KALCIJA CIKLS: RAKSTUROJUMS, STADIJAS UN NOZĪME - ĶĪMIJA - 2025

Kalcija cikls ir cirkulācija un uzglabāšana uz Zemes šī elementa, kas ietver dzīvas būtnes, litosfēras un hidrosfēras. Tas ir nogulumieža bioģeoķīmiskais cikls, kurā kalcijs cirkulē kā sārmzemju mīksts metāls, kam nav gāzveida stadijas.

Kalcija lielākas cirkulācijas stadija ir bioloģiskā, jo to patērē dzīvās būtnes un izmanto to struktūrā un metabolismā. Kad dzīvās būtnes ir mirušas, kalcijs tiek atkārtoti integrēts fiziskajā vidē kā daļa no augsnes un jūras dibena.

Kalcijs. Avots: Pumbaa (oriģināls Grega Robsona darbs) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Īpaši jūras gultnē un lielajos ezeros ir plašas gliemeņu un kaulu atradnes. Šīs struktūras sajaucas ar nogulumiem un miljonu gadu laikā tos pārklāj secīgi slāņi.

Apakšējie nogulumu slāņi tiek pakļauti lielam spiedienam, veidojot nogulumiežu iežus, kas pēc tam pakļauti virsmai zemes ģeoloģisko procesu dēļ. Pakļautie ieži tiek pakļauti laika apstākļu iedarbībai un erozijai, atbrīvojot kalciju, kas iestrādāts augsnē vai tiek mazgāts.

Augsnē to absorbē galvenokārt augu saknes, bet jūrā fitoplanktons un citi organismi. Kalciju izmanto dažādiem strukturāliem un vielmaiņas mērķiem, piemēram, čaumalu ražošanai.

Kalcija cikls ir svarīgs, jo tas ļauj šim elementam būt pieejamam dažādos posmos, veicot dažādas funkcijas. Tādējādi, būdama daļa no dzīvo organismu struktūras, piedalās zemes reljefa veidošanā, regulē augsnes un ūdeņu pH un kalpo kā izejviela cilvēku rūpniecībai.

Vispārīgais raksturojums

- kalcijs

Kalcijs (Ca) ir sārmzemju mīksts metāls ar atomu numuru 20 un atomu masu 40,078, kura parastais stāvoklis ir ciets. Veido oksīdus, kas darbojas kā spēcīgas bāzes, spēcīgi reaģējot, nonākot saskarē ar skābēm.

- Tavs cikls

Kalcijs veic nogulumieža bioģeoķīmisko ciklu, jo tam trūkst gāzes fāzes un lielākās rezerves ir litosfērā. Tas ir cieši saistīts ar oglekļa, ūdens un fosfora cikliem.

Akmeņu erozija

Cikls veidojas no kaļķainu iežu atmosfēras ietekmes un erozijas, kas atbrīvo augsnē uzkrāto kalciju. Tāpat to var izmazgāt noteces ūdenī upēs, ezeros un okeānos.

Kad lietus ūdens nonāk saskarē ar atmosfēras CO2, tas veido H2CO3, kas izšķīdina kaļķakmens iežu, atbrīvojot Ca2 + un HCO3-. No otras puses, CO2, ko nes lietus ūdens, nešķīstošo karbonātu pārvērš šķīstošā bikarbonātā.

Dzīvu būtņu absorbcija un lietošana

Kalciju (Ca2 +) augsnē absorbē augi, bet ūdenstilpēs - ūdens organismi. Ķermenī kalcijs veic dažādas vielmaiņas funkcijas, un, organismiem mirstot, tas atgriežas fiziskajā vidē, un noteces ūdens to aizvada upēs, ezeros un okeānos.

Akmeņu veidošanās

Dzīvnieku skeleti (iekšējie un ārējie vai čaumalas) ir nogulti jūras gultnē kā daļa no nogulumiem. Nosēdumu slāņi miljonu gadu laikā ir pārklāti un sablīvēti, veidojot kaļķainus iežus.

Kaļķaini ieži. Avots: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Vēlāki diastrofiski procesi (plaisas un zemes garozas kustības uz augšu) klintis atdala virspusē. Tādā veidā cikls tiek slēgts, jo ieži atkal ir pakļauti laika apstākļu iedarbībai (klimatisko elementu iedarbība), un tiem ir laika apstākļi un erozija.

Kalcija cikla posmi

Posmus, kādos kalcijs iziet tā uzglabāšanas un cirkulācijas ciklā, norāda nodalījumi, kuros šie procesi notiek. Tās ir zemes garozas daļa no zemes apvalka (litosfēra), ūdenstilpes (hidrosfēra) un dzīvi organismi.

- Ģeoloģiskā stadija

Ģeoloģiskajā stadijā, sadaloties garozā un mantijā, tiek atrasts vislielākais kalcija krājums. Kalcijs ir piektais visbagātākais litosfēras elements, kas veido 3,5% no zemes garozas.

