Круговорот кислорода — биогеохимический цикл, в ходе которого происходит перенос кислорода между тремя основными резервуарами: атмосферой (воздух), органическим веществом биосферы (глобальная сумма всех экосистем), и земной корой. Сбой в круговороте кислорода в гидросфере может привести к развитию гипоксических зон, т.е. зон пониженного содержания кислорода. Главная движущая сила кислородного цикла — это фотосинтез, который отвечает за состав современной атмосферы Земли и жизни на земле (см. Кислородная катастрофа).
Резервуары Крупнейший резервуар кислорода на Земле — это силикаты и оксиды в коре и мантии (99,5 %). Лишь небольшая часть кислорода находится в виде свободного кислорода в атмосфере (0,36 %) и связанного в виде органики в биосфере (0,01 %). Основным источником атмосферного кислорода является фотосинтез, в процессе которого организмы производят сахара и свободный кислород из углекислого газа и воды:
К фотосинтезирующим организмам относятся наземные растения, а также фитопланктон океанов. Более половины фотосинтезирующих организмов открытого океана составляют крошечные морские цианобактерии из рода Prochlorococcus, обнаруженные в 1986Steve Nadis, The Cells That Rule the Seas, Scientific American, Nov. 2003 .
Дополнительным источником свободного кислорода служат реакции фотолиза. В верхних слоях атмосферы под действием высокоэнергетического ультрафиолетового излучения атмосферная вода и оксид азота I распадаются на составляющие атомы. Свободные атомы N и Н утекают в космос, оставляя более тяжёлый О2 в атмосфере:
Кислород атмосферы расходуется главным образом в результате дыхания и разложения, процессов, в ходе которых животные и бактерии потребляют кислород и выделяют углекислый газ.
Литосфера также может потреблять свободный кислород в результате химической эрозии и поверхностных реакций. Примером такого процесса является формирование оксидов железа (ржавчины):
Кислород также циркулирует между биосферой и литосферой. Морские организмы биосферы создают карбонат кальция (СаСО3), материал их внешней оболочки, богатой кислородом. Когда организм умирает, его оболочка оседает на морском дне и, захораниваясь там, со временем превращается в известняк — осадочную породу литосферы. Процессы выветривания и эрозии, инициированные организмами могут высвобождать кислород из литосферы.
Растения и бактерии извлекают минеральные вещества из пород и превращают кислород в воду, из которой он может высвобождаться в результате фотосинтеза.
Ёмкость резервуаров и потоки вещества В нижележащих таблицах содержатся оценки ёмкости резервуаров кислородного цикла и потоков вещества в нём. Эти цифры основаны в первую очередь на оценке (Уолкер, Дж. К. Г.Walker, J. C. G. (1980) The oxygen cycle in the natural environment and the biogeochemical cycles, Springer-Verlag, Berlin, Federal Republic of Germany (DEU).):
Таблица 1: Основные резервуары кислородного цикла Резервуар Ёмкость(кг O2) Поток в/из(кг O2 в год) Время пребывания(годы) Атмосфера Биосфера 50 Литосфера Таблица 2: Годовой прирост и потери атмосферного кислорода (Единицы: 1010 кг О2 в год) Фотосинтез (земля) Фотосинтез (океан) Фотолиз N2О Фотолиз Н2О 16,500 13,500 1.3 0.03 Общий прирост ~ 30,000 Потери — дыхание и гниение Аэробное дыхание Микробное окисление Сжигание ископаемого топлива (антропогенное) Фотохимическое окисление Фиксация N2 молниями Фиксация с N2 при производстве удобрений Окисление вулканических газов 23,000 5,100 1,200 600 12 10 5 Потери — выветривание Химическое выветривание Поверхностная реакция О3 50 12 Общие потери ~ 30,000
Озон Появление атмосферного кислорода привело к образованию озона (О3) и озонового слоя в стратосфере:
Озоновый слой чрезвычайно важен для современной жизни, так как он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение:
Примечания
Литература Cloud, P. and Gibor, A. 1970, The oxygen cycle, Scientific American, September, S. 110—123 Fasullo, J., Substitute Lectures for ATOC 3600: Principles of Climate, Lectures on the global oxygen cycle, http://paos.colorado.edu/~fasullo/pjw_class/oxygencycle.html Morris, R.M., OXYSPHERE — A Beginners' Guide to the Biogeochemical Cycling of Atmospheric Oxygen, https://web.archive.org/web/20041103093231/http://seis.natsci.csulb.edu/rmorris/oxy/Oxy.htm Категория:Биогеохимические циклы Категория:Фотосинтез