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 karbonát-szilikát 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 Meleg áramlatok 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 (Dél-Amerika nyugati partjai) Benguela-áramlás 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 (Dél-Amerika keleti partjai) Agulhas-áramlás (Afrika keleti partjai)

Bioszféra működésének alapfeltételei Biogeokémiai ciklusok: Anyagciklusok Bioszféra működésének alapfeltételei Biogeokémiai ciklusok: Kén Foszfor Nitrogén Fémek, félfémek Víz Szén Szén-dioxid Oxigén

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 ún- koacervátum-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 A kémiai evolúció kutatásának mérföldköve volt Stanley Miller kísérlete (Stanley L. Miller (1953): Production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science 117:528-529.), amely során kísérletesen állított elő szerves molekulákat prebiotikus körülményeket modellezve. A kísérletben erősen redukáló, metánt, ammóniát és vizet tartalmazó légkört tételezett fel. A rendszert vízzel (ősóceán) kiegészítve, energiaforrásként pedig elektromos kisülést alkalmazva azt a meglepő eredményt kapták, hogy az oldatban aminosavak és más szerves molekulák vannak. Az aminosavak jelenléte igazolt, azonban oligopeptiddé nehezen kapcsolódnak össze és akkor sem biztos, hogy az a mai szervezetekben „megszokott” peptidkötésen keresztül történik. A kísérletben a genetikai kód által kódolt 20 aminosavon kívül számos más aminosav is megjelent. A „természetes” aminosavak messze nem a leggyakoribbak. Továbbá például a lizin, arginin és hisztidin szintézise még nem megoldott. Az előbbiekhez hozzátartozik, hogy mostanában a légkörfizikusok erősen kétségbe vonják egy ősi redukáló légkör jelenlétét. Modelljeik alapján valószínűbb, hogy a légkör főleg CO2, N2 és H2O keveréke volt, kisebb mennyiségű CO és H2 jelenlétével. Így a fenti reakciókhoz a redukált szenet vagy a víz alatti hidrotermális hasadékokból, vulkánokból feltörő metán vagy az ásványi felszíneken végbemenő redoxi folyamatok szolgáltathatták. A hidrotermális hasadékok mellett – bár az óceán kémiai összetétele kedvez a szerves molekulák abiogén szintézisének – a magas hőmérséklet (85 - 350 C) azonban túlságosan meggyorsítja a bomlást, ami lehetetlenné tesz bizonyos reakcióutakat és a makromolekulák felgombolyodása sem megy megfelelően végbe. 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-CH2-COOH (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 3,2-3,8%-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 Nemesfémek(Au,Ag,Pt) ércesedésben dúsulnak nem lépik át az agy-vér gátat Stabil fém-szén kötést alkotó fémek, félfémek képesek bejutni a kp-i idegrendszerbe károsító hatásúak Ionos formájukban gátló ill. toxikus fémek kis koncentrációban nyomelemek (Cu,Zn,Co,Ni) Ércesedésben dúsulnak