KALSIYUM DÖNGÜSÜ: ÖZELLIKLERI, AŞAMALARI VE ÖNEMI - KIMYA - 2025

Kalsiyum döngüsü canlıları, litosferine ve hidrosfer kapsayan bu elemanın yeryüzündeki dolaşımı ve saklanmasıdır. Kalsiyumun, gazlı bir aşamadan yoksun, alkali toprak yumuşak bir metal olarak dolaştığı tortul biyojeokimyasal bir döngüdür.

Kalsiyumun daha fazla dolaşım aşaması, canlılar tarafından tüketildiği ve yapılarında ve metabolizmalarında kullanıldığı için biyolojik aşamadır. Canlılar öldüğünde, kalsiyum toprağın ve deniz tabanının bir parçası olarak fiziksel ortama yeniden entegre olur.

Kalsiyum. Kaynak: Pumbaa (Greg Robson'ın orijinal çalışması) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Özellikle deniz dibinde ve büyük göllerde geniş kabuk ve kemik birikintileri vardır. Bu yapılar tortularla karışır ve milyonlarca yıl boyunca birbirini izleyen katmanlarla kaplanır.

Alt tortu katmanları, daha sonra karasal jeolojik süreçler nedeniyle yüzeye maruz kalan tortul kayaları oluşturan yüksek basınçlara maruz kalır. Açığa çıkan kayalar hava koşullarına ve erozyona maruz kalır, toprağa entegre olan veya yıkanan kalsiyum açığa çıkar.

Toprakta esas olarak bitki kökleri tarafından ve denizde fitoplankton ve diğer organizmalar tarafından emilir. Kalsiyum, kabuk imalatı gibi farklı yapısal ve metabolik amaçlar için kullanılır.

Kalsiyum döngüsü, bu elementin farklı aşamalarında mevcut olmasına ve çeşitli işlevleri yerine getirmesine izin verdiği için önemlidir. Böylelikle canlı organizmaların yapısının bir parçası olarak, karasal rölyefin oluşumuna katılır, toprak ve suların pH'ını düzenler ve insan endüstrisi için hammadde görevi görür.

Genel özellikleri

- Kalsiyum

Kalsiyum (Ca), normal durumu katı olan, atom numarası 20 ve atom kütlesi 40.078 olan alkali toprak yumuşak bir metaldir. Güçlü bazlar görevi gören, asitlerle temas ettiğinde şiddetli tepkimeye giren oksitler oluşturur.

- Döngünüz

Kalsiyum, bir gaz fazından yoksun olduğu ve en büyük rezervler litosferde olduğu için tortul tipte bir biyojeokimyasal döngüyü yerine getirir. Karbon, su ve fosfor döngüleri ile yakından ilgilidir.

Kaya erozyonu

Döngü, toprakta biriken kalsiyumu serbest bırakan kalkerli kayaçların aşınması ve erozyonundan gelişir. Aynı şekilde, akış sularında eritilerek nehirlere, göllere ve okyanuslara sürüklenebilir.

Yağmur suyu atmosferik CO2 ile temas ettiğinde, kireçtaşı kayasını çözen ve Ca2 + ve HCO3- açığa çıkaran H2CO3 oluşturur. Yağmur suyunun taşıdığı CO2 ise çözünmeyen karbonatı çözünür bikarbonata dönüştürür.

Canlılar tarafından absorpsiyon ve kullanım

Topraktaki kalsiyum (Ca2 +) bitkiler tarafından ve su kütlelerinde sucul organizmalar tarafından emilir. Kalsiyum vücutta farklı metabolik işlevleri yerine getirir ve organizmalar öldüğünde fiziksel ortama geri döner, akan sularla nehirlere, göllere ve okyanuslara taşınır.

Kaya oluşumu

Hayvan iskeletleri (iç ve dış veya kabuklar), sedimanların bir parçası olarak deniz dibinde birikir. Tortu katmanları, kalkerli kayaları oluşturmak için milyonlarca yıl boyunca kaplanır ve sıkıştırılır.

Kalkerli kayalar. Kaynak: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Daha sonraki diastrofik süreçler (yer kabuğunun çatlakları ve yukarı doğru hareketleri) kayaları yüzeye maruz bırakır. Bu şekilde döngü kapatılır, çünkü kayalar tekrar hava etkisine giriyor (iklim unsurlarının hareketi) ve yıpranmış ve aşınmış.

Kalsiyum döngüsünün aşamaları

Kalsiyumun depolanma ve sirkülasyon döngüsünde geçtiği aşamalar, bu işlemlerin gerçekleştiği bölmeler tarafından verilmektedir. Bunlar, yerkabuğunun (litosfer), su kütlelerinin (hidrosfer) ve canlı organizmaların kabuğu ve parçasıdır.

