Syrecykel

Huvudreservoarer och flöden — i biosfären (grön), marin biosfär (blå), litosfär (brun) och atmosfär (grå). De stora flödena mellan dessa reservoarer visas med färgade pilar, där de gröna pilarna är relaterade till den terrestra biosfären, blå pilar är relaterade till den marina biosfären, svarta pilar är relaterade till litosfären och den lila pilen är relaterad till rymden (ej en reservoar, men bidrar också till atmosfärens O ₂₎ . Värdet av fotosyntes eller netto primär produktivitet (NPP) kan uppskattas genom variationen i mängden och isotopsammansättningen av atmosfärisk O ₂ . Graden av nedgrävning av organiskt kol härleddes från uppskattade flöden av vulkaniskt och hydrotermiskt kol.

Syrecykeln hänvisar till syrerörelsen genom atmosfären (luften), biosfären (växter och djur) och litosfären (jordskorpan). Syrecykeln visar hur fritt syre görs tillgängligt i var och en av dessa regioner, samt hur det används. Syrecykeln är den biogeokemiska cykeln av syreatomer mellan olika oxidationstillstånd i joner , oxider och molekyler genom redoxreaktioner inom och mellan sfärerna / reservoarerna på planeten Jorden . Ordet syre i litteraturen syftar vanligtvis på den vanligaste syreallotropen , elementärt/diatomiskt syre (O ₂ ), eftersom det är en vanlig produkt eller reaktant av många biogeokemiska redoxreaktioner inom cykeln. Processer inom syrecykeln anses vara biologiska eller geologiska och utvärderas som antingen en källa (O ₂ -produktion) eller sjunka (O ₂ -förbrukning).

Syre är ett av de vanligaste grundämnena på jorden och representerar en stor del av varje huvudreservoar. Den överlägset största reservoaren av jordens syre finns inom silikat- och oxidmineralerna i skorpan och manteln (99,5 viktprocent) . Jordens atmosfär, hydrosfär och biosfär rymmer tillsammans mindre än 0,05 % av jordens totala syremassa. Förutom O _{2 finns ytterligare syreatomer i olika former spridda} 2 O _{2 över} ytreservoarerna i biomassamolekylerna H ₂ O , CO ₂ , HNO ₃ , NO , NO ₂ , CO , H , O ₃ , SO ₂ H2SO4 _och , _{_} , MgO , CaO , AlO Si02 _{_} PO4 . _ _ _{_} _

Atmosfär

Atmosfären består 34 × 10 ^av 21 volymprocent syre, vilket motsvarar totalt ungefär 18 mol syre. Andra syrehaltiga molekyler i atmosfären inkluderar ozon (O ₃ ), koldioxid (CO ₂ ), vattenånga (H ₂ O) och svavel- och kväveoxider ( SO ₂ , NO , N ₂ O , etc.).

Biosfär

Biosfären består av 22 volymprocent syre, huvudsakligen närvarande som en komponent av organiska molekyler (C _x H _x N _x O _x ) och vatten.

Hydrosfär

Hydrosfären är 33 volymprocent syre närvarande huvudsakligen som en komponent av vattenmolekyler, med lösta molekyler inklusive fritt syre och karbolsyror (H _x CO ₃ ) .

Litosfären

Litosfären består av 46,6 volymprocent syre, huvudsakligen närvarande som kiseldioxidmineral (SiO ₂ ) och andra oxidmineral .

Källor och sänkor

Även om det finns många abiotiska källor och sänkor för O ₂ , tillskrivs närvaron av den rikliga koncentrationen av fritt syre i moderna jordens atmosfär och hav till O ₂ -produktion från den biologiska processen för syrehaltig fotosyntes i samband med en biologisk sänka känd som den biologiska pump och en geologisk process av kolbegravning som involverar plattektonik . Biologi är den huvudsakliga drivkraften för O ₂ -flödet på den moderna jorden, och utvecklingen av syrehaltig fotosyntes av bakterier , som diskuteras som en del av Great Oxygenation Event, anses vara direkt ansvarig för de förhållanden som tillåter utvecklingen och existensen av alla komplexa eukaryot metabolism .

