Happikierto

Happikierto on biogeokemiallinen kiertokulku, jonka aikana happea siirtyy kolmen pääsäiliön välillä: ilmakehän (ilman), biosfäärin orgaanisen aineen (kaikkien ekosysteemien globaali summa ) ja maankuoren välillä. Hydrosfäärin happikierron epäonnistuminen voi johtaa hypoksisten vyöhykkeiden, ts. alhaisen happipitoisuuden alueet. Happikierron tärkein liikkeellepaneva voima on fotosynteesi , joka on vastuussa nykyaikaisen Maan ilmakehän koostumuksesta ja elämästä maan päällä (katso Happikatastrofi ).

Säiliöt

Maan suurin happivarasto on silikaatit ja oksidit kuoressa ja vaipassa (99,5 %). Vain pieni osa hapesta on vapaana hapen muodossa ilmakehässä (0,36 %) ja sitoutuneena orgaanisen aineen muodossa biosfäärissä (0,01 %). Ilmakehän hapen päälähde on fotosynteesi, jonka aikana organismit tuottavat sokereita ja vapaata happea hiilidioksidista ja vedestä:

\mathrm {6\ CO_{2}+6H_{2}O+energy\longrightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+6\ O_{2))

Fotosynteettisiä organismeja ovat maakasvit sekä valtamerten kasviplanktoni . Yli puolet avomeren fotosynteettisistä organismeista on pieniä Prochlorococcus -suvun sinileviä , jotka löydettiin vuonna 1986 [1] .

Fotolyysireaktiot toimivat ylimääräisenä vapaan hapen lähteenä . Yläilmakehässä korkeaenergisen ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta ilmakehän vesi ja typpioksidi hajoavat niiden muodostaviksi atomeiksi. Vapaat N- ja H-atomit pakenevat avaruuteen jättäen ilmakehään raskaampaa O 2 :ta:

\mathrm {2\ H_{2}O+energy\longrightarrow 4\ H+O_{2))

\mathrm {2\ N_{2}O+energy\longrightarrow 4\ N+O_{2}}

Ilmakehän happea kulutetaan pääasiassa hengityksen ja hajoamisen kautta, prosesseissa, joissa eläimet ja bakteerit kuluttavat happea ja vapauttavat hiilidioksidia.

Litosfääri voi myös kuluttaa vapaata happea kemiallisen eroosion ja pintareaktioiden kautta. Esimerkki tällaisesta prosessista on rautaoksidien ( ruosteen ) muodostuminen:

\mathrm {4\ FeO+3\ O_{2}\longrightarrow 2\ Fe_{2}O_{3))

Happi kiertää myös biosfäärin ja litosfäärin välillä. Biosfäärin merieliöt tuottavat kalsiumkarbonaattia (CaCO 3 ), joka on niiden happirikkaan ulkokuoren materiaali. Kun organismi kuolee, sen kuori asettuu merenpohjaan ja muuttuu sinne hautautuessaan lopulta kalkkikiveksi - litosfäärin sedimenttikiveksi. Eliöiden käynnistämät sää- ja eroosioprosessit voivat vapauttaa happea litosfääristä.

Kasvit ja bakteerit erottavat kiven mineraaleja ja muuttavat happea vedeksi, josta se vapautuu fotosynteesin kautta.

Säiliön kapasiteetti ja materiaalivirrat

Alla olevat taulukot sisältävät arvioita happikiertovarastojen kapasiteetista ja niissä olevista ainevirroista. Nämä luvut perustuvat ensisijaisesti arvioon (Walker, J.K.G. [2] ):

Taulukko 1 : Päähappikiertosäiliöt

Varastosäiliö	Kapasiteetti (kg O 2 )	Virtaus kohteeseen/alkaen (kg O 2 vuodessa)	Oleskeluaika (vuotta)
Tunnelma	1,4⋅10 18	3⋅10 14	4500
Biosfääri	1,6⋅10 16	3⋅10 14	viisikymmentä
Litosfääri	2,9⋅10 20	6⋅10 11	500 000 000

Taulukko 2 : Ilmakehän hapen vuotuinen lisäys ja häviö (yksiköt: 10 10 kg O 2 vuodessa)

Fotosynteesi (maa) Fotosynteesi (valtameri) N 2 O :n fotolyysi H 2 O :n fotolyysi	16 500 13 500 1,3 0,03
Yleinen voitto	~ 30 000
Jäte - hengitys ja mätä
Aerobinen hengitys Mikrobihapetus Fossiilisten polttoaineiden poltto (antropogeeninen) Fotokemiallinen hapetus N 2 -kiinnitys salaman avulla N 2 -kiinnitys lannoitteiden tuotannossa Tulivuoren kaasujen hapetus	23 000 5 100 1 200 600 12 10 5
Tappiot - säänkesto
kemiallinen säänkesto Pintareaktio O3	viisikymmentä 12
Tappiot yhteensä	~ 30 000

Otsoni

Ilmakehän hapen ilmaantuminen johti otsonin (O 3 ) ja otsonikerroksen muodostumiseen stratosfäärissä :

\mathrm {O_{2}+uv~light\longrightarrow 2~O} \qquad (\lambda \lesssim 200~{\text{nm)))

\mathrm {O+O_{2}\longrightarrow O_{3}}

Otsonikerros on erittäin tärkeä nykyajan elämälle, koska se imee haitallista ultraviolettisäteilyä :

\mathrm {O_{3}+uv~light\longrightarrow O_{2}+O} \qquad (\lambda \lesssim 300~{\text{nm)))

Muistiinpanot

↑ Steve Nadis, The Cells That Rule the Seas , Scientific American, marraskuu. 2003 [1] Arkistoitu 12. lokakuuta 2007 Wayback Machinessa
↑ Walker, JCG (1980) Happikierto luonnollisessa ympäristössä ja biogeokemialliset syklit, Springer-Verlag, Berliini, Saksan liittotasavalta (DEU).

Kirjallisuus

Cloud, P. ja Gibor, A. 1970, Happikierto, Scientific American, September, S. 110-123
Fasullo, J., Korvaavia luentoja ATOC 3600:lle: Ilmaston periaatteet, Luennot globaalista happikierrosta, http://paos.colorado.edu/~fasullo/pjw_class/oxygencycle.html
Morris, RM, OXYSPHERE - Aloittelijan opas ilmakehän hapen biogeokemialliseen kiertokulkuun, https://web.archive.org/web/20041103093231/http://seis.natsci.csulb.edu/rmorris/oxy/Oxy. htm