KITARAN KALSIUM: CIRI, TAHAP DAN KEPENTINGAN - KIMIA - 2025

The kitaran kalsium adalah peredaran dan penyimpanan di Bumi unsur ini, merangkumi makhluk hidup, litosfera dan hidrosfera. Ini adalah kitaran biogeokimia sedimen di mana kalsium beredar sebagai logam lembut bumi beralkali, tanpa tahap gas.

Tahap peredaran kalsium yang lebih besar adalah tahap biologi, kerana dimakan oleh makhluk hidup dan digunakan dalam struktur dan metabolisme mereka. Setelah makhluk hidup mati, kalsium disatukan kembali ke persekitaran fizikal sebagai sebahagian dari tanah dan dasar laut.

Kalsium. Sumber: Pumbaa (karya asal oleh Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Terdapat simpanan kerang dan tulang yang banyak terutama di dasar laut dan di tasik yang besar. Struktur ini bercampur dengan sedimen dan diliputi oleh lapisan berturut-turut selama berjuta-juta tahun.

Lapisan sedimen yang lebih rendah dikenakan tekanan tinggi membentuk batuan sedimen yang kemudian terdedah ke permukaan akibat proses geologi daratan. Batuan yang terdedah mengalami pelapukan dan hakisan, melepaskan kalsium yang disatukan ke dalam tanah atau dihanyutkan.

Di tanah ia diserap terutamanya oleh akar tanaman dan di laut oleh fitoplankton dan organisma lain. Kalsium digunakan untuk tujuan struktur dan metabolik yang berbeza, misalnya pembuatan cengkerang.

Kitaran kalsium penting kerana membolehkan elemen ini tersedia dalam tahap yang berbeza, memenuhi pelbagai fungsi. Oleh itu, menjadi sebahagian daripada struktur organisma hidup, berpartisipasi dalam pembentukan relief daratan, mengatur pH tanah dan perairan dan berfungsi sebagai bahan mentah untuk industri manusia.

Ciri umum

- Kalsium

Kalsium (Ca) adalah logam lembut bumi beralkali dengan nombor atom 20 dan jisim atom 40.078, yang keadaan biasa padat. Membentuk oksida yang bertindak sebagai asas kuat, bertindak balas dengan ganas ketika bersentuhan dengan asid.

- Kitaran anda

Kalsium memenuhi kitaran biogeokimia jenis sedimen, kerana kekurangan fasa gas dan cadangan terbesar berada di litosfera. Ia berkait rapat dengan kitaran karbon, air dan fosforus.

Hakisan batu

Kitaran ini berkembang dari luluhawa dan hakisan batu berkapur yang melepaskan kalsium yang tersimpan di dalam tanah. Demikian juga, ia dapat dihanyutkan larut dalam air limpasan ke sungai, tasik dan lautan.

Apabila air hujan bersentuhan dengan CO2 atmosfera, ia membentuk H2CO3 yang melarutkan batu kapur, melepaskan Ca2 + dan HCO3-. Sebaliknya, CO2 yang dibawa oleh air hujan mengubah karbonat tidak larut menjadi bikarbonat larut.

Penyerapan dan penggunaan oleh makhluk hidup

Kalsium (Ca2 +) di dalam tanah diserap oleh tumbuhan dan di badan air oleh organisma akuatik. Di dalam badan, kalsium memenuhi fungsi metabolisme yang berbeza dan ketika organisma mati, ia kembali ke persekitaran fizikal, terbawa oleh air limpasan ke sungai, tasik dan lautan.

Pembentukan batu

Kerangka haiwan (dalaman dan luaran atau kerang) disimpan di dasar laut sebagai sebahagian daripada sedimen. Lapisan sedimen ditutup dan dipadatkan selama berjuta-juta tahun untuk membentuk batu berkapur.

Batu berkapur. Sumber: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kemudian proses diastrofik (retakan dan pergerakan kerak bumi ke atas) mendedahkan batu ke permukaan. Dengan cara ini kitaran ditutup, kerana batu-batu itu kembali luluhawa (tindakan unsur-unsur iklim) dan diluluhawa dan terhakis.

Tahap kitar kalsium

Tahap yang dilalui kalsium dalam kitaran penyimpanan dan peredarannya diberikan oleh petak di mana proses ini berlaku. Ini adalah kerak dan bahagian mantel bumi (litosfer), badan air (hidrosfera) dan organisma hidup.

