Karakteristik siklus oksigen, reservoir, tahapan dan kepentingan



itu siklus oksigen itu mengacu pada gerakan sirkulasi oksigen di Bumi. Ini adalah siklus biogeokimia gas. Oksigen adalah unsur kedua yang paling melimpah di atmosfer setelah nitrogen, dan yang kedua paling melimpah di hidrosfer setelah hidrogen. Dalam hal ini, siklus oksigen terhubung ke siklus air.

Pergerakan sirkulasi oksigen meliputi produksi dioksigen atau oksigen molekul dari dua atom (OR2). Ini terjadi karena hidrolisis selama fotosintesis yang dilakukan oleh berbagai organisme fotosintesis.

O2 digunakan oleh organisme hidup dalam respirasi sel, menghasilkan produksi karbon dioksida (CO)2), yang terakhir menjadi salah satu bahan baku untuk proses fotosintesis.

Di sisi lain, fotolisis (hidrolisis yang diaktifkan oleh energi matahari) dari uap air yang disebabkan oleh radiasi ultraviolet matahari terjadi di atmosfer bagian atas. Air terurai melepaskan hidrogen yang hilang di stratosfer dan oksigen diintegrasikan ke atmosfer.

Saat berinteraksi molekul O2 dengan atom oksigen, ozon diproduksi (O3). Ozon membentuk apa yang disebut lapisan ozon.

Indeks

  • 1 Karakteristik
    • 1.1 Asal
    • 1.2 Suasana primitif
    • 1.3. Energi yang menggerakkan siklus
    • 1.4 Hubungan dengan siklus biogeokimia lainnya
  • 2 Reservoir
    • 2.1 Geosfer
    • 2.2 Suasana
    • 2.3 Hidrosfer
    • 2.4 Cryosphere
    • 2.5 Organisme hidup
  • 3 Tahapan
    • 3.1 Tahap lingkungan waduk dan sumber: atmosfer-hidrosfer-kriosfer-geosfer
    • 3.2 Tahap fotosintesis
    • 3,3 -tahap kembali atmosfer
    • 3.4 - Tahap pernapasan
  • 4 Pentingnya
  • 5 Perubahan
    • 5.1 Efek rumah kaca
  • 6 Referensi

Fitur

Oksigen adalah unsur kimia non-logam. Nomor atomnya adalah 8, yaitu memiliki 8 proton dan 8 elektron dalam keadaan alami. Di bawah kondisi normal suhu dan tekanan hadir dalam bentuk gas dioksigenik, tidak berwarna dan tidak berbau. Rumus molekulnya adalah O2.

O2 termasuk tiga isotop stabil: 16O, 17O dan 18O. Bentuk dominan di alam semesta adalah 16O. Di Bumi, oksigen mewakili 99,76% dari total oksigen. itu 18Atau mewakili 0,2%. Bentuk 17Atau sangat jarang (~ 0,04%).

Asal

Oksigen adalah unsur ketiga yang melimpah di alam semesta. Produksi isotop 16Atau itu dimulai pada generasi pertama dari pembakaran helium matahari yang terjadi setelah Big Bang.

Pembentukan siklus nukleosintesis karbon-nitrogen-oksigen pada generasi bintang berikutnya telah memberikan sumber oksigen utama di planet-planet..

Suhu dan tekanan tinggi menghasilkan air (H2O) di Alam Semesta dengan menghasilkan reaksi hidrogen dengan oksigen. Air adalah bagian dari konformasi inti Bumi.

Singkapan magma melepaskan air dalam bentuk uap dan memasuki siklus air. Air terurai oleh fotolisis dalam oksigen dan hidrogen melalui fotosintesis, dan oleh radiasi ultraviolet di tingkat atas atmosfer..

Suasana primitif

Atmosfer primitif sebelum evolusi fotosintesis oleh cyanobacteria adalah anaerob. Untuk organisme hidup yang disesuaikan dengan atmosfer itu, oksigen adalah gas beracun. Bahkan hari ini atmosfer oksigen murni menghasilkan kerusakan sel yang tidak dapat diperbaiki.

Dalam garis evolusi cyanobacteria saat ini, fotosintesis berasal. Ini mulai mengubah komposisi atmosfer bumi sekitar 2.300-2.700 juta tahun yang lalu.

Proliferasi organisme fotosintesis mengubah komposisi atmosfer. Kehidupan berevolusi menuju adaptasi ke atmosfer aerobik.

