خصائص دورة الأكسجين والخزانات والمراحل والأهمية

ال دورة الأكسجين إنه يشير إلى حركة الدورة الدموية للأكسجين على الأرض. إنها دورة كيميائية حيوية غازية. الأكسجين هو ثاني أكثر العناصر وفرة في الغلاف الجوي بعد النيتروجين ، والثاني الأكثر وفرة في الغلاف المائي بعد الهيدروجين. بهذا المعنى ، ترتبط دورة الأكسجين بدورة الماء.

تشتمل حركة الدورة الدموية للأكسجين على إنتاج الأكسجين ثنائي الأكسجين أو الجزيئي لذرتين (OR)₂). يحدث هذا بسبب التحلل المائي أثناء عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها الكائنات العضوية المختلفة.

يا₂ تستخدمه الكائنات الحية في التنفس الخلوي ، مما ينتج عنه إنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO)₂) ، وهذا الأخير هو واحد من المواد الخام لعملية التمثيل الضوئي.

من ناحية أخرى ، يحدث التحلل الضوئي (التحلل المائي الناتج عن الطاقة الشمسية) لبخار الماء الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية للشمس في الغلاف الجوي العلوي. يتحلل الماء إطلاق الهيدروجين المفقود في الستراتوسفير ويتكامل الأكسجين في الجو.

عند تفاعل جزيء O₂ مع ذرة الأكسجين ، يتم إنتاج الأوزون (O₃). الأوزون يشكل طبقة ما يسمى الأوزون.

مؤشر

• 1 الخصائص
  • 1.1 الأصل
  • 1.2 الجو البدائي
  • 1.3 الطاقات التي تقود الدورة
  • 1.4 العلاقة بالدورات الجيوكيميائية الأخرى
• 2 الخزانات
  • 2.1 الأرض
  • 2.2 الجو
  • 2.3 الغلاف المائي
  • 2.4 الغلاف الجليدي
  • 2.5 الكائنات الحية
• 3 مراحل
  • 3-1 المرحلة البيئية للخزان والمصدر: الغلاف الجوي للغلاف الجليدي - الغلاف الجليدي
  • 3.2 مرحلة التمثيل الضوئي
  • 3.3-عودة الغلاف الجوي المرحلة
  • 3.4 - المرحلة التنفسية
• 4 الأهمية
• 5 التعديلات
  • 5.1 تأثير الاحتباس الحراري
• 6 المراجع

ملامح

الأكسجين عنصر كيميائي غير معدني. عددها الذري هو 8 ، أي أنه يحتوي على 8 بروتونات و 8 إلكترونات في حالتها الطبيعية. في ظل الظروف العادية للحرارة والضغط ، فإنه موجود على شكل غاز مؤكسج وعديم اللون وعديم الرائحة. الصيغة الجزيئية لها هي O₂.

يا₂ يتضمن ثلاثة نظائر مستقرة: ¹⁶O, ¹⁷يا و ¹⁸O. الشكل السائد في الكون هو ¹⁶على الأرض ، يمثل 99.76٪ من إجمالي الأكسجين. ال ¹⁸أو يمثل 0.2 ٪. النموذج ¹⁷أو أنه نادر جدًا (حوالي 0.04٪).

مصدر

الأكسجين هو العنصر الثالث في وفرة في الكون. إنتاج النظير ¹⁶أو بدأت في الجيل الأول من حرق الهيليوم الشمسية الذي حدث بعد الانفجار الكبير.

إن إنشاء دورة نواة لتخليق الكربون بين النيتروجين والأكسجين في الأجيال اللاحقة من النجوم قد وفر المصدر الغالب للأكسجين في الكواكب.

درجات الحرارة العالية والضغوط تنتج الماء (H₂O) في الكون عن طريق توليد تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين. الماء هو جزء من التشكل في جوهر الأرض.

تطلق نواتج الصهارة الماء على شكل بخار وتدخل في دورة المياه. تتحلل المياه عن طريق التحلل الضوئي في الأكسجين والهيدروجين من خلال التمثيل الضوئي ، والأشعة فوق البنفسجية في المستويات العليا من الغلاف الجوي.

