OKSIJEN DÖNGÜSÜ: ÖZELLIKLER, REZERVUARLAR VE AŞAMALAR - ÇEVRE - 2026

Oksijen döngüsü yeryüzündeki oksijen dolaşım hareketine karşılık gelir. Gaz halindeki biyojeokimyasal bir döngüdür. Oksijen, nitrojenden sonra atmosferde en bol bulunan ikinci elementtir ve hidrojenden sonra hidrosferde en bol bulunan ikinci elementtir. Bu anlamda oksijen döngüsü su döngüsüne bağlıdır.

Oksijenin dolaşım hareketi, iki atomun (O ₂ ) dioksijen veya moleküler oksijen üretimini içerir . Bu, farklı fotosentetik organizmalar tarafından gerçekleştirilen fotosentez sırasında hidroliz nedeniyle oluşur.

Oksijen rezervuarı: Bulut ormanı, Waraira Repano Ulusal Parkı, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, Wikimedia Commons'tan

O ₂ , hücresel solunumda canlı organizmalar tarafından kullanılır ve karbondioksit (CO ₂ ) üretimini oluşturur , ikincisi fotosentez işlemi için hammaddelerden biridir.

Üst atmosferde ise güneşten gelen ultraviyole ışınımının neden olduğu su buharının fotolizi (güneş enerjisi ile aktive olan hidroliz) meydana gelir. Su, stratosferde kaybolan hidrojeni açığa çıkararak ayrışır ve oksijen atmosfere entegre olur.

Bir O ₂ molekülü bir oksijen atomu ile etkileşime girdiğinde ozon (O ₃ ) üretilir. Ozon, ozon tabakasını oluşturur.

karakteristikleri

Oksijen metalik olmayan bir kimyasal elementtir. Atom numarası 8'dir, yani doğal durumunda 8 proton ve 8 elektrona sahiptir. Normal sıcaklık ve basınç koşulları altında, dioksijen gazı formunda, renksiz ve kokusuzdur. Moleküler formülü O _2'dir .

O ₂ , üç kararlı izotop içerir: ¹⁶ O, ¹⁷ O ve ¹⁸ O. Evrendeki baskın form ¹⁶ O'dur. Dünya'da toplam oksijenin% 99.76'sını temsil eder. ¹⁸ O,% 0.2 temsil eder. ¹⁷ O formu çok nadirdir (~% 0,04).

Menşei

Oksijen, evrende en bol bulunan üçüncü elementtir. ¹⁶ O izotopunun üretimi, Big Bang'den sonra meydana gelen ilk nesil solar helyum yakılmasında başladı.

Yıldızların sonraki nesillerinde karbon-nitrojen-oksijen nükleosentez döngüsünün kurulması, gezegenlerdeki baskın oksijen kaynağını sağlamıştır.

Yüksek sıcaklıklar ve basınçlar , hidrojenin oksijen ile reaksiyonunu oluşturarak Evrende su (H ₂ O) üretir . Su, Dünya'nın çekirdeğinin yapısının bir parçasıdır.

Magma çıkıntıları buhar şeklinde su verir ve bu da su döngüsüne girer. Su, fotoliz yoluyla fotosentez yoluyla oksijene ve hidrojene, atmosferin üst seviyelerinde ise ultraviyole radyasyonla ayrıştırılır.

İlkel atmosfer

Fotosentezin siyanobakteriler tarafından evriminden önceki ilkel atmosfer, anaerobikti. O atmosfere adapte olmuş canlı organizmalar için oksijen zehirli bir gazdı. Bugün bile saf oksijen atmosferi, hücrelere onarılamaz zararlar verir.

Fotosentez, günümüz siyanobakterilerinin evrimsel soyundan kaynaklandı. Bu, yaklaşık 2,3-2,7 milyar yıl önce Dünya atmosferinin bileşimini değiştirmeye başladı.

Fotosentez yapan organizmaların çoğalması atmosferin bileşimini değiştirdi. Hayat, aerobik bir atmosfere adaptasyona doğru evrildi.

Döngüyü yönlendiren enerjiler

Oksijen döngüsünü harekete geçiren kuvvetler ve enerjiler, magma su buharını dışarı attığında jeotermal olabilir veya güneş enerjisinden gelebilir.

İkincisi, fotosentez işlemi için temel enerjiyi sağlar. Fotosentezden kaynaklanan karbonhidrat formundaki kimyasal enerji, karşılığında tüm canlı süreçleri besin zinciri boyunca yönlendirir. Aynı şekilde, Güneş farklı gezegensel ısınma üretir ve atmosferik ve deniz akımlarına neden olur.

