Transcript 2.EA

Körforgási folyamatok
2. előadás
Környezetünk működése I.
• Természet állandóan változik, fejlődik
• Működési rendje évmilliárdok alatt alakult ki
• Működési rend jellegzetessége:
– Körforgások, ciklikus ismétlődés:
• csillagrendszerek
• Naprendszerünk
• élővilág→társadalomig
• Körforgások nem elszigetelt jelenségek, hanem egymással
kapcsolatban lévő, egymásra kölcsönösen ható folyamatok
• Föld, mint élő szervezet
Ciklusok (Körforgások) a Földön és
a bioszférában
• A Föld zárt rendszer:
- környezetével energiacserét folytat,
- de anyagcserét lényegében nem.
• Energiacsere: beérkező napsugárzás vs.
emittált hősugárzás
• Anyagcsere: elhanyagolható beérkezés
(meteor-rajok, kozmikus porok) vs.
elhanyagolható gáz emisszió
A KÖRFORGÁSOK (CIKLUSOK)
• Energiaciklus – folytonos (Nap – Föld – világűr)
pl. üvegházhatás
• Anyagciklusok (anyagmegmaradás elve):
– C, H, O, N, P, S (kémiai átalakulásokkal)
– H2O, minden más (mérgező elemek)
– levegő- és tengeráramlatok
• Időbeli (mozgás) ciklusok:
– a Föld keringése: évek és évszakok (növények)
– a Föld forgása: nappalok és éjszakák
– Hold keringése: ár-apály
– Napciklusok: kevés földi hatásuk van
Időbeli ciklusok
Anyagciklusok
1. Nap ciklusai
2. Nap-Föld ciklusok,
évszakok
3. Föld-Hold ciklusok
4. Ősföld (Pangea) ciklusai
5. Föld mágnese tere
9. Tengeráramlások
10. Fotoszintézis
11. Geokémiai karbonátszilikát körforgás
12. Biogeokémiai
körforgások
Anyagciklusok (anyagmegmaradás elve)
Levegő- (szélrendszerek) és tengeráramlatok:
- rendszeresen, folyamatosan működnek
- dimenziójuk óriási (több ezer km)
- anyagi átalakulással nem járnak
- de hozzá járulnak a többi körforgalomhoz
• Az anyagmegmaradás törvénye miatt a földi
„anyagmozgások” ciklusosak: az egyes
anyagok körforgalomban vesznek részt.
Csillagok
• csillagokat villódzó fénypontokként látjuk
szabad szemmel
• nagy távolság miatt tűnnek pontszerűnek
• csillagok fényének ezt a szabálytalan
pislákolását – a szcintilláció jelenségét – a
földi légkör áramlásai hozzák létre
• csillagok legfontosabb energiaforrása a
magban zajló termonukleáris reakció
Csillagok
• energia az atommagok fúziójából szabadul fel,
több millió kelvin fokon. Ilyen magas
hőmérsékleten az elektronok leválnak az
atomokról, és plazma jön létre
• 3 kül. ciklus, egyik a proton-proton ciklus,
ami során protonokból héliummagok
keletkeznek
• A Naphoz hasonló (viszonylag) kis tömegű
csillagok energiatermelésében ez a folyamat
dominál
Csillagok
• CNO vagy Bethe-Weizsäcker ciklus
• Három alfa ciklus –Salpeter ciklus
Csillagok
• A két hidrogénmag közötti
elektromos taszítás
legyőzéséhez rengeteg
energia szükséges, emiatt a
folyamat nagyon lassú.
• 1H + 1H → 2H + e+ + νe (τ
~ 7·109 év)
• Ezért süt még mindig a Nap;
ha a folyamat gyorsabb
lenne, már rég kimerültek
volna a hidrogénkészletei.
Nap
•
•
•
•
•
•
Naprendszer központi csillaga
Körülötte kering a Föld, a Naprendszerhez tartozó
bolygók, kisbolygók, üstökösök
Földtől körülbelül 150 millió km távolságra van,
ami fénysebességgel 8,3 perc
70 %-ban hidrogénből áll, amely a központjában
zajló magfúzió során héliummá alakul.
