KITARAN OKSIGEN: CIRI, TAKUNGAN DAN TAHAP - PERSEKITARAN - 2026

The kitaran oksigen merujuk kepada pergerakan peredaran oksigen di Bumi. Ini adalah kitaran biogeokimia gas. Oksigen adalah unsur kedua paling banyak di atmosfer selepas nitrogen, dan yang kedua paling banyak terdapat di hidrosfera selepas hidrogen. Dalam pengertian ini, kitaran oksigen dihubungkan dengan kitaran air.

Pergerakan oksigen peredaran darah merangkumi penghasilan dioksigen atau oksigen molekul dua atom (O ₂ ). Ini berlaku kerana hidrolisis semasa fotosintesis dilakukan oleh organisma fotosintesis yang berbeza.

Takungan oksigen: Hutan awan, Taman Negara Waraira Repano, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, dari Wikimedia Commons

O ₂ digunakan oleh organisma hidup dalam pernafasan selular, menghasilkan pengeluaran karbon dioksida (CO ₂ ), yang terakhir menjadi salah satu bahan mentah untuk proses fotosintesis.

Sebaliknya, di atmosfera atas, fotolisis (hidrolisis diaktifkan oleh tenaga suria) wap air terjadi, disebabkan oleh sinaran ultraviolet dari matahari. Air menguraikan membebaskan hidrogen yang hilang di stratosfera dan oksigen disatukan ke atmosfera.

Apabila O ₂ berinteraksi molekul dengan atom oksigen, ozon (O ₃ ) dihasilkan. Ozon membentuk lapisan ozon yang disebut.

ciri

Oksigen adalah unsur kimia bukan logam. Nombor atomnya adalah 8, iaitu, ia mempunyai 8 proton dan 8 elektron dalam keadaan semula jadi. Dalam keadaan normal suhu dan tekanan, ia hadir dalam bentuk gas dioksigen, tidak berwarna dan tidak berbau. Formula molekulnya ialah O ₂ .

O ₂ merangkumi tiga isotop stabil: ¹⁶ O, ¹⁷ O dan ¹⁸ O. Bentuk dominan di alam semesta ialah ¹⁶ O. Di Bumi ia mewakili 99.76% daripada jumlah oksigen. The ¹⁸ O mewakili 0.2%. Bentuk ¹⁷ O sangat jarang berlaku (~ 0.04%).

Asal

Oksigen adalah unsur ketiga paling banyak di alam semesta. Pengeluaran isotop ¹⁶ O bermula pada pembakaran helium solar generasi pertama yang berlaku selepas Big Bang.

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

Suhu dan tekanan tinggi menghasilkan air (H ₂ O) di Alam Semesta dengan menghasilkan tindak balas hidrogen dengan oksigen. Air adalah sebahagian daripada susunan inti Bumi.

Singkapan magma mengeluarkan air dalam bentuk wap dan ini memasuki kitaran air. Air diuraikan oleh fotolisis menjadi oksigen dan hidrogen melalui fotosintesis, dan oleh sinaran ultraviolet di tingkat atas atmosfera.

Suasana primitif

Suasana primitif sebelum evolusi fotosintesis oleh cyanobacteria adalah anaerobik. Untuk organisma hidup yang disesuaikan dengan atmosfer itu, oksigen adalah gas beracun. Bahkan hari ini suasana oksigen tulen menyebabkan kerosakan pada sel.

Fotosintesis berasal dari garis keturunan evolusi cyanobacteria masa kini. Ini mula mengubah komposisi atmosfera Bumi sekitar 2,3-2,7 miliar tahun yang lalu.

Perkembangan organisma fotosintesis mengubah komposisi atmosfera. Kehidupan berkembang menuju penyesuaian dengan suasana aerobik.

Tenaga yang mendorong kitaran

Daya dan tenaga yang bertindak untuk menggerakkan kitaran oksigen boleh menjadi panas bumi, ketika magma mengeluarkan wap air, atau ia boleh datang dari tenaga suria.

Yang terakhir memberikan tenaga asas untuk proses fotosintesis. Tenaga kimia dalam bentuk karbohidrat yang dihasilkan dari fotosintesis, seterusnya mendorong semua proses hidup melalui rantai makanan. Dengan cara yang sama, Matahari menghasilkan pemanasan pembezaan planet dan menyebabkan arus laut dan atmosfera.