Diğer biyojeokimyasal döngülerle ilişki

Bolluğu ve yüksek reaktivitesi nedeniyle, oksijen döngüsü gibi diğer CO gibi döngü ile bağlı ₂ , nitrojen (N ₂ ) ve su döngüsü (H ₂ O). Bu, ona multisiklik bir karakter verir.

O ₂ ve CO ₂ rezervuar organik madde oluşturulmasını (fotosentez) ve yıkım (solunum ve yanma) içeren işlemler ile bağlantılıdır. Kısa vadede, bu oksidasyon-indirgeme reaksiyonları , atmosferdeki O ₂ konsantrasyonundaki başlıca değişkenlik kaynağıdır .

Azot salan bakteriler, topraktaki nitratlardan solunum için oksijen elde ederek azot salgılar.

Rezervuarlar

Geosfer

Oksijen, silikatların ana bileşenlerinden biridir. Bu nedenle, Dünya'nın manto ve kabuğunun önemli bir bölümünü oluşturur.

• Dünya'nın çekirdeği : Dünya'nın çekirdeğinin sıvı dış tabakasında demire ek olarak oksijen dahil başka elementler de vardır.
• Toprak : Toprağın partikülleri veya gözenekleri arasındaki boşluklarda hava yayılır. Bu oksijen, toprak mikrobiyotası tarafından kullanılır.

Atmosfer

Atmosferin% 21'i dioksijen (O ₂ ) formundaki oksijenden oluşur . Atmosferik oksijen varlığının diğer biçimleri su buharı (H ₂ O), karbon dioksit (CO ₂ ) ve ozondur (O ₃ ).

• Su buharı : Su buharının konsantrasyonu sıcaklığa, atmosfer basıncına ve atmosferik sirkülasyon akımlarına (su döngüsü) bağlı olarak değişkendir.
• Karbondioksit : CO ₂ , hava hacminin yaklaşık% 0,03'ünü temsil eder. Sanayi Devrimi'nin başlangıcından bu yana, atmosferdeki CO ₂ konsantrasyonu % 145 arttı.
• Ozon : stratosferde düşük miktarda (hacimce 0,03 - 0,02 parça) bulunan bir moleküldür.

Hidrosfer

Dünya yüzeyinin% 71'i su ile kaplıdır. Dünya yüzeyinde bulunan suyun% 96'sından fazlası okyanuslarda yoğunlaşmıştır. Okyanusların kütlesinin% 89'u oksijenden oluşmaktadır. CO _{2 olduğu} , su içinde çözüldü ve bir atmosfere sahip bir değiş tokuş işlemine tabidir.

Kriyosfer

Kriyosfer, Dünya'nın belirli alanlarını kaplayan donmuş su kütlesini ifade eder. Bu buz kütleleri, yer kabuğundaki suyun yaklaşık% 1.74'ünü içerir. Öte yandan buz, değişen miktarlarda hapsolmuş moleküler oksijen içerir.

VEYA

Canlıların yapısını oluşturan moleküllerin çoğu oksijen içerir. Öte yandan canlıların büyük bir kısmı sudur. Bu nedenle, karasal biyokütle aynı zamanda bir oksijen rezervidir.

Aşamaları

Genel anlamda, oksijenin bir kimyasal madde olarak izlediği döngü, bir biyojeokimyasal döngü olarak karakterini oluşturan iki büyük alandan oluşur. Bu alanlar dört aşamada temsil edilir.

Jeoçevresel alan, atmosferdeki, hidrosferdeki, kriyosferdeki ve oksijenin jeosferindeki yer değiştirmeleri ve muhafazayı kapsar. Bu, rezervuarın ve kaynağın çevresel aşamasını ve çevreye dönüş aşamasını içerir.

Oksijen döngüsü. Wikimedia Commons'tan Eme Chicano

Biyolojik alana iki aşama da dahildir. Fotosentez ve solunum ile ilişkilidirler.

- Rezervuarın çevresel aşaması ve kaynak: atmosfer-hidrosfer-kriyosfer-jeosfer

Atmosfer

Atmosferik oksijenin ana kaynağı fotosentezdir. Ancak oksijenin atmosfere girebileceği başka kaynaklar da var.

Bunlardan biri, Dünya'nın çekirdeğinin sıvı dış mantosudur. Oksijen, volkanik patlamalar yoluyla atmosfere su buharı olarak ulaşır. Su buharı, güneşten gelen yüksek enerjili radyasyonun bir sonucu olarak fotolize uğradığı stratosfere yükselir ve serbest oksijen üretilir.

