SYRECYKEL: EGENSKAPER, RESERVOARER OCH STADIER - MILJÖ - 2025

Den syrecykeln hänför sig till den cirkulerande rörelse av syre på jorden. Det är en gasformig biogeokemisk cykel. Syre är det näst vanligaste elementet i atmosfären efter kväve och det näst vanligaste i hydrosfären efter väte. I denna mening är syrgascykeln ansluten till vattencykeln.

Cirkulationsrörelse av syre innefattar produktion av dioxygen eller molekylärt syre av två atomer (O ₂ ). Detta sker på grund av hydrolys under fotosyntes som utförs av de olika fotosyntetiska organismerna.

Syrebehållare: Molnskog, Waraira Repano nationalpark, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, från Wikimedia Commons

O ₂ används av levande organismer i cellulär andning och skapar koldioxidproduktion (CO ₂ ), varvid den senare är ett av råvarorna för fotosyntesprocessen.

Å andra sidan, i den övre atmosfären inträffar fotolys (hydrolys aktiverad av solenergi) av vattenånga, orsakad av ultraviolett strålning från solen. Vatten sönderdelas och frigör väte som går förlorat i stratosfären och syre integreras i atmosfären.

När en O _2- molekyl interagerar med en syreatom, produceras ozon (O ₃ ). Ozon utgör det så kallade ozonskiktet.

egenskaper

Syre är ett icke-metalliskt kemiskt element. Dess atomnummer är 8, det vill säga den har 8 protoner och 8 elektroner i sitt naturliga tillstånd. Under normala förhållanden för temperatur och tryck är den närvarande i form av dioxigas, färglös och luktfri. Dess molekylformel är O ₂ .

O ₂ innehåller tre stabila isotoper: ¹⁶ O, ¹⁷ O och ¹⁸ O. Den dominerande formen i universum är ¹⁶ O. På jorden representerar den 99,76% av totalt syre. Den ¹⁸ O representerar 0,2%. ¹⁷ O- formen är mycket sällsynt (~ 0,04%).

Ursprung

Syre är det tredje vanligaste elementet i universum. Produktionen av ¹⁶ O- isotopen började i den första generationen av solheliumförbränning som inträffade efter Big Bang.

Upprättandet av kol-kväve-syre-nukleosyntescykeln i senare generationer av stjärnor har gett den dominerande syrekällan på planeterna.

Höga temperaturer och tryck producera vatten (H ₂ O) i universum genom att generera reaktionen av väte med syre. Vatten är en del av sminkningen av jordens kärna.

Magmautbrott avger vatten i form av ånga och detta kommer in i vattnets cykel. Vatten sönderdelas genom fotolys till syre och väte genom fotosyntes och genom ultraviolett strålning i de övre nivåerna i atmosfären.

Primitiv atmosfär

Den primitiva atmosfären före utvecklingen av fotosyntes av cyanobakterier var anaerob. För levande organismer anpassade till den atmosfären var syre en giftig gas. Även i dag orsakar en atmosfär av rent syre irreparabel skada på celler.

Fotosyntes har sitt ursprung i den evolutionära avstamningen av dagens cyanobakterier. Detta började förändra jordens atmosfär för 2,3-2,7 miljarder år sedan.

Spredningen av fotosyntesorganismer förändrade atmosfärens sammansättning. Livet utvecklades mot anpassning till en aerob atmosfär.

Energier som driver cykeln

De krafter och energier som verkar för att driva syrecykeln kan vara geotermiska, när magma driver ut vattenånga, eller den kan komma från solenergi.

Det senare ger den grundläggande energin för fotosyntesprocessen. Den kemiska energin i form av kolhydrater till följd av fotosyntes driver i sin tur alla levande processer genom livsmedelskedjan. På samma sätt producerar solen planetär differentiell uppvärmning och orsakar de marina och atmosfäriska strömmarna.

Förhållande till andra biogeokemiska cykler

På grund av dess överflöd och hög reaktivitet, är syrecykeln ansluten med andra cykler, såsom CO ₂ , kväve (N ₂ ) och vattnets kretslopp (H ₂ O). Detta ger det en multicyklisk karaktär.

De O ₂ och CO ₂ reservoarer är förenade genom processer som involverar skapandet (fotosyntes) och destruktion (andning och förbränning) av organiskt material. På kort sikt, dessa oxidations-reduktionsreaktioner är den största källan till variabilitet i O ₂ -koncentration i atmosfären.

Denitrifierande bakterier får syre för deras andning från nitrater i jorden, vilket frigör kväve.

reservoarer

Geosphere

Syre är en av huvudkomponenterna i silikater. Därför utgör den en betydande del av jordens mantel och skorpa.

• Jordens kärna : i den flytande yttermanteln i jordens kärna finns, förutom järn, andra element, inklusive syre.
• Jorden : i utrymmena mellan partiklar eller porer i jorden sprids luften. Detta syre används av markmikrobiota.

Atmosfär

21% av atmosfären består av syre i form av dioxygen (O ₂ ). De andra former av atmosfär närvaro av syre är vattenånga (H ₂ O), koldioxid (CO ₂ ) och ozon (O ₃ ).

