Круговорот кислорода в природе

Видео: Общая характеристика халькогенов. Кислород

Официально признано, что в 1774 году английским химиком Джозефом Пристли был открыт кислород (O2). В результате опыта, проводимого в закрытом сосуде с оксидом ртути, под действием солнечных лучей, направляемых линзой, произошло ее разложение: 2HgO O2&uarr- + 2Hg. Это газообразное вещество характеризуется плотностью при нормальных условиях 0,00142897 г/см³-, молярным объемом 14,0 см³-/моль, температурой плавления минус 218,2 °С и температурой кипения минус 182,81 °С. Молярная масса равняется 15,9994 г/моль. Основная характеристика кислорода — это его способность окислять различные вещества. Являясь активным неметаллом, O2 взаимодействует со всеми металлами с образование основных и амфотерных оксидов, а также со всеми неметаллами (кроме галогенов), в результате получаются кислотные или несолеобразующие окислы.

Видео: Круговорот кислорода в природе

Кислород входит в состав более полутора тысяч веществ, так как является наиболее распространенным на Земле химическим элементом. Он входит в состав различных химических соединений (их насчитывается более полутора тысяч). В твердой земной коре содержание O2 равняется 47,4 %. В морских и пресных водах на его долю в связанном состоянии приходится 88,8 % массовых. В атмосфере кислород находится в свободном состоянии, объемная доля его равняется, примерно, 21 %, а массовая — 23,1 %. Он является важнейшим составляющим органических веществ, которые присутствуют в каждой живой клетке. По объему в них он занимает 25 %, а по массе 65 %. Круговорот кислорода в природе обусловлен его химической активностью.

Цикл представляет собой ряд изменений вещества, в результате которых оно возвращается в исходную точку, а весь путь повторяется. Кислородный цикл является биогеохимическим движением. Посредством него O2 проходит через биотическую сумму всех экосистем (биосфера или зона жизни на Земле) и абиотические (литосфера, атмосфера и гидросфера) среды. Круговорот кислорода описывает его движение в гидросфере (масса воды, находящаяся под землей и над ее поверхностью), атмосфере (воздух), в биосфере (глобальная сумма всех экосистем) и литосфере (земная кора). Нарушения этого цикла в гидросфере может привести к развитию гипоксических (с низким содержанием O2) зон в крупных озерах и океане. Основным движущим фактором является фотосинтез.

Видео: Круговорот кислорода в природе

Экологические системы (экосистемы), имеют много биогеохимических циклов, работающих в их составе. Например, круговорот воды, круговорот кислорода, круговорот азота, углерода и т.д. Все химические элементы проходят путь, являющийся частью биогеохимических циклов. Они являются составной частью живых организмов, но также движутся через абиотические среды экосистем. Это вода (гидросфера), земная кора (литосфера) и воздух (атмосфера). Живые организмы наполняют оболочку Земли, называемую биосферой. Все питательные вещества, такие как углерод, азот, кислород, фосфор и сера, используются ими и являются частью замкнутой системы, поэтому они перерабатываются, а не теряются и не пополняются постоянно, как, например, в открытой системе.

Крупнейшим резервуаром O2 (99,5%) является кора и мантия Земли, где он содержится в силикатных и оксидных минералах. Круговорот кислорода обеспечил попадание лишь небольшой части в виде свободного O2 в биосферу (0,01%) и в атмосферу (0,36%). Основным источником атмосферного свободного O2 является фотосинтез. Его продуктами являются органические вещества и свободный кислород, образующиеся из углекислого газа и воды: 6CO2 + 6H2O + энергия C6H12O6 + 6O2.

Видео: О

За круговорот кислорода в биосфере отвечают наземные растения, а также фитопланктон океанов. Крошечные морские цианобактерии (сине-зеленые водоросли) Prochlorococcus, размером 0,6 мкм, были обнаружены в 1986 году. На их долю приходится более половины продуктов фотосинтеза в открытом океане. Дополнительным источником свободного атмосферного кислорода служит явление фотолиз (химическая реакция, протекающая под действием фотонов). В результате атмосферная вода и закись азота диссоциируют на составляющие атомы, водород (H) и азот (N) удаляются космос, а O2 остается в атмосфере: 2H2O + энергия 4H + O2 и 2N2O + энергия 4N + O2. Потребляется свободный кислород атмосферы живыми организмами в процессах дыхания и распада. Литосфера использует свободный O2 в результате химического выветривания и поверхностных реакциях. Например, он расходуется на образование оксидов железа (ржавчины): 4FeO + O2 2Fe2O3 или оксидов других металлов и неметаллов.

Круговорот кислорода также включает цикл между биосферой и литосферой. Морские организмы в биосфере служат источниками карбоната кальция (CaCO3), который богат O2. Когда организм умирает, его оболочка выносится на мелководье морского дна, где находится в течение долгого времени и образует известняк (осадочная порода земной коры). Процессы выветривания, инициированные биосферой, могут также извлекать свободный кислород из литосферы. Растения и животные извлекают питательные вещества из осадочных пород и выделяют кислород.