CHU TRÌNH OXY: ĐẶC ĐIỂM, HỒ CHỨA VÀ CÁC GIAI ĐOẠN - MÔI TRƯỜNG - 2026

Các chu kỳ ôxy đề cập đến phong trào tuần hoàn của oxy trên Trái Đất. Đó là một chu trình sinh địa hóa thể khí. Ôxy là nguyên tố phong phú thứ hai trong khí quyển sau nitơ, và là nguyên tố phong phú thứ hai trong thủy quyển sau hydro. Theo nghĩa này, chu trình oxy được kết nối với chu trình nước.

Sự chuyển động tuần hoàn của oxy bao gồm việc tạo ra dioxygen hoặc oxy phân tử của hai nguyên tử (O ₂ ). Điều này xảy ra do quá trình thủy phân trong quá trình quang hợp được thực hiện bởi các sinh vật quang hợp khác nhau.

Hồ chứa oxy: Rừng mây, Vườn quốc gia Waraira Repano, Venezuela. Arnaldo Noguera Sifontes, từ Wikimedia Commons

O ₂ được sử dụng bởi các sinh vật sống trong quá trình hô hấp tế bào, tạo ra khí cacbonic (CO ₂ ), là một trong những nguyên liệu thô cho quá trình quang hợp.

Mặt khác, ở tầng cao của khí quyển xảy ra hiện tượng quang phân (quá trình thủy phân được kích hoạt bởi năng lượng mặt trời) hơi nước do bức xạ cực tím từ mặt trời gây ra. Nước bị phân hủy giải phóng hydro bị mất trong tầng bình lưu và oxy được tích hợp vào khí quyển.

Khi một phân tử O ₂ tương tác với một nguyên tử oxy, ozon (O ₃ ) được tạo ra. Ôzôn tạo nên cái gọi là tầng ôzôn.

nét đặc trưng

Oxy là một nguyên tố hóa học phi kim loại. Số hiệu nguyên tử của nó là 8, tức là nó có 8 proton và 8 electron ở trạng thái tự nhiên. Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, nó tồn tại ở dạng khí dioxygen, không màu và không mùi. Công thức phân tử của nó là O ₂ .

O ₂ bao gồm ba đồng vị bền: ¹⁶ O, ¹⁷ O và ¹⁸ O. Dạng chủ yếu trong vũ trụ là ¹⁶ O. Trên Trái đất, nó đại diện cho 99,76% tổng lượng oxy. Các ¹⁸ O đại diện cho 0,2%. Dạng ¹⁷ O rất hiếm (~ 0,04%).

Gốc

Oxy là nguyên tố phong phú thứ ba trong vũ trụ. Việc sản xuất đồng vị ¹⁶ O bắt đầu trong thế hệ đốt cháy helium mặt trời đầu tiên xảy ra sau Vụ nổ lớn.

Việc thiết lập chu trình tổng hợp hạt nhân carbon-nitơ-oxy trong các thế hệ sau của các ngôi sao đã cung cấp nguồn oxy chủ yếu trên các hành tinh.

Nhiệt độ và áp suất cao tạo ra nước (H ₂ O) trong Vũ trụ bằng cách tạo ra phản ứng của hydro với oxy. Nước là một phần cấu tạo nên lõi Trái đất.

Các mỏm đá magma tạo ra nước dưới dạng hơi nước và điều này đi vào vòng tuần hoàn của nước. Nước bị phân hủy bởi quá trình quang phân thành oxy và hydro thông qua quá trình quang hợp, và bởi bức xạ cực tím ở các tầng cao của khí quyển.

Bầu không khí nguyên thủy

Bầu khí quyển nguyên thủy trước khi tiến hóa quá trình quang hợp của vi khuẩn lam là yếm khí. Đối với các sinh vật sống thích nghi với bầu khí quyển đó, oxy là một khí độc. Ngay cả ngày nay, bầu không khí oxy tinh khiết cũng gây ra những tổn hại không thể khắc phục được cho các tế bào.