Biologisk produktion

Den huvudsakliga källan till atmosfäriskt fritt syre är fotosyntes, som producerar sockerarter och fritt syre från koldioxid och vatten:

$\mathrm {6\ CO_{2}+6H_{2}O+energi\longrightarrow C_ {6}H_{12}O_{6}+6\ O_{2}}$

Fotosyntetiserande organismer inkluderar växtlivet i landområdena, såväl som havens växtplankton . Den lilla marina cyanobakterien Prochlorococcus upptäcktes 1986 och står för upp till hälften av fotosyntesen i de öppna haven.

Abiotisk produktion

En ytterligare källa till atmosfäriskt fritt syre kommer från fotolys , varvid ultraviolett strålning med hög energi bryter ner atmosfäriskt vatten och dikväveoxid till komponentatomer. De fria väte- och kväveatomerna flyr ut i rymden och lämnar O ₂ i atmosfären:

$\mathrm {2\ H_{2}O+energi\longrightarrow 4\ H+O_{2}}$

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

Biologisk konsumtion

Det huvudsakliga sättet att fritt syre försvinner från atmosfären är via andning och sönderfall , mekanismer där djurliv och bakterier förbrukar syre och frigör koldioxid.

Kapaciteter och flöden

Följande tabeller ger uppskattningar av kapacitet och flöden i syrecykelreservoaren. Dessa siffror är främst baserade på uppskattningar från (Walker, JCG): Nyare forskning visar att havets liv ( marin primärproduktion ) faktiskt är ansvarig för mer än hälften av den totala syreproduktionen på jorden.

Reservoar	Kapacitet (kg O 2 )	Flux in/ut (kg O 2 per år)	Uppehållstid (år)
Atmosfär	1,4 × 10 18	3 × 10 14	4500
Biosfär	1,6 × 10 16	3 × 10 14	50
Litosfären	2,9 × 10 20	6 × 10 11	500 000 000

Tabell 2 : Årlig ökning och förlust av atmosfäriskt syre (enheter på 10 ¹⁰ kg O ₂ per år)

Fotosyntes (land)	16 500
Fotosyntes (hav)	13 500
Fotolys av N2O	1.3
Fotolys av H2O	0,03
Totala vinster	~30 000
Förluster - andning och förfall
Aerob andning	23 000
Mikrobiell oxidation	5 100
Förbränning av fossilt bränsle (antropogen)	1 200
Fotokemisk oxidation	600
Fixering av N 2 genom blixtnedslag	12
Fixering av N 2 av industrin (antropogen)	10
Oxidation av vulkaniska gaser	5
Förluster - vittring
Kemisk vittring	50
Ytreaktion av O 3	12
Totala förluster	~30 000

Ozon

Huvudartikel: Ozon-syrecykeln

Närvaron av atmosfäriskt syre har lett till bildandet av ozon (O ₃ ) och ozonskiktet i stratosfären :

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

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

O + O ₂ :- O ₃

Ozonskiktet är extremt viktigt för det moderna livet eftersom det absorberar skadlig ultraviolett strålning:

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

Se även

• Kolets kretslopp
• Kvävets kretslopp

Vidare läsning

•   Cloud P, Gibor A (september 1970). "Syrgascykeln". Scientific American . 223 (3): 110–123. Bibcode : 1970SciAm.223c.110C . doi : 10.1038/scientificamerican0970-110 . PMID 5459721 .
• Fasullo J. "Ersättningsföreläsningar för ATOC 3600" . Principer för klimatet, föreläsningar om den globala syrecykeln .
• Morris RM. "OXYSPHERE - En nybörjarguide till den biogeokemiska cyklingen av atmosfäriskt syre" . Arkiverad från originalet 2004-11-03.