CHU TRÌNH CANXI: ĐẶC ĐIỂM, GIAI ĐOẠN VÀ TẦM QUAN TRỌNG - HÓA HỌC - 2025

Các chu kỳ canxi là việc lưu thông và lưu trữ trên trái đất của nguyên tố này, bao gồm mọi sinh vật, thạch quyển và thủy quyển. Đó là một chu trình sinh địa hóa trầm tích, trong đó canxi lưu thông dưới dạng kim loại mềm kiềm thổ, thiếu giai đoạn khí.

Giai đoạn lưu thông canxi lớn hơn là giai đoạn sinh học, vì nó được tiêu thụ bởi các sinh vật và được sử dụng trong các cấu trúc và sự trao đổi chất của chúng. Một khi chúng sinh đã chết, canxi sẽ được tái hòa nhập vào môi trường vật chất như một phần của đất và đáy biển.

Canxi. Nguồn: Pumbaa (tác phẩm gốc của Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 Vương quốc Anh (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Có rất nhiều trầm tích vỏ và xương, đặc biệt là ở đáy biển và trong các hồ lớn. Những cấu trúc này trộn lẫn với trầm tích và được bao phủ bởi các lớp kế tiếp nhau qua hàng triệu năm.

Các lớp trầm tích bên dưới chịu áp lực cao tạo thành đá trầm tích sau đó lộ ra bề mặt do các quá trình địa chất trên cạn. Đá lộ thiên bị phong hóa và xói mòn, giải phóng canxi tích hợp vào đất hoặc bị rửa trôi.

Trong đất, nó được hấp thụ chủ yếu bởi rễ cây và ở biển bởi thực vật phù du và các sinh vật khác. Canxi được sử dụng cho các mục đích cấu trúc và chuyển hóa khác nhau, ví dụ như sản xuất vỏ.

Chu trình canxi rất quan trọng vì nó cho phép nguyên tố này có sẵn trong các giai đoạn khác nhau, thực hiện các chức năng khác nhau. Vì vậy, là một phần của cấu trúc cơ thể sống, tham gia vào quá trình hình thành đất bồi, điều hòa độ pH của đất và nước và là nguyên liệu cho công nghiệp của con người.

Đặc điểm chung

- Canxi

Canxi (Ca) là kim loại mềm kiềm thổ có số nguyên tử 20 và khối lượng nguyên tử 40,078, ở trạng thái thông thường là chất rắn. Tạo thành oxit hoạt động như bazơ mạnh, phản ứng mạnh khi tiếp xúc với axit.

- Chu kỳ của bạn

Canxi thực hiện chu trình sinh địa hóa kiểu trầm tích, vì nó thiếu pha khí và trữ lượng lớn nhất nằm trong thạch quyển. Nó liên quan chặt chẽ đến chu trình cacbon, nước và phốt pho.

Xói mòn đá

Chu kỳ phát triển từ quá trình phong hóa và xói mòn của đá vôi, giải phóng canxi lắng đọng trong đất. Tương tự như vậy, nó có thể bị rửa trôi hòa tan trong nước chảy ra sông, hồ và đại dương.

Khi nước mưa tiếp xúc với CO2 trong khí quyển sẽ tạo thành H2CO3 làm tan đá vôi, giải phóng Ca2 + và HCO3-. Mặt khác, CO2 do nước mưa mang theo sẽ biến cacbonat không hòa tan thành bicacbonat hòa tan.

Sự hấp thụ và sử dụng của chúng sinh

Canxi (Ca2 +) trong đất được thực vật hấp thụ và các sinh vật sống trong nước. Trong cơ thể, canxi thực hiện các chức năng trao đổi chất khác nhau và khi sinh vật chết đi, nó trở lại môi trường vật chất, mang đi theo dòng nước chảy vào sông, hồ và đại dương.

Hình thành đá

Bộ xương động vật (bên trong và bên ngoài hoặc vỏ) được lắng đọng dưới đáy biển như một phần của trầm tích. Các lớp trầm tích được bao phủ và nén chặt qua hàng triệu năm để tạo thành đá vôi.

Đá vôi. Nguồn: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Các quá trình thảm khốc sau đó (các vết nứt và chuyển động đi lên của vỏ trái đất) khiến đá lộ ra trên bề mặt. Theo cách này, chu kỳ được khép lại, vì đá lại bị phong hóa (tác động của các yếu tố khí hậu) và bị phong hóa và xói mòn.

Các giai đoạn của chu trình canxi

Các giai đoạn mà canxi trải qua trong chu trình lưu trữ và tuần hoàn của nó được cung cấp bởi các ngăn mà các quá trình này xảy ra. Đây là lớp vỏ và một phần của lớp phủ trái đất (thạch quyển), các khối nước (thủy quyển) và các sinh vật sống.