Tas ir atrodams tādu klintis kā kaļķakmens, dolomīts, marls un marmors daļās, savukārt kaļķakmens un dolomīts veido milzīgas kalnu grēdas visā planētā. Tādā pašā veidā tā ir daļa no citiem dabīgiem savienojumiem, piemēram, ģipša un alabastra (kalcija sulfāts).

Minerālu formā to iegūst kā kalcija karbonātu (CaCO3) no kalcīta, dolomīta un citām kristāliskām formām, piemēram, aragonīta.

Kaļķakmens

Tas ir ļoti bagātīgs nogulumiežu tips, kas radies no senām jūras vai lacustrine atradnēm (ezeriem) un sastāv no 99% kalcija karbonāta. Šie ieži veido horizontālus slāņus vai ir deformēti diastrofisku kustību rezultātā, un to iedarbība rada neitrālu pamata augsni (pH 7 vai augstāku), kas bagāta ar kalciju.

Dolomīts

Tas sastāv no nogulumiežu, kas veidojas seklajos jūras nogulumos ķīmiskas aizvietošanas reakcijas rezultātā. Šajā gadījumā magnijs piedalās minerālu konformācijā, veidojot dolomītu vai kalcija magnija karbonātu (CaMg (CO3) 2).

Margas

Tie ir nogulumieži, ko veido 1/3 līdz 2/3 kalcija karbonāta un pārējie māli. Šīs ieži izdzīvo sausās vietās, jo tās ir ļoti jutīgas pret ūdens eroziju.

Marmors

Ja kaļķakmens ieži tiek pakļauti augstām temperatūrām un spiedienam dziļos zemes garozas slāņos, veidojas marmors. Šis ir ļoti kompakts metamorfs iezis ar augstu kristalizācijas pakāpi.

- Hidroloģiskā stadija

Kalcijs upēs, ezeros un okeānos ir izšķīdināts kā kalcija hlorīds (kas ir visbagātākais jons šajā barotnē) un kalcija karbonāts. Okeānos kalcija karbonāts (CaCO3) ir stabils dziļumā, kas mazāks par 4500 m.

Šajā barotnē esošais kalcijs ir atrodams dzīvos organismos un jūras kaļķakmens atradnēs. Tas ir karbonātu kompensācijas dziļuma ierobežojums, pēc kura CaCO3 izšķīst un neveido kaļķakmens nogulsnes.

- bioloģiskā stadija

Kalcija pārvietošanās no augsnes uz saknēm. Sākot no ksilēmas līdz auga lapām. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Šajā posmā kalcija cikls sasniedz vislielāko cirkulāciju, kas ir vitāli nepieciešams dzīvām būtnēm, jo ​​kā Ca2 + jons tas ir daļa no šūnu membrānu apmaiņas mehānismiem. No otras puses, tā ir būtiska kaulu, zobu, olu čaumalu un čaumalu sastāvdaļa.

Kalcija čaumalas gliemenēs. Avots: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Tādā veidā kalcijs cirkulē biosfērā un, kad organismi mirst, tas atgriežas nogulumos, laika gaitā veidojot jaunas ieži.

Cilvēks

Izcils kalcija cikla bioloģiskās stadijas elements ir cilvēku loma, izmantojot šo elementu kā izejvielu. Šis elements tiek iegūts, transportēts un dažādos veidos izmantots lielos daudzumos.

Atklātu šahtu raktuvēs kaļķakmens tiek iegūts, lai to izmantotu kā celtniecības elementu vai sasmalcinātu un izmantotu kā rūpniecisku izejvielu. Čaumalas ir arī samaltas, lai sagatavotu mēslojumu un citus produktus.

Foraminifera un gliemju čaumalas

Šo dzīvnieku čaumalas veido no kalcija karbonāta, izkristalizējas kā kalcīts vai aragonīts. Tās ir divas viena un tā paša sastāva minerālu formas (CaCO3), bet kristalizējas atšķirīgi.

Gliemji veido savas čaumalas no šķidra kalcija formas, ko izdala specializētas šūnas. Apvalka iekšējais slānis ir perlamutrs, ko veido aragonīta kristāli, kas sajaukti ar konhiolīna olbaltumvielām.

Svarīgums

Kalcija aprite, kas veido raksturīgo ciklu, ir būtiska, lai šis elements būtu pieejams dzīvām būtnēm. Pateicoties procesiem, kas atbrīvo kalciju no iežiem un liek tam cirkulēt, dzīve pastāv, kā mēs to zinām.

- būtisks dzīves elements

Kalcijs ir būtisks dzīvībai, jo tas ir gan strukturāls, gan vielmaiņas elements. Strukturāli tā ir būtiska sastāvdaļa gan iekšējā, gan ārējā skeleta veidošanā.

