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 egyesanyagok 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 Földközéppontjában 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 fényVörös szín, Zöld szín : oxigén tartalom

Ibolya: nitrogén tartalom

• 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

Föld mágneses terének hatása az élővilágra

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.

1. Labrador-áramlás (Kanada keleti partjai)

2. Oja-shio-áramlás (Oroszország és Japán keleti partjai)

3. Humboldt-áramlás (Dél-Amerika nyugati partjai)

4. Benguela-áramlás

• Az Egyenlítő felől haladnak a Sarkvidékek felé, meleg tengervizet szállítanak.

1. Golf-áramlás (USA keleti partjai)

2. Kuro-shio-áramlás (Japán keleti, Kanada nyugati, Alaszka déli partjai)

3. Brazil-áramlás (Dél-Amerika keleti partjai)

4. Agulhas-áramlás (Afrika keleti partjai)

Anyagciklusok

• Víz

• Szén

• Szén-dioxid

• Oxigén

Bioszféra működésének alapfeltételei

Biogeokémiai ciklusok:

• 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 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

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 periódusosrendszerbeli 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 szabadítottafel• Az ősatmoszférában oxigén még nem lehetett, mertazt a felszínre jutó kén és vas felhasználta• a levegő összes szabad oxigénjét a növényifotoszintézis hozza létre, mivel• A vulkáni gőzök alig tartalmaztak O-t• Ill. 1500 °C alatt disszociációs O, ezt a mállásfelhasználta

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 levegőbetalajból 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 dúsulnaknem lépik át az agy-vér gátat

2. Stabil fém-szén kötést alkotó fémek, félfémekképesek bejutni a kp-i idegrendszerbekárosító hatásúak

3. Ionos formájukban gátló ill. toxikus fémekkis koncentrációban nyomelemek (Cu,Zn,Co,Ni)Ércesedésben dúsulnak