Введение

Биогеохимический цикл кислорода

Цикл кислорода описывает перемещение кислорода через атмосферу (воздух), биосферу (растения и животные) и литосферу (земную кору). Цикл кислорода демонстрирует, каким образом свободный кислород становится доступным в каждой из этих сфер, а также способы его использования. Кислородный цикл – это биогеохимический цикл атомов кислорода между различными степенями окисления в ионах, оксидах и молекулах посредством окислительно-восстановительных реакций внутри и между различными средами/резервуарами планеты Земля. В научной литературе термин «кислород» обычно относится к наиболее распространенной аллотропной форме кислорода – элементарному/диатомному кислороду (O2), поскольку он является распространенным продуктом или реагентом многих биогеохимических окислительно-восстановительных реакций в рамках этого цикла. Процессы, происходящие в цикле кислорода, рассматриваются как биологические или геологические и оцениваются как источники (образование O2) или поглотители (потребление O2). Атмосфера, гидросфера и биосфера Земли вместе содержат менее 0,05% от общей массы кислорода на Земле. Помимо O2, дополнительные атомы кислорода присутствуют в различных формах, распределенных по поверхностным резервуарам, в молекулах биомассы, H2O, CO2, HNO3, NO, NO2, CO, H2O2, O3, SO2, H2SO4, MgO, CaO, Al2O3, SiO2 и PO4, преимущественно в составе молекул воды, а также в растворенном виде, включая свободный кислород и угольную кислоту (HxCO3).

Литосфера

Литосфера содержит 46,6% кислорода по объему, представленного главным образом в виде минералов кремнезема (SiO2) и других оксидных минералов.

Источники и осадки

Хотя существует множество абиотических источников и поглотителей O2, наличие обильной концентрации свободного кислорода в атмосфере и океане современной Земли связывают с производством O2 в результате биологического процесса кислородного фотосинтеза, в сочетании с биологическим поглотителем, известным как биологический насос, и геологическим процессом захоронения углерода, связанным с тектоникой плит. Биология является основным фактором, определяющим поток O2 на современной Земле, и эволюция кислородного фотосинтеза у бактерий, которая рассматривается в контексте Великого Окисления, считается непосредственно ответственной за условия, обеспечившие развитие и существование всего сложного эукариотического метаболизма.

Абиотическое производство

Дополнительный источник атмосферного свободного кислорода — фотолиз, при котором высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение разлагает атмосферную воду и закись азота на отдельные атомы. Свободные атомы водорода и азота улетучиваются в космос, оставляя O2 в атмосфере.

Биологическое потребление

Основным способом потери свободного кислорода из атмосферы являются дыхание и разложение – процессы, в ходе которых животные и бактерии потребляют кислород и выделяют углекислый газ.