Ciclo de oxigeno

El ciclo del oxígeno es un ciclo biogeoquímico durante el cual el oxígeno se transfiere entre tres depósitos principales: la atmósfera (aire), la materia orgánica de la biosfera (la suma global de todos los ecosistemas ) y la corteza terrestre. Una falla en el ciclo del oxígeno en la hidrosfera puede conducir al desarrollo de zonas hipóxicas , es decir, áreas de bajo contenido de oxígeno. La principal fuerza impulsora del ciclo del oxígeno es la fotosíntesis , que es responsable de la composición de la atmósfera de la Tierra moderna y de la vida en la Tierra (ver Catástrofe del oxígeno ).

Embalses

La mayor reserva de oxígeno en la Tierra son los silicatos y óxidos en la corteza y el manto (99,5%). Solo una pequeña parte del oxígeno se encuentra en forma de oxígeno libre en la atmósfera (0,36 %) y se une en forma de materia orgánica en la biosfera (0,01 %). La principal fuente de oxígeno atmosférico es la fotosíntesis, durante la cual los organismos producen azúcares y oxígeno libre a partir de dióxido de carbono y agua:

\mathrm {6\ CO_{2}+6H_{2}O+energía\longrightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+6\ O_{2))

Los organismos fotosintéticos incluyen plantas terrestres y fitoplancton en los océanos. Más de la mitad de los organismos fotosintéticos en el océano abierto son diminutas cianobacterias marinas del género Prochlorococcus , descubiertas en 1986 [1] .

Las reacciones de fotólisis sirven como fuente adicional de oxígeno libre . En la atmósfera superior, bajo la acción de la radiación ultravioleta de alta energía , el agua atmosférica y el óxido nítrico se descomponen en sus átomos constituyentes. Los átomos libres de N y H escapan al espacio, dejando O 2 más pesado en la atmósfera:

\mathrm {2\ H_{2}O+energía\longrightarrow 4\ H+O_{2))

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

El oxígeno atmosférico se consume principalmente por la respiración y la descomposición , los procesos por los cuales los animales y las bacterias consumen oxígeno y liberan dióxido de carbono.

La litosfera también puede consumir oxígeno libre a través de la erosión química y las reacciones superficiales. Un ejemplo de tal proceso es la formación de óxidos de hierro ( herrumbre ):

\mathrm {4\ FeO+3\ O_{2}\longrightarrow 2\ Fe_{2}O_{3))

El oxígeno también circula entre la biosfera y la litosfera. Los organismos marinos de la biosfera crean carbonato de calcio (CaCO 3 ), el material de su capa externa rica en oxígeno. Cuando un organismo muere, su caparazón se deposita en el lecho marino y, al quedar enterrado allí, finalmente se convierte en piedra caliza , la roca sedimentaria de la litosfera. Los procesos de meteorización y erosión iniciados por organismos pueden liberar oxígeno de la litosfera.

Las plantas y las bacterias extraen minerales de las rocas y convierten el oxígeno en agua, de la que puede liberarse mediante la fotosíntesis.

Capacidad del yacimiento y flujos de materiales

Las siguientes tablas contienen estimaciones de la capacidad de los reservorios del ciclo de oxígeno y los flujos de materia en él. Estas cifras se basan principalmente en una estimación (Walker, J.K.G. [2] ):

Tabla 1 : Tanques del ciclo de oxígeno principal

Tanque de almacenamiento	Capacidad (kg O 2 )	Flujo hacia/desde (kg O 2 por año)	Tiempo de estancia (años)
Atmósfera	1.4⋅10 18	3⋅10 14	4500
Biosfera	1.6⋅10 16	3⋅10 14	cincuenta
litosfera	2.9⋅10 20	6⋅10 11	500,000,000

Tabla 2 : Aumento y pérdida anual de oxígeno atmosférico (Unidades: 10 10 kg O 2 por año)

Fotosíntesis (tierra) Fotosíntesis (océano) Fotólisis de N 2 O Fotólisis de H 2 O	16,500 13.500 1,3 0,03
Ganancia general	~ 30,000
Residuos - aliento y podredumbre
Respiración aeróbica Oxidación microbiana Combustión de combustibles fósiles (antropogénico) Oxidación fotoquímica Fijación de N 2 por rayos Fijación de N 2 en la producción de fertilizantes Oxidación de gases volcánicos	23,000 5.100 1.200 600 12 10 5
Pérdidas - meteorización
meteorización química Reacción superficial O 3	cincuenta 12
pérdidas totales	~ 30,000

Ozono

La aparición del oxígeno atmosférico dio lugar a la formación de ozono (O 3 ) y de la capa de ozono en la estratosfera :

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

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

La capa de ozono es extremadamente importante para la vida moderna, ya que absorbe la dañina radiación ultravioleta :

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

Notas

↑ Steve Nadis, Las células que gobiernan los mares , Scientific American, noviembre de 2010. 2003 [1] Archivado el 12 de octubre de 2007 en Wayback Machine .
↑ Walker, JCG (1980) El ciclo del oxígeno en el entorno natural y los ciclos biogeoquímicos, Springer-Verlag, Berlín, República Federal de Alemania (DEU).

Literatura

Cloud, P. y Gibor, A. 1970, El ciclo del oxígeno, Scientific American, septiembre, S. 110-123
Fasullo, J., Conferencias sustitutas de ATOC 3600: Principios del clima, Conferencias sobre el ciclo global del oxígeno, http://paos.colorado.edu/~fasullo/pjw_class/oxygencycle.html
Morris, RM, OXYSPHERE: una guía para principiantes sobre el ciclo biogeoquímico del oxígeno atmosférico, https://web.archive.org/web/20041103093231/http://seis.natsci.csulb.edu/rmorris/oxy/Oxy. htm