• Vattenånga : koncentrationen av vattenånga varierar beroende på temperatur, atmosfärstryck och atmosfäriska cirkulationsströmmar (vattencykel).
• Koldioxid : CO ₂ representerar cirka 0,03% av luftvolymen. Sedan den industriella revolutionens början har koncentrationen av CO ₂ i atmosfären ökat med 145%.
• Ozon : det är en molekyl som finns i stratosfären i en låg kvantitet (0,03 - 0,02 delar per miljon volym).

HYDROSFÄR

71% av jordytan täcks av vatten. Mer än 96% av vattnet som finns på jordens yta koncentreras i haven. 89% av havsmassan består av syre. CO ₂ löses också i vatten och utsätts för en utbytesprocess med atmosfären.

kryosfären

Kryosfären avser massan av fryst vatten som täcker vissa områden på jorden. Dessa ismassor innehåller cirka 1,74% av vattnet i jordskorpan. Å andra sidan innehåller is varierande mängder fångat molekylärt syre.

ELLER

De flesta molekyler som utgör strukturen för levande saker innehåller syre. Å andra sidan är en hög andel levande saker vatten. Därför är den markbundna biomassan också en syrereserv.

Stages

Generellt sett innefattar cykeln som syre följer som ett kemiskt medel två stora områden som utgör dess karaktär som en biogeokemisk cykel. Dessa områden är representerade i fyra steg.

Det geo-miljöområdet omfattar förskjutningarna och inneslutningen i atmosfären, hydrosfären, kryosfären och syreens geosfär. Detta inkluderar miljöstadiet för reservoaren och källan, och stadiet för återgång till miljön.

Syrecykel. Eme Chicano, från Wikimedia Commons

Två steg ingår också i det biologiska området. De är förknippade med fotosyntes och andning.

-Miljöstadiet i reservoaren och källan: atmosfär-hydrosphere-kryosfär-geosfär

Atmosfär

Den huvudsakliga källan till atmosfäriskt syre är fotosyntes. Men det finns andra källor från vilka syre kan komma in i atmosfären.

En av dessa är den flytande yttermanteln i jordens kärna. Syre når atmosfären som vattenånga genom vulkanutbrott. Vattenånga stiger till stratosfären där den genomgår fotolys som ett resultat av högenergistrålning från solen och fritt syre produceras.

Å andra sidan avger andning syre i form av CO ₂ . Förbränningsprocesser, särskilt industriella processer, konsumerar också molekylärt syre och bidrar CO ₂ till atmosfären.

I utbytet mellan atmosfären och hydrosfären passerar det upplösta syret i vattenmassorna ut i atmosfären. Atmosfärisk CO ₂ löses för sin del i vatten som kolsyra. Löst syre i vatten kommer främst från fotosyntesen av alger och cyanobakterier.

Stratosfär

I de övre nivåerna av atmosfären hydrolyserar högenergisk strålning vattenånga. Kortvågsstrålning aktiverar O _2- molekyler . Dessa delas upp i fria syreatomer (O).

Dessa fria O-atomer reagerar med O ₂ molekyler och producera ozon (O ₃ ). Denna reaktion är reversibel. På grund av effekten av ultraviolett strålning, sönderdelas O ₃ till fria syreatomer igen.

Syre som en komponent i atmosfärisk luft är en del av olika oxidationsreaktioner och integrerar olika markbundna föreningar. En viktig sjunka för syre är oxidation av gaser från vulkanutbrott.

HYDROSFÄR

Den största koncentrationen av vatten på jorden är haven, där det finns en enhetlig koncentration av syreisotoper. Detta beror på det ständiga utbytet av detta element med jordskorpan genom hydrotermiska cirkulationsprocesser.

Vid gränserna för de tektoniska plattorna och havsryggarna genereras en konstant process för gasutbyte.

kryosfären

Landismassor, inklusive polära ismassor, glaciärer och permafrost, utgör ett viktigt syre för syre i form av fast tillståndsvatten.

Geosphere

På samma sätt deltar syre i gasutbytet med jorden. Där utgör det det viktiga elementet för andningsprocesser hos markmikroorganismer.

Ett viktigt sjunker i jorden är processerna för mineraloxidation och förbränning av fossilt bränsle.

Det syre som är en del av vattenmolekylen (H ₂ O) följer vattnets kretslopp i förångning-transpira och kondensation-utfällningsprocesser.

- Fotosyntetisk scen

Fotosyntes sker i kloroplaster. Under ljusfasen av fotosyntes krävs ett reduktionsmedel, det vill säga en källa till elektroner. Nämnda medel i detta fall är vatten (H ₂ O).

Genom att ta väte (H) från vatten frigörs syre (O ₂ ) som en avfallsprodukt. Vatten kommer in i växten från marken genom rötterna. När det gäller alger och cyanobakterier kommer det från vattenmiljön.

