산소 순환 : 특성, 저장고 및 단계 - 환경 - 2025

산소주기는 지구에 산소의 순환 운동을 말한다. 그것은 기체 생지 화학적 순환입니다. 산소는 질소 다음으로 대기에서 두 번째로 풍부한 원소이며 수소 다음으로 수권에서 두 번째로 풍부한 원소입니다. 이런 의미에서 산소 순환은 물 순환과 연결됩니다.

산소의 순환 운동은 두 원자 (O ₂ ) 의 이산 소 또는 분자 산소의 생성을 포함합니다 . 이것은 다른 광합성 유기체에 의해 수행되는 광합성 동안 가수 분해로 인해 발생합니다.

산소 저장소 : 구름 숲, 베네수엘라 Waraira Repano 국립 공원. Wikimedia Commons의 Arnaldo Noguera Sifontes

O ₂ 는 세포 호흡에서 살아있는 유기체에 의해 사용되어 이산화탄소 (CO ₂ )를 생성하며, 후자는 광합성 과정의 원료 중 하나입니다.

반면 상층 대기에서는 태양의 자외선에 의한 수증기의 광분해 (태양 에너지에 의해 활성화되는 가수 분해)가 발생합니다. 물은 성층권에서 잃어버린 수소를 분해하여 방출하고 산소는 대기로 통합됩니다.

O ₂ 분자 가 산소 원자와 상호 작용 하면 오존 (O ₃ )이 생성됩니다. 오존은 소위 오존층을 구성합니다.

형질

산소는 비금속 화학 원소입니다. 원자 번호는 8입니다. 즉, 자연 상태에서 8 개의 양성자와 8 개의 전자를 가지고 있습니다. 정상적인 온도와 압력 조건에서 무색 및 무취의 이산 소 가스 형태로 존재합니다. 분자식은 O ₂ 입니다.

O ₂ 는 ¹⁶ O, ¹⁷ O 및 ¹⁸ O의 세 가지 안정된 동위 원소를 포함 합니다. 우주에서 우세한 형태는 ¹⁶ O입니다. 지구상에서는 총 산소의 99.76 %를 나타냅니다. ¹⁸ O 0.2 %를 나타낸다. ⁽¹⁷⁾ O의 형태 (~ 0.04 %) 매우 드물다.

유래

산소는 우주에서 세 번째로 풍부한 원소입니다. 의 생산 ⁽¹⁶⁾ O의 동위 원소는 빅뱅 이후에 발생한 태양 헬륨 연소의 첫 번째 세대에 시작되었다.

이후 세대의 별들에서 탄소-질소-산소 핵 합성주기의 확립은 행성에서 우세한 산소 공급원을 제공했습니다.

고온과 압력 은 수소와 산소의 반응을 생성하여 우주에서 물 (H ₂ O)을 생성합니다. 물은 지구의 핵심 구성의 일부입니다.

마그마 노두는 증기의 형태로 물을 내뿜고 이것이 물 순환에 들어갑니다. 물은 광합성을 통해 광분해에 의해 산소와 수소로 분해되고 대기 상층에서는 자외선에 의해 분해됩니다.

원시적 분위기

시아 노 박테리아에 의한 광합성 진화 이전의 원시 대기는 혐기성이었습니다. 그 대기에 적응 한 생물체에게 산소는 독성 가스였습니다. 오늘날에도 순수한 산소의 대기는 세포에 돌이킬 수없는 손상을 일으 킵니다.

광합성은 오늘날 시아 노 박테리아의 진화 적 혈통에서 시작되었습니다. 이것은 대략 23-27 억년 전에 지구 대기의 구성을 바꾸기 시작했습니다.

광합성 유기체의 증식은 대기의 구성을 변화 시켰습니다. 생명은 호기성 대기에 적응하는 방향으로 진화했습니다.

사이클을 주도하는 에너지

산소 순환을 구동하는 힘과 에너지는 마그마가 수증기를 방출 할 때 지열이거나 태양 에너지에서 나올 수 있습니다.