Az ennek során felszabaduló, majd a világűrbe
szétsugárzott energia nélkülözhetetlen a legtöbb
földi élőlény számára:
fénye a növények fotoszintézisét, hője pedig az
elviselhető hőmérsékletet biztosítja
Nap jellemzői
• A Nap sugara = 695990 km = 109 Föld-sugár
• A Nap tömege = 1,989·1030 kg = 333.000 Föld-tömeg
• Felszíni hőmérséklet = 5770 °K = 10400 °F
• Felszíni sűrűség = 2,07·10-7 g/cm3 = 1,6·10-4 · levegő-sűrűség
• Felszíni összetétel = 70% Hidrogén, 28% Hélium, 2% (Szén,
Nitrogén, Oxigén, ...) egyéb
• Központi hőmérséklet = 1.5600.000 °K = 28000000 °F
• Központi sűrűség = 150 g/cm3 = 8 · arany sűrűség
• Központi összetétel = 35% Hidrogén, 63% Hélium, 2%
(Szén, Nitrogén, Oxigén, ...) egyéb
• A Nap kora = 4,57·109 év
Nap felépítése
•
•
•
•
•
•
A napbelső
A fotoszféra
Kromoszféra
Átmeneti réteg
Napkorona
Helioszféra
Nap ciklusai
• A napfolt környezeténél
sötétebb terület a Nap
fotoszférájában
• Nagy mágneses
térerősségű, T kisebb
• a mágneses
erővonalcsövekben
(fluxus csövekben) az
erős mágneses tér
meggátolja a Napban
termelődő energia
kiszállítását konvektív
áramlások révén
Egy napfolt és a Föld
méretaránya (The Royal
Swedish Academy of
Sciences, Vasco M.J.
Henriques)
Nap ciklusai II.
• napfolt ciklus alatt a Nap változtatja az ultraibolya, látható,
röntgen és töltött részecskékből álló sugárzását, komoly
hatással lévén a föld felső légkörére
Hatása a környezetünkre:
• Ezek a változások felmelegíthetik és kitágíthatják a
Föld felső légkörét
• Sarki fényeket gerjeszthetnek
• Megbéníthatják a villamos távvezetékeket
• Megváltoztathatják a bolygónk ózonrétegét
• Az éghajlatot is befolyásolhatják
Nap-Föld ciklusok (évszakok)
• csillagászati év: bolygónk egy enyhén elnyúlt,
ellipszis alakú pályán kerüli meg a Napot
365 nap 6 óra 9 perc 9 másodperc alatt
• Mivel a Föld forgástengelye 23,5 fokos szöget zár be
az ekliptikára (Nap egy év alatt megtett látszólagos
útja az égbolton) állított merőlegeshez képest, ez a
szög a Nap körüli keringés során állandóan
megmarad → napsugarak változó szögben érik el
a Földfelszínt
Az évszakok
Afélium:Egy bolygó legnagyobb távolsága a naptól.
Perihélium bolygóknak a Naptól mért legrövidebb távolsága
Föld-Hold ciklusok
• Hold és Föld közös gravitációs középpontjuk
körül keringenek (kp.-ja 1700 km-re a Föld
belsejében)
• Ui. mFöld=5,97 *1024 kg (~5978 trillió tonna)
• mHold=7,352*1022 kg
• mHold/mFöld=~ 1/100
• Köztük lévő vonzást a keringésükkor létrejövő
centrifugális erők egyenlítik ki
Árapályok/tengerjárás I.
