Круговорот кислорода
Круговорот кислорода — биогеохимический цикл, в ходе которого происходит перенос кислорода между тремя основными резервуарами: атмосферой (воздух), органическим веществом биосферы (глобальная сумма всех экосистем), и земной корой. Сбой в круговороте кислорода в гидросфере может привести к развитию гипоксических зон, т.е. зон пониженного содержания кислорода. Главная движущая сила кислородного цикла — это фотосинтез, который отвечает за состав современной атмосферы Земли и жизни на земле (см. Кислородная катастрофа).
Резервуары
Крупнейший резервуар кислорода на Земле — это силикаты и оксиды в коре и мантии (99.5 %). Лишь небольшая часть кислорода находится в виде свободного кислорода в атмосфере (0.36 %) и связанного в виде органики в биосфере (0.01 %). Основным источником атмосферного кислорода является фотосинтез, в процессе которого организмы производят сахара и свободный кислород из углекислого газа и воды:
К фотосинтезирующим организмам относятся наземные растения, а также фитопланктон океанов. Более половины фотосинтезирующих организмов открытого океана составляют крошечные морские цианобактерии из рода Prochlorococcus, обнаруженные в 1986.
Дополнительным источником свободного кислорода служат реакции фотолиза. В верхних слоях атмосферы под действием высокоэнергетического ультрафиолетового излучения атмосферная вода и оксид азота I распадаются на составляющие атомы. Свободные атомы N и Н утекают в космос, оставляя более тяжёлый О2 в атмосфере:
Кислород атмосферы расходуется главным образом в результате дыхания и разложения, процессов, в ходе которых животные и бактерии потребляют кислород и выделяют углекислый газ.
Литосфера также может потреблять свободный кислород в результате химической эрозии и поверхностных реакций. Примером такого процесса является формирование оксидов железа (ржавчины):
Кислород также циркулирует между биосферой и литосферой. Морские организмы биосферы создают карбонат кальция (СаСО3), материал их внешней оболочки, богатой кислородом. Когда организм умирает, его оболочка оседает на морском дне и, захораниваясь там, со временем превращается в известняк — осадочную породу литосферы. Процессы выветривания и эрозии, инициированные организмами могут высвобождать кислород из литосферы.
Растения и бактерии извлекают минеральные вещества из пород и превращают кислород в воду, из которой он может высвобождаться в результате фотосинтеза.
Ёмкость резервуаров и потоки вещества
В нижележащих таблицах содержатся оценки ёмкости резервуаров кислородного цикла и потоков вещества в нём. Эти цифры основаны в первую очередь на оценке (Уолкер, Дж. К. Г.):
Таблица 1: Основные резервуары кислородного цикла
| Резервуар | Ёмкость (кг O2) | Поток в/из (кг O2 в год) | Время пребывания (годы) |
|---|---|---|---|
| Атмосфера | 1,4⋅1018 | 3⋅1014 | 4500 |
| Биосфера | 1,6⋅1016 | 3⋅1014 | 50 |
| Литосфера | 2,9⋅1020 | 6⋅1011 | 500 000 000 |
Таблица 2: Годовой прирост и потери атмосферного кислорода (Единицы: 1010 кг О2 в год)
| Фотосинтез (земля) Фотосинтез (океан) | 16,500 13,500 |
| Общий прирост | ~ 30,000 |
| Потери — дыхание и гниение | |
| Аэробное дыхание Микробное окисление | 23,000 5,100 |
| Потери — выветривание | |
| Химическое выветривание Поверхностная реакция О3 | 50 12 |
| Общие потери | ~ 30,000 |
Озон
Появление атмосферного кислорода привело к образованию озона (О3) и озонового слоя в стратосфере:
Озоновый слой чрезвычайно важен для современной жизни, так как он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение:
Примечания
- Steve Nadis, The Cells That Rule the Seas, Scientific American, Nov. 2003 [1] Архивная копия от 12 октября 2007 на Wayback Machine
- Walker, J. C. G. (1980) The oxygen cycle in the natural environment and the biogeochemical cycles, Springer-Verlag, Berlin, Federal Republic of Germany (DEU).
Литература
- Cloud, P. and Gibor, A. 1970, The oxygen cycle, Scientific American, September, S. 110—123
- Fasullo, J., Substitute Lectures for ATOC 3600: Principles of Climate, Lectures on the global oxygen cycle, http://paos.colorado.edu/~fasullo/pjw_class/oxygencycle.html
- Morris, R.M., OXYSPHERE — A Beginners' Guide to the Biogeochemical Cycling of Atmospheric Oxygen,
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Круговорот кислорода, Что такое Круговорот кислорода? Что означает Круговорот кислорода?