- Tahap geologi

Pada peringkat geologi, yang terbagi dalam kerak dan mantel, di sinilah terdapat jumlah simpanan kalsium paling banyak. Kalsium adalah unsur kelima yang paling banyak terdapat di litosfer, yang merupakan 3.5% kerak bumi.

Ia dijumpai membentuk batu karang seperti batu kapur, dolomit, marl dan marmar, sementara batu kapur dan dolomit membentuk pegunungan besar di seluruh planet ini. Dengan cara yang sama, ia adalah sebahagian daripada sebatian semula jadi lain seperti gipsum dan alabaster (kalsium sulfat).

Dalam bentuk mineral, ia diperoleh sebagai kalsium karbonat (CaCO3) dari kalsit, dolomit dan bentuk kristal lain seperti aragonit.

Batu kapur

Ini adalah jenis batuan sedimen yang sangat banyak berasal dari endapan laut atau lautan purba (tasik), yang terdiri daripada 99% kalsium karbonat. Batuan ini membentuk strata mendatar atau cacat oleh pergerakan diastrofik dan luluhawa mereka menimbulkan tanah neutral ke tanah asas (pH 7 atau lebih tinggi), kaya dengan kalsium.

Dolomit

Ini terdiri dari batuan sedimen yang terbentuk di endapan laut cetek oleh reaksi penggantian kimia. Dalam kes ini, magnesium mengambil bahagian dalam konformasi mineral, membentuk dolomit atau kalsium magnesium karbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

Mereka adalah batuan sedimen yang terbentuk oleh 1/3 hingga 2/3 kalsium karbonat dan sisa tanah liat. Batuan ini bertahan di kawasan kering, kerana sangat mudah terkena hakisan air.

Guli

Sekiranya batu kapur terkena suhu tinggi dan tekanan pada lapisan kerak bumi yang dalam, batu marmar akan terbentuk. Ini adalah batu metamorf yang sangat padat dengan tahap penghabluran yang tinggi.

- Tahap hidrologi

Kalsium dilarutkan di sungai, tasik dan lautan sebagai kalsium klorida (menjadi ion paling banyak dalam medium ini) dan kalsium karbonat. Di lautan, kalsium karbonat (CaCO3) stabil pada kedalaman kurang dari 4,500 m.

Kalsium dalam medium ini terdapat pada organisma hidup dan simpanan batu kapur di dasar laut. Ini adalah had kedalaman pampasan karbonat, setelah itu CaCO3 larut dan tidak membentuk deposit batu kapur.

- Tahap biologi

Pergerakan kalsium dari tanah ke akar. Dari xilem hingga daun tanaman. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Pada tahap ini, kitaran kalsium mencapai peredaran terbesarnya, sangat penting bagi makhluk hidup kerana sebagai ion Ca2 + ia merupakan sebahagian dari mekanisme pertukaran membran sel. Sebaliknya, ia adalah unsur penting tulang, gigi, kulit telur dan cengkerang.

Cengkerang kalsium di bivalves. Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Dengan cara ini, kalsium beredar di biosfer dan apabila organisma mati, ia kembali ke sedimen untuk membentuk batuan baru dari masa ke masa.

Manusia itu

Unsur penting dari tahap biologi kitaran kalsium adalah peranan manusia dalam menggunakan unsur ini sebagai bahan mentah. Elemen ini diekstrak, diangkut dan digunakan dalam jumlah yang banyak dengan cara yang berbeza.

Di lombong terbuka, batu kapur diekstrak untuk menggunakannya sebagai elemen pembinaan atau untuk menggilingnya dan menggunakannya sebagai bahan mentah industri. Cengkerang juga digiling untuk menyiapkan baja dan produk lain.

Cengkerang foraminifera dan moluska

Cengkerang haiwan ini terbentuk dari kalsium karbonat, dikristalisasi sebagai kalsit atau aragonit. Ini adalah dua bentuk mineral dengan komposisi yang sama (CaCO3) tetapi mengkristal secara berbeza.

Moluska membentuk cengkerang mereka dari bentuk kalsium cair yang dirembeskan oleh sel khusus. Lapisan paling dalam cangkang adalah nacre yang terbentuk dari kristal aragonit yang dicampurkan dengan protein konkiolin.

Kepentingan

Peredaran kalsium, membentuk kitaran ciri, sangat penting untuk menjadikan unsur ini tersedia untuk makhluk hidup. Berkat proses yang melepaskan kalsium dari batu dan membuatnya beredar, kehidupan wujud seperti yang kita ketahui.