• a tenger szintjének periodikus emelkedése (áradat
vagy dagály) és süllyedése (apály), hatóránként
szabályosan változik
• létrejöttében, nagyobb mértékben a Hold, kisebb
mértékben pedig a Nap vonzása játszik szerepet
• a Nap árapálykeltő hatása a Holdéhoz képest több
mint kétszer kisebb, a Nap keltette árapályok kevésbé
jelentősek
• A Nap, Hold és Föld egymáshoz viszonyított
helyzetétől függően ezek a hatások erősíthetik vagy
gyengítik egymást
Árapályt befolyásoló tényezők
• Légköri és klimatikus
hatások:
• Erős, egy irányból fújó
szelek
• Szélsőséges
légnyomásviszonyok
• Tengerek közti
gravitáció
Hasznosítása
• Ár-apályerőmű: A
tengerszint periodikus
napi változásából
származó, mechanikai
energiát hasznosító
erőmű
• vízturbinákkal
elektromos
energiatermelésre
hasznosítható
Pangea ciklusai
• Alfred Wegener, 1912 kontinensek vándorlása
• 2 fő szakasz
– óriáskontinens összenövése és szétszakadása
• Ez a földkéreg- és köpenymozgásokra mutat rá
Laurázsia
Gondwana
Tethys-tenger
Kőzetek körforgása
• Kőzetek elmállanak és üledékek képződnek
• Ezeket új üledékrétegek fedik be
• Ha elég mélyen fekszenek átalakulnak vagy
megolvadnak
• Később mint hegyláncok részei felemelkednek
• Majd ismét elmállanak és részt vesznek a
körforgásban
Kőzetek körforgása
• A „tömegáramlás” azt a folyamatot jelenti,
ahogyan a kőzetek a Föld felszínének bizonyos
helyén lepusztulnak, máshol pedig újra
felhalmozódnak
• Vulkanizmus: földfelszínre szállítja a
megolvadt anyagot
• Szilárd kőzetek az alácsúszási zónák felett
visszakerülnek a Föld belsejébe
Áramlások a Föld belsejében
Befolyásoló tényezők:
• Vulkáni működés
• Hegyképződések
• Mágneses mező
Föld mágnese tere
• Olvadt vasötvözet
alkotta mag
csavarodott áramlásai
gerjesztik a Föld
mágneses mezejét
• A Föld körül mágneses
tér észlelhető,
amely közelítőleg olyan,
mintha a Föld
középpontjában egy
erős rúdmágnes lenne
van Allen övek: a Földet körülölelő sugárzási övek
Mi alakítja a Föld mágneses terét?
• Föld magja, ahol magas a nyomás és a hőmérséklet.
• Földkéreg mágneses tulajdonságú kőzetei:
magnetit FeF2O4(vasfekete színű zsíros és
tompa fényű, szabályos rendszerben
kristályosodó erősen mágneses ásvány)
• Elektromágneses sugárzások, amik a légkör felső rétegeiben uralkodnak:
 Nap és Hold árapály ereje indukálja;
 a Föld légköre a felszín közelében elektromosan szigetel;
 nagy magasságokban (ionszféra 90 km) a Nap hatására nő az ionizáció,
nő az elektromos vezetőképesség
Sarki fény II.
• Töltött részecskék eltérülnek a Föld
mágnesessége révén
• mágneses pólusok körüli tartományban
azonban bejutnak a légkörbe
• A részecskék ütköznek a légkör atomjaival,
ionizálják és gerjesztik az atomokat, a
gerjesztett atomok fénykisugárzással térnek
vissza alapállapotukba
Sarki fény
Vörös szín, Zöld szín : oxigén tartalom
Ibolya: nitrogén tartalom
Föld mágneses terének hatása az élővilágra
• A Föld mágneses tere alapvető hatást gyakorol
az élővilágra, nagy szerepe van az élet
védelmében.
• A Napból és a kozmikus térségből áramló
elektromos részecskéket eltéríti a sarkok
irányába.
• létfontosságú a Föld körül keringő műholdak
navigációja szempontjából,
• és segíti a költöző madarakat is a
tájékozódásban
Polaritás váltás
• Tudjuk, hogy időről-időre a Föld mágneses tere
előjelet vált, és eközben a mágneses védőpajzs,
ideiglenesen szünetel
• Mágneses pólusváltás átlagosan 200 ezer évente
következik be, a két pólusváltás között eltelt idő
széles sávban mozog
• A geológiai bizonyítékok szerint bolygónkon utoljára
780 ezer évvel ezelőtt történt
• Tények mutatják, hogy a polaritás-váltások időszakai
egybeesnek a földi élővilág nagy átalakulásaival,
fajok hirtelen kipusztulásával és megjelenésével
Geokémiai karbonát-szilikát körforgás I.
