Happisyklin ominaisuudet, säiliöt, vaiheet ja merkitys

happisykli se viittaa hapen verenkiertoon maapallolla. Se on kaasumainen biogeokemiallinen sykli. Happi on toiseksi kaikkein runsas elementti ilmakehässä typen jälkeen, ja toinen on runsain hydrosfäärissä vedyn jälkeen. Tässä mielessä happisykli on kytketty veden kiertoon.

Hapen verenkiertoelementti sisältää kahden hapen tai kahden atomin (OR₂). Tämä johtuu hydrolyysistä fotosynteesin aikana, jonka eri fotosynteettiset organismit suorittavat.

O₂ käytetään elävissä organismeissa soluhengityksessä, jolloin syntyy hiilidioksidin (CO) tuotantoa.₂), jälkimmäinen on yksi fotosynteesimenetelmän raaka-aineista.

Toisaalta auringon ultraviolettisäteilyn aiheuttama vesihöyryn fotolyysi (aurinkoenergian aktivoima hydrolyysi) tapahtuu ylemmässä ilmakehässä. Vesi hajoaa vapauttamalla vetyä, joka häviää stratosfäärissä ja happi on integroitu ilmakehään.

Kun olet vuorovaikutuksessa O-molekyylin kanssa₂ happiatomin kanssa tuotetaan otsonia (O₃). Otsoni muodostaa ns. Otsonikerroksen.

indeksi

• 1 Ominaisuudet
  • 1.1 Alkuperä
  • 1.2 Primitiivinen ilmapiiri
  • 1.3 Sykliä käyttävät energiat
  • 1.4 Suhde muihin biogeokemiallisiin sykleihin
• 2 säiliötä
  • 2.1 Geosfääri
  • 2.2 Ilmapiiri
  • 2.3 Hydrosfääri
  • 2.4 Kryosfääri
  • 2.5 Elävät organismit
• 3 vaihetta
  • 3.1 Säiliön ympäristö ja vaihe: ilmakehän hydrosfääri-kryosfääri-geosfääri
  • 3.2 Fotosynteettinen vaihe
  • 3.3 - Ilmakehän paluuvaihe
  • 3.4 - Hengityselimet
• 4 Tärkeys
• 5 Muutokset
  • 5.1 Kasvihuoneilmiö
• 6 Viitteet

piirteet

Happi on ei-metallinen kemiallinen elementti. Sen atomiluku on 8, eli siinä on 8 protonia ja 8 elektronia luonnollisessa tilassaan. Normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa se on läsnä dioksigeenisen, värittömän ja hajuttoman kaasun muodossa. Sen molekyylikaava on O₂.

O₂ sisältää kolme stabiilia isotooppia: ¹⁶O, ¹⁷O ja ¹⁸O. Maailmankaikkeudessa vallitseva muoto on ¹⁶O. Maassa se edustaa 99,76% hapen kokonaismäärästä. ¹⁸Tai edustaa 0,2%. Lomake ¹⁷Tai se on hyvin harvinaista (~ 0,04%).

lähde

Happi on maailmankaikkeuden kolmas osa. Isotoopin tuotanto ¹⁶Tai se alkoi ensimmäisen sukupolven auringon heliumin polttamalla, joka tapahtui Big Bangin jälkeen.

Hiili-typpi-happi-nukleosynteesisyklin luominen tähtien myöhemmille sukupolville on antanut vallitsevan happilähteen planeetoille.

Korkeat lämpötilat ja paineet tuottavat vettä (H₂O) Universumissa tuottamalla vetyreaktio hapen kanssa. Vesi on osa maan ytimen konformaatiota.

Magman puhkeamiset vapauttavat veden höyryn muodossa ja tulevat vesisykliin. Vesi hajoaa fotolyysillä hapessa ja vedyssä fotosynteesin avulla ja ultraviolettisäteilyllä ilmakehän ylemmissä tasoissa.

Primitiivinen ilmapiiri

Ensisijainen ilmapiiri ennen fotosynteesin kehittymistä syanobakteereilla oli anaerobinen. Ilmakehään mukautettujen elävien organismien osalta happi oli myrkyllistä kaasua. Jopa nykyään puhdasta happea ympäröivä ilmakehä aiheuttaa korjaamattomia vahinkoja soluille.

Nykyisen syanobakteerien evoluutiomaisessa linjassa fotosynteesi syntyi. Tämä alkoi muuttaa maapallon ilmakehän koostumusta noin 2 300–2 700 miljoonaa vuotta sitten.

Fotosynteettisten organismien lisääntyminen muutti ilmakehän koostumusta. Elämä kehittyi kohti aerobista tunnelmaa.