الجو البدائي

كان الجو البدائي قبل تطور التمثيل الضوئي من البكتيريا الزرقاء اللاهوائية. بالنسبة للكائنات الحية المتكيفة مع هذا الجو ، كان الأكسجين غازًا سامًا. حتى اليوم ، ينتج جو من الأكسجين النقي عن أضرار لا يمكن إصلاحها للخلايا.

في النسب التطورية للبكتيريا الزرقاء الحالية ، نشأت عملية التمثيل الضوئي. بدأ هذا لتغيير تكوين الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2300 - 700 مليون سنة.

تغيير الكائنات العضوية في التمثيل الضوئي غير تكوين الغلاف الجوي. تطورت الحياة نحو التكيف مع الأجواء الهوائية.

الطاقات التي تقود الدورة

يمكن أن تكون القوى والطاقات التي تعمل عن طريق دفع دورة الأكسجين طاقة حرارية أرضية ، عندما تطرد الصهارة بخار الماء ، أو يمكن أن تأتي من الطاقة الشمسية.

هذا الأخير يوفر الطاقة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي. إن الطاقة الكيميائية في صورة الكربوهيدرات الناتجة عن التمثيل الضوئي ، تدفع بدورها جميع العمليات الحية عبر السلسلة الغذائية. بالطريقة نفسها ، تنتج الشمس تسخينًا تفاضليًا كوكبيًا وتتسبب في التيارات البحرية والجوية.

العلاقة مع دورات البيوكيميائية الأخرى

بسبب وفرة وفاعلية عالية ، يتم توصيل دورة الأكسجين إلى دورات أخرى مثل CO₂, نيتروجين₂) ودورة المياه (ح₂O). هذا يعطيها شخصية متعددة الدورية.

خزانات O₂ و CO₂  ترتبط من خلال العمليات التي تنطوي على إنشاء (التمثيل الضوئي) وتدمير (التنفس والاحتراق) من المواد العضوية. في المدى القصير ، تشكل تفاعلات الحد من الأكسدة المصدر الرئيسي لتقلب تركيز O₂ في الجو.

تحصل البكتيريا المكلِّفة على الأكسجين لتنفسها من النترات من التربة ، وتطلق النيتروجين.

الخزانات

الأرضي

الأكسجين هو أحد المكونات الرئيسية للسيليكات. لذلك ، فإنه يشكل جزءًا مهمًا من الوشاح وقشرة الأرض.

• نواة الأرض: في الوشاح الخارجي السائل للنواة الأرضية يوجد ، إلى جانب الحديد ، عناصر أخرى ، من بينها الأكسجين.
• الكلمة: ينتشر الهواء في الفراغات بين الجسيمات أو المسام في التربة. يتم استخدام هذا الأكسجين بواسطة الميكروبات التربة.

جو

21 ٪ من الغلاف الجوي يتكون من الأكسجين في شكل ثنائي الأكسجين (O₂). الأشكال الأخرى لوجود الأكسجين في الغلاف الجوي هي بخار الماء (H₂O) ، ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والأوزون (O₃).

• بخار الماء: تركيز بخار الماء متغير ، وهذا يتوقف على درجة الحرارة والضغط الجوي وتيارات الدورة الدموية في الغلاف الجوي (دورة المياه).
• ثاني أكسيد الكربون: CO₂ يمثل حوالي 0.03 ٪ من حجم الهواء. منذ بداية الثورة الصناعية ، زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون₂ في الجو بنسبة 145 ٪.
• الأوزون: هو جزيء موجود في الستراتوسفير بكمية منخفضة (0.03 - 0.02 جزء لكل مليون حسب الحجم).

المحيط المائي

71 ٪ من سطح الأرض مغطاة بالماء. في المحيطات ، يتركز أكثر من 96٪ من المياه الموجودة على سطح الأرض. 89 ٪ من كتلة المحيطات هي الأكسجين. CO₂ كما يذوب في الماء ويخضع لعملية التبادل مع الغلاف الجوي.

