Кругообіг кисню в природі

Офіційно визнано, що в 1774 році англійським хіміком Джозефом Прістлі був відкритий кисень (O2). В результаті досвіду, проведеного в закритій посудині з оксидом ртуті, під дією сонячних променів, що направляються лінзою, відбулося її розкладання: 2HgO - O2 ^ + 2Hg. Це газоподібна речовина характеризується щільністю при нормальних умовах 0,00142897 г / смsup3-, молярним об'ємом 14,0 смsup3- / моль, температурою плавлення мінус 218,2 ° С і температурою кипіння мінус 182,81 ° С. Молярна маса дорівнює 15,9994 г / моль. Основна характеристика кисню - це його здатність окисляти різні речовини. Будучи активним неметаллом, O2 взаємодіє з усіма металами з утворення основних і амфотерних оксидів, а також з усіма неметалами (крім галогенів), в результаті виходять кислотні або несолеобразующіе оксиди.

Кисень входить до складу понад півтори тисячі речовин, так як є найбільш поширеним на Землі хімічним елементом. Він входить до складу різних хімічних сполук (їх налічується понад півтори тисячі). У твердій земній корі вміст O2 дорівнює 47,4%. У морських і прісних водах на його частку у зв'язаному стані припадає 88,8% масових. В атмосфері кисень знаходиться у вільному стані, об'ємна частка його дорівнює, приблизно, 21%, а масова - 23,1%. Він є найважливішим складовим органічних речовин, які присутні в кожній живій клітині. За обсягом в них він займає 25%, а за масою 65%. Кругообіг кисню в природі обумовлений його хімічною активністю.

Цикл являє собою ряд змін речовини, в результаті яких воно повертається у вихідну точку, а весь шлях повторюється. Кисневий цикл є біогеохімічним рухом. За допомогою нього O2 проходить через биотическую суму всіх екосистем (біосфера або зона життя на Землі) і абіотичні (літосфера, атмосфера і гідросфера) середовища. Кругообіг кисню описує його рух у гідросфері (маса води, що знаходиться під землею і над її поверхнею), атмосфері (повітря), в біосфері (глобальна сума всіх екосистем) і літосфері (земна кора). Порушення цього циклу в гідросфері може призвести до розвитку гіпоксичних (з низьким вмістом O2) зон у великих озерах і океані. Основним рушійним чинником є фотосинтез.

Екологічні системи (екосистеми), мають багато біогеохімічних циклів, що працюють в їх складі. Наприклад, кругообіг води, кругообіг кисню, круговорот азоту, вуглецю і т.д. Всі хімічні елементи проходять шлях, який є частиною біогеохімічних циклів. Вони є складовою частиною живих організмів, але також рухаються через абіотичні середовища екосистем. Це вода (гідросфера), земна кора (літосфера) і повітря (атмосфера). Живі організми наповнюють оболонку Землі, звану біосферою. Всі поживні речовини, такі як вуглець, азот, кисень, фосфор і сірка, використовуються ними і є частиною замкнутої системи, тому вони переробляються, а не губляться і не поповнюються постійно, як, наприклад, у відкритій системі.

Найбільшим резервуаром O2 (99,5%) є кора і мантія Землі, де він утримується в силікатних і оксидних мінералах. Кругообіг кисню забезпечив потрапляння лише невеликої частини у вигляді вільного O2 в біосферу (0,01%) і в атмосферу (0,36%). Основним джерелом атмосферного вільного O2 є фотосинтез. Його продуктами є органічні речовини і вільний кисень, що утворюються з вуглекислого газу і води: 6CO2 + 6H2O + енергія - C6H12O6 + 6O2.

За круговорот кисню в біосфері відповідають наземні рослини, а також фітопланктон океанів. Крихітні морські ціанобактерії (синьо-зелені водорості) Prochlorococcus, розміром 0,6 мкм, були виявлені в 1986 році. На їх частку припадає більше половини продуктів фотосинтезу у відкритому океані. Додатковим джерелом вільного атмосферного кисню служить явище фотоліз (хімічна реакція, що протікає під дією фотонів). В результаті атмосферна вода і закис азоту диссоциируют на складові атоми, водень (H) і азот (N) видаляються космос, а O2 залишається в атмосфері: 2H2O + енергія - 4H + O2 і 2N2O + енергія - 4N + O2. Споживається вільний кисень атмосфери живими організмами в процесах дихання і розпаду. Літосфера використовує вільний O2 в результаті хімічного вивітрювання і поверхневих реакціях. Наприклад, він витрачається на освіту оксидів заліза (Іржі): 4FeO + O2 - 2Fe2O3 або оксидів інших металів і неметалів.

Кругообіг кисню також включає цикл між біосферою і літосферою. Морські організми в біосфері служать джерелами карбонату кальцію (CaCO3), який багатий O2. Коли організм вмирає, його оболонка виноситься на мілководді морського дна, де знаходиться протягом довгого часу і утворює вапняк (осадова порода земної кори). Процеси вивітрювання, ініційовані біосферою, можуть також отримувати вільний кисень з літосфери. Рослини і тварини витягують поживні речовини з осадових порід і виділяють кисень.