후자는 광합성 과정을위한 기본 에너지를 제공합니다. 광합성으로 인한 탄수화물 형태의 화학 에너지는 차례로 먹이 사슬을 통해 모든 살아있는 과정을 유도합니다. 같은 방식으로 태양은 행성의 차동 가열을 생성하고 해양 및 대기 흐름을 유발합니다.

다른 생지 화학적 순환과의 관계

풍부하고 높은 반응성으로 인해 산소 순환은 CO ₂ , 질소 (N ₂ ) 및 물 순환 (H ₂ O) 과 같은 다른 순환과 연결됩니다 . 이것은 다중 순환 문자를 제공합니다.

O ₂ 및 CO ₂ 저장소 는 유기물의 생성 (광합성) 및 파괴 (호흡 및 연소)를 포함하는 프로세스로 연결됩니다. 단기적으로 이러한 산화-환원 반응은 대기 중 O ₂ 농도 변동의 주요 원인입니다 .

탈질 박테리아는 토양의 질산염에서 호흡을 위해 산소를 얻어 질소를 방출합니다.

저수지

지구권

산소는 규산염의 주요 성분 중 하나입니다. 따라서 그것은 지구의 맨틀과 지각의 상당 부분을 구성합니다.

• 지구의 핵심 : 지구 핵심 의 액체 외부 맨틀에는 철 외에도 산소를 포함한 다른 요소가 있습니다.
• 토양 : 토양의 입자 또는 구멍 사이의 공간에서 공기가 확산됩니다. 이 산소는 토양 미생물에 의해 사용됩니다.

분위기

대기의 21 %는 이산 소 (O ₂ ) 형태의 산소로 구성되어 있습니다. 대기 중 산소 존재의 다른 형태는 수증기 (H ₂ O), 이산화탄소 (CO ₂ ) 및 오존 (O ₃ )입니다.

• 수증기 : 수증기 의 농도는 온도, 대기압 및 대기 순환 전류 (물 순환)에 따라 다양합니다.
• 이산화탄소 : CO ₂ 는 공기 부피의 약 0.03 %를 나타냅니다. 산업 혁명이 시작된 이래로 대기 중 CO ₂ 농도는 145 % 증가했습니다 .
• 오존 : 성층권에 소량으로 존재하는 분자입니다 (0.03-0.02 ppm).

수계

지구 표면의 71 %가 물로 덮여 있습니다. 지구 표면에 존재하는 물의 96 % 이상이 바다에 집중되어 있습니다. 해양 질량의 89 %는 산소로 이루어져 있습니다. CO _2는 또한 물에 용해하고, 대기와의 교환 프로세스에 적용된다.

저온 권

빙권은 지구의 특정 지역을 덮고있는 얼어 붙은 물의 질량을 말합니다. 이 얼음 덩어리는 지각에있는 물의 약 1.74 %를 포함합니다. 반면에 얼음은 다양한 양의 갇힌 분자 산소를 포함합니다.

또는

생명체의 구조를 구성하는 대부분의 분자에는 산소가 포함되어 있습니다. 반면에 생명체의 높은 비율은 물입니다. 따라서 육상 바이오 매스는 산소 매장량이기도합니다.

단계

일반적으로 산소가 화학 작용제로서 따르는 순환은 생지 화학적 순환으로서의 특성을 구성하는 두 개의 큰 영역으로 구성됩니다. 이 영역은 4 단계로 표시됩니다.

지구 환경 영역은 대기, 수권, 빙권 및 산소의 지구권에서의 변위 및 봉쇄를 포함합니다. 여기에는 저수지 및 원천의 환경 단계와 환경으로의 복귀 단계가 포함됩니다.

산소 순환. Wikimedia Commons의 Eme Chicano

생물학적 영역에는 두 단계도 포함됩니다. 그들은 광합성 및 호흡과 관련이 있습니다.

