Il ciclo dell'ossigeno si riferisce al movimento circolatorio dell'ossigeno sulla Terra. È un ciclo biogeochimico gassoso. L'ossigeno è il secondo elemento più abbondante nell'atmosfera dopo l'azoto e il secondo più abbondante nell'idrosfera dopo l'idrogeno. In questo senso, il ciclo dell'ossigeno è collegato al ciclo dell'acqua..
Il movimento circolatorio dell'ossigeno include la produzione di diossigeno o ossigeno molecolare a due atomi (ODue). Ciò si verifica a causa dell'idrolisi durante la fotosintesi effettuata dai diversi organismi fotosintetici..
L'ODue Viene utilizzato dagli organismi viventi nella respirazione cellulare, generando la produzione di anidride carbonica (CODue), quest'ultima essendo una delle materie prime per il processo di fotosintesi.
D'altra parte, nell'atmosfera superiore, si verifica la fotolisi (idrolisi attivata dall'energia solare) del vapore acqueo, causata dalla radiazione ultravioletta del sole. L'acqua si decompone rilasciando idrogeno che si perde nella stratosfera e l'ossigeno si integra nell'atmosfera.
Interagendo una molecola di ODue Con un atomo di ossigeno, l'ozono (O3). L'ozono costituisce il cosiddetto strato di ozono.
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L'ossigeno è un elemento chimico non metallico. Il suo numero atomico è 8, cioè ha 8 protoni e 8 elettroni nel suo stato naturale. In normali condizioni di temperatura e pressione è presente sotto forma di gas diossigeno, incolore e inodore. La sua formula molecolare è ODue.
L'ODue include tre isotopi stabili: 16O, 17Oppure e 18O. La forma predominante nell'universo è il 16O. Sulla Terra rappresenta il 99,76% dell'ossigeno totale. Il 18O rappresenta lo 0,2%. La forma 17Oppure è molto raro (~ 0,04%).
L'ossigeno è il terzo elemento più abbondante nell'universo. Produzione di isotopi 16Oppure è iniziato con la prima generazione di combustione di elio solare avvenuta dopo il Big Bang.
L'istituzione del ciclo di nucleosintesi carbonio-azoto-ossigeno nelle successive generazioni di stelle ha fornito la fonte predominante di ossigeno sui pianeti..
Temperature e pressioni elevate producono acqua (H.DueO) nell'Universo generando la reazione dell'idrogeno con l'ossigeno. L'acqua fa parte della composizione del nucleo terrestre.
Gli affioramenti di magma emettono acqua sotto forma di vapore e questo entra nel ciclo dell'acqua. L'acqua viene decomposta dalla fotolisi in ossigeno e idrogeno attraverso la fotosintesi e dalla radiazione ultravioletta nei livelli superiori dell'atmosfera..
L'atmosfera primitiva prima dell'evoluzione della fotosintesi da parte dei cianobatteri era anaerobica. Per gli organismi viventi adattati a quell'atmosfera, l'ossigeno era un gas tossico. Ancora oggi un'atmosfera di ossigeno puro provoca danni irreparabili alle cellule.
La fotosintesi ha avuto origine nel lignaggio evolutivo dei cianobatteri odierni. Ciò ha iniziato a cambiare la composizione dell'atmosfera terrestre circa 2,3-2,7 miliardi di anni fa..
La proliferazione di organismi fotosintetizzanti ha cambiato la composizione dell'atmosfera. La vita si è evoluta verso l'adattamento a un'atmosfera aerobica.
Le forze e le energie che agiscono per guidare il ciclo dell'ossigeno possono essere geotermiche, quando il magma espelle il vapore acqueo, oppure può provenire dall'energia solare.
Quest'ultimo fornisce l'energia fondamentale per il processo di fotosintesi. L'energia chimica sotto forma di carboidrati risultante dalla fotosintesi, a sua volta guida tutti i processi viventi attraverso la catena alimentare. Allo stesso modo, il Sole produce un riscaldamento planetario differenziale e provoca correnti marine e atmosferiche..
A causa della sua abbondanza e dell'elevata reattività, il ciclo dell'ossigeno si collega con altri cicli come il CODue, azoto (NDue) e il ciclo dell'acqua (H.DueO). Questo gli conferisce un carattere multiciclico.
I serbatoi di ODue e CODue sono collegati da processi che comportano la creazione (fotosintesi) e la distruzione (respirazione e combustione) di materia organica. A breve termine, queste reazioni di riduzione dell'ossidazione sono la principale fonte di variabilità nella concentrazione di O.Due nell'atmosfera.
I batteri denitrificanti ottengono ossigeno per la loro respirazione dai nitrati nel terreno, rilasciando azoto.
