KALCIJEV CIKEL: ZNAČILNOSTI, STOPNJE IN POMEMBNOST - KEMIJA - 2025

Kalcija cikel je promet in skladiščenje na Zemlji tega elementa, ki vključuje živa bitja, litosfere in hidrosfere. Gre za sedimentni biogeokemični cikel, v katerem kalcij kroži kot zemeljsko mehka kovina zemeljske zemlje in ji primanjkuje plinasto fazo.

Stopnja večje cirkulacije kalcija je biološka, ​​saj jo zaužijejo živa bitja in jo uporabljajo v njihovih strukturah in presnovi. Ko so živa bitja mrtva, se kalcij ponovno vključi v fizično okolje kot del tal in morskega dna.

Kalcij. Vir: Pumbaa (izvirno delo Grega Robsona) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Obstajajo obsežna nahajališča školjk in kosti, zlasti na morskem dnu in v velikih jezerih. Te strukture se mešajo z usedlinami in jih prekrijejo zaporedne plasti v milijonih let.

Spodnje plasti sedimentov so izpostavljene visokim pritiskom, ki tvorijo sedimentne kamnine, ki so nato izpostavljene površju zaradi zemeljskih geoloških procesov. Izpostavljene kamnine so izpostavljene vremenskim vplivom in eroziji, pri čemer se sprošča kalcij, ki je vgrajen v tla ali se izpere.

V tleh ga absorbirajo predvsem korenine rastlin, v morju pa fitoplankton in drugi organizmi. Kalcij se uporablja za različne strukturne in presnovne namene, na primer za izdelavo školjk.

Kalcijev cikel je pomemben, saj omogoča, da je ta element na voljo v različnih fazah in ima različne funkcije. Tako sodeluje v strukturi živih organizmov, sodeluje pri oblikovanju kopenskega reliefa, uravnava pH tal in voda ter služi kot surovina za človeško industrijo.

Splošne značilnosti

- Kalcij

Kalcij (Ca) je alkalno zemeljska mehka kovina z atomsko številko 20 in atomsko maso 40.078, katere običajno stanje je trdno. V stiku s kislinami tvori okside, ki delujejo kot močne baze in burno reagirajo.

- Vaš cikel

Kalcij izpolnjuje biogeokemični cikel sedimentnega tipa, saj mu primanjkuje plinske faze in največje rezerve so v litosferi. Tesno je povezan s cikli ogljika, vode in fosforja.

Rock erozija

Cikel se razvije iz vremenskih razmer in erozije apnenčastih kamnin, ki sproščajo kalcij, ki se odlaga v tleh. Prav tako se lahko izpere raztopljeno v odtočni vodi v reke, jezera in oceane.

Ko deževnica pride v stik z atmosferskim CO2, tvori H2CO3, ki raztaplja apnenčasto kamnino in sprošča Ca2 + in HCO3-. Po drugi strani CO2, ki ga prenaša deževnica, pretvarja netopni karbonat v topni bikarbonat.

Absorpcija in uporaba živih bitij

Kalcij (Ca2 +) v tleh absorbirajo rastline in v vodnih telesih vodni organizmi. V telesu kalcij izpolnjuje različne metabolične funkcije in ko organizmi umrejo, se vrne v fizično okolje, ki ga odteka voda v reke, jezera in oceane.

Skalna tvorba

Okostje živali (notranje in zunanje ali školjke) se odlaga na morsko dno kot del usedlin. Plasti usedlin se prekrijejo in stisnejo v milijonih let, da nastanejo apnenčaste kamnine.

Apnenčaste kamnine. Vir: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pozneje diastrofični procesi (razpoke in premiki zemeljske skorje navzgor) izpostavljajo skale na površje. Na ta način se krog zaključi, ker skale spet vremensko vplivajo (delovanje klimatskih elementov) in so previdne in erodirane.

Stopnje kalcijevega cikla

Stopnje, skozi katere kalcij prehaja v ciklu skladiščenja in kroženja, so določeni v predelkih, v katerih se ti procesi pojavljajo. To so skorja in del zemeljskega plašča (litosfera), vodna telesa (hidrosfera) in živi organizmi.

- Geološka faza

Na geološki stopnji, ki se deli v skorji in plašču, je tam največja količina zaloge kalcija. Kalcij je peti najpogostejši element litosfere, ki predstavlja 3,5% zemeljske skorje.

Ugotovljeno je, da je del kamnin, kot so apnenec, dolomit, lapor in marmor, apnenec in dolomit pa ogromna gorska območja po vsem planetu. Na enak način je del drugih naravnih spojin, kot sta sadra in alabaster (kalcijev sulfat).