• Eltávolítja a CO2-t a légkörből, tárolja a karbonát kőzetben és
végül visszavezeti az atmoszférába
• Karbonátok keletkeznek, amikor a CO2 oldódik az esővízben
• Ez reakcióba lép a kőzetekkel, amelyek Ca-szilikátokat
tartalmaznak
• Így Ca(HCO3)2 kerül a talajvízbe, ahol planktonok és kül.
organizmusok beépítik a vázukba
• Ezek elhalnak héjak lerakódnak a tengerfenék üledékeibe
• Nagy T,P→ CO2 szabadul fel
Eltávolítja a CO2-t a légkörből, tárolja a karbonát kőzetben és végül visszavezeti az
atmoszférába
Érckörforgások az óceáni kéreg és a tenger
között
• Tengervíz hatol be több km-es mélységben a
széttagolt, fémtartalmú óceáni kéregbe
• A vizet a magmakamra felfűti, V nő,ρ csökken
• Felhevített állapotban számos fémet kiold
• Friss tengervízzel összekeveredve szulfidok
válnak ki
• Tengerfenéken, mint meleg források
áramlanak ki
Tengeráramlások
• tengeráramlások oka a tengervíz
hőmérsékletkülönbsége, és az ezzel járó
sűrűségkülönbség, illetve a szél
• áramlások hatalmas hő tömeget osztanak el a
Föld körül
• Mélytengeri áramlásokért a sűrűségkülönbség,
felszíniekért pedig a szél felelős
Hideg áramlatok
•
1.
2.
3.
4.
A Sarkvidékek felől
haladnak az Egyenlítő felé,
hideg tengervizet
szállítanak.
Labrador-áramlás (Kanada
keleti partjai)
Oja-shio-áramlás
(Oroszország és Japán
keleti partjai)
Humboldt-áramlás (DélAmerika nyugati partjai)
Benguela-áramlás
Meleg áramlatok
•
1.
2.
3.
4.
Az Egyenlítő felől
haladnak a Sarkvidékek
felé, meleg tengervizet
szállítanak.
Golf-áramlás (USA keleti
partjai)
Kuro-shio-áramlás (Japán
keleti, Kanada nyugati,
Alaszka déli partjai)
Brazil-áramlás (DélAmerika keleti partjai)
Agulhas-áramlás (Afrika
keleti partjai)
Anyagciklusok
Bioszféra működésének alapfeltételei
Biogeokémiai ciklusok:
•
•
•
•
Víz
Szén
Szén-dioxid
Oxigén
•
•
•
•
Kén
Foszfor
Nitrogén
Fémek, félfémek
Földünk, mint különleges bolygó
• Földi környezet jelentősen különbözik a más
bolygókon uralkodó viszonyoktól
• Oka: bioszféra léte
• Élet kialakulása: bolygónk Naptól való
távolsága illetve mérete
• Hőmérséklet már 4 milliárd évvel ezelőtt is
hasonló volt
Az élet kialakulása
• Kb 3,8-4 milliárd éve
• első lépés: szerves vegyületek szintézise
(UV- sugárzás, gázfázisban)
• Más teória: szerves anyagok a világűrből
származnak, meteoritokban amino- és
zsírsavtartalmú zárványok
Az élet kialakulása II.
