KALCIO CIKLAS: SAVYBĖS, STADIJOS IR SVARBA - CHEMIJA - 2025

Kalcio ciklas yra cirkuliacija ir saugojimas Žemėje šio elemento, apimanti gyvos būtybės, litosferos ir hidrosferos. Tai nuosėdinis biogeocheminis ciklas, kurio metu kalcis cirkuliuoja kaip šarminių žemių minkštas metalas, neturintis dujinės stadijos.

Didesnė kalcio apykaita yra biologinė, nes ją sunaudoja gyvos būtybės ir ji naudojama jų struktūroje bei metabolizme. Gyvoms būtybėms mirus, kalcis vėl patenka į fizinę aplinką kaip dirvožemio ir jūros dugno dalis.

Kalcis. Šaltinis: Pumbaa (originalus Grego Robsono darbas) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Ypač jūros dugne ir didžiuosiuose ežeruose yra daugybė kriauklių ir kaulų. Šios struktūros susimaišo su nuosėdomis ir per milijonus metų yra padengtos viena po kitos einančiais sluoksniais.

Apatiniai nuosėdų sluoksniai yra veikiami aukšto slėgio, sudarydami nuosėdines uolienas, kurios dėl sausumos geologinių procesų yra veikiamos paviršiaus. Neveikiamos uolienos yra veikiamos oro sąlygų ir erozijos, išlaisvindamos kalcį, kuris yra integruotas į dirvožemį arba nuplaunamas.

Dirvožemyje jį absorbuoja daugiausia augalų šaknys, o jūroje - fitoplanktonas ir kiti organizmai. Kalcis naudojamas įvairiems struktūriniams ir metaboliniams tikslams, pavyzdžiui, kriauklių gamybai.

Kalcio ciklas yra svarbus, nes jis leidžia pasiekti šį elementą skirtingais etapais ir atlikti įvairias funkcijas. Taigi, būdamas gyvų organizmų struktūros dalimi, dalyvauja formuojant sausumos reljefą, reguliuoja dirvožemio ir vandens pH ir yra žaliava žmonių pramonei.

Bendrosios savybės

- Kalcis

Kalcis (Ca) yra šarminių žemių minkštasis metalas, kurio atominis skaičius 20 ir atominė masė 40,078, kurio įprastinė būsena yra kieta. Sudaro oksidus, kurie veikia kaip stiprios bazės, stipriai reaguodami, kai liečiasi su rūgštimis.

- Jūsų ciklas

Kalcis vykdo nuosėdinio tipo biogeocheminį ciklą, nes jam trūksta dujų fazės, o didžiausios atsargos yra litosferoje. Tai glaudžiai susijusi su anglies, vandens ir fosforo ciklais.

Uolienų erozija

Ciklas vystosi dėl kalkingų uolienų, veikiančių oru ir erozijos, išlaisvinančio kalcio, kuris nusėda dirvožemyje, erozijos. Panašiai jį galima išplauti ištirpusiame nuotekų vandenyje į upes, ežerus ir vandenynus.

Kai lietaus vanduo liečiasi su atmosferos CO2, susidaro H2CO3, kuris tirpina kalkakmenio uolienas, išskirdamas Ca2 + ir HCO3-. Kita vertus, lietaus vandens nešamas CO2 paverčia netirpius karbonatus tirpiais bikarbonatais.

Gyvų būtybių įsisavinimas ir naudojimas

Kalcį (Ca2 +) dirvožemyje absorbuoja augalai, o vandens telkiniuose - vandens organizmai. Organizmas kalcis atlieka skirtingas medžiagų apykaitos funkcijas, o organizmams mirus, jis grįžta į fizinę aplinką, ištekančio vandens dėka, į upes, ežerus ir vandenynus.

Uolienų formavimas

Gyvūnų skeletai (vidiniai ir išoriniai ar kiautai) nusėda ant jūros dugno kaip nuosėdų dalis. Nuosėdų sluoksniai yra padengti ir sutankinti per milijonus metų, kad susidarytų kalkingos uolienos.

Kalkingos uolienos. Šaltinis: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Vėlesni diastrofiniai procesai (įtrūkimai ir žemės plutos judesiai į viršų) uolienas iškloja į paviršių. Tokiu būdu ciklas uždaromas, nes uolienos vėl atšyla (klimato elementai veikia), oras yra atšiaurus ir išblukęs.

Kalcio ciklo etapai

Kalcio saugojimo ir cirkuliacijos ciklo stadijas nurodo skyriai, kuriuose šie procesai vyksta. Tai yra žemės plutos ir dalis žemės mantijos (litosfera), vandens telkiniai (hidrosfera) ir gyvieji organizmai.

- Geologinė stadija

Geologiniame etape, suskaidytuose į plutą ir mantijas, ten randamas didžiausias kalcio kiekis. Kalcis yra penktas gausiausias elementas litosferoje, sudarantis 3,5% žemės plutos.