Kaulainiem dzīvniekiem kalcijs ir galvenā kaulu (iekšējā skeleta), arī zobu sastāvdaļa. Foraminifera (protisti) un gliemjos (gliemeži un gliemenes) tā ir galvenā sastāvdaļa ārējā skeleta, tas ir, čaumalu, veidošanā.

Vielmaiņa

Kalcijs ir transporta līdzeklis šūnu membrānās, tāpēc tam ir svarīga loma metabolismā. Šūnu membrānās ir kalcija kanāli, kas ļauj pasīvi ievadīt šo elementu šūnās.

Kalcija kanāli. Avots: Ulrihs Fērstermans - Elsevier GmbH / Publiskais īpašums

Tas regulē kalcija koncentrācijas attiecības starp šūnas iekšpusi un ārpusi, aktivizējot dažādus metabolisma procesus. Piemēram, šie mehānismi ir nepieciešami nervu un muskuļu sistēmas darbībai, un tāpēc tiem ir būtiska loma sirds darbībā.

- Pārtika un veselība

No cilvēka viedokļa kalcija cikls ļauj padarīt šo elementu pieejamu pārtikai un cilvēku veselībai. Pirmām kārtām tas ir ļoti svarīgi, ražojot un gatavojot piena produktus bērniem.

Tāpat tā norīšana medicīniskiem nolūkiem tiek izmantota kalcija deficīta slimību, piemēram, osteoporozes, ārstēšanai. Šī kaulu vājinošā slimība ir īpaši nopietna gados vecākiem cilvēkiem, īpaši sievietēm.

- pērles

Kad svešķermenis iebrūk austerī, tas to pārklāj ar perlamutru un tādējādi veidojas pērle. Pērles visā pasaulē juvelierizstrādājumu tirgū sasniedz augstas vērtības.

- Rūpnieciskā izejviela

Kaļķakmeni rūpnieciski izmanto dažādiem mērķiem, piemēram, cementa ražošanai. Arī šos akmeņus izmanto tieši kā celtniecības materiālu, pateicoties to vieglajai grebšanai.

Turklāt kalcijs tiek izmantots kā deoksidētājs un reducētājs dažādos procesos, īpaši metalurģijas nozarē.

Laims

Kā nedzīstošais kaļķis, ko sauc arī par celtniecības kaļķi, tie ir kalcija oksīdi, kurus būvniecībā izmanto kā saistvielu un pārklājumu. Tādā pašā veidā to izmanto ziepju, papīra, stikla, gumijas ražošanā un ādas miecēšanā.

Tāpat to var dažādi izmantot pārtikas rūpniecībā un ūdens attīrīšanā. Lai arī tas ir kaļķis vai kalcija hidroksīds, to izmanto arī rūpniecībā un lauksaimniecībā.

- Augsnes pH regulēšana

Kalcija oksīdu saturs augsnē ietekmē pH regulēšanu. Lauksaimniecībā nedzīsto kaļķi izmanto kā grozījumu lauksaimniecībā, lai samazinātu augsnes skābumu, kā arī kā mēslojumu.

- Kaļķains vai ciets ūdens

Ūdens, cirkulējot vidē, kas bagāta ar kalciju un magniju, izšķīdina šo elementu sāļus un ir pazīstams kā kaļķains vai ciets ūdens. Ūdens kvalitātes ierobežojums ir 120 mg CaCO3 / litrā, virs kura ūdens tiek uzskatīts par cietu.

Ūdens ar augstu kalcija saturu var izraisīt veselības problēmas, īpaši saistītas ar sirds un asinsvadu sistēmu. Turklāt cietais ūdens caurulēs rada kaļķainas nogulsnes, kas traucē cirkulāciju.

- Kaļķainas alas un ūdens nesējslāņi

Kaļķainos iežos hidriskā erozija bieži veido pazemes alu sistēmas ar interesantu iekšēju konfigurāciju. Starp tiem izceļas stalaktītu un stalagmītu veidošanās, pateicoties kalcija karbonāta nogulsnēm, kas rodas no noplūdēm uz šo alu griestiem.

Šīs kaļķainās sistēmas porainības dēļ veic arī gruntsūdeņu filtrēšanas funkciju, veidojot ūdens nesējslāņus.

Atsauces

1. Calow, P. (Red.) (1998). Ekoloģijas un vides pārvaldības enciklopēdija.
2. Kristofers R. un Fīldings, CR (1993). Jaunāko pētījumu pārskats par fluvial sedimentoloģiju. Nogulšņu ģeoloģija.
3. Margalefs, R. (1974). Ekoloģija. Omega izdevumi.
4. Millers, G. un TYLER, JR (1992). Ekoloģija un vide. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP un Warrett, GW (2006). Ekoloģijas pamati. Piektais izdevums. Thomson.