Hubungan dengan kitaran biogeokimia yang lain

Kerana banyaknya dan kereaktifan yang tinggi, kitaran oksigen dihubungkan dengan kitaran lain seperti CO ₂ , nitrogen (N ₂ ) dan kitaran air (H ₂ O). Ini memberikan watak multisiklik.

Takungan O ₂ dan CO ₂ dihubungkan oleh proses yang melibatkan penciptaan (fotosintesis) dan pemusnahan (pernafasan dan pembakaran) bahan organik. Dalam jangka pendek, reaksi pengurangan oksidasi ini adalah sumber utama kebolehubahan kepekatan O ₂ di atmosfera.

Bakteria denitrifikasi memperoleh oksigen untuk pernafasannya dari nitrat di dalam tanah, membebaskan nitrogen.

Takungan

Geosfera

Oksigen adalah salah satu komponen utama silikat. Oleh itu, ia merupakan pecahan besar mantel dan kerak Bumi.

• Inti bumi : dalam lapisan luar teras cair ada, selain besi, unsur-unsur lain, termasuk oksigen.
• Tanah : di ruang antara zarah atau liang tanah, udara tersebar. Oksigen ini digunakan oleh mikrobiota tanah.

Suasana

21% atmosfer terdiri daripada oksigen dalam bentuk dioksigen (O ₂ ). Bentuk kehadiran oksigen atmosfera yang lain ialah wap air (H ₂ O), karbon dioksida (CO ₂ ) dan ozon (O ₃ ).

• Wap air : kepekatan wap air berubah-ubah, bergantung pada suhu, tekanan atmosfera dan arus peredaran atmosfera (kitaran air).
• Karbon dioksida : CO ₂ mewakili kira-kira 0.03% isipadu udara. Sejak permulaan Revolusi Industri, kepekatan CO ₂ di atmosfera meningkat sebanyak 145%.
• Ozon : ini adalah molekul yang terdapat di stratosfer dalam kuantiti yang rendah (0,03 - 0,02 bahagian per juta mengikut isipadu).

Hidrosfera

71% permukaan bumi diliputi oleh air. Lebih daripada 96% air yang terdapat di permukaan bumi tertumpu di lautan. 89% jisim lautan terdiri daripada oksigen. CO ₂ juga dilarutkan dalam air dan dikenakan proses pertukaran dengan atmosfera.

Cryosfera

Krosfera merujuk kepada jisim air beku yang meliputi kawasan tertentu di Bumi. Jisim ais ini mengandungi kira-kira 1.74% air di kerak bumi. Sebaliknya, ais mengandungi sejumlah besar oksigen molekul yang terperangkap.

ATAU

Sebilangan besar molekul yang membentuk struktur makhluk hidup mengandungi oksigen. Sebaliknya, bahagian hidup yang tinggi adalah air. Oleh itu, biomas daratan juga merupakan simpanan oksigen.

Tahap

Secara umum, kitaran yang diikuti oleh oksigen sebagai agen kimia merangkumi dua kawasan besar yang membentuk wataknya sebagai kitaran biogeokimia. Kawasan-kawasan ini diwakili dalam empat peringkat.

Kawasan geoenvironmental merangkumi perpindahan dan penahanan di atmosfera, hidrosfera, krosfera dan geosfera oksigen. Ini termasuk tahap persekitaran takungan dan sumber, dan tahap pengembalian ke alam sekitar.

Kitaran oksigen. Eme Chicano, dari Wikimedia Commons

Dua peringkat juga termasuk dalam kawasan biologi. Mereka dikaitkan dengan fotosintesis dan pernafasan.

-Tingkat persekitaran takungan dan sumber: atmosfera-hidrosfera-krosfera-geosfera

Suasana

Sumber utama oksigen atmosfera adalah fotosintesis. Tetapi ada sumber lain dari mana oksigen dapat memasuki atmosfera.

Salah satunya adalah mantel luar cair dari teras Bumi. Oksigen mencapai atmosfera sebagai wap air melalui letusan gunung berapi. Wap air naik ke stratosfer di mana ia mengalami fotolisis akibat sinaran tenaga tinggi dari matahari dan oksigen bebas dihasilkan.

Sebaliknya, pernafasan memancarkan oksigen dalam bentuk CO ₂ . Proses pembakaran, terutamanya proses industri, juga mengambil oksigen molekul dan menyumbang CO ₂ ke atmosfera.

