Ciclo do oxigênio: características, reservatórios e etapas - Ciência - 2023

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Ciclo do oxigênio: características, reservatórios e etapas - Ciência
Ciclo do oxigênio: características, reservatórios e etapas - Ciência

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o ciclo de oxigênio refere-se ao movimento circulatório de oxigênio na Terra. É um ciclo biogeoquímico gasoso. O oxigênio é o segundo elemento mais abundante na atmosfera depois do nitrogênio e o segundo mais abundante na hidrosfera depois do hidrogênio. Nesse sentido, o ciclo do oxigênio está conectado ao ciclo da água.

O movimento circulatório de oxigênio inclui a produção de dioxigênio ou oxigênio molecular a partir de dois átomos (O2) Isso ocorre devido à hidrólise durante a fotossíntese realizada pelos diferentes organismos fotossintéticos.

O O2 É utilizado por organismos vivos na respiração celular, gerando a produção de dióxido de carbono (CO2), sendo esta última uma das matérias-primas para o processo de fotossíntese.


Por outro lado, na alta atmosfera ocorre a fotólise (hidrólise ativada pela energia solar) do vapor d'água, causada pela radiação ultravioleta do sol. A água se decompõe liberando hidrogênio que é perdido na estratosfera e o oxigênio é integrado à atmosfera.

Quando uma molécula O interage2 Com um átomo de oxigênio, o ozônio (O3) O ozônio constitui a chamada camada de ozônio.

Caracteristicas

O oxigênio é um elemento químico não metálico. Seu número atômico é 8, ou seja, possui 8 prótons e 8 elétrons em seu estado natural. Em condições normais de temperatura e pressão está presente na forma de gás dioxigênio, incolor e inodoro. Sua fórmula molecular é O2.

O O2 inclui três isótopos estáveis: 16OU, 17Ou e 18O. A forma predominante no universo é o16O. Na Terra, representa 99,76% do oxigênio total. o 18O representa 0,2%. A forma 17Ou é muito raro (~ 0,04%).


Origem

O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante no universo. Produção de isótopos 16Ou começou na primeira geração de queima de hélio solar que ocorreu após o Big Bang.

O estabelecimento do ciclo de nucleossíntese carbono-nitrogênio-oxigênio em gerações posteriores de estrelas forneceu a fonte predominante de oxigênio nos planetas.

Altas temperaturas e pressões produzem água (H2O) no Universo, gerando a reação do hidrogênio com o oxigênio. A água faz parte da composição do núcleo da Terra.

Afloramentos de magma liberam água na forma de vapor e isso entra no ciclo da água. A água é decomposta por fotólise em oxigênio e hidrogênio por meio da fotossíntese e por radiação ultravioleta nos níveis superiores da atmosfera.

Atmosfera primitiva

A atmosfera primitiva antes da evolução da fotossíntese por cianobactérias era anaeróbia. Para organismos vivos adaptados àquela atmosfera, o oxigênio era um gás tóxico. Ainda hoje, uma atmosfera de oxigênio puro causa danos irreparáveis ​​às células.


A fotossíntese originou-se na linha evolutiva das cianobactérias de hoje. Isso começou a mudar a composição da atmosfera da Terra há aproximadamente 2,3-2,7 bilhões de anos.

A proliferação de organismos fotossintetizantes mudou a composição da atmosfera. A vida evoluiu para a adaptação a uma atmosfera aeróbia.

Energias que conduzem o ciclo

As forças e energias que atuam para impulsionar o ciclo do oxigênio podem ser geotérmicas, quando o magma expele vapor de água, ou pode vir da energia solar.

Este último fornece a energia fundamental para o processo de fotossíntese. A energia química na forma de carboidratos resultante da fotossíntese, por sua vez, conduz todos os processos vivos pela cadeia alimentar. Da mesma forma, o Sol produz aquecimento planetário diferencial e causa correntes atmosféricas e marinhas.

Relação com outros ciclos biogeoquímicos

Devido à sua abundância e alta reatividade, o ciclo do oxigênio está conectado a outros ciclos, como o CO2, nitrogênio (N2) e o ciclo da água (H2OU). Isso confere um caráter multicíclico.

Os reservatórios de O2 e companhia2  eles estão ligados por processos que envolvem a criação (fotossíntese) e a destruição (respiração e combustão) da matéria orgânica. No curto prazo, essas reações de oxidação-redução são a principal fonte de variabilidade na concentração de O.2 na atmosfera.

As bactérias desnitrificantes obtêm oxigênio para sua respiração dos nitratos do solo, liberando nitrogênio.

Reservatórios

Geosfera

O oxigênio é um dos principais componentes dos silicatos. Portanto, constitui uma fração importante do manto e da crosta terrestre.