• Szerves anyagokból→ egyszerű élőlények
• Teória: agyagásványok hatására
aggregátumokká szerveződtek, majd únkoacervátum-cseppek, amik már sejtként
viselkedtek:
– Fehérjék épültek belőlük,
– majd membránok,
– prokarióta (sejtmag nélküli) baktériumokra
emlékeztető szervezetek
Miller-Urey kísérlet
•
•
•
•
•
Metán (CH4)
Ammónia (NH3)
Hidrogén (H2)
Víz (H2O)
Elektromos kisülés
Eredmény: cukor, aminosav,
N-tartalmú
heterociklusos
vegyületek
(mindaz ami megtalálható az
élő sejtben)
Lezajló reakciók
• CO2 → CO + [O] CH4 + 2[O] → CH2O + H2O
• CO + NH3 → HCN + H2O
• CH4 + NH3 → HCN + 3H2
• CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O
• NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2COOH (glicin)
Gánti Tibor - Chemoton
Legfontosabb létfeltételek
• víz jelenléte (mindhárom fázisban előfordult, jelentős
része folyékony formában)
• CO2 : őslégkörben nagy mennyiségben állt
rendelkezésre
• Oxigén légzés, fotoszintetizáció, Föld hőm.
szabályozása
• A tengerek sótartalma is úgy alakult, hogy 3,23,8%-os sótartalom alakult ki, ami kedvező az élő
szervezetek kialakulásának (6%-nál magasabb
sótartalom esetén a sejtek kiszáradnának)
Legfontosabb létfeltételek II.
• A Föld légköre nincs alapállapotban, entrópiája
nem maximális szabad O2 jelenlétében nem
lehetnének redukált állapotban bizonyos elemek, pl. a
H2 vagy a CH4, a N2-nek is oxidálódnia kellene és így
oldható NO3- sóvá kéne alakulnia.
• egyensúly állapottól való eltérésnek az oka a
bioszféra jelenléte, ami képes a folyamatokat
befolyásolni, a Föld légkörét megváltoztatni.
A bioszféra kialakulása
• Az őslégkörben nagy mennyiségben állt rendelkezésre CO2
(mars, Vénusz légköre ma is döntően ebből áll), a csökkenés
oka, hogy a Föld alacsony hőmérséklete miatt a
MgSiO3 + CO2
→
MgCO3 + SiO2 reakció jobbra
tolódik el
• A fotoszintézis során a légköri CO2 redukálódik a víz
segítségével szerves vegyületté a napenergia felhasználásával
oxigén keletkezése mellett:
6 CO2 + 6 H2O→(fény, klorofill)C6H12O6+6O2
A folyamat tehát a légköri oxigén megjelenésével és a légköri
CO2 csökkenésével jár
A bioszféra kialakulása II.
• A fotoszintézis sebességét korlátozta, hogy az oxigén
hiány miatt az UV sugárzástól védő ózonpajzs nem
tudott kialakulni, ezért az óceánokban indult be a
fotoszintézis, ahol kevesebb volt a fény.
• Az oxigén felszaporodásával a kialakuló hatékony
ózonpajzs révén szinte az egész földfelszín lakhatóvá
vált az élőlények számára és az oxigénes légzés utat
nyitott az aerob élővilág számára, különösen az
állatvilág kialakulásában volt fontos szerepe.
A bioszféra kialakulása III.
• A légkör tehát a Föld képződése után komoly
változáson ment keresztül:
– a kezdeti magas CO2 tartalom lecsökkent,
– a redukáló légkör helyett oxidáló közeg alakult
ki
– ez az állapot tart ma is közel 2 milliárd év óta
Gaia-elmélet:
• Gaia Földistennő görög neve
• dr. James Lovelock - két "lény" él és alkot egyensúlyt
• egyik egy sötét színű növény, a másik egy világosabb
• hidegben a sötét virág begyűjti a meleget és kialakítja
az ideális hőfokot, míg a melegedéssel a világos veszi
át a szerepet és hűti a környezetet szintén az ideálisra
• ez a két organizmus egymással egyensúlyban él, a
környezetünk ideális mindkettő számára, de
amennyiben bármelyik eltűnik lényegében a teljes
szervezet a Föld vagy Gaia elpusztul
Biogeokémiai ciklusok I.