L'ossigeno è uno dei componenti principali dei silicati. Pertanto, costituisce una frazione importante del mantello e della crosta terrestre..
Il 21% dell'atmosfera è composto da ossigeno sotto forma di diossigeno (ODue). Le altre forme di presenza di ossigeno atmosferico sono il vapore acqueo (H.DueO), anidride carbonica (CODue) e ozono (O3).
Il 71% della superficie terrestre è ricoperta dall'acqua. Più del 96% dell'acqua presente sulla superficie terrestre è concentrata negli oceani. L'89% della massa degli oceani è costituita da ossigeno. Il CODue Inoltre si dissolve in acqua e subisce un processo di scambio con l'atmosfera..
La criosfera si riferisce alla massa di acqua ghiacciata che copre alcune aree della Terra. Queste masse di ghiaccio contengono circa l'1,74% dell'acqua nella crosta terrestre. D'altra parte, il ghiaccio contiene quantità variabili di ossigeno molecolare intrappolato.
La maggior parte delle molecole che compongono la struttura degli esseri viventi contengono ossigeno. D'altra parte, un'alta percentuale di esseri viventi è l'acqua. Pertanto, la biomassa terrestre è anche una riserva di ossigeno.
In termini generali, il ciclo che l'ossigeno segue come agente chimico comprende due grandi aree che costituiscono il suo carattere di ciclo biogeochimico. Queste aree sono rappresentate in quattro fasi.
L'area geoambientale comprende gli spostamenti e il contenimento nell'atmosfera, nell'idrosfera, nella criosfera e nella geosfera dell'ossigeno. Ciò include la fase ambientale del serbatoio e della sorgente e la fase del ritorno all'ambiente..
Nell'area biologica sono comprese anche due fasi. Sono associati alla fotosintesi e alla respirazione.
La principale fonte di ossigeno atmosferico è la fotosintesi. Ma ci sono altre fonti da cui l'ossigeno può entrare nell'atmosfera..
Uno di questi è il mantello esterno liquido del nucleo terrestre. L'ossigeno raggiunge l'atmosfera sotto forma di vapore acqueo attraverso le eruzioni vulcaniche. Il vapore acqueo sale nella stratosfera dove subisce la fotolisi a causa della radiazione ad alta energia del sole e viene prodotto ossigeno libero..
D'altra parte, la respirazione emette ossigeno sotto forma di CODue. Anche i processi di combustione, in particolare i processi industriali, consumano ossigeno molecolare e apportano CODue all'atmosfera.
Nello scambio tra l'atmosfera e l'idrosfera, l'ossigeno disciolto nelle masse d'acqua passa nell'atmosfera. Da parte sua, il CODue L'atmosfera si dissolve in acqua come acido carbonico. L'ossigeno disciolto nell'acqua proviene principalmente dalla fotosintesi di alghe e cianobatteri.
Nei livelli superiori dell'atmosfera, le radiazioni ad alta energia idrolizzano il vapore acqueo. La radiazione a onde corte attiva le molecole di O.Due. Questi sono suddivisi in atomi di ossigeno libero (O).
Questi atomi di O liberi reagiscono con le molecole di O.Due e producono ozono (O3). Questa reazione è reversibile. A causa dell'effetto della radiazione ultravioletta, O3 si scompone nuovamente in atomi di ossigeno libero.
L'ossigeno come componente dell'aria atmosferica fa parte di varie reazioni di ossidazione, diventando parte di vari composti terrestri. Un importante pozzo per l'ossigeno è l'ossidazione dei gas dalle eruzioni vulcaniche..
La più grande concentrazione di acqua sulla Terra sono gli oceani, dove c'è una concentrazione uniforme di isotopi dell'ossigeno. Ciò è dovuto al costante scambio di questo elemento con la crosta terrestre attraverso processi di circolazione idrotermale..
Ai limiti delle placche tettoniche e delle dorsali oceaniche si genera un costante processo di scambio gassoso.
Le masse di ghiaccio terrestre, comprese le masse di ghiaccio polare, i ghiacciai e il permafrost, sono un importante pozzo di ossigeno sotto forma di acqua allo stato solido..
Allo stesso modo, l'ossigeno partecipa allo scambio di gas con il suolo. Lì costituisce l'elemento vitale per i processi respiratori dei microrganismi del suolo..
Un importante pozzo nel suolo sono i processi di ossidazione dei minerali e la combustione dei combustibili fossili..
L'ossigeno che fa parte della molecola d'acqua (H.DueO) segue il ciclo dell'acqua nei processi di evaporazione-traspirazione e condensazione-precipitazione.
La fotosintesi avviene nei cloroplasti. Durante la fase leggera della fotosintesi, è necessario un agente riducente, cioè una fonte di elettroni. Detto agente in questo caso è l'acqua (H.DueO).
