mô sống. Ở người và các động vật khác, nó gây ung thư.

Sự phát xạ của các loại khí khác nhau gây ra sự phá hủy tầng ozone và do đó tạo điều kiện cho sự xâm nhập của bức xạ cực tím. Một số khí này là chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, ethyl bromide, nitơ oxit từ phân bón và halon.

Tài liệu tham khảo

  1. Anbar AD, And Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin và R Buick (2007) A Whiff of Oxygen trước sự kiện oxy hóa vĩ đại? Khoa học 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Hà Lan, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee và NJ Beukes. (2004) Hẹn hò với sự gia tăng của oxy trong khí quyển. Thiên nhiên 427: 117-120.
  3. Farquhar J và DT Johnston. (2008) Chu trình oxy của các hành tinh trên mặt đất: Hiểu biết sâu sắc về quá trình xử lý và lịch sử oxy trong môi trường bề mặt. Nhận xét trong Khoáng vật học và Địa hóa học 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Chu trình oxy trong khí quyển: Các đồng vị oxy của CO trong khí quyển2 và O2 và O2/ N2 Reviws của Địa vật lý, bổ sung. Hoa Kỳ: Báo cáo quốc gia cho Liên minh quốc tế về trắc địa và địa vật lý 1991-1994. Trang. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians và HC Heller (2003). Khoa học sinh học. Lần thứ 6 Sinauer Associates, Inc. và WH Freeman và Công ty. 1044 p.