Diğer taraftan, solunum CO formunda oksijen yayar ₂ . Yanma süreçler, özellikle endüstriyel prosesler, ayrıca moleküler oksijen tüketilir ve CO sağlamak ₂ atmosfere.

Atmosfer ile hidrosfer arasındaki değişimde, su kütlelerinde bulunan çözünmüş oksijen atmosfere geçer. Kendi payına, atmosferik CO ₂ karbonik asit gibi su içinde eritilir. Sudaki çözünmüş oksijen, esas olarak alglerin ve siyanobakterilerin fotosentezinden gelir.

Stratosfer

Atmosferin üst seviyelerinde, yüksek enerjili radyasyon su buharını hidrolize eder. Kısa dalga radyasyonu O ₂ moleküllerini aktive eder . Bunlar serbest oksijen atomlarına (O) ayrılır.

Bu serbest O atomları O ₂ molekülleri ile reaksiyona girer ve ozon (O ₃ ) üretir . Bu reaksiyon tersine çevrilebilir. Ultraviyole radyasyonun etkisiyle O ₃ tekrar serbest oksijen atomlarına ayrışır.

Atmosferik havanın bir bileşeni olarak oksijen, çeşitli karasal bileşikleri birleştiren çeşitli oksidasyon reaksiyonlarının bir parçasıdır. Oksijen için önemli bir havuz, volkanik püskürmelerden kaynaklanan gazların oksidasyonudur.

Hidrosfer

Dünyadaki en büyük su konsantrasyonu, tekdüze bir oksijen izotop konsantrasyonunun bulunduğu okyanuslardır. Bunun nedeni, hidrotermal dolaşım süreçleri yoluyla bu elementin yerkabuğu ile sürekli değişmesidir.

Tektonik plakaların ve okyanus sırtlarının sınırlarında, sürekli bir gaz değişimi süreci üretilir.

Kriyosfer

Kutup buz kütleleri, buzullar ve permafrost gibi kara buz kütleleri, katı hal suyu formundaki oksijen için büyük bir havuz oluşturur.

Geosfer

Aynı şekilde oksijen, toprakla gaz alışverişine katılır. Orada toprak mikroorganizmalarının solunum süreçleri için hayati unsuru oluşturur.

Topraktaki önemli bir çukur, mineral oksidasyonu ve fosil yakıtın yakılması süreçleridir.

Su molekülünün (H ₂ O) bir parçası olan oksijen , buharlaşma-terleme ve yoğunlaşma-çökelme süreçlerinde su döngüsünü takip eder.

- Fotosentetik aşama

Fotosentez kloroplastlarda gerçekleşir. Fotosentezin hafif fazında, bir indirgeyici madde, yani bir elektron kaynağı gereklidir. Bu durumda, söz konusu madde, su (H ₂ O).

Hidrojen (H) sudan alınarak atık ürün olarak oksijen (O ₂ ) açığa çıkar. Su bitkiye topraktan köklerden girer. Yosun ve siyanobakterilerde ise su ortamından gelir.

Fotosentez sırasında üretilen tüm moleküler oksijen (O ₂ ), işlemde kullanılan sudan gelir. Fotosentezde CO ₂ , güneş enerjisi ve su (H ₂ O) tüketilir ve oksijen (O ₂ ) açığa çıkar.

-Atmosferik dönüş aşaması

Fotosentezde üretilen O ₂ , bitkiler söz konusu olduğunda stomalar yoluyla atmosfere atılır. Algler ve siyanobakteriler onu membran difüzyonu ile ortama geri döndürür. Benzer şekilde, solunum süreçleri oksijeni karbondioksit (CO ₂ ) şeklinde ortama döndürür .

Solunum aşaması

Yaşamsal işlevlerini yerine getirmek için canlı organizmaların fotosentez tarafından üretilen kimyasal enerjiyi etkin hale getirmeleri gerekir. Bu enerji bitkilerde kompleks karbonhidrat molekülleri (şeker) şeklinde depolanır. Organizmaların geri kalanı onu diyetten alır

Canlıların gerekli enerjiyi açığa çıkarmak için kimyasal bileşikleri açığa çıkardığı sürece solunum denir. Bu işlem hücrelerde gerçekleşir ve iki aşaması vardır; bir aerobik ve bir anaerobik.

Bitki ve hayvanlarda mitokondride aerobik solunum gerçekleşir. Bakterilerde mitokondriden yoksun oldukları için sitoplazmada gerçekleştirilir.

Solunum için temel unsur oksitleyici bir madde olarak oksijendir. Solunum olarak, oksijen (O ₂ ) tüketilir ve CO ₂ ve su (H ₂ O) yararlı enerji üreten, serbest bırakılır.

