KALCIUMCYKEL: EGENSKAPER, STADIER OCH VIKT - KEMI - 2026

Det kalcium cykeln är cirkulationen och lagring på jorden av detta element, som omfattar levande varelser, litosfären och hydrosfären. Det är en sedimentär biogeokemisk cykel där kalcium cirkulerar som en mjukmetall av alkalisk jord, saknar ett gasformigt stadium.

Steget med större cirkulation av kalcium är det biologiska, eftersom det konsumeras av levande varelser och används i deras strukturer och metabolism. När levande varelser är döda integreras kalcium i den fysiska miljön som en del av jorden och havsbotten.

Kalcium. Källa: Pumbaa (originalverk av Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Det finns omfattande avlagringar av skal och ben särskilt på havsbotten och i de stora sjöarna. Dessa strukturer blandas med sediment och täcks av successiva lager under miljoner år.

De nedre lagren av sediment utsätts för högt tryck som bildar sedimentära bergarter som sedan utsätts för ytan på grund av geologiska geologiska processer. Exponerade stenar utsätts för väderutveckling och erosion, vilket släpper ut kalcium som är integrerat i jorden eller som tvättas bort.

I jorden absorberas den främst av växter och i havet av fytoplankton och andra organismer. Kalcium används för olika strukturella och metaboliska ändamål, till exempel tillverkning av skal.

Kalciumcykeln är viktig eftersom det tillåter att detta element är tillgängligt i sina olika stadier och uppfyller olika funktioner. Genom att vara en del av strukturen hos levande organismer, deltar sålunda i bildandet av markrelief, reglerar pH i jord och vatten och fungerar som råmaterial för mänsklig industri.

Generella egenskaper

- Kalcium

Kalcium (Ca) är en mjuk alkalisk jordartsmetall med atomnummer 20 och atommassa 40,078, vars vanliga tillstånd är fast. Bildar oxider som fungerar som starka baser och reagerar våldsamt vid kontakt med syror.

- Din cykel

Kalcium uppfyller en biogeokemisk cykel av sedimentär typ, eftersom det saknar en gasfas och de största reserverna är i litosfären. Det är nära besläktat med kol, vatten och fosforcykler.

Rock erosion

Cykeln utvecklas från förvitring och erosion av kalkhaltiga bergarter som frigör kalcium som avsätts i jorden. På samma sätt kan det tvättas bort upplöst i avrinningsvatten i floder, sjöar och hav.

När regnvatten kommer i kontakt med atmosfärisk CO2 bildar det H2CO3 som löser kalksten och frigör Ca2 + och HCO3-. Å andra sidan förvandlar CO2 som transporteras av regnvattnet det olösliga karbonatet till lösligt bikarbonat.

Absorption och användning av levande varelser

Kalcium (Ca2 +) i jorden absorberas av växter och i vattendrag av vattenlevande organismer. I kroppen uppfyller kalcium olika metaboliska funktioner och när organismer dör återvänder det till den fysiska miljön, som transporteras bort av avloppsvatten i floder, sjöar och hav.

Sten formation

Djurskeletter (inre och yttre eller skal) avlagras på havsbotten som en del av sedimenten. Sedimentlagren täcks och komprimeras under miljoner år för att bilda kalkhaltiga bergarter.

Kalka klippor. Källa: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Senare diastrofala processer (sprickor och uppåtgående rörelser av jordskorpan) utsätter klipporna för ytan. På detta sätt är cykeln stängd, eftersom klipporna åter väder ut (klimatelementens verkan) och väder ut och eroderas.

Stadier av kalciumcykeln

De steg som kalcium går igenom i sin lagrings- och cirkulationscykel ges av de fack där dessa processer inträffar. Dessa är jordskorpan och en del av jordens mantel (litosfär), vattendrag (hydrosfär) och levande organismer.