Dalam pertukaran antara atmosfera dan hidrosfera, oksigen terlarut dalam jisim air masuk ke atmosfera. Sebaliknya, CO ₂ atmosfera dilarutkan dalam air sebagai asid karbonik. Oksigen terlarut di dalam air berasal terutamanya dari fotosintesis alga dan sianobakteria.

Stratosfera

Di tingkat atas atmosfera, sinaran tenaga tinggi menghidrolisis wap air. Sinaran gelombang pendek mengaktifkan molekul O ₂ . Ini dibahagikan kepada atom oksigen bebas (O).

Atom O bebas ini bertindak balas dengan molekul O ₂ dan menghasilkan ozon (O ₃ ). Tindak balas ini boleh dibalikkan. Oleh kerana kesan sinaran ultraviolet, O ₃ terurai menjadi atom oksigen bebas lagi.

Oksigen sebagai komponen udara atmosfera adalah sebahagian daripada pelbagai reaksi pengoksidaan, menyatukan pelbagai sebatian terestrial. Tenggelam utama oksigen adalah pengoksidaan gas dari letusan gunung berapi.

Hidrosfera

Kepekatan air terbesar di Bumi adalah lautan, di mana terdapat kepekatan isotop oksigen yang seragam. Ini disebabkan pertukaran unsur ini secara berterusan dengan kerak bumi melalui proses peredaran hidrotermal.

Pada had lempeng tektonik dan rabung lautan, proses pertukaran gas berterusan dihasilkan.

Cryosfera

Massa ais darat, termasuk massa ais kutub, glasier, dan permafrost, merupakan sink utama bagi oksigen dalam bentuk air keadaan pepejal.

Geosfera

Begitu juga, oksigen mengambil bahagian dalam pertukaran gas dengan tanah. Di sana ia merupakan elemen penting untuk proses pernafasan mikroorganisma tanah.

Tenggelam penting di dalam tanah adalah proses pengoksidaan mineral dan pembakaran bahan bakar fosil.

Oksigen yang merupakan bahagian molekul air (H ₂ O) mengikuti kitaran air dalam proses penyejatan-transpirasi dan pemendakan kondensasi.

- Tahap fotosintetik

Fotosintesis berlaku dalam kloroplas. Semasa fasa cahaya fotosintesis, agen pengurang diperlukan, iaitu sumber elektron. Ejen yang dimaksudkan dalam kes ini adalah air (H ₂ O).

Dengan mengambil hidrogen (H) dari air, oksigen (O ₂ ) dibebaskan sebagai produk buangan. Air memasuki tanaman dari tanah melalui akar. Bagi alga dan cyanobacteria, ia berasal dari persekitaran air.

Semua oksigen molekul (O ₂ ) yang dihasilkan semasa fotosintesis berasal dari air yang digunakan dalam proses tersebut. Dalam fotosintesis, CO ₂ , tenaga suria dan air (H ₂ O) dimakan , dan oksigen (O ₂ ) dilepaskan.

-Peringkat pengembalian atmosfera

O _{2 yang} dihasilkan dalam fotosintesis diusir ke atmosfer melalui stomata dalam kes tumbuhan. Alga dan cyanobacteria mengembalikannya ke persekitaran dengan penyebaran membran. Begitu juga, proses pernafasan mengembalikan oksigen ke persekitaran dalam bentuk karbon dioksida (CO ₂ ).

-Peringkat pernafasan

Untuk melaksanakan fungsi vitalnya, organisma hidup perlu menjadikan tenaga kimia yang efektif yang dihasilkan oleh fotosintesis. Tenaga ini disimpan dalam bentuk molekul kompleks karbohidrat (gula) dalam kes tumbuhan. Selebihnya organisma memperolehnya dari diet

Proses di mana makhluk hidup membuka sebatian kimia untuk melepaskan tenaga yang diperlukan disebut pernafasan. Proses ini berlaku dalam sel dan mempunyai dua fasa; satu aerobik dan satu anaerobik.

Pernafasan aerobik berlaku di mitokondria pada tumbuhan dan haiwan. Pada bakteria dilakukan di sitoplasma, kerana mereka kekurangan mitokondria.

Elemen asas untuk pernafasan adalah oksigen sebagai agen pengoksidaan. Dalam pernafasan, oksigen (O ₂ ) dimakan dan CO ₂ dan air (H ₂ O) dilepaskan, menghasilkan tenaga yang berguna.