  • Núcleo da terra: no manto líquido externo do núcleo da Terra existem, além do ferro, outros elementos, inclusive o oxigênio.
  • O chão: nos espaços entre partículas ou poros do solo o ar é difundido. Esse oxigênio é utilizado pela microbiota do solo.

Atmosfera

21% da atmosfera é composta de oxigênio na forma de dioxigênio (O2) As outras formas de presença de oxigênio atmosférico são o vapor de água (H2O), dióxido de carbono (CO2) e ozônio (O3).

  • Vapor de água: a concentração de vapor d'água é variável, dependendo da temperatura, pressão atmosférica e correntes de circulação atmosférica (ciclo da água).
  • Dióxido de carbono: o CO2 representa aproximadamente 0,03% do volume de ar. Desde o início da Revolução Industrial a concentração de CO aumentou2 na atmosfera em 145%.
  • Ozônio: é uma molécula que está presente na estratosfera em pequena quantidade (0,03 - 0,02 partes por milhão por volume).

Hidrosfera

71% da superfície da Terra é coberta por água. Mais de 96% da água presente na superfície da Terra está concentrada nos oceanos. 89% da massa dos oceanos é composta de oxigênio. O CO2 Também é dissolvido em água e passa por um processo de troca com a atmosfera.

Criosfera

A criosfera se refere à massa de água congelada que cobre certas áreas da Terra. Essas massas de gelo contêm aproximadamente 1,74% da água da crosta terrestre. Por outro lado, o gelo contém quantidades variáveis ​​de oxigênio molecular aprisionado.

OUorganismos vivos

A maioria das moléculas que constituem a estrutura dos seres vivos contém oxigênio. Por outro lado, uma grande proporção de seres vivos é água. Portanto, a biomassa terrestre também é uma reserva de oxigênio.

Estágios

Em termos gerais, o ciclo que o oxigênio segue como agente químico compreende duas grandes áreas que configuram seu caráter de ciclo biogeoquímico. Essas áreas são representadas em quatro etapas.

A área geoambiental engloba os deslocamentos e contenções na atmosfera, hidrosfera, criosfera e geosfera de oxigênio. Isso inclui o estágio ambiental do reservatório e fonte, e o estágio de retorno ao meio ambiente.

Duas etapas também estão incluídas na área biológica. Eles estão associados à fotossíntese e respiração.

-Estágio ambiental do reservatório e fonte: atmosfera-hidrosfera-criosfera-geosfera

Atmosfera

A principal fonte de oxigênio atmosférico é a fotossíntese. Mas existem outras fontes pelas quais o oxigênio pode entrar na atmosfera.

Um deles é o manto externo líquido do núcleo da Terra. O oxigênio chega à atmosfera como vapor d'água por meio de erupções vulcânicas. O vapor de água sobe para a estratosfera, onde sofre fotólise como resultado da radiação de alta energia do sol e o oxigênio livre é produzido.

Por outro lado, a respiração emite oxigênio na forma de CO2. Os processos de combustão, especialmente os processos industriais, também consomem oxigênio molecular e contribuem com CO2 para a atmosfera.

Na troca entre a atmosfera e a hidrosfera, o oxigênio dissolvido nas massas de água passa para a atmosfera. Por sua vez, o CO2 Atmosférico é dissolvido em água como ácido carbônico. O oxigênio dissolvido na água vem principalmente da fotossíntese de algas e cianobactérias.

Estratosfera

Nos níveis superiores da atmosfera, a radiação de alta energia hidrolisa o vapor de água. A radiação de ondas curtas ativa moléculas O2. Estes são divididos em átomos de oxigênio livres (O).

Esses átomos de O livres reagem com as moléculas de O2 e produzir ozônio (O3) Esta reação é reversível. Devido ao efeito da radiação ultravioleta, O3 ele se decompõe em átomos de oxigênio livres novamente.

O oxigênio como componente do ar atmosférico faz parte de várias reações de oxidação, tornando-se parte de vários compostos terrestres. Um grande sumidouro de oxigênio é a oxidação de gases de erupções vulcânicas.

Hidrosfera

A maior concentração de água na Terra são os oceanos, onde existe uma concentração uniforme de isótopos de oxigênio. Isso se deve à troca constante desse elemento com a crosta terrestre por meio de processos de circulação hidrotérmica.

Nos limites das placas tectônicas e dorsais oceânicas, um processo constante de troca gasosa é gerado.

Criosfera

As massas de gelo terrestre, incluindo as massas de gelo polares, geleiras e permafrost, constituem um importante sumidouro de oxigênio na forma de água em estado sólido.

Geosfera

Da mesma forma, o oxigênio participa das trocas gasosas com o solo. Aí constitui o elemento vital para os processos respiratórios dos microrganismos do solo.