Energiaa, joka ajaa sykliä

Voimat ja energiat, jotka vaikuttavat hapenkierron avulla, voivat olla geotermisiä, kun magma karkottaa vesihöyryn tai se voi tulla aurinkoenergiasta.

Jälkimmäinen tarjoaa perusenergian fotosynteesin prosessille. Kemiallinen energia hiilihydraattien muodossa, joka syntyy fotosynteesistä, puolestaan ​​ajaa kaikki elävät prosessit elintarvikeketjun läpi. Samoin aurinko tuottaa planeetan differentiaalilämmitystä ja aiheuttaa meren ja ilmakehän virtauksia.

Suhde muihin biogeokemiallisiin sykleihin

Hapen sykli on yhdistetty muihin sykleihin, kuten CO: iin, sen runsauden ja suuren reaktiivisuuden vuoksi₂, typpi (N₂) ja veden kierto (H₂O). Tämä antaa sille monisyklisen luonteen.

O: n säiliöt₂ ja CO₂  ne liittyvät prosesseihin, joihin liittyy orgaanisen aineen luominen (fotosynteesi) ja tuhoaminen (hengitys ja palaminen). Lyhyellä aikavälillä nämä hapetus-pelkistysreaktiot ovat tärkein O: n konsentraation vaihtelun lähde₂ ilmakehässä.

Denitrifioivat bakteerit saavat happea niiden hengitystilasta maaperästä, vapauttamalla typpeä.

tekoaltaat

geosfääri

Happi on yksi silikaattien pääkomponenteista. Siksi se muodostaa tärkeän osan vaipan ja maan kuoresta.

• Maanpäällinen ydin: maanpäällisen ytimen nestemäisessä ulkovaipassa on raudan lisäksi muita elementtejä, muun muassa happea.
• Lattia: Maaperän hiukkasten tai huokosten välisiin tiloihin hajotetaan ilmaa. Tätä happea käyttää maaperän mikrobiota.

ilmapiiri

21% ilmakehästä koostuu hapesta, joka on dioksienin muodossa (O₂). Muut ilmakehän hapen läsnäolon muodot ovat vesihöyry (H₂O), hiilidioksidi (CO₂) ja otsoni (O₃).

• Vesihöyry: vesihöyryn pitoisuus vaihtelee lämpötilasta, ilmakehän paineesta ja ilmakehän kiertovirroista (veden kierto) riippuen.
• Hiilidioksidi: CO₂ se edustaa noin 0,03% ilman tilavuudesta. Teollisuuden vallankumouksen alusta lähtien CO: n pitoisuus on kasvanut₂ ilmakehässä 145%.
• Otsoni: on molekyyli, joka on läsnä stratosfäärissä pienenä määränä (0,03 - 0,02 osaa miljoonaa tilavuutta kohden).

hydrosfäärin

71% maan pinnasta on veden peitossa. Merillä yli 96% maan pinnalla olevasta vedestä on väkevöity. 89% valtamerien massasta on happea. CO₂ Se on myös liuennut veteen, ja se vaihtuu ilmakehän kanssa.

kryosfääristä

Kryosfääri viittaa pakastetun veden massaan, joka kattaa tiettyjä maapallon alueita. Nämä jäämassat sisältävät noin 1,74% maan kuoren vedestä. Toisaalta jää sisältää vaihtelevia määriä molekyylihappoa, joka on jäänyt kiinni.

Oeläviä organismeja

Useimmat elävien olentojen rakennetta muodostavat molekyylit sisältävät happea. Toisaalta suuri osa elävistä olennoista on vettä. Siksi maanpäällinen biomassa on myös happireservi.

vaiheet

Yleisesti ottaen sykli, jota seuraa happi kemiallisena aineena, käsittää kaksi suurta aluetta, jotka muodostavat sen biogeokemiallisen luonteen. Nämä alueet on esitetty neljässä vaiheessa.

Geoympäristöalueeseen kuuluvat ilmakehän, hydrosfäärin, kryosfäärin ja hapen geosfäärin siirtymät ja suojaus. Tähän sisältyvät säiliön ja lähdeympäristön ympäristövaihe sekä ympäristöön palaamisen vaihe.

Biologisella alueella on myös kaksi vaihetta. Ne liittyvät fotosynteesiin ja hengitykseen.

-Säiliön ympäristö ja vaihe: ilmakehän hydrosfääri-kryosfääri-geosfääri

ilmapiiri

Ilmakehän hapen pääasiallinen lähde on fotosynteesi. Mutta on muitakin lähteitä, joista happea voidaan sisällyttää ilmakehään.