CO ₂ dan air (wap air) dilepaskan melalui stomata pada tumbuhan. Pada haiwan, CO ₂ dilepaskan melalui lubang hidung dan / atau mulut, dan air melalui peluh. Dalam alga dan bakteria, CO ₂ dilepaskan oleh penyebaran membran.

Fotorespirasi

Di tumbuh-tumbuhan, di hadapan cahaya, proses yang menggunakan oksigen dan tenaga yang disebut fotorespirasi berkembang. Kenaikan Photorespiration dengan peningkatan suhu, disebabkan oleh peningkatan dalam kepekatan CO ₂ berkenaan dengan kepekatan O ₂ .

Fotorespirasi mewujudkan keseimbangan tenaga negatif untuk kilang. Ia menggunakan O ₂ dan kimia tenaga (yang dihasilkan oleh fotosintesis) dan siaran CO ₂ . Atas sebab ini, mereka telah mengembangkan mekanisme evolusi untuk menangkalnya (metabolisme C4 dan CAN).

Kepentingan

Hari ini sebahagian besar kehidupan adalah aerobik. Tanpa peredaran O ₂ dalam sistem planet, kehidupan seperti yang kita ketahui hari ini adalah mustahil.

Sebagai tambahan, oksigen merupakan sebahagian besar jisim udara bumi. Oleh itu, ia menyumbang kepada fenomena atmosfera yang berkaitan dengannya dan akibatnya: kesan erosif, peraturan iklim, antara lain.

Secara langsung, ia menghasilkan proses pengoksidaan di dalam tanah, gas gunung berapi dan pada struktur logam buatan.

Oksigen adalah unsur dengan keupayaan oksidatif yang tinggi. Walaupun molekul oksigen sangat stabil kerana fakta bahawa mereka membentuk ikatan berganda, kerana oksigen mempunyai elektronegativiti tinggi (kemampuan untuk menarik elektron), ia mempunyai kapasiti reaktif yang tinggi. Oleh kerana elektronegativiti tinggi ini, oksigen mengambil bahagian dalam banyak reaksi pengoksidaan.

Perubahan

Sebilangan besar proses pembakaran yang berlaku di alam memerlukan penyertaan oksigen. Begitu juga pada yang dihasilkan oleh manusia. Proses ini memenuhi fungsi positif dan negatif dari segi antropik.

Pembakaran bahan bakar fosil (arang batu, minyak, gas) menyumbang kepada pembangunan ekonomi, tetapi pada masa yang sama mewakili masalah serius kerana sumbangannya terhadap pemanasan global.

Kebakaran hutan yang besar mempengaruhi keanekaragaman hayati, walaupun dalam beberapa kes, ini adalah sebahagian dari proses semula jadi di ekosistem tertentu.

Kesan rumah hijau

Lapisan ozon (O ₃ ) di stratosfera adalah pelindung atmosfera terhadap kemasukan sinaran ultraviolet yang berlebihan. Sinaran yang sangat bertenaga ini meningkatkan pemanasan Bumi.

Sebaliknya, ia sangat mutagenik dan berbahaya bagi tisu hidup. Pada manusia dan haiwan lain, ia adalah karsinogenik.

Pelepasan pelbagai gas menyebabkan pemusnahan lapisan ozon dan oleh itu memudahkan kemasukan sinaran ultraviolet. Sebilangan gas tersebut adalah klorofluorokarbon, hidroklorofluorokarbon, etil bromida, nitrogen oksida dari baja, dan halon.

Rujukan

1. Anbar AD, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin and R Buick (2007) Satu Kekeliruan Oksigen Sebelum Kejadian Pengoksidaan Hebat? Sains 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee, dan NJ Beukes. (2004) Menemui kenaikan oksigen atmosfera. Alam 427: 117-120.
3. Farquhar J dan DT Johnston. (2008) Kitaran Oksigen dari Planet Terestrial: Wawasan tentang Pemprosesan dan Sejarah Oksigen di Lingkungan Permukaan. Ulasan dalam Mineralogi dan Geokimia 68: 463–492.
4. Keeling RF (1995) Kitaran oksigen atmosfera: Isotop oksigen atmosfera CO ₂ dan O ₂ dan O ₂ / N ₂ Reviws of Geophysics, tambahan. AS: Laporan Nasional kepada Kesatuan Antarabangsa Geodesi dan Geofizik 1991-1994. hlm. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians dan HC Heller (2003) Kehidupan. Sains Biologi. Edt ke-6 Sinauer Associates, Inc. dan WH Freeman and Company. 1044 p.