Um importante sumidouro no solo são os processos de oxidação mineral e a queima de combustível fóssil.

O oxigênio que faz parte da molécula de água (H2O) segue o ciclo da água nos processos de evaporação-transpiração e condensação-precipitação.

- Estágio fotossintético

A fotossíntese ocorre em cloroplastos. Durante a fase leve da fotossíntese, é necessário um agente redutor, ou seja, uma fonte de elétrons. O referido agente, neste caso, é água (H2OU).

Tirando hidrogênio (H) da água, oxigênio (O2) como resíduo. A água entra na planta do solo pelas raízes. No caso das algas e cianobactérias, é proveniente do meio aquático.

Todo oxigênio molecular (O2) produzido durante a fotossíntese vem da água usada no processo. CO é consumido na fotossíntese2, energia solar e água (H2O), e o oxigênio é liberado (O2).

- Estágio de retorno atmosférico

O O2 gerado na fotossíntese é expelido para a atmosfera através dos estômatos, no caso das plantas. Algas e cianobactérias o devolvem ao meio ambiente por difusão por membrana. Da mesma forma, os processos respiratórios devolvem oxigênio ao meio ambiente na forma de dióxido de carbono (CO2).

- Estágio respiratório

Para desempenhar suas funções vitais, os organismos vivos precisam tornar efetiva a energia química gerada pela fotossíntese. Essa energia é armazenada na forma de moléculas de carboidratos complexos (açúcares) no caso das plantas. O resto dos organismos obtêm-no da dieta

O processo pelo qual os seres vivos desdobram compostos químicos para liberar a energia necessária é chamado de respiração. Esse processo ocorre em células e tem duas fases; um aeróbio e um anaeróbio.

A respiração aeróbica ocorre na mitocôndria em plantas e animais. Nas bactérias, é realizado no citoplasma, uma vez que não possuem mitocôndrias.

O elemento fundamental para a respiração é o oxigênio como agente oxidante. A respiração consome oxigênio (O2) e CO é liberado2 e água (H2O), produzindo energia útil.

O CO2 e água (vapor d'água) são liberados pelos estômatos das plantas. Em animais CO2 é liberado pelas narinas e / ou boca e a água pela transpiração. Em algas e bactérias CO2 é liberado por difusão por membrana.

Fotorrespiração

Nas plantas, na presença de luz, desenvolve-se um processo que consome oxigênio e energia denominado fotorrespiração. A fotorrespiração aumenta com o aumento da temperatura, devido ao aumento na concentração de CO2 com respeito à concentração de O2.

A fotorrespiração estabelece um balanço energético negativo para a planta. Consumir O2 e energia química (produzida pela fotossíntese) e libera CO2. Por esta razão, eles desenvolveram mecanismos evolutivos para neutralizá-lo (metabolismos C4 e CAN).

Importância

Hoje, a grande maioria da vida é aeróbica. Sem a circulação de O2 no sistema planetário, a vida como a conhecemos hoje seria impossível.

Além disso, o oxigênio constitui uma proporção significativa das massas de ar da Terra. Portanto, contribui para os fenômenos atmosféricos a ela vinculados e suas consequências: efeitos erosivos, regulação do clima, entre outros.

De forma direta, gera processos de oxidação no solo, gases vulcânicos e em estruturas metálicas artificiais.

O oxigênio é um elemento com alta capacidade oxidativa. Embora as moléculas de oxigênio sejam muito estáveis ​​por formarem ligações duplas, como o oxigênio tem uma alta eletronegatividade (capacidade de atrair elétrons), ele tem uma alta capacidade reativa. Devido a essa alta eletronegatividade, o oxigênio participa de muitas reações de oxidação.

Alterações

A grande maioria dos processos de combustão que ocorrem na natureza requerem a participação de oxigênio. Da mesma forma naqueles gerados por humanos. Esses processos cumprem funções positivas e negativas em termos antrópicos.

A queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás) contribui para o desenvolvimento econômico, mas ao mesmo tempo representa um sério problema por sua contribuição para o aquecimento global.

Grandes incêndios florestais afetam a biodiversidade, embora em alguns casos sejam parte de processos naturais em determinados ecossistemas.

Efeito estufa

A camada de ozônio (O3) na estratosfera, é o escudo protetor da atmosfera contra a entrada do excesso de radiação ultravioleta. Esta radiação altamente energética aumenta o aquecimento da Terra.

Por outro lado, é altamente mutagênico e prejudicial aos tecidos vivos. Em humanos e outros animais, é cancerígeno.

A emissão de vários gases causa a destruição da camada de ozônio e, portanto, facilita a entrada da radiação ultravioleta. Alguns desses gases são clorofluorocarbonos, hidroclorofluorocarbonos, brometo de etila, óxidos de nitrogênio de fertilizantes e halons.

Referências

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