Allt molekylärt syre (O ₂ ) som produceras under fotosyntes kommer från vattnet som används i processen. I fotosyntesen, CO ₂ , solenergi och vatten (H ₂ O) förbrukas , och syre (O ₂ är) frigörs.

-Atmosfäriskt returresa

O _{2 som} genererats i fotosyntes utvisas i atmosfären genom stomaten för växter. Alger och cyanobakterier återför den till miljön genom membrandiffusion. På samma sätt returnerar andningsförfaranden syre till miljön i form av koldioxid (CO ₂ ).

-Spiratorisk scen

För att utföra sina vitala funktioner måste levande organismer effektivisera den kemiska energin som genereras genom fotosyntes. Denna energi lagras i form av komplexa kolhydratmolekyler (sockerarter) för växter. Resten av organismerna får den från kosten

Den process som levande varelser utvecklar kemiska föreningar för att frigöra den erforderliga energin kallas andning. Denna process sker i celler och har två faser; en aerob och en anaerob.

Aerob andning äger rum i mitokondrierna hos växter och djur. Hos bakterier utförs det i cytoplasma eftersom de saknar mitokondrier.

Det grundläggande elementet för andning är syre som oxidationsmedel. I andning, syre (O ₂ ) förbrukas och CO ₂ och vatten (H ₂ O) frigörs, producera användbar energi.

CO ₂ och vatten (vattenånga) frigörs genom stomata i växter. Hos djur frisätts CO ₂ genom näsborrarna och / eller munnen och vatten genom svett. Hos alger och bakterier frisätts CO ₂ genom membrandiffusion.

fotorespiration

I växter, i närvaro av ljus, utvecklas en process som förbrukar syre och energi som kallas fotorespiration. Fotorespiration ökar med ökande temperatur, på grund av ökningen i koncentrationen av CO ₂ i förhållande till koncentrationen av O ₂ .

Fotorespiration skapar en negativ energibalans för anläggningen. Den förbrukar O ₂ och kemisk energi (producerad genom fotosyntes) och frigör CO ₂ . Av denna anledning har de utvecklat evolutionära mekanismer för att motverka den (C4- och CAN-metabolism).

Betydelse

I dag är den stora majoriteten av livet aerob. Utan cirkulationen av O ₂ i planetsystemet skulle livet som vi känner det idag vara omöjligt.

Dessutom utgör syre en betydande del av jordens luftmassor. Därför bidrar det till de atmosfäriska fenomen som är kopplade till det och dess konsekvenser: erosiva effekter, bland annat klimatreglering.

Direkt genererar det oxidationsprocesser i jorden, i vulkaniska gaser och på konstgjorda metallstrukturer.

Syre är ett element med hög oxidationsförmåga. Även om syremolekyler är mycket stabila på grund av att de bildar en dubbelbindning, eftersom syre har en hög elektronegativitet (förmågan att locka till sig elektroner), har den en hög reaktiv kapacitet. På grund av denna höga elektronegativitet deltar syre i många oxidationsreaktioner.

ändringar

Det stora flertalet förbränningsprocesser som förekommer i naturen kräver deltagande av syre. Likaså hos de som genereras av människor. Dessa processer uppfyller både positiva och negativa funktioner i antropiska termer.

Förbränning av fossila bränslen (kol, olja, gas) bidrar till den ekonomiska utvecklingen, men är samtidigt ett allvarligt problem på grund av dess bidrag till den globala uppvärmningen.

Stora skogsbränder påverkar den biologiska mångfalden, även om de i vissa fall är en del av naturliga processer i vissa ekosystem.

Växthuseffekt

Ozonskiktet (O ₃ ) i stratosfären är den skyddande atmosfären mot atmosfären mot inträde av överskott av ultraviolett strålning. Denna mycket energiska strålning ökar jordens uppvärmning.

Å andra sidan är den mycket mutagen och skadlig för levande vävnader. Hos människor och andra djur är den cancerframkallande.

Utsläppen av olika gaser orsakar förstörelse av ozonskiktet och underlättar därför inträde av ultraviolett strålning. Vissa av dessa gaser är klorfluorkolväten, klorfluorkolväten, etylbromid, kväveoxider från gödselmedel och haloner.

referenser

1. Anbar AD, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin och R Buick (2007) A Whiff of Oxygen Before the Great Oxidation Event? Science 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee och NJ Beukes. (2004) Daterar ökningen av atmosfäriskt syre. Naturen 427: 117-120.
3. Farquhar J och DT Johnston. (2008) Syrecykeln för de terrestriska planeterna: Insikter i bearbetning och historia av syre i ytmiljöer. Recensioner i Mineralogi och geokemi 68: 463–492.
4. Keeling RF (1995) Atmosfärisk syrecykel: Syreisotoperna i atmosfäriska CO ₂ och O ₂ och O ₂ / N ₂ Reviws of Geophysics, kompletterar. USA: National Report to International Union of Geodesy and Geophysics 1991-1994. pp. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians och HC Heller (2003) Life. Biologiens vetenskap. 6: e Edt. Sinauer Associates, Inc. och WH Freeman and Company. 1044 s.