Ciclul Oxigenului

O2 reprezintă 21% din atmosferă şi este unul dintre elementele importante din structura compuşilordin organismele vii. Este un element foarte reactiv ceea ce îl face să se combine cu multe alteelemente.Este implicat în ciclurile C, N, şi P deoarece este component al CO2, anionilor nitrat(NO3-) şi fosfat (PO43-). Este, de asemenea, constituent al celor mai multe roci şi minerale (silicaţi,carbonaţi, oxizi ai Fe)

Cuprinde componente ale tuturor geosferelor; este desfăşurat predominant prin intermediulatmosferei şi biosferei; poate fi descris schematic prin două procese antagonice: fotosinteză(producere de oxigen) şi respiraţie (consum de oxigen). Oxigenul este stocat în trei rezervoare:litosfera, biosfera şi hidrosfera.

CICLUL FOSFORULUIEste un element chimic ce se găseşte în apă, sol şi sedimente, în numeroşi compuşi chimici sub forma ionului fosfat (PO4

2-). Cantităţile sunt, în general, mici în sol ceea ce face ca adesea să reprezinte un factor limitativ pentru creşterea plantelor. Importanţa biologică a P - structura acizilor nucleici, unor enzime, moleculelor generatoare de energie (ATP, ADP, AMP). Datorită stării solide sub care se găsesc de obicei compuşii P, atmosfera nu participă la acest ciclu. Etapele principale ale ciclului P: - ploaia şi condiţiile climaterice determină eliberarea P din roci şi alte minerale în sol şi apă;- plantele preiau fosfatul anorganic din sol; plantele sunt consumate de animale; în organismele vii ionul fosfat este încorporat în molecule organice cum ar fi ADN-ul; după moartea organismelor vii acestea se descompun şi PO4

2- organic se reîntoarce în sol; - în sol fosfatul organic va fi disponibilizat către plante de bacterii care scindează materia organică la forme anorganice de P în cursul procesului numit mineralizare;- din sol P ajunge în ape şi eventual în oceane de unde, în timp, este încorporat în sedimente.

Ciclul sulfului

Dioxidul de sulf rezulta din oxidarea H2S, din gazele industriale. SO2 reprezintă circa 95% din compuşii S rezultaţidin arderea combustibililor fosili. SO2 este redus la H2S prin acţiunea bacteriilor, în aer este oxidat la SO3 prinacţiunea radiaţiilor UV. SO2 se oxidează la SO3 care trece în acid sulfuric prin reacţia cu vaporii de apă.Sulfaţii provin din roci sau din apa de ploaie. Sulfatul este extrem de stabil la reducere chimica. Cel mai adesea,reducerea sa este rezultatul actiunii directe a bacteriilor sulfat reducătoare. În anaerobioză, sulfaţii sunt reduşi la acidsulfuric şi sulf elementar.Ciclul biologic al S in natura implica participarea a patru tipuri de reacţii:•mineralizarea S organic în forme anorganice (H2S, sulf elementar, minerale sulfuroase;• oxidarea H2S, sulfurilor şi sulfului elementar la sulfaţi (SO4

2–);• reducerea sulfaţilor la sulfiţi;• încorporarea sulfiţilor în compuşi organici.

CICLUL SULFULUIS este un component esenţial al biosferei, ca parte astructurii chimice a organismelor vii. Se găseşte în sol, apeşi atmosferă.S este prezent în natură:• în formă anorganică, în depozitele de S elementar

sau într-o varietate de compuşi reduşi (H2S), sau oxidaţi caSO2, SO3, tiosulfaţi (S2O3

2-), tetrationaţi (S4O62-), sulfaţi

(SO42-) sau H2SO4.

• în forma organică, în compoziţia unor aminoacizi(cistina, cisteina, metionina) sau a glutationului.

Hidrogenul sulfurat se găseşte în bălţi, izvoare sulfuroase,gaze naturale şi în medii cu substanţe organice in curs dedescompunere. H2S nu se acumulează în natură, deoareceîn prezenţa O2 se oxidează rapid, spontan la SO2.

ATMOSFERA Pământului - sistem gazos natural, dinamic, esenţial pentru menţinerea vieţii,care înconjoară planeta Pământ, menţinut datorită forţei gravitaţionale.