Quá trình quang hợp bắt nguồn từ dòng tiến hóa của vi khuẩn lam ngày nay. Điều này bắt đầu thay đổi thành phần của bầu khí quyển Trái đất khoảng 2,3-2,7 tỷ năm trước.

Sự gia tăng của các sinh vật quang hợp đã làm thay đổi thành phần của khí quyển. Sự sống phát triển theo hướng thích nghi với bầu không khí hiếu khí.

Động lực thúc đẩy chu kỳ

Các lực và năng lượng tác động đến chu trình oxy có thể là địa nhiệt, khi magma đẩy hơi nước ra ngoài hoặc có thể đến từ năng lượng mặt trời.

Sau đó cung cấp năng lượng cơ bản cho quá trình quang hợp. Năng lượng hóa học dưới dạng cacbohydrat sinh ra từ quá trình quang hợp, lần lượt thúc đẩy tất cả các quá trình sống thông qua chuỗi thức ăn. Theo cách tương tự, Mặt trời tạo ra sự đốt nóng chênh lệch hành tinh và gây ra các dòng biển và khí quyển.

Mối quan hệ với các chu trình sinh địa hóa khác

Do sự phong phú và khả năng phản ứng cao, chu trình oxy được kết nối với các chu trình khác như CO ₂ , nitơ (N ₂ ) và chu trình nước (H ₂ O). Điều này mang lại cho nó một nhân vật đa vòng.

Các nguồn dự trữ O ₂ và CO ₂ được liên kết với nhau bởi các quá trình liên quan đến việc tạo ra (quang hợp) và phá hủy (hô hấp và đốt cháy) chất hữu cơ. Trong ngắn hạn, các phản ứng oxy hóa-khử này là nguồn gốc chính của sự biến đổi nồng độ O ₂ trong khí quyển.

Vi khuẩn khử nitơ lấy oxy cho quá trình hô hấp từ nitrat trong đất, giải phóng nitơ.

Hồ chứa

Địa quyển

Oxy là một trong những thành phần chính của silicat. Do đó, nó tạo nên một phần đáng kể của lớp phủ và lớp vỏ Trái đất.

• Lõi Trái đất : trong lớp vỏ lỏng bên ngoài của lõi Trái đất, ngoài sắt, các nguyên tố khác, bao gồm cả oxy.
• Đất : trong không gian giữa các hạt hoặc lỗ rỗng của đất, không khí được khuếch tán. Oxy này được sử dụng bởi hệ vi sinh vật trong đất.

Không khí

21% bầu khí quyển được tạo thành từ oxy ở dạng dioxygen (O ₂ ). Các dạng khác của sự hiện diện oxy trong khí quyển là hơi nước (H ₂ O), carbon dioxide (CO ₂ ) và ozon (O ₃ ).

• Hơi nước : nồng độ của hơi nước thay đổi, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất khí quyển và các dòng hoàn lưu trong khí quyển (chu trình nước).
• Khí cacbonic : CO ₂ chiếm khoảng 0,03% thể tích không khí. Kể từ khi bắt đầu cuộc Cách mạng Công nghiệp, nồng độ CO ₂ trong khí quyển đã tăng 145%.
• Ôzôn : nó là một phân tử có trong tầng bình lưu với số lượng thấp (0,03 - 0,02 phần triệu thể tích).

Thủy quyển

71% bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước. Hơn 96% lượng nước hiện có trên bề mặt trái đất tập trung ở các đại dương. 89% khối lượng của các đại dương được tạo thành từ oxy. CO ₂ cũng hòa tan trong nước và có quá trình trao đổi với khí quyển.

Cryosphere

Cryosphere đề cập đến khối lượng nước đóng băng bao phủ các khu vực nhất định của Trái đất. Những khối băng này chứa khoảng 1,74% lượng nước trong vỏ trái đất. Mặt khác, nước đá chứa nhiều lượng oxy phân tử bị mắc kẹt khác nhau.

