КАЛЬЦИЕВЫЙ ЦИКЛ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ЭТАПЫ И ЗНАЧЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

Цикл кальция является обращение и хранение на Земле этого элемента, охватывающий живые существа, литосферу и гидросферу. Это осадочный биогеохимический цикл, в котором кальций циркулирует как мягкий щелочноземельный металл, не имеющий газовой стадии.

Стадия большей циркуляции кальция - биологическая, поскольку он потребляется живыми существами и используется в их структурах и метаболизме. Когда живые существа умирают, кальций возвращается в физическую среду как часть почвы и морского дна.

Кальций. Источник: Pumbaa (оригинальная работа Грега Робсона) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Есть обширные залежи ракушек и костей, особенно на морском дне и в великих озерах. Эти структуры смешиваются с отложениями и покрыты последовательными слоями на протяжении миллионов лет.

Нижние слои отложений подвергаются воздействию высоких давлений, образуя осадочные породы, которые затем выходят на поверхность из-за земных геологических процессов. Открытые породы подвергаются выветриванию и эрозии, высвобождая кальций, который интегрируется в почву или вымывается.

В почве он поглощается в основном корнями растений, а в море - фитопланктоном и другими организмами. Кальций используется для различных структурных и метаболических целей, например для изготовления скорлупы.

Кальциевый цикл важен, поскольку он позволяет этому элементу быть доступным на разных стадиях, выполняя различные функции. Таким образом, входя в состав живых организмов, участвует в формировании рельефа местности, регулирует pH почв и вод и служит сырьем для человеческой промышленности.

Общие характеристики

- Кальций

Кальций (Ca) - это мягкий щелочноземельный металл с атомным номером 20 и атомной массой 40,078, обычное состояние которого - твердое. Образует оксиды, которые действуют как сильные основания, бурно реагирующие при контакте с кислотами.

- Ваш цикл

Кальций выполняет биогеохимический цикл осадочного типа, так как в нем отсутствует газовая фаза, а самые большие запасы находятся в литосфере. Он тесно связан с циклами углерода, воды и фосфора.

Эрозия горных пород

Цикл развивается в результате выветривания и эрозии известняковых пород, которые высвобождают кальций, который откладывается в почве. Точно так же он может смываться со сточными водами в реки, озера и океаны.

Когда дождевая вода вступает в контакт с атмосферным CO2, она образует H2CO3, который растворяет известняк с выделением Ca2 + и HCO3-. С другой стороны, CO2, переносимый дождевой водой, превращает нерастворимый карбонат в растворимый бикарбонат.

Поглощение и использование живыми существами

Кальций (Ca2 +) в почве поглощается растениями, а в водоемах - водными организмами. В организме кальций выполняет различные метаболические функции, и когда организмы умирают, он возвращается в физическую среду, унося сточные воды в реки, озера и океаны.

Скальное образование

Скелеты животных (внутренние и внешние или раковины) откладываются на морском дне как часть отложений. Слои отложений покрываются и уплотняются за миллионы лет, образуя известковые породы.

Известковые породы. Источник: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Более поздние диастрофические процессы (трещины и восходящие движения земной коры) обнажают породы на поверхность. Таким образом, цикл замыкается, потому что скалы снова подвергаются выветриванию (воздействие климатических элементов), выветривания и эрозии.

Этапы кальциевого цикла

Стадии, которые проходит кальций в цикле накопления и циркуляции, задаются отделами, в которых происходят эти процессы. Это кора и часть земной мантии (литосфера), водоемы (гидросфера) и живые организмы.

- Геологический этап

На геологической стадии, разделенной на кору и мантию, именно здесь находится наибольшее количество запасов кальция. Кальций - пятый по распространенности элемент в литосфере, составляющий 3,5% земной коры.

Он входит в состав таких горных пород, как известняк, доломит, мергель и мрамор, а известняк и доломит образуют огромные горные хребты по всей планете. Таким же образом он входит в состав других природных соединений, таких как гипс и алебастр (сульфат кальция).

В минеральной форме он получается в виде карбоната кальция (CaCO3) из кальцита, доломита и других кристаллических форм, таких как арагонит.

известняковый

Это очень распространенный тип осадочной породы, происходящей из древних морских или озерных отложений (озер), состоящий на 99% из карбоната кальция. Эти породы образуют горизонтальные пласты или деформируются диастрофическими движениями, и их выветривание приводит к образованию нейтральных или основных почв (pH 7 или выше), богатых кальцием.

доломит

Он состоит из осадочной породы, образовавшейся в мелководных морских отложениях в результате реакции химического замещения. В этом случае магний участвует в конформации минерала, образуя доломит или карбонат кальция и магния (CaMg (CO3) 2).

Margas

Это осадочные породы, образованные от 1/3 до 2/3 карбоната кальция и остальных глин. Эти породы выживают в засушливых районах, так как очень подвержены водной эрозии.

Мрамор

Если известняковые породы подвергаются воздействию высоких температур и давлений в глубоких слоях земной коры, образуется мрамор. Это очень плотная метаморфическая порода с высокой степенью кристаллизации.

- Гидрологический этап

Кальций растворен в реках, озерах и океанах в виде хлорида кальция (который является наиболее распространенным ионом в этой среде) и карбоната кальция. В Мировом океане карбонат кальция (CaCO3) стабилен на глубинах менее 4500 м.

Кальций в этой среде содержится в живых организмах и в отложениях известняка на морском дне. Это предел глубины карбонатной компенсации, после которой CaCO3 растворяется и не образует известняковые отложения.