Aerul atmosferic are o masă molară medie de 28.9 g/mol şi are în compoziţie gaze de diferitetipuri, care, după timpul lor de viaţă, se împart în:gaze permanente, al căror timp de viaţă este practic infinit, reprezentate de gaze nobile (inerte

din punct de vedere chimic): Ne , Ar , Kr , Xe;gaze cvasipermanente, al căror timp de viaţă este de ordinul miilor de ani: N2 , O2, He;gaze cu variaţie lentă, al căror timp de viaţă este de ordinul anilor/lunilor: CO2 , CO, H2 , CH4

O3 , N2O;gaze cu variaţie rapidă, al căror timp de viaţă este de ordinul zilelor: SO2 , H2S , NO , NO2 ,

NH3;

Amestecul de gaze din atmosferă se numeşte aer. În decursul celor 2,5-2,8 miliarde de ani deexistenţă atmosfera şi-a schimbat atât compoziţia cât şi caracteristicile (densitate, grosime,transparenţă etc.).

Compoziţia aerului atmosferic:►78,08% azot;► 20,94% oxigen;► 0,93% argon;► 0,038% dioxid de carbon;► alte gaze sub formă de urme (oxid de azot, dioxid de azot, xenon, iod, monoxid de carbon,

amoniac etc.);► aproximativ 0.25% vapori apă, valoare care crește la 1% - 4% către suprafaţa Pământului.

Pe măsura îndepărtării de suprafața terestră compoziția aerului atmosferic se schimbă:

- la aprox. 30 Km de Pământ – O2, O3 şi N2;- 100 ÷ 400 Km – N2, O2, [O], O3, He precum şi Na+, Fe3+, Ca2+, Mg2+;- 400 ÷ 700 Km – [N], [O], O3, [H] şi He;- 700 ÷ 1400 Km – [H] şi He;

Componentă (formulă) ppm Procent de volum (%)

Azot (N2) 780840 78,084

Oxigen (O2) 209460 20,94

Argon (Ar) 9340 0,934

Dioxid de carbon (CO2) 397 0.039

Neon (Ne) 18,18 0.00018

Heliu (He) 5,24 0.00052

Metan (CH4) 1,79 0.00017

Alte gaze 21.3 0.00213

Principalele componente ale aerului uscat şi pur la suprafata Pământului:

Atmosfera terestră este esenţială pentru existenţa vieţii pe Pământ.

Dintre componenţii aerului:

► O2 - indispensabil desfăşurării proceselor de respiraţie ale animalelor şi plantelor; în sistemelebiologice cele mai obişnuite reacţii de cuplare sunt reacţiile redox;

► CO2 - intervine în asimilaţia clorofiliană;► N2 - una din verigile ciclului azotului în natură.

Din punct de vedere al stării de sănătate a oamenilor variaţiile de concentraţie ale O2 şi CO2 sunt deosebit deimportante:

► diminuarea concentraţiei O2 în aer determină diminuarea presiunii parţiale la nivelul alveolelorpulmonare; are loc alterarea schimbului de gaze la nivel pulmonar care conduce la lipsa aportului de

oxigen la nivelul ţesuturilor (hipoxie);

► când presiunea parţială a CO2 în aer creşte la valori care împiedică eliminarea sa prin aerul expiratacesta devine toxic.

Rolul atmosferei:► protejarea vieţii pe Pământ datorită proprietăţilor sale de a absorbi radiaţiile UV;

► diminuarea temperaturile extreme dintre zi şi noapte.

Nu există o graniţă net determinată între atmosferă şi spaţiul interplanetar. Temperatura atmosferei terestre

este variabilă în raport cu altitudinea, din aceste puncte de vedere putându-se vorbi de cinci straturi

constitutive:

temperaturii gazelor - apare o stratificare a atmosferei.

Troposferă

Stratosferă

Mesosferă

Termosferă

Temperatura

Presiunea

Tropopauză

Stratopauză

Mezopauză

100 nm şi mai mult

220 nm şi mai mult

320 nm şi mai mult

UVC: 100 – 200 nm;UVB: 280 – 315 nm;UVA: 315 – 400 nm;Vizibil; 380-780 nm; Infrarosu: 700 nm – 1 mm

Temperatura (K)

Presiunea (Pa)

Gradul de penetrare al

radiaţiilor solare

Gazele ce intră în alcătuirea atmosferei sunt menţinute datorită atracţiei gravitaţionale a Pământului. Pe măsură ce creşte distanţa de la suprafaţa Pământului, forţa de atracţie gravitaţională scade ceea ce duce la modificări ale compoziţiei, densităţii şi

Pe baza temperaturii aerului, atmosferapoate fi împărţită în 4 straturi:- Troposfera – 0 – 15 km altitudine, temperatura scade cu altitudinea;- Stratosfera – 15 – 50 km altitudine, temperatura creşte cu altitudinea;- Mesosfera – 50 – 85 km altitudine, temperatura scade cu altitudinea;- Termosfera – 85 – 500 km altitudine, temperatura creşte cu altitudinea.

Troposfera (sfera schimbărilor) este cel mai de jos strat al atmosferei şi se desfăşoară, înmedie, până la 12 km altitudine în funcţie de factorii de mediu (deasupra polilor are 8 kmgrosime, iar deasupra Ecuatorului 18 km).