- Jeolojik sahne

Kabuk ve manto içinde bölümlere ayrılmış jeolojik aşamada, en büyük miktarda kalsiyum depolamasının bulunduğu yerdir. Kalsiyum, yer kabuğunun% 3,5'ini oluşturan, litosferde en bol bulunan beşinci elementtir.

Kireçtaşı, dolomit, marn ve mermer gibi kayaların bir kısmını oluştururken, kireçtaşı ve dolomit gezegen boyunca devasa dağ sıraları oluşturur. Aynı şekilde alçıtaşı ve kaymaktaşı (kalsiyum sülfat) gibi diğer doğal bileşiklerin bir parçasıdır.

Mineral formunda kalsit, dolomit ve aragonit gibi diğer kristalli formlardan kalsiyum karbonat (CaCO3) olarak elde edilir.

kalker

% 99 kalsiyum karbonattan oluşan, eski deniz veya göl yataklarından (göller) kaynaklanan çok bol bir tortul kaya türüdür. Bu kayaçlar, yatay tabakalar oluşturur veya diastrofik hareketlerle deforme olurlar ve ayrışmaları, kalsiyum açısından zengin bazik topraklara (pH 7 veya daha yüksek) nötr hale getirir.

dolomi

Sığ deniz yataklarında kimyasal bir ikame reaksiyonu ile oluşan tortul bir kayadan oluşur. Bu durumda magnezyum, mineral konformasyonuna katılarak dolomit veya kalsiyum magnezyum karbonat (CaMg (CO3) 2) oluşturur.

Margas

1/3 ila 2/3 oranında kalsiyum karbonat ve kalan killerden oluşan tortul kayaçlardır. Bu kayalar, su erozyonuna çok duyarlı oldukları için kuru alanlarda hayatta kalırlar.

Mermer

Kalker kayaçları yer kabuğunun derin katmanlarında yüksek sıcaklık ve basınca maruz kalırsa mermer oluşur. Bu, yüksek derecede kristalleşmeye sahip çok kompakt bir metamorfik kayadır.

- Hidrolojik aşama

Kalsiyum, nehirlerde, göllerde ve okyanuslarda kalsiyum klorür (bu ortamda en bol bulunan iyondur) ve kalsiyum karbonat olarak çözülür. Okyanuslarda kalsiyum karbonat (CaCO3) 4,500 m'den daha az derinliklerde stabildir.

Bu besiyerindeki kalsiyum, canlı organizmalarda ve deniz tabanındaki kireçtaşı birikintilerinde bulunur. Bu, karbonat dengelemesinin derinlik sınırıdır, bundan sonra CaCO3 çözülür ve kireçtaşı birikintileri oluşturmaz.

- Biyolojik aşama

Kalsiyumun topraktan köklere doğru hareketi. Ksilemden bitkinin yapraklarına. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Bu aşamada kalsiyum döngüsü canlılar için hayati önem taşıyan en büyük dolaşımına ulaşır, çünkü Ca2 + iyonu olarak hücre zarlarının değişim mekanizmalarının bir parçasıdır. Öte yandan kemiklerin, dişlerin, yumurta kabuklarının ve kabukların temel bir bileşenidir.

Çift kabuklularda kalsiyum kabukları. Kaynak: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Bu şekilde, kalsiyum biyosferde dolaşır ve organizmalar öldüğünde zamanla yeni kayalar oluşturmak için çökeltilere geri döner.

İnsan

Kalsiyum döngüsünün biyolojik aşamasının göze çarpan bir unsuru, bu elementi hammadde olarak kullanmada insanın rolüdür. Bu element, büyük miktarlarda farklı şekillerde çıkarılır, taşınır ve kullanılır.

Açık ocak madenlerinde kireçtaşı, inşaat elemanı olarak kullanmak veya öğütmek ve endüstriyel hammadde olarak kullanmak için çıkarılır. Kabuklar ayrıca gübre ve diğer ürünleri hazırlamak için öğütülür.

Foraminifer ve yumuşakçaların kabukları

Bu hayvanların kabukları, kalsiyum karbonattan oluşur, kalsit veya aragonit olarak kristalize edilir. Bunlar aynı bileşime (CaCO3) sahip ancak farklı şekilde kristalleşen iki mineral formdur.

Yumuşakçalar, kabuklarını özel hücreler tarafından salgılanan sıvı bir kalsiyum formundan oluşturur. Kabuğun en iç tabakası, conchiolin proteini ile karıştırılmış aragonit kristallerinden oluşan sedef tabakasıdır.

Önem

Karakteristik döngüsünü oluşturan kalsiyum sirkülasyonu, bu elementi canlıların kullanımına sunmak için gereklidir. Kayalardan kalsiyum salgılayan ve dolaşımını sağlayan süreçler sayesinde bildiğimiz gibi hayat var.