Energi yang menggerakkan siklus

Kekuatan dan energi yang bekerja dengan menggerakkan siklus oksigen bisa menjadi panas bumi, ketika magma mengeluarkan uap air, atau itu bisa berasal dari energi matahari..

Yang terakhir memberikan energi mendasar untuk proses fotosintesis. Energi kimia dalam bentuk karbohidrat yang dihasilkan dari fotosintesis, pada gilirannya mendorong semua proses kehidupan melalui rantai makanan. Dengan cara yang sama, Matahari menghasilkan pemanasan diferensial planetary dan menyebabkan arus laut dan atmosfer.

Hubungan dengan siklus biogeokimia lainnya

Karena kelimpahan dan reaktivitasnya yang tinggi, siklus oksigen terhubung ke siklus lain seperti CO2, nitrogen (N2) dan siklus air (H2O). Ini memberinya karakter multi-siklus.

Waduk O2 dan CO2  mereka dihubungkan oleh proses yang melibatkan penciptaan (fotosintesis) dan penghancuran (respirasi dan pembakaran) bahan organik. Dalam jangka pendek, reaksi reduksi oksidasi ini adalah sumber utama variabilitas konsentrasi O2 di atmosfer.

Bakteri denitrifikasi mendapatkan oksigen untuk respirasi nitrat dari tanah, melepaskan nitrogen.

Reservoir

Geosfer

Oksigen adalah salah satu komponen utama silikat. Oleh karena itu, ia merupakan bagian penting dari mantel dan kerak bumi.

  • Inti terestrial: dalam mantel luar cair inti terestrial ada, selain zat besi, unsur-unsur lain, di antaranya oksigen.
  • Lantai: udara tersebar di ruang antara partikel atau pori-pori di tanah. Oksigen ini digunakan oleh mikrobiota tanah.

Suasana

21% atmosfer terdiri dari oksigen dalam bentuk dioksigen (O2). Bentuk lain dari kehadiran oksigen atmosfer adalah uap air (H2O), karbon dioksida (CO2) dan ozon (O3).

  • Uap air: konsentrasi uap air bervariasi, tergantung pada suhu, tekanan atmosfer, dan arus sirkulasi atmosfer (siklus air).
  • Karbon dioksida: CO2 itu mewakili sekitar 0,03% dari volume udara. Sejak awal Revolusi Industri, konsentrasi CO telah meningkat2 di atmosfer sebesar 145%.
  • Ozon: adalah molekul yang ada di stratosfer dalam jumlah rendah (0,03 - 0,02 bagian per juta volume).

Hidrosfer

71% permukaan bumi ditutupi oleh air. Di lautan, lebih dari 96% air yang ada di permukaan bumi terkonsentrasi. 89% massa lautan adalah oksigen. CO2 Ini juga dilarutkan dalam air dan tunduk pada proses pertukaran dengan atmosfer.

Cryosphere

Cryosphere mengacu pada massa air beku yang menutupi area tertentu di Bumi. Massa es ini mengandung sekitar 1,74% air di kerak bumi. Di sisi lain, es mengandung berbagai jumlah molekul oksigen yang terperangkap.

Oorganisme hidup

Sebagian besar molekul yang membentuk struktur makhluk hidup mengandung oksigen. Di sisi lain, sebagian besar makhluk hidup adalah air. Oleh karena itu, biomassa terestrial juga merupakan cadangan oksigen.

Tahapan

Secara umum, siklus diikuti oleh oksigen sebagai agen kimia terdiri dari dua area besar yang membentuk karakter biogeokimia. Area-area ini diwakili dalam empat tahap.

Area geoenvironmental mencakup perpindahan dan penahanan di atmosfer, hidrosfer, kriosfer, dan geosfer oksigen. Ini termasuk tahap lingkungan dari reservoir dan sumber, dan tahap pengembalian ke lingkungan.

Di bidang biologis, dua tahap juga termasuk. Mereka berhubungan dengan fotosintesis dan respirasi.

-Tahap lingkungan waduk dan sumber: atmosfer-hidrosfer-kriosfer-geosfer

Suasana

Sumber utama oksigen atmosfer adalah fotosintesis. Tetapi ada sumber lain dari mana oksigen dapat dimasukkan ke atmosfer.

Salah satunya adalah mantel luar cair inti Bumi. Oksigen mencapai atmosfer dalam bentuk uap air melalui letusan gunung berapi. Uap air naik ke stratosfer tempat ia mengalami fotolisis akibat radiasi energi tinggi dari matahari dan dihasilkan oksigen bebas.