Randama, kad ji yra tokių uolienų kaip kalkakmenis, dolomitas, marlas ir marmuras dalis, o kalkakmenis ir dolomitas sudaro milžiniškas kalnų grandines visoje planetoje. Tuo pačiu būdu, tai yra dalis kitų natūralių junginių, tokių kaip gipsas ir alabasteris (kalcio sulfatas).

Mineralinės formos jis gaunamas kaip kalcio karbonatas (CaCO3) iš kalcito, dolomito ir kitų kristalinių formų, tokių kaip aragonitas.

Kalkakmenis

Tai yra labai gausus nuosėdinių uolienų, kilusių iš senovės jūrų ar šlakių telkinių (ežerų) rūšis, sudarytas iš 99% kalcio karbonato. Šios uolienos sudaro horizontalius sluoksnius arba yra deformuotos diastrofinių judesių dėka, todėl dėl oro sąlygų dirvožemis yra neutralus (pH 7 ar didesnis), kuriame gausu kalcio.

Dolomitas

Jį sudaro nuosėdinės uolienos, susidariusios negiliose jūros telkiniuose vykstant cheminei pakaitinei reakcijai. Tokiu atveju magnis dalyvauja mineralų konformacijoje, sudarydamas dolomitą arba kalcio magnio karbonatą (CaMg (CO3) 2).

Margas

Tai yra nuosėdinės uolienos, sudarytos iš 1/3 - 2/3 kalcio karbonato ir likusių molių. Šios uolienos išgyvena sausose vietose, nes yra labai jautrios vandens erozijai.

Marmuras

Jei kalkakmenio uolienos yra veikiamos aukštos temperatūros ir slėgio giliuose žemės plutos sluoksniuose, susidaro marmuras. Tai labai kompaktiška metamorfinė uoliena, pasižyminti aukštu kristalizacijos laipsniu.

- Hidrologinė stadija

Kalcis yra ištirpinamas upėse, ežeruose ir vandenynuose kaip kalcio chloridas (yra gausiausias šios terpės jonas) ir kalcio karbonatas. Vandenynuose kalcio karbonatas (CaCO3) yra stabilus mažesniame nei 4500 m gylyje.

Šioje terpėje esantis kalcis randamas gyvuose organizmuose ir jūros dugno kalkakmenio nuosėdose. Tai yra karbonatų kompensacijos gylio riba, po kurios CaCO3 ištirpsta ir nesudaro kalkakmenio nuosėdų.

- Biologinė stadija

Kalcio judėjimas iš dirvožemio į šaknis. Nuo ksilės iki augalo lapų. „Dhagerty“ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Šiame etape kalcio ciklas pasiekia didžiausią cirkuliaciją, būtiną gyvoms būtybėms, nes jis kaip Ca2 + jonas yra ląstelių membranų mainų mechanizmų dalis. Kita vertus, tai yra svarbi kaulų, dantų, kiaušinių lukštų ir kriauklių sudedamoji dalis.

Dvigeldžių kalcio lukštai. Šaltinis: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Tokiu būdu kalcis cirkuliuoja biosferoje ir organizmams mirus, jis grįžta į nuosėdas, kad laikui bėgant susidarytų naujos uolienos.

Žmogus

Išskirtinis biologinio kalcio ciklo etapo elementas yra žmogaus vaidmuo naudojant šį elementą kaip žaliavą. Šis elementas išgaunamas, transportuojamas ir įvairiais būdais naudojamas dideliais kiekiais.

Atvirose kasyklose kalkakmenis išgaunamas, kad jį būtų galima naudoti kaip konstrukcinį elementą arba sumalti ir naudoti kaip pramoninę žaliavą. Lukštai taip pat sumalami trąšoms ir kitiems gaminiams ruošti.

Foraminifera ir moliuskų lukštai

Šių gyvūnų kriauklės yra suformuotos iš kalcio karbonato, kristalizuotos kaip kalcitas arba aragonitas. Tai yra dvi tos pačios kompozicijos (CaCO3) mineralinės formos, kurios kristalizuojasi skirtingai.

Moliuskai savo lukštus formuoja iš skystos formos kalcio, kurį išskiria specializuotos ląstelės. Vidinis apvalkalo sluoksnis yra perlamutras, suformuotas iš aragonito kristalų, sumaišytų su konchiolino baltymu.

Svarba

Kalcio cirkuliacija, sudaranti jai būdingą ciklą, yra būtina, kad šis elementas būtų prieinamas gyvoms būtybėms. Proceso dėka kalcis iš uolienų išsiskiria ir verčia jį cirkuliuoti, gyvybė egzistuoja tokia, kokią mes ją žinome.

- Pagrindinis gyvenimo elementas

Kalcis yra būtinas gyvenimui, nes jis yra ir struktūrinis, ir metabolinis elementas. Struktūriškai tai yra pagrindinė vidaus ir išorės griaučių struktūros dalis.