- Giai đoạn địa chất

Trong giai đoạn địa chất, được phân chia thành từng ngăn trong lớp vỏ và lớp phủ, đây là nơi có lượng canxi dự trữ lớn nhất. Canxi là nguyên tố có nhiều thứ năm trong thạch quyển, chiếm 3,5% vỏ trái đất.

Nó được tìm thấy tạo thành một phần của các loại đá như đá vôi, đá dolomit, đá marl và đá cẩm thạch, trong khi đá vôi và đá dolomit tạo thành các dãy núi khổng lồ trên khắp hành tinh. Theo cách tương tự, nó là một phần của các hợp chất tự nhiên khác như thạch cao và alabaster (canxi sunfat).

Ở dạng khoáng, nó thu được dưới dạng canxi cacbonat (CaCO3) từ canxit, dolomit và các dạng tinh thể khác như aragonit.

Đá vôi

Đây là một loại đá trầm tích rất phong phú có nguồn gốc từ trầm tích biển hoặc hồ nước cổ đại (hồ), có thành phần là 99% canxi cacbonat. Những loại đá này hình thành các tầng nằm ngang hoặc bị biến dạng bởi các chuyển động khắc nghiệt và quá trình phong hóa của chúng làm phát sinh các loại đất trung tính đến cơ bản (pH 7 hoặc cao hơn), giàu canxi.

Dolomite

Nó bao gồm một loại đá trầm tích được hình thành trong các trầm tích biển nông bằng phản ứng thay thế hóa học. Trong trường hợp này, magiê tham gia vào quá trình cấu tạo khoáng chất, tạo thành dolomit hoặc canxi magiê cacbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

Chúng là đá trầm tích được hình thành bởi 1/3 đến 2/3 canxi cacbonat và phần còn lại của đất sét. Những tảng đá này tồn tại ở những khu vực khô hạn, vì chúng rất dễ bị xói mòn do nước.

Đá hoa

Nếu đá vôi phải chịu nhiệt độ và áp suất cao ở các lớp sâu của vỏ trái đất thì đá hoa cương được hình thành. Đây là loại đá biến chất rất chặt, có độ kết tinh cao.

- Giai đoạn thủy văn

Canxi được hòa tan trong sông, hồ và đại dương dưới dạng canxi clorua (là ion nhiều nhất trong môi trường này) và canxi cacbonat. Trong các đại dương, canxi cacbonat (CaCO3) ổn định ở độ sâu dưới 4.500 m.

Canxi trong môi trường này được tìm thấy trong các sinh vật sống và trong các mỏ đá vôi dưới đáy biển. Đây là giới hạn độ sâu của bù cacbonat, sau đó CaCO3 sẽ hòa tan và không tạo cặn đá vôi.

- Giai đoạn sinh học

Sự di chuyển của canxi từ đất lên rễ. Từ xylem đến lá của cây. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ở giai đoạn này, chu trình canxi đạt đến mức tuần hoàn lớn nhất, rất quan trọng đối với chúng sinh vì với tư cách là ion Ca2 +, nó là một phần của cơ chế trao đổi của màng tế bào. Mặt khác, nó là thành phần thiết yếu cấu tạo nên xương, răng, vỏ trứng và vỏ.

Vỏ canxi dạng hai mảnh vỏ. Nguồn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Theo cách này, canxi lưu thông trong sinh quyển và khi sinh vật chết đi, nó sẽ quay trở lại lớp trầm tích để tạo thành đá mới theo thời gian.

Con người đang trở thành

Một yếu tố nổi bật trong giai đoạn sinh học của chu trình canxi là vai trò của con người trong việc sử dụng nguyên tố này làm nguyên liệu thô. Nguyên tố này được chiết xuất, vận chuyển và sử dụng với số lượng lớn theo nhiều cách khác nhau.

Ở các mỏ lộ thiên, đá vôi được khai thác để sử dụng làm nguyên liệu xây dựng hoặc nghiền và sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp. Vỏ cũng được nghiền để chuẩn bị phân bón và các sản phẩm khác.

Vỏ của foraminifera và nhuyễn thể

Vỏ của những loài động vật này được hình thành từ canxi cacbonat, kết tinh dưới dạng canxit hoặc aragonit. Đây là hai dạng khoáng có cùng thành phần (CaCO3) nhưng kết tinh khác nhau.

Động vật thân mềm hình thành vỏ của chúng từ một dạng canxi lỏng do các tế bào chuyên biệt tiết ra. Lớp trong cùng của vỏ là lớp xà cừ được tạo thành từ các tinh thể aragonit trộn với protein conchiolin.

Tầm quan trọng

Sự tuần hoàn của canxi, tạo thành chu trình đặc trưng của nó, là điều cần thiết để cung cấp nguyên tố này cho chúng sinh. Nhờ các quá trình giải phóng canxi từ đá và làm cho nó lưu thông, sự sống tồn tại như chúng ta biết.

