Круговорот кислорода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Геохимический цикл кислорода

Круговорот кислорода — биогеохимический цикл, в ходе которого происходит перенос кислорода между тремя основными резервуарами: атмосферой (воздух), органическим веществом биосферы (глобальная сумма всех экосистем), и земной корой. Сбой в круговороте кислорода в гидросфере может привести к развитию гипоксических зон, т.е. зон пониженного содержания кислорода. Главная движущая сила кислородного цикла — это фотосинтез, который отвечает за состав современной атмосферы Земли и жизни на земле (см. Кислородная катастрофа).

Резервуары[править | править код]

Крупнейший резервуар кислорода на Земле — это силикаты и оксиды в коре и мантии (99.5 %). Лишь небольшая часть кислорода находится в виде свободного кислорода в атмосфере (0.36 %) и связанного в виде органики в биосфере (0.01 %). Основным источником атмосферного кислорода является фотосинтез, в процессе которого организмы производят сахара и свободный кислород из углекислого газа и воды:

К фотосинтезирующим организмам относятся наземные растения, а также фитопланктон океанов. Более половины фотосинтезирующих организмов открытого океана составляют крошечные морские цианобактерии из рода Prochlorococcus, обнаруженные в 1986[1].

Дополнительным источником свободного кислорода служат реакции фотолиза. В верхних слоях атмосферы под действием высокоэнергетического ультрафиолетового излучения атмосферная вода и оксид азота I распадаются на составляющие атомы. Свободные атомы N и Н утекают в космос, оставляя более тяжёлый О2 в атмосфере:

Кислород атмосферы расходуется главным образом в результате дыхания и разложения, процессов, в ходе которых животные и бактерии потребляют кислород и выделяют углекислый газ.

Литосфера также может потреблять свободный кислород в результате химической эрозии и поверхностных реакций. Примером такого процесса является формирование оксидов железа (ржавчины):

Кислород также циркулирует между биосферой и литосферой. Морские организмы биосферы создают карбонат кальция (СаСО3), материал их внешней оболочки, богатой кислородом. Когда организм умирает, его оболочка оседает на морском дне и, захораниваясь там, со временем превращается в известняк — осадочную породу литосферы. Процессы выветривания и эрозии, инициированные организмами могут высвобождать кислород из литосферы.

Растения и бактерии извлекают минеральные вещества из пород и превращают кислород в воду, из которой он может высвобождаться в результате фотосинтеза.

Ёмкость резервуаров и потоки вещества[править | править код]

В нижележащих таблицах содержатся оценки ёмкости резервуаров кислородного цикла и потоков вещества в нём. Эти цифры основаны в первую очередь на оценке (Уолкер, Дж. К. Г.[2]):

Таблица 1: Основные резервуары кислородного цикла

Резервуар Ёмкость
(кг O2)
Поток в/из
(кг O2 в год)
Время пребывания
(годы)
Атмосфера 1,4⋅1018 3⋅1014 4500
Биосфера 1,6⋅1016 3⋅1014 50
Литосфера 2,9⋅1020 6⋅1011 500 000 000


Таблица 2: Годовой прирост и потери атмосферного кислорода (Единицы: 1010 кг О2 в год)

Фотосинтез (земля)

Фотосинтез (океан)
Фотолиз N2О
Фотолиз Н2О

16,500

13,500
1.3
0.03

Общий прирост ~ 30,000
Потери — дыхание и гниение
Аэробное дыхание

Микробное окисление
Сжигание ископаемого топлива (антропогенное)
Фотохимическое окисление
Фиксация N2 молниями
Фиксация с N2 при производстве удобрений
Окисление вулканических газов

23,000

5,100
1,200
600
12
10
5

Потери — выветривание
Химическое выветривание

Поверхностная реакция О3

50

12

Общие потери ~ 30,000

Озон[править | править код]

Появление атмосферного кислорода привело к образованию озона3) и озонового слоя в стратосфере:

Озоновый слой чрезвычайно важен для современной жизни, так как он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение:

Примечания[править | править код]

  1. Steve Nadis, The Cells That Rule the Seas, Scientific American, Nov. 2003 [1]
  2. Walker, J. C. G. (1980) The oxygen cycle in the natural environment and the biogeochemical cycles, Springer-Verlag, Berlin, Federal Republic of Germany (DEU).

Литература[править | править код]