Yksi niistä on maapallon ytimen nestemäinen ulompi vaippa. Happi saavuttaa ilmakehän vesihöyryn muodossa tulivuorenpurkausten kautta. Vesihöyry nousee stratosfääriin, jossa se fotolyysi johtuu auringon korkean energian säteilystä ja vapaan hapen tuottamisesta.

Toisaalta hengitys päästää happea CO: n muodossa₂.  Polttoprosessit, erityisesti teolliset prosessit, kuluttavat myös molekyylistä happea ja tuottavat CO₂ ilmakehään.

Ilmakehän ja hydrosfäärin välisessä vaihdossa vesimassissa liuennut happi kulkeutuu ilmakehään. Toisaalta CO₂ Ilmakehä liuotetaan veteen hiilihappona. Vedessä liuennut happi johtuu pääasiassa levien ja syanobakteerien fotosynteesistä.

stratosfääri

Suuremmilla ilmakehän tasoilla suurenergiset säteilyt hydrolysoivat vesihöyryä. Lyhyen aallon säteily aktivoi O-molekyylit₂. Ne jaetaan happivapaiksi atomeiksi (O).

Nämä O-vapaat atomit reagoivat O-molekyylien kanssa₂ ja tuottaa otsonia (O₃). Tämä reaktio on palautuva. Ultraviolettisäteilyn vuoksi O₃ hajoaa jälleen hapettomiksi atomeiksi.

Happi ilmakehän ilman komponenttina muodostaa osan erilaisista hapetusreaktioista, jotka yhdistävät erilaisia ​​maanpäällisiä yhdisteitä. Merkittävä happipesä on tulivuoren purkausten aiheuttamien kaasujen hapettuminen.

hydrosfäärin

Suurin veden konsentraatio maapallolla on valtameret, joissa hapen isotooppien pitoisuus on tasainen. Tämä johtuu siitä, että tämä elementti vaihdetaan jatkuvasti maan kuoren kanssa hydrotermisten kiertoprosessien avulla.

Tektonisten levyjen ja valtameren harjojen rajoissa muodostuu jatkuva kaasunvaihtoprosessi.

kryosfääristä

Maanpäällisen jään massat, mukaan lukien polaarijäämien, jäätiköiden ja ikiroudan massat, muodostavat merkittävän hapen upotuksen kiinteässä tilassa olevan veden muodossa..

geosfääri

Samoin happi osallistuu kaasumaiseen vaihtoon maaperän kanssa. Siellä se on elintärkeä tekijä maaperän mikro-organismien hengitysprosesseissa.

Tärkeä maaperän pesuallas ovat mineraalioksidoitumisprosessit ja fossiilisen polttoaineen polttaminen.

Happea, joka on osa vesimolekyyliä (H₂O) seuraa vesisykliä haihdutus- ja höyrystymisprosessissa ja kondenssisaostuksessa.

-Fotosynteettinen vaihe

Fotosynteesi suoritetaan kloroplasteissa. Fotosynteesin vaalean vaiheen aikana tarvitaan pelkistintä, eli elektronien lähdettä. Mainittu aine on tässä tapauksessa vesi (H₂O).

Ottaen vedyn (H) vedestä vapautuu happea (O₂) jätetuotteena. Vesi pääsee maaperästä maaperästä juurien kautta. Levien ja syanobakteerien tapauksessa se tulee vesistöstä.

Kaikki molekulaarinen happi (O₂), joka on tuotettu fotosynteesin aikana, tulee prosessissa käytetystä vedestä. Fotosynteesissä kulutetaan CO₂, aurinkoenergia ja vesi (H. \ t₂O) ja happi vapautuu (O₂).

-Ilmakehän paluuvaihe

O₂ fotosynteesissä syntyvästä aineesta poistetaan ilmakehän kautta kasvit. Levät ja syanobakteerit palauttavat sen ympäristöön membraanidiffuusiolla. Samoin hengityselimet siirtävät happea ympäristöön hiilidioksidina (CO₂).

-Hengityselimet

Elävien organismien on elintärkeiden toimintojensa suorittamiseksi tehostettava fotosynteesin tuottamaa kemiallista energiaa. Tämä energia varastoidaan monimutkaisten hiilihydraattimolekyylien (sokerien) muodossa kasvien tapauksessa. Loput organismit saavat sen ruokavaliosta

Prosessia, jossa elävät olennot avautuvat kemiallisia yhdisteitä vapauttamaan vaadittu energia, kutsutaan hengitykseksi. Tämä prosessi suoritetaan soluissa ja siinä on kaksi vaihetta; yksi aerobinen ja toinen anaerobinen.

Aerobinen hengitys tapahtuu mitokondrioissa kasveissa ja eläimissä. Bakteereissa se suoritetaan sytoplasmassa, koska niillä ei ole mitokondrioita.