- Elemen penting untuk kehidupan

Kalsium sangat penting untuk kehidupan, kerana ia adalah unsur struktur dan metabolik. Secara struktural, ia adalah bahagian asas dalam penyesuaian rangka dalaman dan luaran.

Pada haiwan bertulang, kalsium adalah komponen utama tulang (kerangka dalaman), juga gigi. Dalam foraminifera (protista) dan moluska (siput dan bivalves) ia adalah bahan utama untuk pembentukan kerangka luaran, iaitu cengkerang.

Metabolisme

Kalsium adalah agen pengangkutan dalam membran sel, jadi ia berperanan penting dalam metabolisme. Dalam membran sel terdapat saluran kalsium yang membolehkan kemasukan unsur ini secara pasif ke dalam sel.

Saluran kalsium. Sumber: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Domain awam

Ini mengatur hubungan kepekatan kalsium antara bahagian dalam dan luar sel, mengaktifkan proses metabolik yang berbeza. Sebagai contoh, mekanisme ini penting untuk fungsi sistem saraf dan otot dan oleh itu memainkan peranan yang relevan dalam fungsi jantung.

- Makanan dan kesihatan

Dari sudut pandangan manusia, kitar kalsium memungkinkan untuk menjadikan unsur ini tersedia untuk makanan dan kesihatan manusia. Yang paling penting adalah pengeluaran dan penyediaan makanan tenusu untuk anak-anak.

Begitu juga, pengambilannya untuk tujuan perubatan digunakan dalam rawatan penyakit kekurangan kalsium seperti osteoporosis. Penyakit melemahkan tulang ini sangat serius pada orang tua, terutama pada wanita.

- Mutiara

Apabila badan asing menyerang tiram, ia menutupnya dengan ibu mutiara dan dengan demikian mutiara terbentuk. Mutiara mencapai nilai tinggi di pasaran perhiasan di seluruh dunia.

- Bahan mentah industri

Batu kapur digunakan secara industri untuk pelbagai tujuan, misalnya pembuatan simen. Batu-batu ini juga digunakan secara langsung sebagai bahan bangunan, kerana ukirannya yang mudah.

Selanjutnya, kalsium digunakan sebagai deoksidizer dan agen pengurangan dalam proses yang berbeza, terutama dalam industri metalurgi.

Limau purut

Sebagai lendir, juga disebut kapur bangunan, mereka adalah kalsium oksida yang digunakan sebagai pengikat dan lapisan dalam pembinaan. Dengan cara yang sama, ia digunakan dalam pembuatan sabun, kertas, kaca, getah dan penyamakan kulit.

Begitu juga, ia mempunyai pelbagai kegunaan dalam industri makanan dan rawatan air. Sementara sebagai kapur slaked atau kalsium hidroksida, ia juga digunakan dalam industri dan pertanian.

- Peraturan pH tanah

Kandungan kalsium oksida di dalam tanah mempengaruhi pengaturan pH. Dalam pertanian, quicklime digunakan sebagai pindaan pertanian untuk mengurangi keasidan tanah dan juga sebagai baja.

- Air berkapur atau air keras

Apabila air beredar di persekitaran yang kaya dengan kalsium dan magnesium, ia melarutkan garam unsur-unsur ini dan dikenali sebagai air berkapur atau keras. Had kualiti air adalah 120 mg CaCO3 / liter, di atasnya air dianggap keras.

Air dengan kandungan kalsium yang tinggi boleh menyebabkan masalah kesihatan, terutama yang berkaitan dengan sistem kardiovaskular. Selain itu, air keras menghasilkan deposit berkapur di paip yang menghalang peredaran.

- Gua dan akuifer berkapur

Dalam batu berkapur, hakisan hidraulik sering membentuk sistem gua bawah tanah dengan konfigurasi dalaman yang menarik. Antaranya, pembentukan stalaktit dan stalagmit menonjol, kerana deposit kalsium karbonat dari kebocoran di siling gua-gua ini.

Sistem berkapur ini juga melakukan fungsi penyaringan air bawah tanah kerana keliangannya, membentuk akuifer.

Rujukan

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Ensiklopedia ekologi dan pengurusan persekitaran.
2. Christopher R. dan Fielding, CR (1993). Tinjauan penyelidikan terkini dalam sedimentologi fluvial. Geologi Sedimen.
3. Margalef, R. (1974). Ekologi. Edisi Omega.
4. Miller, G. dan TYLER, JR (1992). Ekologi dan Alam Sekitar. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP dan Warrett, GW (2006). Asas ekologi. Edisi kelima. Thomson.