Temperatura troposferei diminuează cu înălţimea. Variaţia temperaturii este directproporţională cu presiunea de saturare a vaporilor de apă care diminuează puternic odatăcu înălţimea. Rezultă că nivelul concentraţiei vaporilor de apă ce pot exista în atmosferăeste mai mare aproape de suprafaţa Pământului şi descreşte odată cu înălţimea.

Troposfera este cel mai important stratatmosferic ea făcând parte din învelişulgeografic al Pământului. În troposferă, dincauza atracţiei gravitaţionale, se aflăconcentrată aproximativ 75% din toatămasa atmosferei şi 99% din cantitatea devapori de apă şi aerosoli. În acest stratatmosferic se formează norii, precipitaţiile,vânturile şi se desfăşoară viaţa şi activitateaomului.Compoziţia chimică a troposferei este îngeneral uniformă cu excepţia conţinutului învapori de apă care provin din procesele deevaporare şi transpiraţie. Temperaturamedie a atmosferei la suprafaţa Pământuluieste de 15oC.

Variaţia naturală a presiunii la o anumităaltitudine este datorată modificărilorclimatice şi este relativ mică în cazulzonelor locuite şi mult mai pronunţată înspaţiu din cauza radiaţiei solare variabile.

Stratosfera - 7-17 km ÷ 50 km.

Din punct de vedere al temperaturii este stratificată, de unde şi numele, cu straturi mai caldeîn partea superioară şi mai reci în cea inferioară. Această comportare este în contrast cutroposfera, aflată lângă suprafaţa Pământului. De altfel graniţele dintre troposferă şistratosferă, aflate în aşa numita tropopauză, sunt marcate de locul în care începeaceastă inversiune. Stratificarea este datorată faptului că stratosfera este încălzitădin partea superioară prin absorbţie de radiaţii UV de la Soare de către stratul deozon. Radiaţiile UV cu energie mare interacționează cu ozonul determinând creștereatemperaturii. În interiorul acestui strat temperatura creşte odată cu altitudinea, vârfulstratosferei având o temperatură în jur de 270oK (-3oC), puţin mai jos decât punctul deîngheț al apei după care temperatura începe sa descrească odată cu altitudinea.

Stratosfera conţine cea mai mare concentraţie relativă de ozon constituind pătura de ozoncare absoarbe cea mai mare parte a radiaţiilor ultraviolete şi permite organismelorsă evolueze şi să trăiască pe uscat. Dacă ar pătrunde în totalitate până la suprafaţaterestră, aceste radiaţii ar distruge viaţa de pe planetă deoarece radiaţiile cu lungimi deundă între 200nm şi 300nm sunt dăunătoare vieţii, ele putând fi absorbite de aciziinucleici din celule. Grosimea păturii de ozon necesară pentru protejarea Pământului derazele UV nocive este dependentă de zona geografică şi anotimp.

Mezosfera - 50 km ÷ 80-85 kmTemperatura descreşte odată cu înălţimea. Este zona în care meteoriţii se aprind cândpătrund în atmosferă;

Termosfera - 80-85km ÷ 640 km.Temperatura creşte odată cu înălţimea datorită absorbţiei radiaţiei solare de o cantitate limitată deoxigen molecular.

În termosferă este localizată ionosfera, parte a atmosferei ionizată de radiaţia solară. Are rolimportant în electricitatea atmosferei. Ionosfera are importanţă practică deoarece pe lângă altefuncţii influenţează propagarea undelor radio pe Pământ şi este responsabilă de apariţiaaurorelor.

Aurorele sunt fenomene naturale luminoase, diferit colorate care sunt observate în mod obişnuitnoaptea, în particular în zonele polare. Sunt produse de ciocnirile particulelor încărcateelectric, în special electroni dar şi protoni, cu particule mai grele cum ar fi atomi sau moleculedin partea superioară a atmosferei Pământului. Energia de excitaţie rezultată în urmacoliziunilor poate fi eliberată sub formă de energie luminoasă.

Aurora apare în mod obişnuit atât ca o strălucire difuză cât şi ca o cortină extinsă în spaţiuorizontal. Câteodată se formează arcuri care îşi pot schimba forma permanent. Fiecare cortinăeste compusă dintr-o serie de raze paralele şi aliniate pe direcţia liniilor de câmp magnetic,sugerând faptul că fenomenul de pe planeta noastră este aliniat cu câmpul magnetic terestru.De asemenea, variabilitatea unor anumiţi factori poate determina formarea de linii aurore detonalităţi şi culori diferite.

Exosfera - 500 – 1 000 km ÷ 10 000 km;