- Yaşam için gerekli unsur

Kalsiyum, hem yapısal hem de metabolik bir element olduğu için yaşam için gereklidir. Yapısal olarak hem iç hem de dış iskeletlerin konformasyonunda temel bir parçadır.

Kemikli hayvanlarda kalsiyum kemiklerin (iç iskelet) ve dişlerin de ana bileşenidir. Foraminiferlerde (protistler) ve yumuşakçalarda (salyangozlar ve çift kabuklular) dış iskeletin, yani kabukların oluşumu için ana bileşendir.

Metabolizma

Kalsiyum, hücre zarlarında bir taşıyıcı ajandır, bu nedenle metabolizmada önemli bir rol oynar. Hücre zarlarında, bu elementin hücrelere pasif girişine izin veren kalsiyum kanalları vardır.

Kalsiyum kanalları. Kaynak: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Kamu malı

Bu, hücre içi ve dışı arasındaki kalsiyum konsantrasyonlarının ilişkisini düzenleyerek farklı metabolik süreçleri aktive eder. Örneğin, bu mekanizmalar sinir ve kas sisteminin işleyişi için gereklidir ve bu nedenle kalp fonksiyonunda önemli bir rol oynar.

- Yemek ve sağlık

İnsan bakış açısından, kalsiyum döngüsü, bu elementin gıda ve insan sağlığına ulaşmasını mümkün kılar. Her şeyden önce çocuklar için sütlü yiyeceklerin üretimi ve hazırlanmasında çok önemlidir.

Benzer şekilde tıbbi amaçlarla yutulması osteoporoz gibi kalsiyum eksikliği hastalıklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Kemikleri zayıflatan bu hastalık, özellikle kadınlarda yaşlılarda ciddidir.

- İnciler

Yabancı bir cisim istiridyeyi istila ettiğinde, onu sedefle kaplar ve böylece bir inci oluşur. İnciler, dünya çapında mücevher pazarında yüksek değerlere ulaşmaktadır.

- Endüstriyel hammadde

Kireçtaşı, endüstriyel olarak çeşitli amaçlarla, örneğin çimento üretimi için kullanılır. Ayrıca bu taşlar, kolay oyulmaları nedeniyle doğrudan yapı malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca kalsiyum, özellikle metalurji endüstrisinde farklı proseslerde deoksidizör ve indirgeyici ajan olarak kullanılmaktadır.

Misket Limonu

Yapı kireci olarak da adlandırılan sönmemiş kireç olarak, inşaatta bağlayıcı ve kaplama olarak kullanılan kalsiyum oksitlerdir. Aynı şekilde sabun, kağıt, cam, kauçuk imalatında ve deri tabaklamada kullanılır.

Aynı şekilde gıda endüstrisinde ve su arıtmada da çeşitli kullanımları vardır. Sönmüş kireç veya kalsiyum hidroksit olarak olmakla birlikte sanayi ve tarımda da kullanılmaktadır.

- Toprak pH düzenlemesi

Topraktaki kalsiyum oksit içeriği pH'ın düzenlenmesini etkiler. Tarımda sönmemiş kireç, toprakların asitliğini azaltmak için tarımsal bir değişiklik olarak ve ayrıca bir gübre olarak kullanılır.

- Kireçli su veya sert su

Su, kalsiyum ve magnezyum yönünden zengin ortamlarda dolaşırken, bu elementlerin tuzlarını çözer ve kireçli veya sert su olarak bilinir. Su kalitesi limiti 120 mg CaCO3 / litre olup, bunun üzerinde suyun sert olduğu kabul edilir.

Kalsiyum içeriği yüksek su, özellikle kardiyovasküler sistemle ilgili sağlık sorunlarına neden olabilir. Ek olarak, sert su borularda dolaşımı engelleyen kireçli tortular oluşturur.

- Kalkerli mağaralar ve akiferler

Kalkerli kayalarda, hidrik erozyon genellikle ilginç iç konfigürasyonlara sahip yeraltı mağara sistemlerini oluşturur. Bunlardan sarkıt ve dikit oluşumu, bu mağaraların tavanlarındaki sızıntılardan kaynaklanan kalsiyum karbonat birikintilerinden dolayı öne çıkmaktadır.

Bu kireçli sistemler, gözenekliliği nedeniyle yeraltı sularının filtreleme işlevini de yerine getirerek akiferler oluşturur.

Referanslar

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Ekoloji ve çevre yönetimi ansiklopedisi.
2. Christopher R. ve Fielding, CR (1993). Akışkan sedimantolojisindeki son araştırmaların bir incelemesi. Tortul Jeoloji.
3. Margalef, R. (1974). Ekoloji. Omega sürümleri.
4. Miller, G. ve TYLER, JR (1992). Ekoloji ve Çevre. Grupo Editoryal Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP ve Warrett, GW (2006). Ekolojinin temelleri. Beşinci baskı. Thomson.