• Élőlényekhez kötött biológiai folyamatok sokasága
állandó körforgásban tartja az elemek sokaságát a
Földön
• Anyagáramlás mellett párhuzamosan fut az
energiaáramlás (Föld belső erői,energiatartalékai és
a Nap sugárzó energiája)
• Egyes kémiai elemek ciklusai szervesen
összefüggnek (bonyolultság - oxidációs állapot)
A bioszféra körfolyamatainak
állomásai:
A körfolyamatok jellemzői:
– a kémiai formák és folyamatok
– az átmenő mennyiségek értéke (tömeg/év)
– a gyorsaság: átlagos tartózkodási idő
(lifetime)
– az energiamérleg (források / nyelők)
Biogeokémiai ciklusok I.
• Élő szervezetek működéséhez 40 elem
szükséges
• C,H,O,N,P,S körfolyamataiban erőteljes a
biológiai behatás
• Elemek előfordulása az egyes szférákban nem
egyenletes
– Atmoszférikus ciklusok (N,C,O)
– Üledékfázisú ciklusok (Fe,Mn)
(Légkörben nem mutatható ki, lassabb körfolyamat)
Az elemek gyakorisága
• Az elemek gyakorisága exponenciálisan
csökken az atomsúly (rendszám)
növekedésével egészen a 34 rendszámig (Se-ig).
• Innen kezdve a nehezebb (nem rövid életű
radioaktív) elemek gyakorisága meglehetősen
állandó
Biogeokémiai ciklusok III.
•
•
•
•
Víz
Szén
Szén-dioxid
Oxigén
•
•
•
•
Kén
Foszfor
Nitrogén
Fémek, félfémek
A szén körfolyamata
• Előfordulása:
– Szerves anyagok
– Légkör
– Szerves eredetű kőzetek
• Bioszféra élő anyagában a 2. leggyakoribb
elem (oxigénnel együtt)
• Összefügg a fotoszintézissel,CO2
körfolyamatával
A CO2 ciklusa
• Évente durván 137x109 tonna légköri szén kötődik meg
fotószintetizáló szervezetek révén,
kb. 1011 t szenet nyelnek el az óceánok karbonátok képződése
során. Hosszú évmilliókon keresztül a légkör CO2 tartalma
folyamatosan csökkent, ma évente
• 2-3*109 t a légköri CO2 mennyiségének a növekedése.
• Ennek okai:
– mezőgazdasági okból erdőket irtanak ki
– mocsarakat csapolnak le (ott addig kevesebb CO2
termelődött),
– iparban az energiatermelés, közlekedés
Fotoszintézis I.
• Azon folyamatok összessége, amelyek segítségével a
növények a fényenergiát a CO2 szerves vegyületté
történő redukciójához használják fel
• 6 CO2 + 6 H2O→(fény, klorofill)C6H12O6+6O2
• A fényenergia kémiai energiává alakul át
• Egyéb E-igényes folyamatok felhasználják
• Föld felszínére érkező sugárzás (2*1024 J) 1%-át
alakítják át a növények kémiai energiává
Fotoszintézis II.
• Ennek az 1%-nyi Energiának nagy része elvész a
légzés által
– C6H12O6+6O2 → 6 CO2 + 6 H2O
• A maradék bioenergiaként az ökoszisztéma anyagában
raktározódik el
• Táplálékláncban hőenergiává alakul át
Az oxigén ciklusa
• Az egyetlen elem, amely nagy
koncentrációban van jelen a
földkéregben (szilikátok),
az atmoszférában (O2),
a hidroszférában (H2O)
és a bioszférában is (H2O,
szénhidrát, fehérje stb.)
Oxigén előfordulása
• Föld 28,5 %-a:
• földkéreg 46,6 %
• óceán 85,8 %
• atmoszféra 21 %.