CO ₂ ve su (su buharı), bitkilerde stoma yoluyla serbest bırakılır. Hayvanlarda, CO ₂ burun deliklerinden ve / veya ağızdan salınır ve su terleme yoluyla salınır. Alg ve bakteri, CO ₂ membran difüzyon tarafından serbest bırakılır.

Fotorespirasyon

Bitkilerde ışık varlığında oksijen ve enerjiyi tüketen fotorespirasyon adı verilen bir süreç gelişir. Nedeniyle CO konsantrasyonundaki artışa, artan sıcaklık ile Fotorespirasyon artar ₂ O konsantrasyonuna göre ₂ .

Fotorespirasyon, bitki için negatif bir enerji dengesi oluşturur. Bu O tüketir ₂ ve kimyasal (fotosentez tarafından üretilmiştir) enerji ve bültenleri CO ₂ . Bu nedenle, buna karşı koymak için evrimsel mekanizmalar geliştirdiler (C4 ve CAN metabolizmaları).

Önem

Bugün hayatın büyük çoğunluğu aerobiktir. Gezegensel sistemde O ₂ sirkülasyonu olmadan, bugün bildiğimiz şekliyle yaşam imkansız olurdu.

Ayrıca oksijen, dünyanın hava kütlelerinin önemli bir bölümünü oluşturur. Bu nedenle, kendisi ve sonuçlarıyla bağlantılı atmosferik olaylara katkıda bulunur: aşındırıcı etkiler, iklim düzenlemesi ve diğerleri.

Doğrudan toprakta, volkanik gazlarda ve yapay metal yapılar üzerinde oksidasyon süreçleri oluşturur.

Oksijen, oksidatif kapasitesi yüksek bir elementtir. Oksijen molekülleri, çift bağ oluşturdukları için çok kararlı olsalar da, oksijenin yüksek bir elektronegatifliği (elektronları çekme yeteneği) olması nedeniyle yüksek reaktif kapasiteye sahiptir. Bu yüksek elektronegatiflik nedeniyle oksijen, birçok oksidasyon reaksiyonunda yer alır.

değişiklikler

Doğada meydana gelen yanma süreçlerinin büyük çoğunluğu oksijenin katılımını gerektirir. Aynı şekilde insanlar tarafından üretilenlerde. Bu süreçler antropik açıdan hem olumlu hem de olumsuz işlevleri yerine getirir.

Fosil yakıtların (kömür, petrol, gaz) yakılması ekonomik kalkınmaya katkı sağlarken aynı zamanda küresel ısınmaya olan katkısı nedeniyle ciddi bir sorunu temsil etmektedir.

Büyük orman yangınları, bazı durumlarda belirli ekosistemlerdeki doğal süreçlerin bir parçası olsalar da biyolojik çeşitliliği etkiler.

Sera etkisi

Stratosferdeki ozon tabakası (O ₃ ), aşırı ultraviyole radyasyonun girişine karşı atmosferin koruyucu kalkanıdır. Bu yüksek enerjili radyasyon, Dünya'nın ısınmasını artırır.

Öte yandan, oldukça mutajeniktir ve canlı dokulara zararlıdır. İnsanlarda ve diğer hayvanlarda kanserojendir.

Çeşitli gazların emisyonu ozon tabakasının tahrip olmasına neden olur ve bu nedenle ultraviyole radyasyonun girişini kolaylaştırır. Bu gazlardan bazıları kloroflorokarbonlar, hidrokloroflorokarbonlar, etil bromür, gübrelerden gelen nitrojen oksitler ve halonlardır.

Referanslar

1. Anbar AD, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin ve R Buick (2007) Büyük Oksidasyon Olayından Önce Oksijen Kokusu mu? Science 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee ve NJ Beukes. (2004) Atmosferik oksijen artışının tarihlenmesi. Nature 427: 117-120.
3. Farquhar J ve DT Johnston. (2008) Karasal Gezegenlerin Oksijen Döngüsü: Yüzey Ortamlarında Oksijenin İşlenmesi ve Tarihçesi. Mineraloji ve Jeokimyada İncelemeler 68: 463-492.
4. Keeling RF (1995) atmosferik oksijen döngüsü: atmosferik CO oksijen izotopları ₂ ve O ₂ ve O ₂ / N ₂ Jeofizik ekinin reviws. ABD: Uluslararası Jeodezi ve Jeofizik Birliği 1991-1994 Ulusal Raporu. s. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians ve HC Heller (2003) Life. Biyoloji Bilimi. 6th Edt. Sinauer Associates, Inc. ve WH Freeman and Company. 1044, s.