الغلاف الجليدي

يشير الغلاف الجليدي إلى كتلة المياه المجمدة التي تغطي مناطق معينة من الأرض. تحتوي هذه الكتل الجليدية على 1.74٪ تقريبًا من الماء في قشرة الأرض. من ناحية أخرى ، يحتوي الجليد على كميات متفاوتة من الأكسجين الجزيئي المحاصرين.

Oالكائنات الحية

تحتوي معظم الجزيئات التي تتكون منها بنية الكائنات الحية على الأكسجين. من ناحية أخرى ، فإن نسبة عالية من الكائنات الحية هي الماء. لذلك ، فإن الكتلة الحيوية الأرضية هي أيضًا احتياطي للأكسجين.

مراحل

بشكل عام ، تشتمل الدورة التي يتبعها الأكسجين كعامل كيميائي على منطقتين كبيرتين تشكلان طابعها الكيميائي الحيوي. يتم تمثيل هذه المناطق في أربع مراحل.

تشمل المنطقة الجغرافية الأرضية التشريد والاحتواء في الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الجليدي والأكسجين. ويشمل ذلك المرحلة البيئية للخزان والمصدر ، ومرحلة العودة إلى البيئة.

في المجال البيولوجي ، يتم تضمين مرحلتين أيضا. أنها ترتبط مع التمثيل الضوئي والتنفس.

-المرحلة البيئية للخزان والمصدر: الغلاف الجوي للغلاف الجليدي - الغلاف الجليدي

جو

المصدر الرئيسي للأكسجين في الغلاف الجوي هو التمثيل الضوئي. ولكن هناك مصادر أخرى يمكن من خلالها دمج الأكسجين في الجو.

واحدة من هذه هي عباءة الخارجي السائل من جوهر الأرض. يصل الأكسجين إلى الجو في شكل بخار الماء من خلال الانفجارات البركانية. يرتفع بخار الماء إلى طبقة الستراتوسفير حيث يخضع للتحلل الضوئي نتيجة للإشعاع عالي الطاقة الصادر عن الشمس ويتم إنتاج الأكسجين الحر.

من ناحية أخرى ، ينبعث التنفس الأكسجين في شكل ثاني أكسيد الكربون₂.  تستهلك عمليات الاحتراق ، وخاصة العمليات الصناعية ، الأكسجين الجزيئي وتوفر ثاني أكسيد الكربون₂ في الجو.

في التبادل بين الغلاف الجوي والغلاف المائي ، يمر الأكسجين المذاب في كتل الماء إلى الغلاف الجوي. من ناحية أخرى ، فإن CO₂ يذوب الغلاف الجوي في الماء كما حمض الكربونيك. الأكسجين المذاب في الماء يأتي بشكل رئيسي من التمثيل الضوئي للطحالب والبكتيريا الزرقاء.

الستراتوسفير

في المستويات الأعلى من الغلاف الجوي ، تعمل الإشعاعات عالية الطاقة على تحلل بخار الماء. الإشعاع على الموجة القصيرة ينشط جزيئات O₂. هذه تنقسم إلى ذرات خالية من الأكسجين (O).

تتفاعل هذه الذرات الحرة O مع جزيئات O₂ وإنتاج الأوزون (O₃). رد الفعل هذا هو عكسها. بسبب الأشعة فوق البنفسجية و₃ تتحلل إلى ذرات خالية من الأكسجين مرة أخرى.

يشكل الأكسجين كعنصر في الهواء الجوي جزءًا من تفاعلات الأكسدة المختلفة ، حيث ينضم إلى مركبات أرضية مختلفة. الحوض الكبير للأكسجين هو أكسدة الغازات الناتجة عن الانفجارات البركانية.

المحيط المائي

أكبر تركيز للمياه على الأرض هو المحيطات ، حيث يوجد تركيز موحد لنظائر الأكسجين. ويرجع ذلك إلى التبادل المستمر لهذا العنصر مع قشرة الأرض من خلال عمليات الدورة المائية الحرارية.

عند حدود الصفائح التكتونية وتلال المحيط ، يتم إنشاء عملية مستمرة لتبادل الغازات.