- Биологический этап

Движение кальция из почвы к корням. От ксилемы до листьев растения. Дагерти / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

На этой стадии кальциевый цикл достигает своей максимальной циркуляции, что жизненно важно для живых существ, поскольку как ион Ca2 + он является частью механизмов обмена клеточных мембран. С другой стороны, это важный компонент костей, зубов, яичной скорлупы и скорлупы.

Кальциевые оболочки двустворчатых моллюсков. Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Таким образом, кальций циркулирует в биосфере, и когда организмы умирают, он возвращается в отложения, чтобы со временем сформировать новые породы.

Человек

Выдающимся элементом биологической стадии кальциевого цикла является роль человека в использовании этого элемента в качестве сырья. Этот элемент добывается, транспортируется и используется в больших количествах разными способами.

В карьерах известняк добывается для использования в качестве строительного элемента или для измельчения и использования в качестве промышленного сырья. Раковины также измельчают для приготовления удобрений и других продуктов.

Раковины фораминифер и моллюсков

Раковины этих животных образованы из карбоната кальция, кристаллизованного в виде кальцита или арагонита. Это две минеральные формы одного и того же состава (CaCO3), но по-разному кристаллизующиеся.

Моллюски образуют свои раковины из жидкой формы кальция, выделяемой специализированными клетками. Самый внутренний слой оболочки - это перламутр, образованный кристаллами арагонита, смешанными с белком конхиолина.

значение

Циркуляция кальция, формирующая его характерный цикл, необходима для того, чтобы этот элемент стал доступным для живых существ. Благодаря процессам, которые высвобождают кальций из горных пород и заставляют его циркулировать, жизнь существует такой, какой мы ее знаем.

- Незаменимый элемент для жизни

Кальций необходим для жизни, поскольку он является структурным и метаболическим элементом. Структурно это фундаментальная часть строения как внутреннего, так и внешнего скелета.

У костистых животных кальций является основным компонентом костей (внутреннего скелета), а также зубов. У фораминифер (протистов) и моллюсков (улиток и двустворчатых моллюсков) он является основным ингредиентом для формирования внешнего скелета, то есть раковин.

метаболизм

Кальций является транспортным средством клеточных мембран, поэтому он играет важную роль в обмене веществ. В клеточных мембранах есть кальциевые каналы, которые позволяют пассивному проникновению этого элемента в клетки.

Кальциевые каналы. Источник: Ульрих Фёрстерманн - Elsevier GmbH / Общественное достояние

Это регулирует соотношение концентраций кальция внутри и снаружи клетки, активируя различные метаболические процессы. Например, эти механизмы необходимы для функционирования нервной и мышечной системы и, следовательно, играют важную роль в сердечной деятельности.

- Еда и здоровье

С точки зрения человека, кальциевый цикл позволяет сделать этот элемент доступным для пищи и здоровья человека. Прежде всего, это важно при производстве и приготовлении молочных продуктов для детей.

Точно так же его прием внутрь в медицинских целях используется при лечении заболеваний, связанных с дефицитом кальция, таких как остеопороз. Это заболевание, вызывающее ослабление костей, особенно серьезно у пожилых людей, особенно у женщин.

- жемчуг

Когда инородное тело попадает в устрицу, оно покрывает ее перламутром, и таким образом образуется жемчуг. Жемчуг высоко ценится на ювелирном рынке во всем мире.

- Промышленное сырье

Известняк используется в промышленности для различных целей, например, для производства цемента. Также эти камни используются непосредственно в качестве строительного материала, благодаря легкой резьбе.

Кроме того, кальций используется как раскислитель и восстановитель в различных процессах, особенно в металлургической промышленности.

Лайм

Негашеная известь, также называемая строительной известью, представляет собой оксиды кальция, которые используются в качестве связующего и покрытия в строительстве. Таким же образом он используется при производстве мыла, бумаги, стекла, резины и при дублении кожи.

Кроме того, он находит различное применение в пищевой промышленности и при очистке воды. В виде гашеной извести или гидроксида кальция он также используется в промышленности и сельском хозяйстве.

- Регулировка pH почвы

Содержание оксидов кальция в почве влияет на регулирование pH. В сельском хозяйстве негашеная известь используется как сельскохозяйственная добавка для снижения кислотности почвы, а также как удобрение.

- известковая или жесткая вода

Когда вода циркулирует в среде, богатой кальцием и магнием, она растворяет соли этих элементов и известна как известковая или жесткая вода. Предел качества воды составляет 120 мг CaCO3 / литр, выше которого вода считается жесткой.

Вода с высоким содержанием кальция может вызвать проблемы со здоровьем, особенно связанные с сердечно-сосудистой системой. Кроме того, жесткая вода образует известковые отложения в трубах, затрудняющие циркуляцию.

- Известковые пещеры и водоносные горизонты

В известняковых породах водная эрозия часто формирует подземные пещерные системы с интересной внутренней конфигурацией. Среди них выделяется образование сталактитов и сталагмитов из-за отложений карбоната кальция из утечек на крышах этих пещер.

Эти известковые системы также выполняют функцию фильтрации грунтовых вод из-за своей пористости, образуя водоносные горизонты.

Ссылки

1. Калоу, П. (ред.) (1998). Энциклопедия экологии и природопользования.
2. Кристофер Р. и Филдинг, CR (1993). Обзор последних исследований в речной седиментологии. Осадочная геология.
3. Маргалеф, Р. (1974). Экология. Издания Омега.
4. Миллер, Г. и ТАЙЛЕР, младший (1992). Экология и окружающая среда. Grupo Editor Iberoamérica SA de CV
5. Одум, EP и Уорретт, GW (2006). Основы экологии. Издание пятое. Thomson.