Krugovorot kisloroda biogeohimicheskij cikl v hode kotorogo proishodit perenos kisloroda mezhdu tremya osnovnymi rezervuarami atmosferoj vozduh organicheskim veshestvom biosfery globalnaya summa vseh ekosistem i zemnoj koroj Sboj v krugovorote kisloroda v gidrosfere mozhet privesti k razvitiyu gipoksicheskih zon t e zon ponizhennogo soderzhaniya kisloroda Glavnaya dvizhushaya sila kislorodnogo cikla eto fotosintez kotoryj otvechaet za sostav sovremennoj atmosfery Zemli i zhizni na zemle sm Kislorodnaya katastrofa Geohimicheskij cikl kislorodaRezervuaryKrupnejshij rezervuar kisloroda na Zemle eto silikaty i oksidy v kore i mantii 99 5 Lish nebolshaya chast kisloroda nahoditsya v vide svobodnogo kisloroda v atmosfere 0 36 i svyazannogo v vide organiki v biosfere 0 01 Osnovnym istochnikom atmosfernogo kisloroda yavlyaetsya fotosintez v processe kotorogo organizmy proizvodyat sahara i svobodnyj kislorod iz uglekislogo gaza i vody 6 CO2 6H2O energy C6H12O6 6 O2 displaystyle mathrm 6 CO 2 6H 2 O energy longrightarrow C 6 H 12 O 6 6 O 2 K fotosinteziruyushim organizmam otnosyatsya nazemnye rasteniya a takzhe fitoplankton okeanov Bolee poloviny fotosinteziruyushih organizmov otkrytogo okeana sostavlyayut kroshechnye morskie cianobakterii iz roda Prochlorococcus obnaruzhennye v 1986 Dopolnitelnym istochnikom svobodnogo kisloroda sluzhat reakcii fotoliza V verhnih sloyah atmosfery pod dejstviem vysokoenergeticheskogo ultrafioletovogo izlucheniya atmosfernaya voda i oksid azota I raspadayutsya na sostavlyayushie atomy Svobodnye atomy N i N utekayut v kosmos ostavlyaya bolee tyazhyolyj O2 v atmosfere 2 H2O energy 4 H O2 displaystyle mathrm 2 H 2 O energy longrightarrow 4 H O 2 2 N2O energy 4 N O2 displaystyle mathrm 2 N 2 O energy longrightarrow 4 N O 2 Kislorod atmosfery rashoduetsya glavnym obrazom v rezultate dyhaniya i razlozheniya processov v hode kotoryh zhivotnye i bakterii potreblyayut kislorod i vydelyayut uglekislyj gaz Litosfera takzhe mozhet potreblyat svobodnyj kislorod v rezultate himicheskoj erozii i poverhnostnyh reakcij Primerom takogo processa yavlyaetsya formirovanie oksidov zheleza rzhavchiny 4 FeO 3 O2 2 Fe2O3 displaystyle mathrm 4 FeO 3 O 2 longrightarrow 2 Fe 2 O 3 Kislorod takzhe cirkuliruet mezhdu biosferoj i litosferoj Morskie organizmy biosfery sozdayut karbonat kalciya SaSO3 material ih vneshnej obolochki bogatoj kislorodom Kogda organizm umiraet ego obolochka osedaet na morskom dne i zahoranivayas tam so vremenem prevrashaetsya v izvestnyak osadochnuyu porodu litosfery Processy vyvetrivaniya i erozii iniciirovannye organizmami mogut vysvobozhdat kislorod iz litosfery Rasteniya i bakterii izvlekayut mineralnye veshestva iz porod i prevrashayut kislorod v vodu iz kotoroj on mozhet vysvobozhdatsya v rezultate fotosinteza Yomkost rezervuarov i potoki veshestvaV nizhelezhashih tablicah soderzhatsya ocenki yomkosti rezervuarov kislorodnogo cikla i potokov veshestva v nyom Eti cifry osnovany v pervuyu ochered na ocenke Uolker Dzh K G Tablica 1 Osnovnye rezervuary kislorodnogo cikla Rezervuar Yomkost kg O2 Potok v iz kg O2 v god Vremya prebyvaniya gody Atmosfera 1 4 1018 3 1014 4500Biosfera 1 6 1016 3 1014 50Litosfera 2 9 1020 6 1011 500 000 000 Tablica 2 Godovoj prirost i poteri atmosfernogo kisloroda Edinicy 1010 kg O2 v god Fotosintez zemlya Fotosintez okean Fotoliz N2O Fotoliz N2O 16 500 13 500 1 3 0 03Obshij prirost 30 000Poteri dyhanie i gnienieAerobnoe dyhanie Mikrobnoe okislenie Szhiganie iskopaemogo topliva antropogennoe Fotohimicheskoe okislenie Fiksaciya N2 molniyami Fiksaciya s N2 pri proizvodstve udobrenij Okislenie vulkanicheskih gazov 23 000 5 100 1 200 600 12 10 5Poteri vyvetrivanieHimicheskoe vyvetrivanie Poverhnostnaya reakciya O3 50 12Obshie poteri 30 000OzonPoyavlenie atmosfernogo kisloroda privelo k obrazovaniyu ozona O3 i ozonovogo sloya v stratosfere O2 uv light 2 O l 200 nm displaystyle mathrm O 2 uv light longrightarrow 2 O qquad lambda lesssim 200 text nm O O2 O3 displaystyle mathrm O O 2 longrightarrow O 3 Ozonovyj sloj chrezvychajno vazhen dlya sovremennoj zhizni tak kak on pogloshaet vrednoe ultrafioletovoe izluchenie O3 uv light O2 O l 300 nm displaystyle mathrm O 3 uv light longrightarrow O 2 O qquad lambda lesssim 300 text nm PrimechaniyaSteve Nadis The Cells That Rule the Seas Scientific American Nov 2003 1 Arhivnaya kopiya ot 12 oktyabrya 2007 na Wayback Machine Walker J C G 1980 The oxygen cycle in the natural environment and the biogeochemical cycles Springer Verlag Berlin Federal Republic of Germany DEU LiteraturaCloud P and Gibor A 1970 The oxygen cycle Scientific American September S 110 123 Fasullo J Substitute Lectures for ATOC 3600 Principles of Climate Lectures on the global oxygen cycle http paos colorado edu fasullo pjw class oxygencycle html Morris R M OXYSPHERE A Beginners Guide to the Biogeochemical Cycling of Atmospheric Oxygen