الغلاف الجليدي

تشكل كتل الجليد الأرضي ، بما في ذلك كتل الجليد القطبي والأنهار الجليدية والتربة الصقيعية ، حوضًا مهمًا من الأكسجين في شكل ماء في الحالة الصلبة.

الأرضي

وبالمثل ، يشارك الأكسجين في التبادل الغازي مع التربة. هناك يشكل عنصرا حيويا للعمليات التنفسية للكائنات الحية في التربة.

الحوض المهم في التربة هو عمليات الأكسدة المعدنية وحرق الوقود الأحفوري.

الأكسجين الذي هو جزء من جزيء الماء (H₂O) يتبع دورة المياه في عمليات التبخر - النتح والتكثف - الترسيب.

-مرحلة التمثيل الضوئي

تتم عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. أثناء المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي ، يكون عامل الاختزال مطلوبًا ، أي مصدر الإلكترونات. وقال وكيل في هذه الحالة هو الماء (H₂O).

عن طريق أخذ الهيدروجين (H) من الماء ، يتم إطلاق الأكسجين (O₂) كمنتج النفايات. الماء يدخل التربة من التربة من خلال الجذور. في حالة الطحالب والبكتيريا الزرقاء ، فهي تأتي من البيئة المائية.

جميع الأكسجين الجزيئي (O₂) ينتج خلال عملية التمثيل الضوئي من الماء المستخدم في العملية. في التمثيل الضوئي CO يستهلك₂, الطاقة الشمسية والمياه (ح₂O) ، ويتم إطلاق الأكسجين (O₂).

-مرحلة العودة في الغلاف الجوي

يا₂ ولدت في عملية التمثيل الضوئي في الغلاف الجوي من خلال الثغور في حالة النباتات. تقوم الطحالب والبكتيريا الزرقاء بإعادتها إلى البيئة بواسطة انتشار الغشاء. وبالمثل ، تعيد عمليات التنفس الأكسجين إلى البيئة في شكل ثاني أكسيد الكربون (CO₂).

-المرحلة التنفسية

لأداء وظائفها الحيوية ، تحتاج الكائنات الحية إلى جعل الطاقة الكيميائية الناتجة عن التمثيل الضوئي فعالة. يتم تخزين هذه الطاقة في شكل جزيئات معقدة من الكربوهيدرات (السكريات) في حالة النباتات. بقية الكائنات الحصول عليها من النظام الغذائي

وتسمى العملية التي تتكشف عن الكائنات الحية المركبات الكيميائية لإطلاق الطاقة المطلوبة التنفس. تتم هذه العملية في خلايا ولها مرحلتان ؛ واحد الهوائية وآخر اللاهوائية.

التنفس الهوائي يحدث في الميتوكوندريا في النباتات والحيوانات. في البكتيريا تتم في السيتوبلازم ، لأنها تفتقر إلى الميتوكوندريا.

العنصر الأساسي للتنفس هو الأكسجين كعامل مؤكسد. في التنفس يتم استهلاك الأكسجين (O₂) ويصدر CO₂ والماء (ح₂O) ، إنتاج الطاقة المفيدة.

CO₂ ويتم إطلاق الماء (بخار الماء) من خلال الثغور في النباتات. في الحيوانات CO₂ يتم إطلاقه من خلال الخياشيم و / أو الفم ، والماء من خلال العرق. في الطحالب والبكتيريا CO₂ يتم الافراج عن طريق نشر الغشاء.

تنفس ضوئي الإحداث

في النباتات التي توجد فيها ضوء ، يتم تطوير عملية تستهلك الأكسجين والطاقة التي يطلق عليها التنفس الضوئي. يزيد التنفس الضوئي مع زيادة درجة الحرارة ، بسبب الزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون₂ فيما يتعلق بتركيز O₂.

Photorespiration يؤسس توازن طاقة سلبي للمصنع. تستهلك يا₂ والطاقة الكيميائية (التي تنتجها عملية التمثيل الضوئي) وإطلاقات CO₂. لذلك طوروا آليات تطورية لمواجهتها (الأيض C4 و CAN).