HOẶC LÀ

Hầu hết các phân tử tạo nên cấu trúc của sinh vật đều chứa oxy. Mặt khác, một phần lớn các sinh vật sống là nước. Do đó, sinh khối trên cạn cũng là nguồn dự trữ ôxy.

Các giai đoạn

Nói chung, chu trình mà oxy tuân theo như một tác nhân hóa học bao gồm hai khu vực lớn tạo nên đặc tính của nó như một chu trình sinh địa hóa. Các lĩnh vực này được thể hiện trong bốn giai đoạn.

Khu vực địa môi trường bao gồm các dịch chuyển và ngăn chặn trong khí quyển, thủy quyển, đông lạnh và địa quyển chứa oxy. Điều này bao gồm giai đoạn môi trường của hồ chứa và nguồn và giai đoạn hoàn trả môi trường.

Chu trình oxy. Eme Chicano, từ Wikimedia Commons

Hai giai đoạn cũng được bao gồm trong khu vực sinh học. Chúng gắn liền với quá trình quang hợp và hô hấp.

-Giai đoạn môi trường của hồ chứa và nguồn: khí quyển-thủy quyển-đông lạnh-địa quyển

Không khí

Nguồn oxy chính của khí quyển là quá trình quang hợp. Nhưng có những nguồn khác mà từ đó oxy có thể đi vào khí quyển.

Một trong số đó là lớp vỏ lỏng bên ngoài của lõi Trái đất. Oxy đến khí quyển dưới dạng hơi nước thông qua các vụ phun trào núi lửa. Hơi nước bốc lên tầng bình lưu, nơi nó trải qua quá trình quang phân do bức xạ năng lượng cao từ mặt trời và oxy tự do được tạo ra.

Mặt khác, quá trình hô hấp thải ra oxy dưới dạng CO ₂ . Quá trình đốt cháy, đặc biệt là các quá trình công nghiệp, cũng tiêu thụ oxy phân tử và đóng góp CO ₂ vào khí quyển.

Trong sự trao đổi giữa khí quyển và thủy quyển, oxy hòa tan trong các khối nước sẽ chuyển vào khí quyển. Về phần mình, CO ₂ trong khí quyển được hòa tan trong nước dưới dạng axit cacbonic. Oxy hòa tan trong nước chủ yếu đến từ quá trình quang hợp của tảo và vi khuẩn lam.

Tầng bình lưu

Ở các tầng cao của khí quyển, bức xạ năng lượng cao sẽ thủy phân hơi nước. Bức xạ sóng ngắn kích hoạt phân tử O ₂ . Chúng được tách thành các nguyên tử oxy tự do (O).

Các nguyên tử O tự do này phản ứng với các phân tử O ₂ và tạo ra ozon (O ₃ ). Phản ứng này là thuận nghịch. Do tác dụng của bức xạ tử ngoại, O _{3 lại} phân hủy thành nguyên tử oxy tự do.

Oxy như một thành phần của không khí trong khí quyển là một phần của các phản ứng oxy hóa khác nhau, tích hợp các hợp chất trên cạn khác nhau. Một bể chứa oxy chính là quá trình oxy hóa khí từ các vụ phun trào núi lửa.

Thủy quyển

Nơi có nồng độ nước lớn nhất trên Trái đất là các đại dương, nơi có nồng độ đồng vị oxy đồng đều. Đó là do sự trao đổi liên tục của nguyên tố này với vỏ trái đất thông qua các quá trình tuần hoàn thủy nhiệt.

Ở giới hạn của các mảng kiến ​​tạo và gờ đại dương, một quá trình trao đổi khí liên tục được tạo ra.

Cryosphere

Các khối băng trên đất liền, bao gồm các khối băng ở cực, sông băng và lớp băng vĩnh cửu, tạo thành một bể chứa lớn oxy ở dạng nước ở trạng thái rắn.