Di sisi lain, respirasi memancarkan oksigen dalam bentuk CO2.  Proses pembakaran, terutama proses industri, juga mengkonsumsi oksigen molekuler dan menghasilkan CO2 ke atmosfer.

Dalam pertukaran antara atmosfer dan hidrosfer, oksigen terlarut dalam massa air masuk ke atmosfer. Di sisi lain, CO2 Atmosfer dilarutkan dalam air sebagai asam karbonat. Oksigen terlarut dalam air terutama berasal dari fotosintesis alga dan cyanobacteria.

Stratosfer

Pada tingkat atmosfer yang lebih tinggi, radiasi energi tinggi menghidrolisis uap air. Radiasi gelombang pendek mengaktifkan molekul O2. Ini dipecah menjadi atom-atom bebas oksigen (O).

Atom O bebas ini bereaksi dengan molekul O2 dan menghasilkan ozon (O3). Reaksi ini dapat dibalik. Karena radiasi ultraviolet, O3 terurai menjadi atom bebas oksigen lagi.

Oksigen sebagai komponen udara atmosfer membentuk bagian dari berbagai reaksi oksidasi, bergabung dengan berbagai senyawa terestrial. Tenggelam signifikan oksigen adalah oksidasi gas dari letusan gunung berapi.

Hidrosfer

Konsentrasi air terbesar di Bumi adalah lautan, di mana terdapat konsentrasi isotop oksigen yang seragam. Hal ini disebabkan oleh pertukaran elemen ini secara konstan dengan kerak bumi melalui proses sirkulasi hidrotermal.

Pada batas lempeng tektonik dan punggung laut, proses pertukaran gas yang konstan dihasilkan.

Cryosphere

Massa es terestrial, termasuk massa es kutub, gletser, dan permafrost, merupakan suatu wadah oksigen yang penting dalam bentuk air dalam keadaan padat..

Geosfer

Demikian juga, oksigen berpartisipasi dalam pertukaran gas dengan tanah. Di sana ia merupakan elemen vital untuk proses pernapasan mikroorganisme tanah.

Wastafel penting di tanah adalah proses oksidasi mineral dan pembakaran bahan bakar fosil.

Oksigen yang merupakan bagian dari molekul air (H2O) mengikuti siklus air dalam proses evaporasi-transpirasi dan kondensasi-presipitasi.

-Tahap fotosintesis

Fotosintesis dilakukan dalam kloroplas. Selama fase cahaya fotosintesis diperlukan zat pereduksi, yaitu sumber elektron. Agen tersebut dalam hal ini adalah air (H2O).

Dengan mengambil hidrogen (H) dari air, oksigen dilepaskan (O2) sebagai produk limbah. Air memasuki tanah dari tanah melalui akar. Dalam kasus alga dan cyanobacteria, ia berasal dari lingkungan akuatik.

Semua molekul oksigen (O2) diproduksi selama fotosintesis berasal dari air yang digunakan dalam proses. Dalam fotosintesis, CO dikonsumsi2, energi matahari dan air (H2O), dan oksigen dilepaskan (O2).

-Tahap pengembalian atmosfer

O2 dihasilkan dalam fotosintesis dikeluarkan ke atmosfer melalui stomata dalam kasus tanaman. Alga dan cyanobacteria mengembalikannya ke lingkungan melalui difusi membran. Demikian pula, proses pernapasan mengembalikan oksigen ke lingkungan dalam bentuk karbon dioksida (CO2).

-Tahap pernapasan

Untuk melakukan fungsi vitalnya, organisme hidup perlu membuat efektif energi kimia yang dihasilkan oleh fotosintesis. Energi ini disimpan dalam bentuk molekul kompleks karbohidrat (gula) dalam kasus tanaman. Sisa organisme mendapatkannya dari makanan

Proses dimana makhluk hidup membuka senyawa kimia untuk melepaskan energi yang dibutuhkan disebut respirasi. Proses ini dilakukan dalam sel dan memiliki dua fase; satu aerobik dan satu lagi anaerob.

Respirasi aerobik terjadi di mitokondria pada tumbuhan dan hewan. Pada bakteri itu dilakukan di sitoplasma, karena mereka kekurangan mitokondria.