-저수지 및 원천의 환경 단계 : 대기-수권-저온 권-지구

분위기

대기 중 산소의 주요 공급원은 광합성입니다. 그러나 산소가 대기로 들어갈 수있는 다른 소스가 있습니다.

이들 중 하나는 지구 핵심의 액체 외부 맨틀입니다. 산소는 화산 폭발을 통해 수증기로 대기에 도달합니다. 수증기는 태양으로부터의 고 에너지 복사의 결과로 광분해를 겪고 자유 산소가 생성되는 성층권으로 올라갑니다.

반면에 호흡은 CO ₂ 형태로 산소를 방출 합니다. 연소 공정, 특히 산업 공정은 또한 분자 산소를 소비하고 CO ₂ 를 대기에 기여 합니다.

대기와 수권 사이의 교환에서 물 덩어리의 용존 산소는 대기로 전달됩니다. 그것의 경우, 대기 CO ₂ 탄산로서 물에 용해시킨다. 물에 용해 된 산소는 주로 조류와 시아 노 박테리아의 광합성에서 비롯됩니다.

천장

대기의 상위 수준에서는 고 에너지 복사가 수증기를 가수 분해합니다. 단파 방사선은 O 활성화 ₂ 분자 . 이들은 자유 산소 원자 (O)로 분할됩니다.

이 자유 O 원자는 O ₂ 분자 와 반응 하여 오존 (O ₃ )을 생성합니다. 이 반응은 되돌릴 수 있습니다. 자외선으로 인해, O의 효과에 _{3 개} 자유 산소 원자에 분해되어 다시.

대기의 구성 요소 인 산소는 다양한 산화 반응의 일부로 다양한 육상 화합물을 통합합니다. 산소의 주요 흡수원은 화산 폭발로 인한 가스의 산화입니다.

수계

지구상에서 물의 가장 큰 농도는 산소 동위 원소의 농도가 균일 한 바다입니다. 이것은 열수 순환 과정을 통해이 요소가 지각과 지속적으로 교환되기 때문입니다.

지각판과 바다 능선의 한계에서 지속적인 가스 교환 과정이 발생합니다.

저온 권

극지방 얼음 덩어리, 빙하, 영구 동토층을 포함하는 육지 얼음 덩어리는 고체 상태의 물 형태로 산소의 주요 흡수원을 구성합니다.

지구권

마찬가지로 산소는 토양과의 가스 교환에 참여합니다. 거기에서 토양 미생물의 호흡 과정에 필수적인 요소를 구성합니다.

토양의 중요한 흡수원은 광물 산화 과정과 화석 연료 연소 과정입니다.

물 분자 (H ₂ O)의 일부인 산소 는 증발-증산 및 응축-침전 과정에서 물 순환을 따릅니다.

-광합성 단계

광합성은 엽록체에서 발생합니다. 광합성의 광 단계 동안 환원제, 즉 전자 공급원이 필요합니다. 이 경우에 상기 제제는 물 (H ₂ O)이다.

물에서 수소 (H)를 취하면 산소 (O ₂ )가 폐기물로 배출됩니다. 물은 뿌리를 통해 토양에서 식물로 들어갑니다. 조류와 남조류의 경우 수생 환경에서 비롯됩니다.

광합성 과정에서 생성되는 모든 분자 산소 (O ₂ )는 공정에 사용되는 물에서 나옵니다. 광합성에서는 CO ₂ , 태양 에너지 및 물 (H ₂ O) 이 소비 되고 산소 (O ₂ )가 방출됩니다.

-대기 복귀 단계

O 링 ₍₂₎ 광합성 식물에 발생하는 경우의 기공을 통해 대기로 배출된다. 조류와 남조류는 막 확산에 의해 환경으로 되돌립니다. 유사하게, 호흡 과정은 이산화탄소의 형태로 환경 (CO 산소를 반환 ₂ ).