- Geologiskt stadium

I det geologiska stadiet, som är avdelat i jordskorpan och manteln, är det där den största mängden kalciumlagring finns. Kalcium är det femte vanligaste elementet i litosfären och utgör 3,5% av jordskorpan.

Det finns en del av stenar som kalksten, dolomit, marl och marmor, medan kalksten och dolomit bildar enorma bergskedjor över hela planeten. På samma sätt är det en del av andra naturliga föreningar som gips och albaster (kalciumsulfat).

I mineralform erhålls det som kalciumkarbonat (CaCO3) från kalcit, dolomit och andra kristallina former såsom aragonit.

Kalksten

Det är en mycket riklig typ av sedimentär berg som härstammar från forntida marina eller lakustrinavlagringar (sjöar), bestående av 99% kalciumkarbonat. Dessa stenar bildar horisontella skikt eller deformeras av katastrofala rörelser och deras väderbildning ger upphov till neutrala till basiska jordar (pH 7 eller högre), rik på kalcium.

Dolomit

Den består av ett sedimentärt berg som bildas i grunda marina avlagringar genom en kemisk substitutionsreaktion. I detta fall deltar magnesium i mineralkonformationen och bildar dolomit eller kalciummagnesiumkarbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

Det är sedimentära stenar som bildas av 1/3 till 2/3 av kalciumkarbonat och resten av leror. Dessa stenar överlever i torra områden, eftersom de är mycket mottagliga för erosion av vatten.

Marmor

Om kalkstenar utsätts för höga temperaturer och tryck i djupa lager av jordskorpan bildas marmor. Detta är en mycket kompakt metamorf berg med en hög grad av kristallisation.

- Hydrologiskt stadium

Kalcium upplöses i floder, sjöar och hav som kalciumklorid (är den vanligaste jon i detta medium) och kalciumkarbonat. I haven är kalciumkarbonat (CaCO3) stabilt på djup mindre än 4500 m.

Kalcium i detta medium finns i levande organismer och i kalkstenavlagringar på havsbotten. Detta är djupgränsen för karbonatkompensering, varefter CaCO3 upplöses och inte bildar kalkstenavlagringar.

- Biologiskt stadium

Förflyttning av kalcium från jorden till rötterna. Från xylem till plantans blad. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

I detta skede når kalciumcykeln sin största cirkulation och är avgörande för levande varelser eftersom den som en Ca2 + -jon är en del av utbytningsmekanismerna i cellmembranen. Å andra sidan är det en viktig beståndsdel av ben, tänder, äggskal och skal.

Kalciumskal i musslor. Källa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

På detta sätt cirkulerar kalcium i biosfären och när organismer dör återvänder det till sedimenten för att bilda nya stenar över tid.

Människan

Ett enastående element i det biologiska stadiet i kalciumcykeln är människans roll i att använda detta element som ett råmaterial. Detta element extraheras, transporteras och används i stora mängder på olika sätt.

I öppna gruvor utvinns kalksten för att använda den som ett konstruktionselement eller för att slipa det och använda det som ett industriellt råmaterial. Skalarna mals också för att tillverka gödselmedel och andra produkter.

Skal av foraminifera och blötdjur

Skalarna från dessa djur bildas av kalciumkarbonat, kristalliserade som kalcit eller aragonit. Dessa är två mineralformer med samma sammansättning (CaCO3) men som kristalliserar olika.

Blötdjur bildar sina skal från en flytande form av kalcium som utsöndras av specialiserade celler. Det innersta skiktet av skalet är den nacre som bildas av aragonitkristaller blandade med conchiolinproteinet.

Betydelse

Cirkulationen av kalcium, som utgör dess karakteristiska cykel, är nödvändig för att göra detta element tillgängligt för levande varelser. Tack vare de processer som släpper ut kalcium från stenar och får det att cirkulera finns livet som vi känner till det.

- Väsentligt element för livet

Kalcium är viktigt för livet, eftersom det är både ett strukturellt och ett metaboliskt element. Strukturellt sett är det en grundläggande del i konformationen av både inre och yttre skelett.