أهمية

حاليا الغالبية العظمى من الحياة الهوائية. دون تداول O₂ في النظام الكوكبي ، ستكون الحياة كما نعرفها اليوم مستحيلة.

بالإضافة إلى ذلك ، يشكل الأكسجين نسبة كبيرة من كتل الهواء الأرضية. لذلك ، فإنه يساهم في الظواهر الجوية المرتبطة به وعواقبه: الآثار التآكلية ، تنظيم المناخ ، من بين أمور أخرى.

مباشرة ، فإنه يولد عمليات الأكسدة في التربة والغازات البركانية والهياكل الاصطناعية المعدنية.

الأكسجين عنصر ذو قدرة أكسدة عالية. على الرغم من أن جزيئات الأكسجين مستقرة للغاية لأنها تشكل رابطة مزدوجة ، حيث تحتوي الأكسجين على قدرة كهربية عالية (القدرة على جذب الإلكترونات) ، فإن لها قدرة تفاعل عالية. وبسبب هذا الأكسجين العالي التدخل الكهربائي يتدخل في العديد من تفاعلات الأكسدة.

التعديلات

الغالبية العظمى من عمليات الاحتراق التي تحدث في الطبيعة تتطلب مشاركة الأكسجين. أيضا في تلك التي أنشأتها الإنسان. هذه العمليات على حد سواء الوفاء بالوظائف الإيجابية والسلبية من حيث الأنثروبولوجية.

يساهم احتراق الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز) في التنمية الاقتصادية ، ولكنه يمثل في الوقت نفسه مشكلة خطيرة بسبب مساهمته في الاحتباس الحراري.

تؤثر حرائق الغابات الكبيرة على التنوع البيولوجي ، رغم أنها في بعض الحالات جزء من العمليات الطبيعية في بعض النظم الإيكولوجية.

تأثير الدفيئة

طبقة الأوزون₃) في الستراتوسفير ، هو الدرع الواقي للغلاف الجوي ضد دخول الأشعة فوق البنفسجية الزائدة. يزيد هذا الإشعاع النشط للغاية من ارتفاع حرارة الأرض.

من ناحية أخرى ، هو مطفرة للغاية ومضرة للأنسجة الحية. في البشر والحيوانات الأخرى ، أنها مسببة للسرطان.

يؤدي انبعاث الغازات المختلفة إلى تدمير طبقة الأوزون وبالتالي يسهل دخول الأشعة فوق البنفسجية. بعض هذه الغازات هي مركبات الكربون الكلورية فلورية ومركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية وبروميد الإيثيل وأكاسيد النيتروجين من الأسمدة والهالونات.

مراجع

1. Anbar AD، and Duan، TW Lyons، GL Arnold، B Kendall، RA Creaser، AJ Kaufman، WG Gordon، S Clinton، J Garvin and R Buick (2007) A Whiff of Oxygen Before the Great Oxidation Event؟ العلوم 317: 1903-1906.
2. Bekker A و HD Holland و PL Wang و D Rumble و HJ Stein و JL Hannah و LL Coetzee و NJ Beukes. (2004) التي يرجع تاريخها ظهور الأكسجين في الغلاف الجوي. الطبيعة 427: 117-120.
3. Farquhar J و DT Johnston. (2008) دورة الأكسجين لكواكب الأرض: رؤى في معالجة وتاريخ الأكسجين في البيئات السطحية. مراجعات في علم المعادن والجيوكيمياء 68: 463-492.
4. Keeling RF (1995) دورة الأكسجين الجوي: نظائر الأكسجين CO₂ و يا₂ و يا₂/ لا₂ Reviws الجيوفيزياء ، الملحق. الولايات المتحدة: تقرير وطني إلى الاتحاد الدولي للجيوديسيا والجيوفيزياء 1991-1994. ص. 1253-1262.
5. Purves WK، D Sadava، GH Orians and HC Heller (2003) Life. علم الأحياء. 6th Edt. سيناور أسوشيتس ، وشركة و. دبليو فريمان وشركاه. 1044 ص.