Hengityksen peruselementti on hapetus hapettavana aineena. Hengessä kuluu happea (O₂) ja CO vapautuu₂ ja vesi (H₂O), joka tuottaa hyödyllistä energiaa.

CO₂ ja vesi (vesihöyry) vapautuu kasvien stomatan kautta. Eläimissä CO₂ se vapautuu sieraimien ja / tai suun kautta ja vesi hikoilemalla. Levissä ja bakteereissa CO₂ vapautuu membraanidiffuusiolla.

photorespiration

Kasveissa valon läsnä ollessa kehitetään prosessi, joka kuluttaa happea ja energiaa, jota kutsutaan valoherkkyydeksi. Fotorespiraatio kasvaa lämpötilan nousun myötä CO-konsentraation lisääntymisen vuoksi₂ O: n pitoisuudesta₂.

Fotorespiraatio muodostaa negatiivisen energian tasapainon laitokselle. Kuluta O₂ ja kemiallinen energia (tuotettu fotosynteesillä) ja vapauttaa CO₂. Siksi he ovat kehittäneet evolutionaarisia mekanismeja sen torjumiseksi (C4- ja CAN-aineenvaihdunta).

tärkeys

Tällä hetkellä suurin osa elämästä on aerobista. Ilman O: n kiertoa₂ planeettajärjestelmässä elämä, sellaisena kuin me tunnemme sen tänään, olisi mahdotonta.

Lisäksi happi muodostaa merkittävän osan maapallon ilmamassista. Siksi se edistää siihen liittyviä ilmakehän ilmiöitä ja sen seurauksia: eroosioefektit, ilmaston säätely, muun muassa.

Se tuottaa suoraan hapettumisprosesseja maaperässä, vulkaanisia kaasuja ja metallisia keinotekoisia rakenteita.

Happi on elementti, jolla on korkea hapetus. Vaikkakin happimolekyylit ovat hyvin stabiileja, koska ne muodostavat kaksoissidoksen, jolla on korkea elektronegatiivisuus happea (kyky houkutella elektroneja), on korkea reaktiivinen kapasiteetti. Tämän suuren elektronegatiivisuuden vuoksi happi vaikuttaa moniin hapetusreaktioihin.

muutokset

Suurin osa luonnossa tapahtuvista palamisprosesseista vaatii happea. Myös ihmisen tuottamat. Nämä prosessit täyttävät sekä positiivisia että negatiivisia toimintoja antropisissa termeissä.

Fossiilisten polttoaineiden (hiili, öljy, kaasu) polttaminen edistää taloudellista kehitystä, mutta samalla se on vakava ongelma, koska se vaikuttaa ilmaston lämpenemiseen.

Suuret metsäpalot vaikuttavat biologiseen monimuotoisuuteen, vaikka joissakin tapauksissa ne ovat osa tiettyjen ekosysteemien luonnollisia prosesseja.

Kasvihuoneilmiö

Otsonikerros (O₃) stratosfäärissä on ilmakehän suojavaippa ylimääräisen ultraviolettisäteilyn tuloa vastaan. Tämä erittäin energinen säteily lisää maapallon lämpenemistä.

Toisaalta se on erittäin mutageeninen ja haitallinen eläville kudoksille. Ihmisillä ja muilla eläimillä se on syöpää aiheuttava.

Eri kaasujen emissio aiheuttaa otsonikerroksen tuhoutumisen ja helpottaa siten ultraviolettisäteilyn pääsyä. Osa näistä kaasuista ovat kloorifluorihiilivetyjä, kloorifluorihiilivetyjä, etyylibromidia, lannoitteiden typen oksideja ja haloneja..

viittaukset

1. Anbar AD, Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin ja R Buick (2007) Hapen happi ennen suurta hapettumistapahtumaa? Science 317: 1903 - 1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee ja NJ Beukes. (2004) Dating ilmakehän hapen noususta. Nature 427: 117-120.
3. Farquhar J ja DT Johnston. (2008) Maanpäällisten planeettojen happikausi: oivallukset hapen käsittelystä ja historiasta pintakeskuksissa. Arvostelut Mineralogy ja Geochemistry 68: 463-492.
4. Keeling RF (1995) Ilmakehän happisykli: Ilmakehän CO: n hapen isotoopit₂ ja O₂ ja O₂/ N₂ Geofysiikan Reviws, täydennys. US: Kansallinen raportti kansainväliselle geodeettisen ja geofysiikan liitolle 1991-1994. ss. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians ja HC Heller (2003) Elämä. Biologian tiede. 6. Edt. Sinauer Associates, Inc. ja WH Freeman ja Company. 1044 p.