Hos beniga djur är kalcium huvudkomponenten i benen (inre skelettet), även i tänderna. I foraminifera (protister) och blötdjur (sniglar och musslor) är det huvudingrediensen för bildandet av det yttre skelettet, det vill säga skalen.

Ämnesomsättning

Kalcium är ett transportmedel i cellmembran, så det spelar en viktig roll i ämnesomsättningen. I cellmembran finns det kalciumkanaler som gör det möjligt att passera detta element i celler.

Kalciumkanaler. Källa: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Public domain

Detta reglerar förhållandet mellan kalciumkoncentrationer mellan insidan och utsidan av cellen och aktiverar olika metaboliska processer. Till exempel är dessa mekanismer väsentliga för nervsystemets och muskelsystemets funktion och spelar därför en relevant roll i hjärtfunktionen.

- Mat och hälsa

Från människans synvinkel gör kalciumcykeln det möjligt att göra detta element tillgängligt för mat och människors hälsa. Framför allt är det viktigt vid produktion och beredning av mejerimat för barn.

På liknande sätt används dess intag för medicinska ändamål vid behandling av kalciumbristsjukdomar såsom osteoporos. Denna benförsvagande sjukdom är särskilt allvarlig hos äldre, särskilt hos kvinnor.

- Pärlorna

När en främmande kropp invaderar ostron täcker den den med pärlemor och därmed bildas en pärla. Pärlor når höga värden på smyckemarknaden över hela världen.

- Industriell råvara

Kalksten används industriellt för olika ändamål, till exempel tillverkning av cement. Dessa stenar används också direkt som byggnadsmaterial på grund av deras enkla snidning.

Vidare används kalcium som ett deoxidiseringsmedel och reduktionsmedel i olika processer, särskilt inom metallurgisk industri.

Kalk

Som snabbkalk, även kallad byggkalk, är de kalciumoxider som används som bindemedel och beläggning i konstruktionen. På samma sätt används det vid tillverkning av tvål, papper, glas, gummi och i läderbrun.

På samma sätt har det olika användningsområden inom livsmedelsindustrin och i vattenrening. Även om det är slackt kalk eller kalciumhydroxid, används det också inom industri och jordbruk.

- pH-reglering av jord

Innehållet av kalciumoxider i jorden påverkar regleringen av pH. I jordbruket används snabbkalk som jordbruksändring för att minska jordens surhet och även som gödselmedel.

- Kalkvatten eller hårt vatten

När vatten cirkulerar i miljöer som är rika på kalcium och magnesium, löser det upp salter av dessa element och kallas kalkhaltigt eller hårt vatten. Vattenkvalitetsgränsen är 120 mg CaCO3 / liter, över vilken vattnet anses vara hårt.

Vatten med högt kalciuminnehåll kan orsaka hälsoproblem, särskilt relaterade till hjärt-kärlsystemet. Dessutom producerar hårt vatten kalkavlagringar i rören som hindrar cirkulationen.

- Kalka och grottor

I kalkhaltiga bergarter bildar ofta hydratisering underjordiska grottasystem med intressanta inre konfigurationer. Bland dessa skiljer sig bildandet av stalaktiter och stalagmiter på grund av kalciumkarbonatavlagringar från läckorna i dessa grotters tak.

Dessa kalkhaltiga system utför också filtreringsfunktionen för grundvatten på grund av dess porositet och bildar vattenmassor.

referenser

1. Calow, P. (red.) (1998). Uppslagsverket för ekologi och miljöledning.
2. Christopher R. och Fielding, CR (1993). En genomgång av nyligen genomförd forskning inom fluvial sedimentology. Sedimentär geologi.
3. Margalef, R. (1974). Ekologi. Omega-utgåvor.
4. Miller, G. och TYLER, JR (1992). Ekologi och miljö. Grupo Redaktion Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP och Warrett, GW (2006). Grundläggande för ekologi. Femte upplagan. Thomson.