Địa quyển

Tương tự như vậy, oxy tham gia vào quá trình trao đổi khí với đất. Ở đó nó là yếu tố quan trọng đối với quá trình hô hấp của vi sinh vật đất.

Phần chìm quan trọng trong đất là các quá trình ôxy hóa khoáng chất và đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.

Ôxy là một phần của phân tử nước (H ₂ O) tuân theo chu trình nước trong các quá trình bay hơi-thoát hơi nước và ngưng tụ-kết tủa.

- Giai đoạn quang hợp

Quá trình quang hợp diễn ra trong lục lạp. Trong pha sáng của quá trình quang hợp, cần có chất khử, tức là nguồn electron. Tác nhân được nêu trong trường hợp này là nước (H ₂ O).

Bằng cách lấy hydro (H) từ nước, oxy (O ₂ ) được giải phóng dưới dạng chất thải. Nước vào cây từ đất qua rễ. Trong trường hợp tảo và vi khuẩn lam, nó đến từ môi trường nước.

Tất cả oxy phân tử (O ₂ ) được tạo ra trong quá trình quang hợp đều đến từ nước được sử dụng trong quá trình này. Trong quang hợp, CO ₂ , năng lượng mặt trời và nước (H ₂ O) được tiêu thụ , và oxy (O ₂ ) được giải phóng.

- Giai đoạn trở lại khí quyển

O ₂ được tạo ra trong quá trình quang hợp được thải vào khí quyển thông qua khí khổng trong trường hợp thực vật. Tảo và vi khuẩn lam trả nó trở lại môi trường bằng cách khuếch tán màng. Tương tự, quá trình hô hấp trả lại oxy cho môi trường dưới dạng khí cacbonic (CO ₂ ).

-Giai đoạn hô hấp

Để thực hiện các chức năng quan trọng của mình, các sinh vật sống cần phải sử dụng năng lượng hóa học do quá trình quang hợp tạo ra một cách hiệu quả. Năng lượng này được lưu trữ dưới dạng các phân tử phức tạp của carbohydrate (đường) trong trường hợp của thực vật. Phần còn lại của các sinh vật lấy nó từ chế độ ăn uống

Quá trình chúng sinh mở ra các hợp chất hóa học để giải phóng năng lượng cần thiết được gọi là quá trình hô hấp. Quá trình này diễn ra trong tế bào và có hai giai đoạn; một hiếu khí và một kỵ khí.

Hô hấp hiếu khí diễn ra trong ti thể ở thực vật và động vật. Ở vi khuẩn, nó được thực hiện trong tế bào chất, vì chúng thiếu ty thể.

Yếu tố cơ bản cho quá trình hô hấp là oxy như một chất oxy hóa. Trong quá trình hô hấp, oxy (O ₂ ) được tiêu thụ và CO ₂ và nước (H ₂ O) được giải phóng, tạo ra năng lượng hữu ích.

CO ₂ và nước (hơi nước) được thoát ra ngoài qua khí khổng ở thực vật. Ở động vật, CO ₂ được thải ra ngoài qua lỗ mũi và / hoặc miệng, và nước qua mồ hôi. Ở tảo và vi khuẩn, CO ₂ được giải phóng bằng cách khuếch tán qua màng.

Photorespiration

Ở thực vật, khi có ánh sáng, một quá trình tiêu thụ oxy và năng lượng được gọi là photorespiration phát triển. Phản xạ quang tăng khi nhiệt độ tăng, do nồng độ CO _{2 tăng} so với nồng độ O ₂ .

Photorespiration thiết lập sự cân bằng năng lượng tiêu cực cho cây trồng. Nó tiêu thụ O ₂ và năng lượng hóa học (được tạo ra bởi quá trình quang hợp) và giải phóng CO ₂ . Vì lý do này, họ đã phát triển các cơ chế tiến hóa để chống lại nó (chuyển hóa C4 và CAN).