-호흡기

생체 기능을 수행하기 위해 살아있는 유기체는 광합성에 의해 생성 된 화학 에너지를 효과적으로 만들어야합니다. 이 에너지는 식물의 경우 탄수화물 (당)의 복잡한 분자 형태로 저장됩니다. 나머지 유기체는식이 요법에서 얻습니다.

생명체가 필요한 에너지를 방출하기 위해 화합물을 펼치는 과정을 호흡이라고합니다. 이 과정은 세포에서 일어나며 두 단계가 있습니다. 하나는 호기성이고 하나는 혐기성입니다.

호기성 호흡은 식물과 동물의 미토콘드리아에서 발생합니다. 박테리아에서는 미토콘드리아가 부족하기 때문에 세포질에서 수행됩니다.

호흡의 기본 요소는 산화제 인 산소입니다. 호흡시 산소 (O ₂ ) 가 소비 되고 CO ₂ 및 물 (H ₂ O)이 방출되어 유용한 에너지를 생성합니다.

CO ₂ 와 물 (수증기)은 식물의 기공을 통해 방출됩니다. 동물에서, CO _2는 땀을 통해 콧 구멍 및 / 또는 입, 그리고 물을 통해 방출된다. 해조류와 박테리아, CO ₂ 막을 확산에 의해 방출된다.

광호흡

식물에서는 빛이있을 때 광호흡이라고하는 산소와 에너지를 소비하는 과정이 발생합니다. 광호흡 은 O ₂ 농도에 대한 CO ₂ 농도의 증가로 인해 온도가 증가함에 따라 증가합니다 .

광호흡은 식물에 부정적인 에너지 균형을 설정합니다. 광합성에 의해 생성 된 O ₂ 와 화학 에너지를 소비 하고 CO _2를 방출 합니다. 이러한 이유로, 그들은 그것에 대응하기위한 진화 메커니즘 (C4 및 CAN 대사)을 개발했습니다.

중요성

오늘날 대부분의 삶은 유산소입니다. O의 순환이 없으면 _이 행성 시스템, 오늘날 우리가 알고있는 생활은 불가능하다.

또한 산소는 지구 기단의 상당 부분을 구성합니다. 따라서 그것은 그와 관련된 대기 현상과 그 결과 인 침식 효과, 기후 조절 등에 기여합니다.

직접적으로 토양, 화산 가스 및 인공 금속 구조물에서 산화 과정을 생성합니다.

산소는 산화 능력이 높은 원소입니다. 산소 분자는 이중 결합을 형성하기 때문에 매우 안정적이지만 산소는 전기 음성도 (전자를 끌어 당기는 능력)가 높기 때문에 반응성이 높습니다. 이 높은 전기 음성도 때문에 산소는 많은 산화 반응에 참여합니다.

변경

자연에서 발생하는 대부분의 연소 과정에는 산소가 필요합니다. 인간에 의해 생성 된 것들도 마찬가지입니다. 이러한 과정은 인간적 측면에서 긍정적 인 기능과 부정적인 기능을 모두 수행합니다.

화석 연료 (석탄, 석유, 가스)의 연소는 경제 발전에 기여하지만 동시에 지구 온난화에 대한 기여로 인해 심각한 문제를 나타냅니다.

큰 산불은 생물 다양성에 영향을 미치지 만 어떤 경우에는 특정 생태계에서 자연적인 과정의 일부입니다.

온실 효과

성층권 의 오존층 (O ₃ )은 과도한 자외선의 유입에 대한 대기의 보호막입니다. 이 고 에너지 복사는 지구 온난화를 증가시킵니다.

다른 한편으로, 그것은 매우 돌연변이를 일으키고 살아있는 조직에 해 롭습니다. 인간과 다른 동물에서는 발암 성이 있습니다.

다양한 가스의 방출은 오존층을 파괴하고 따라서 자외선의 유입을 촉진합니다. 이러한 가스 중 일부는 클로로 플루오로 카본, 하이드로 클로로 플루오로 카본, 에틸 브로마이드, 비료의 질소 산화물 및 할론입니다.

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