Elemen dasar untuk bernafas adalah oksigen sebagai zat pengoksidasi. Dalam nafas oksigen dikonsumsi (O2) dan CO dilepaskan2 dan air (H2O), menghasilkan energi yang bermanfaat.

CO2 dan air (uap air) dilepaskan melalui stomata pada tanaman. Pada hewan, CO2 dilepaskan melalui lubang hidung dan / atau mulut, dan air melalui keringat. Dalam ganggang dan bakteri, CO2 dilepaskan oleh difusi membran.

Fotorespirasi

Pada tanaman di hadapan cahaya, proses yang mengkonsumsi oksigen dan energi yang disebut fotorespirasi dikembangkan. Fotorespirasi meningkat dengan meningkatnya suhu, karena peningkatan konsentrasi CO2 mengenai konsentrasi O2.

Fotorespirasi membentuk keseimbangan energi negatif untuk pabrik. Konsumsi O2 dan energi kimia (diproduksi oleh fotosintesis) dan melepaskan CO2. Karena itu mereka telah mengembangkan mekanisme evolusi untuk menangkalnya (metabolisme C4 dan CAN).

Signifikansi

Saat ini sebagian besar kehidupan adalah aerobik. Tanpa sirkulasi O2 dalam sistem planet, kehidupan seperti yang kita kenal sekarang tidak mungkin.

Selain itu, oksigen merupakan proporsi yang signifikan dari massa udara terestrial. Oleh karena itu, ia berkontribusi pada fenomena atmosfer yang terkait dengannya dan konsekuensinya: efek erosif, regulasi iklim, dan lainnya.

Secara langsung, ini menghasilkan proses oksidasi di tanah, gas vulkanik dan struktur buatan logam.

Oksigen adalah elemen dengan kapasitas oksidatif tinggi. Meskipun molekul oksigen sangat stabil karena mereka membentuk ikatan rangkap, memiliki oksigen memiliki keelektronegatifan tinggi (kemampuan untuk menarik elektron), memiliki kapasitas reaktif yang tinggi. Karena elektronegativitas yang tinggi ini oksigen ikut campur dalam banyak reaksi oksidasi.

Perubahan

Sebagian besar proses pembakaran yang terjadi di alam memerlukan partisipasi oksigen. Juga pada yang dihasilkan oleh manusia. Proses-proses ini memenuhi fungsi positif dan negatif dalam istilah antropik.

Pembakaran bahan bakar fosil (batu bara, minyak, gas) berkontribusi pada pembangunan ekonomi, tetapi pada saat yang sama merupakan masalah serius karena kontribusinya terhadap pemanasan global.

Kebakaran hutan besar mempengaruhi keanekaragaman hayati, meskipun dalam beberapa kasus mereka adalah bagian dari proses alami di ekosistem tertentu.

Efek rumah kaca

Lapisan ozon (O3) di stratosfer, adalah perisai pelindung atmosfer terhadap masuknya radiasi ultraviolet berlebih. Radiasi yang sangat energik ini meningkatkan pemanasan Bumi.

Di sisi lain, sangat mutagenik dan berbahaya bagi jaringan hidup. Pada manusia dan hewan lain, bersifat karsinogenik.

Emisi berbagai gas menyebabkan penghancuran lapisan ozon dan karenanya memfasilitasi masuknya radiasi ultraviolet. Beberapa gas ini adalah klorofluorokarbon, hidroklorofluorokarbon, etil bromida, nitrogen oksida dari pupuk dan halon.

Referensi

  1. Anbar AD, Dan Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, Creaser RA, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin dan R Buick (2007) Bau Oksigen Sebelum Peristiwa Oksidasi Besar? Sains 317: 1903-1906.
  2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee dan NJ Beukes. (2004) Kencan munculnya oksigen atmosfer. Alam 427: 117-120.
  3. Farquhar J dan DT Johnston. (2008) Siklus Oksigen dari Planet-planet Terestrial: Wawasan tentang Pemrosesan dan Sejarah Oksigen di Lingkungan Permukaan. Ulasan dalam Mineralogy and Geochemistry 68: 463-492.
  4. Keeling RF (1995) Siklus oksigen atmosfer: Isotop oksigen CO atmosfer2 dan O2 dan O2/ N2 Reviws of Geophysics, suplemen. A.S: Laporan Nasional untuk Persatuan Geodesi dan Geofisika Internasional 1991-1994. hlm. 1253-1262.
  5. Purves WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Life. Ilmu Biologi. 6 Edt. Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 p.