Tầm quan trọng

Ngày nay phần lớn cuộc sống là hiếu khí. Nếu không có sự tuần hoàn của O ₂ trong hệ hành tinh, sự sống như chúng ta biết ngày nay sẽ là không thể.

Ngoài ra, oxy chiếm một tỷ lệ đáng kể trong khối lượng không khí của trái đất. Do đó, nó góp phần vào các hiện tượng khí quyển liên quan đến nó và các hậu quả của nó: tác động ăn mòn, điều hòa khí hậu, trong số những hiện tượng khác.

Trực tiếp, nó tạo ra các quá trình oxy hóa trong đất, khí núi lửa và trên các cấu trúc kim loại nhân tạo.

Oxy là nguyên tố có khả năng oxi hóa cao. Mặc dù các phân tử oxy rất bền do thực tế là chúng tạo thành liên kết đôi, vì oxy có độ âm điện lớn (khả năng hút electron) nên nó có khả năng phản ứng cao. Do độ âm điện lớn này, oxy tham gia vào nhiều phản ứng oxy hóa.

Thay đổi

Phần lớn các quá trình cháy xảy ra trong tự nhiên đều cần đến sự tham gia của oxy. Tương tự như vậy đối với những thứ do con người tạo ra. Các quá trình này đáp ứng cả chức năng tích cực và tiêu cực theo thuật ngữ nhân học.

Việc đốt nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt) góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế, nhưng đồng thời cũng là một vấn đề nghiêm trọng do nó góp phần vào sự nóng lên toàn cầu.

Cháy rừng lớn ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, mặc dù trong một số trường hợp, chúng là một phần của các quá trình tự nhiên trong các hệ sinh thái nhất định.

Hiệu ứng nhà kính

Tầng ôzôn (O ₃ ) trong tầng bình lưu là lá chắn bảo vệ của khí quyển chống lại sự xâm nhập của bức xạ cực tím dư thừa. Bức xạ có năng lượng cao này làm tăng sự nóng lên của Trái đất.

Mặt khác, nó có khả năng gây đột biến cao và gây hại cho các mô sống. Ở người và các động vật khác, nó là chất gây ung thư.

Sự phát thải của các loại khí khác nhau gây ra sự phá hủy tầng ôzôn và do đó tạo điều kiện cho bức xạ cực tím xâm nhập. Một số loại khí này là chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbon, ethyl bromide, nitơ oxit từ phân bón và halogen.

Người giới thiệu

1. Anbar AD, Y Duan, TW Lyons, GL Arnold, B Kendall, RA Creaser, AJ Kaufman, WG Gordon, S Clinton, J Garvin và R Buick (2007) Một làn sóng ôxy trước sự kiện ôxy hóa lớn? Khoa học 317: 1903-1906.
2. Bekker A, HD Holland, PL Wang, D Rumble, HJ Stein, JL Hannah, LL Coetzee và NJ Beukes. (2004) Xác định niên đại của oxy trong khí quyển. Bản chất 427: 117-120.
3. Farquhar J và DT Johnston. (2008) Chu kỳ oxy của các hành tinh trên cạn: Hiểu rõ hơn về quá trình xử lý và lịch sử của oxy trong môi trường bề mặt. Nhận xét trong Khoáng vật học và Địa hóa học 68: 463–492.
4. Keeling RF (1995) Chu trình oxy trong khí quyển: Các đồng vị oxy của CO ₂ và O ₂ trong khí quyển và O ₂ / N ₂ Reviws of Geophysics, bổ sung. Hoa Kỳ: Báo cáo Quốc gia cho Liên minh Đo đạc và Địa vật lý Quốc tế 1991-1994. pp. 1253-1262.
5. Purves WK, D Sadava, GH Orians và HC Heller (2003) Cuộc sống. Khoa học Sinh học. Edt thứ 6. Sinauer Associates, Inc. và WH Freeman and Company. 1044 tr.