- Yếu tố cần thiết cho cuộc sống

Canxi cần thiết cho sự sống, vì nó vừa là một thành phần cấu trúc vừa là một yếu tố chuyển hóa. Về mặt cấu trúc, nó là một phần cơ bản trong cấu tạo của cả bộ xương bên trong và bên ngoài.

Ở động vật có xương, canxi là thành phần chính của xương (bộ xương bên trong), cũng như của răng. Ở foraminifera (sinh vật nguyên sinh) và nhuyễn thể (ốc và hai mảnh vỏ), nó là thành phần chính để hình thành bộ xương bên ngoài, tức là vỏ.

Sự trao đổi chất

Canxi là chất vận chuyển trong màng tế bào nên có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất. Trong màng tế bào có các kênh canxi cho phép sự xâm nhập thụ động của nguyên tố này vào tế bào.

Các kênh canxi. Nguồn: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Miền công cộng

Điều này điều chỉnh mối quan hệ của nồng độ canxi giữa bên trong và bên ngoài tế bào, kích hoạt các quá trình trao đổi chất khác nhau. Ví dụ, những cơ chế này cần thiết cho hoạt động của hệ thần kinh và cơ bắp và do đó đóng một vai trò liên quan đến chức năng tim.

- Thực phẩm và sức khỏe

Theo quan điểm của con người, chu trình canxi giúp cho nguyên tố này có sẵn trong thực phẩm và sức khỏe con người. Trên hết, nó rất cần thiết trong sản xuất và chuẩn bị các loại thực phẩm từ sữa cho trẻ em.

Tương tự, nó được sử dụng cho mục đích y tế được sử dụng để điều trị các bệnh do thiếu canxi như loãng xương. Căn bệnh suy yếu xương này đặc biệt nghiêm trọng ở những người lớn tuổi, đặc biệt là ở phụ nữ.

- Những viên ngọc trai

Khi một vật thể lạ xâm nhập vào con hàu, nó sẽ bao phủ nó bằng ngọc trai và do đó một viên ngọc trai được hình thành. Ngọc trai đạt giá trị cao trên thị trường trang sức trên toàn thế giới.

- Nguyên liệu công nghiệp

Đá vôi được sử dụng trong công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như sản xuất xi măng. Ngoài ra, những viên đá này được sử dụng trực tiếp làm vật liệu xây dựng, do chúng dễ chạm khắc.

Hơn nữa, canxi được sử dụng như một chất khử oxy và chất khử trong các quá trình khác nhau, đặc biệt là trong công nghiệp luyện kim.

Vôi

Vôi sống, còn được gọi là vôi xây dựng, chúng là các oxit canxi được sử dụng làm chất kết dính và lớp phủ trong xây dựng. Theo cách tương tự, nó được sử dụng trong sản xuất xà phòng, giấy, thủy tinh, cao su và thuộc da.

Tương tự như vậy, nó có nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp thực phẩm và xử lý nước. Trong khi như vôi tôi hoặc canxi hydroxit, nó cũng được sử dụng trong công nghiệp và nông nghiệp.

- Điều chỉnh độ pH của đất

Hàm lượng canxi oxit trong đất ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ pH. Trong nông nghiệp, vôi sống được sử dụng như một chất cải tạo nông nghiệp để giảm độ chua của đất và cũng như một loại phân bón.

- Nước vôi hoặc nước cứng

Khi nước lưu thông trong môi trường giàu canxi và magiê, nó sẽ hòa tan muối của các nguyên tố này và được gọi là nước vôi hoặc nước cứng. Giới hạn chất lượng nước là 120 mg CaCO3 / lít, trên mức này nước được coi là nước cứng.

Nước có hàm lượng canxi cao có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe, đặc biệt là liên quan đến hệ tim mạch. Ngoài ra, nước cứng sinh ra cặn vôi trong đường ống gây cản trở lưu thông.

- Các hang động và tầng chứa nước bằng đá vôi

Trong đá vôi, xói mòn hydric thường tạo thành hệ thống hang động ngầm với cấu trúc bên trong thú vị. Trong số này, nổi bật là sự hình thành của thạch nhũ và măng đá, do cặn canxi cacbonat từ các lỗ rò rỉ trên trần của các hang động này.

Các hệ thống vôi hóa này cũng thực hiện chức năng lọc nước ngầm do độ xốp của nó, tạo thành các tầng chứa nước.

Người giới thiệu

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Bộ bách khoa toàn thư về sinh thái và quản lý môi trường.
2. Christopher R. và Fielding, CR (1993). Một đánh giá về nghiên cứu gần đây trong nghiên cứu trầm tích chất lỏng. Địa chất trầm tích.
3. Margalef, R. (1974). Hệ sinh thái. Phiên bản Omega.
4. Miller, G. và TYLER, JR (1992). Sinh thái và Môi trường. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP và Warrett, GW (2006). Các nguyên tắc cơ bản của sinh thái học. Phiên bản thứ năm. Thomson.