Prendendo l'idrogeno (H) dall'acqua, l'ossigeno (ODue) come prodotto di scarto. L'acqua entra nella pianta dal terreno attraverso le radici. Nel caso di alghe e cianobatteri, proviene dall'ambiente acquatico.
Tutto l'ossigeno molecolare (ODue) prodotta durante la fotosintesi proviene dall'acqua utilizzata nel processo. La CO viene consumata nella fotosintesiDue, energia solare e acqua (H.DueO) e l'ossigeno viene rilasciato (ODue).
L'ODue generato nella fotosintesi viene espulso nell'atmosfera attraverso gli stomi nel caso delle piante. Alghe e cianobatteri lo restituiscono all'ambiente per diffusione su membrana. Allo stesso modo, i processi respiratori restituiscono ossigeno all'ambiente sotto forma di anidride carbonica (CODue).
Per svolgere le loro funzioni vitali, gli organismi viventi devono rendere efficace l'energia chimica generata dalla fotosintesi. Questa energia viene immagazzinata sotto forma di molecole di carboidrati complessi (zuccheri) nel caso delle piante. Il resto degli organismi lo ricava dalla dieta
Il processo mediante il quale gli esseri viventi dispiegano composti chimici per rilasciare l'energia richiesta è chiamato respirazione. Questo processo avviene nelle cellule e ha due fasi; uno aerobico e uno anaerobico.
La respirazione aerobica avviene nei mitocondri di piante e animali. Nei batteri viene effettuato nel citoplasma, poiché mancano di mitocondri.
L'elemento fondamentale per la respirazione è l'ossigeno come agente ossidante. La respirazione consuma ossigeno (ODue) e viene rilasciato CODue e acqua (H.DueO), producendo energia utile.
Il CODue e l'acqua (vapore acqueo) vengono rilasciati attraverso gli stomi nelle piante. Negli animali CODue viene rilasciato dalle narici e / o dalla bocca e dall'acqua tramite il sudore. Nelle alghe e nei batteri CODue viene rilasciato per diffusione su membrana.
Nelle piante, in presenza di luce, si sviluppa un processo che consuma ossigeno ed energia chiamato fotorespirazione. La fotorespirazione aumenta con l'aumentare della temperatura, a causa dell'aumento della concentrazione di CO.Due rispetto alla concentrazione di ODue.
La fotorespirazione stabilisce un bilancio energetico negativo per la pianta. Consuma ODue ed energia chimica (prodotta dalla fotosintesi) e rilascia CODue. Per questo motivo, hanno sviluppato meccanismi evolutivi per contrastarlo (metabolismo C4 e CAN)..
Oggi la stragrande maggioranza della vita è aerobica. Senza la circolazione di ODue nel sistema planetario, la vita come la conosciamo oggi sarebbe impossibile.
Inoltre, l'ossigeno costituisce una parte significativa delle masse d'aria della terra. Pertanto, contribuisce ai fenomeni atmosferici ad esso collegati e alle sue conseguenze: effetti erosivi, regolazione del clima, tra gli altri..
Direttamente, genera processi di ossidazione nel suolo, di gas vulcanici e su strutture metalliche artificiali..
L'ossigeno è un elemento con un'elevata capacità ossidativa. Sebbene le molecole di ossigeno siano molto stabili perché formano un doppio legame, poiché l'ossigeno ha un'elevata elettronegatività (capacità di attrarre elettroni), ha un'elevata capacità reattiva. A causa di questa elevata elettronegatività, l'ossigeno interviene in molte reazioni di ossidazione.
La stragrande maggioranza dei processi di combustione che avvengono in natura richiedono la partecipazione di ossigeno. Allo stesso modo in quelli generati dall'essere umano. Questi processi svolgono funzioni sia positive che negative in termini antropici.
La combustione di combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) contribuisce allo sviluppo economico, ma allo stesso tempo rappresenta un grave problema per il suo contributo al riscaldamento globale.
I grandi incendi boschivi influenzano la biodiversità, sebbene in alcuni casi facciano parte di processi naturali in alcuni ecosistemi.
Lo strato di ozono (O3) nella stratosfera, è lo scudo protettivo dell'atmosfera contro l'ingresso di radiazioni ultraviolette in eccesso. Questa radiazione altamente energetica aumenta il riscaldamento globale.
D'altra parte, è altamente mutageno e dannoso per i tessuti viventi. Nell'uomo e in altri animali è cancerogeno.
L'emissione di vari gas provoca la distruzione dello strato di ozono e quindi facilita l'ingresso della radiazione ultravioletta. Alcuni di questi gas sono clorofluorocarburi, idroclorofluorocarburi, bromuro di etile, ossidi di azoto da fertilizzanti e halon..
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