Az oxigén ciklusa
• alapvetően különbözik a periódusos
rendszerbeli közvetlen oszlopbeli szomszédjától
a kéntől
• sokkal negatívabb jellegű (EN)
• a hidrogénnel alkotott speciális hidrogén hidas
csoportjaiban
• ionos kötésű jellegű – oxidos ásványokban
• kovalens kötés - szilikátok, foszfátok,
szulfátok, karbonátok
Az oxigén ciklusa
• Felemészti:
– Mállás
– Természetes és mesterséges oxidáció
– Élőlények oxigén-felhasználása
• Termeli:
– Fotoszintézis
– Fotodisszociáció (egyensúlyban van,
H2O→(UV) O2 +H2
Az oxigén ciklusa
• minden élőlénynek szüksége, hogy felszabadítsa a
szerves anyagok energiatartalmát
• aerob szervezetek a levegőben vagy a vízben levő
szabad oxigént használják fel,
• az anaerob szervezetek oxigén nélkül bontják le
tápanyagukat
• koncentrációja az atmoszférában kb. 21%
• talajban ill. a vizekben az oxigén koncentrációja
változó, fizikai, kémiai és biokémiai folyamatoktól
egyaránt függ.
Az oxigén ciklusa
• Környezetszennyező folyamatok hatása a ciklusra:
• erdők kiirtása mellett
• tengerek, óceánok vizének kőolajszármazékokkal
történő szennyezése
• fitoplanktonok is veszélybe kerültek, ez is csökkenti a
levegőbe kerülő oxigén mennyiségét
• Így az oxigénháztartás egyensúlya veszélybe
kerülhet, ami első lépében az ózonpajzs károsodását
okozhatja
Az oxigén ciklusa
• Légköri oxigén három formája: O,O2,O3
• A légkör O-tartalmát lényegileg az élet szabadította
fel
• Az ősatmoszférában oxigén még nem lehetett, mert
azt a felszínre jutó kén és vas felhasználta
• a levegő összes szabad oxigénjét a növényi
fotoszintézis hozza létre, mivel
• A vulkáni gőzök alig tartalmaztak O-t
• Ill. 1500 °C alatt disszociációs O, ezt a mállás
felhasználta
Az oxigén ciklusa
• Oxigén fontos biofil elem
• Majdnem minden élőlény nagy mennyiségben
tartalmaz O-t
• Kivéve az anaerob mikroorganizmusok
• Légköri O fontos szerepe (ózonpajzs)
• Kőzetek oxidjai
A hidrogén körforgása
• Leggyakrabban a vízhez kötődik
• Vízgőz, jég, vízf fontos szerep a
bioszférában
• Szerves világban a szénhez kapcsolódik
(kőolaj, földgáz, élőlények)
• Kozmikus gyakorisága nagy
• Földön kisebb gyakoriságú
A hidrogén körforgása
• A legkisebb atomsúlyú és rendszámú elem
• Egy vegyérték e- leadja-> proton
• Kovalens kötés: H2,hidroxil csoport
• Ionos kötés: hidridek, alkálifémekkel,
alkálifémekkel
• Hidrogén kötés (ionos-kovalens jelleg)
A víz körforgása
• Három fő szakasz: csapadékképződés,
párolgás, ill. a pára vándorlása
• Esőből a tengerbe, párolog vissza a levegőbe
talajból vízelvezetőkön v. talajvíz formájában
jut vissza
• Édesvízkészlet 0,01% (eső, hó pótolja)
• Mezőgazdaság igényli a legnagyobb
mennyiséget:a világon felhasznált víz 73%-át
(közel 3millió km2-nyi területet öntöznek, nő)
A víz körforgása
• A víz körforgása a legkülönbözőbb irányú és
sebességű vízmozgások és folytonos
halmazállapot változások bonyolult
szövevénye, ami összeköti a Föld szféráit
• Ezáltal közvetítője az egyes szférákban
bekövetkező változásoknak
• Szállítóközeg (anyagtranszport)
A víz körforgása
• Eredendő forrás és tározó: a tenger
• Hajtóerő: a napsugárzás energiája.
• Az élő szervezetek számára a víz létkérdés, de azok
hatása a víz körforgalomára elhanyagolható.
• A víz körforgása a H és az O körforgásának is
része, mivel az élővilág H és O igényét nagyrészt
vízből fedezi (jelentős még a levegő oxigénje).
• A víz „hordozó” (oldószer) a többi elem esetében is
Nitrogén-körforgás
• Főként a földkéreg magmás kőzeteiben
• Folyóvizekben, felszín alatti vizekben főként
nitrátok formájában
• atmoszférában (78%) elemi nitrogénként,
emellett nitrogén-oxidok
• A szerves anyagok a nitrogént baktériumok,
mikroorganizmusok segítségével veszik fel.