Kaulančiuose gyvūnams kalcis yra pagrindinis kaulų (vidinio skeleto), taip pat ir dantų, komponentas. Foraminifera (protistai) ir moliuskuose (sraigėse ir dvigeldžiuose) jis yra pagrindinis išorinio skeleto, ty kiautų, formavimo ingredientas.

Metabolizmas

Kalcis yra transportavimo agentas ląstelių membranose, todėl jis vaidina svarbų vaidmenį metabolizme. Ląstelių membranose yra kalcio kanalų, kurie leidžia pasyviai patekti į šį elementą į ląsteles.

Kalcio kanalai. Šaltinis: Ulrichas Förstermannas - „Elsevier GmbH“ / viešoji nuosavybė

Tai reguliuoja kalcio koncentracijos ryšį tarp ląstelės vidaus ir išorės, suaktyvina skirtingus metabolinius procesus. Pavyzdžiui, šie mechanizmai yra būtini nervų ir raumenų sistemos funkcionavimui, todėl jie atlieka svarbų vaidmenį širdies veikloje.

- Maistas ir sveikata

Žmogaus požiūriu, kalcio ciklas leidžia šį elementą padaryti prieinamą maistui ir žmonių sveikatai. Visų pirma tai būtina gaminant ir ruošiant pieno produktus vaikams.

Panašiai jo nurijimas medicininiais tikslais naudojamas gydant kalcio trūkumo ligas, tokias kaip osteoporozė. Ši kaulų silpnėjimo liga yra ypač sunki vyresnio amžiaus žmonėms, ypač moterims.

- Perlai

Kai į austrę įsiveržia svetimkūnis, jis uždengia ją perlamutru ir taip susidaro perlas. Juvelyrinių dirbinių rinkoje perlai pasiekia aukštą vertę.

- Pramoninė žaliava

Kalkakmenis pramoniniu būdu naudojamas įvairiems tikslams, pavyzdžiui, cemento gamybai. Taip pat šie akmenys yra naudojami tiesiogiai kaip statybinė medžiaga, dėl lengvo drožimo.

Be to, kalcis yra naudojamas kaip deoksidatorius ir reduktorius įvairiuose procesuose, ypač metalurgijos pramonėje.

Kalkės

Kaip negesintos kalkės, dar vadinamos statybinėmis kalkėmis, tai yra kalcio oksidai, naudojami statybose kaip rišiklis ir danga. Tuo pačiu būdu jis naudojamas muilo, popieriaus, stiklo, gumos ir odos rauginimui.

Be to, jis gali būti įvairiai naudojamas maisto pramonėje ir vandens valyme. Nors kalkės arba kalcio hidroksidas yra kalcio arba hidroksido pavidalo, jos taip pat naudojamos pramonėje ir žemės ūkyje.

- Dirvožemio pH reguliavimas

Kalcio oksidų kiekis dirvožemyje turi įtakos pH reguliavimui. Žemės ūkyje negesintos kalkės naudojamos kaip žemės ūkio pakaitalas siekiant sumažinti dirvožemio rūgštingumą ir kaip trąša.

- Kalcio arba kieto vandens

Kai vanduo cirkuliuoja aplinkoje, kurioje gausu kalcio ir magnio, jis tirpina šių elementų druskas ir yra žinomas kaip kalkingas arba kietas vanduo. Vandens kokybės riba yra 120 mg CaCO3 / litre, virš kurios vanduo laikomas kietu.

Vanduo, kuriame yra daug kalcio, gali sukelti sveikatos problemų, ypač susijusių su širdies ir kraujagyslių sistema. Be to, kietas vanduo vamzdynuose sukuria kalkingų nuosėdų, kurios trukdo cirkuliuoti.

- Kalkingi urvai ir vandeningieji sluoksniai

Kalkingose ​​uolienose hidrinė erozija dažnai sudaro įdomių vidinių konfigūracijų požemines urvų sistemas. Tarp jų išsiskiria stalaktitų ir stalagmitų susidarymas dėl kalcio karbonato nuosėdų iš nuotėkių ant šių urvų lubų.

Šios kalkingos sistemos taip pat atlieka požeminio vandens filtravimo funkciją dėl jo akytumo, sudarydamos vandeningus sluoksnius.

Nuorodos

1. Calow, P. (Red.) (1998). Ekologijos ir aplinkosaugos vadybos enciklopedija.
2. Christopher R. ir Fielding, CR (1993). Naujausių gripo sedimentologijos tyrimų apžvalga. Nuosėdinė geologija.
3. Margalef, R. (1974). Ekologija. „Omega“ leidimai.
4. Miller, G. ir TYLER, JR (1992). Ekologija ir aplinka. Grupo „Iberoamérica SA de CV“ redakcija
5. Odum, EP ir Warrett, GW (2006). Ekologijos pagrindai. Penktas leidimas. Thomsonas.