Nitrogén-körforgás
• A légköri nitrogén felvétele nagyon
energiaigényes, csak speciális enzimek teszik
lehetővé, ekkor a N2 NH3-vá redukálódik.
• Az ammónia be tud épülni az aminosavakba, a
nitrát vegyületek szintén be tudnak épülni
megfelelő enzimek segítségével.
• A nitrogén vegyületek közül a N2O lehet
veszélyes, mert az ózonpajzsot vékonyítja.
A nitrogén körforgalom fontosabb
reakciói
• a) Mikroorganizmusok által kontrollált folyamatok:
• Nitrogénfixálás, nitrifikáció
• N2 + 8H+ + 6e- → 2NH4+
4 NH4 + 6 O2 → 4 NO2- + 8 H+ + 4 H2O
4 NO2- + 2 O2 → 4 NO3• 1 mol N2 redukálásához annyi energia szükséges,
mint amennyi 3 mól glükóz oxidációjában keletkezik.
• Ammonifikáció (karbamid-ammónia) – korhasztó baktériumok
• (NH2)2 CO + H2O → 2 NH3 + CO2
• Denitrifikáció
• 5 CH2O + 4 NO3- + 4 H+→ 2 N2 + 5 CO2 + 7 H2O
Kén-körforgás
• Tápelemként a fehérjék, vitaminok
esszenciális komponense
• Változatos előfordulás (kül. oxidációs
állapotok, kül. halmazállapot)
• Üledékes kőzetek
• Barna- illetve feketekőszén
• Fémek körforgalmához sok szálon kapcsolódik
Kén-körforgás
• A kén a kőzetek mállása, vulkanikus
tevékenység és a hidroszféra kölcsönhatása
révén kerül be a körforgásba.
• Számos baktérium képes a kénvegyületeket
átalakítani és beépíteni, a folyamat során savak
keletkeznek, a levegő magas SO2 tartalma
savas esők kialakulásához vezet.
• Jelenleg az ipari SO2 kibocsátás jóval alatta
van a vulkáni tevékenységből származó
mennyiségnek, de hatása nem elhanyagolható.
Foszfor-körforgás
• Mállás és oldódás révén a foszfátok
felvehetővé vállnak a biológiai anyagok
számára,
• madár ürülékben, baktériumtelepeken nagy
mennyiségű oldható foszfátvegyület
halmozódhat fel,
• a túlzott mezőgazdasági foszforműtrágya
felhasználás valamint a szennyvizekkel az
élővizekbe kerülő foszfátok az eutrofizáció fő
okozói
Foszfor-körforgás
• Élőlények nélkülözhetetlen alkotóeleme
– Nukleinsavak, foszfolipidek
– Energetikai anyagcsere kp-i molekulája
ATP
• Természetben szinte kizárólag foszfátok
formájában, Ca- ill. Fe-vegyületekben illetve
talajban szerves foszfátként
Fémek, félfémek
• Vannak köztük létfontosságú, de mérgező hatású
elemek is, az élővilág számára felvehető
mennyiségük általában szűk határon belül változhat.
• A fémionok oxidációját, redukcióját előidéző
mikrobák megváltoztathatják a fémek oldhatóságát,
ezért a geológiai korok során érctelepek
kialakulásában vehettek részt mobilizáló,
immobilizáló ill. biológiai akkumuláló tulajdonságaik
révén
Fémek, félfémek csoportosítás
1. Nemesfémek(Au,Ag,Pt)
ércesedésben dúsulnak
nem lépik át az agy-vér gátat
2. Stabil fém-szén kötést alkotó fémek, félfémek
képesek bejutni a kp-i idegrendszerbe
károsító hatásúak
3. Ionos formájukban gátló ill. toxikus fémek
kis koncentrációban nyomelemek (Cu,Zn,Co,Ni)
Ércesedésben dúsulnak