V mineralni obliki ga dobimo v obliki kalcijevega karbonata (CaCO3) iz kalcita, dolomita in drugih kristalnih oblik, kot je aragonit.

Apnenec

Je zelo bogata vrsta sedimentne kamnine, ki izvira iz starodavnih morskih ali lakrustinskih nahajališč (jezer), sestavljena iz 99% kalcijevega karbonata. Te kamnine tvorijo vodoravne sloje ali jih deformirajo diastrofična gibanja, njihovo vremensko vplivanje pa povzroča nevtralna do osnovna tla (pH 7 ali več), bogata s kalcijem.

Dolomit

Sestavljen je iz sedimentne kamnine, ki je nastala v plitvih morskih nahajališčih s kemijsko substitucijsko reakcijo. V tem primeru magnezij sodeluje v mineralni konformaciji, tvori dolomit ali kalcijev magnezijev karbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

So sedimentne kamnine, ki jih tvori 1/3 do 2/3 kalcijevega karbonata in preostale gline. Te kamnine preživijo na suhih območjih, saj so zelo dovzetne za vodno erozijo.

Marmor

Če so apnenčaste kamnine podvržene visokim temperaturam in pritiskom v globokih plasteh zemeljske skorje, nastane marmor. To je zelo kompaktna metamorfna kamnina z visoko stopnjo kristalizacije.

- Hidrološka stopnja

Kalcij se v rekah, jezerih in oceanih raztaplja kot kalcijev klorid (ki je v tem mediju najpogostejši ion) in kalcijev karbonat. V oceanih je kalcijev karbonat (CaCO3) stabilen na globinah manj kot 4.500 m.

Kalcij v tem mediju najdemo v živih organizmih in v apnenčastih nahajališčih na morskem dnu. To je globinska meja kompenzacije karbonata, po kateri se CaCO3 raztopi in ne tvori apnenčastih nahajališč.

- Biološka faza

Premik kalcija iz zemlje do korenin. Od ksilema do listov rastline. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Na tej stopnji kalcijev cikel doseže največjo cirkulacijo, saj je ključnega pomena za živa bitja, saj je kot ion Ca2 + del mehanizmov izmenjave celičnih membran. Po drugi strani je bistvena sestavina kosti, zob, jajčnih lupin in školjk.

Kalcijeve lupine v školjkah. Vir: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Na ta način kalcij kroži v biosferi in ko organizmi odmrejo, se vrne v usedline, da sčasoma tvori nove kamnine.

Človek

Izjemen element biološke faze kalcijevega cikla je vloga ljudi pri uporabi tega elementa kot surovine. Ta element se v večjih količinah pridobiva, prevaža in uporablja na različne načine.

V rudnikih z odprtimi jami se apnenec pridobiva, da ga uporabimo kot gradbeni element ali ga zmeljemo in uporabimo kot industrijsko surovino. Školjke so tudi mlete za pripravo gnojil in drugih izdelkov.

Školjke foraminifere in mehkužci

Školjke teh živali so oblikovane iz kalcijevega karbonata, kristaliziranega kot kalcit ali aragonit. Gre za dve mineralni obliki iste sestave (CaCO3), ki pa kristalizirata različno.

Mehkužci tvorijo svoje lupine iz tekoče oblike kalcija, ki jo izločajo specializirane celice. Notranja plast lupine je dakre, oblikovan iz kristalov aragonita, pomešanih s proteinom konhiolin.

Pomen

Kroženje kalcija, ki je njegov značilen cikel, je bistvenega pomena, da ta element postane na voljo živim bitjem. Zahvaljujoč procesom, ki sproščajo kalcij iz kamnin in omogočajo njegovo kroženje, življenje obstaja tako, kot ga poznamo.

- Bistveni element za življenje

Kalcij je ključnega pomena za življenje, saj je hkrati strukturni in presnovni element. Strukturno je temeljni del konformacije notranjih in zunanjih okostij.

Pri koščenih živalih je kalcij glavni sestavni del kosti (notranji okostnjak), tudi zob. V foraminiferi (protetiki) in mehkužcih (polži in školjke) je glavna sestavina za tvorbo zunanjega okostja, torej školjk.

Presnova

Kalcij je transportno sredstvo v celičnih membranah, zato igra pomembno vlogo pri presnovi. V celičnih membranah obstajajo kalcijevi kanali, ki omogočajo pasivni vstop tega elementa v celice.

Kalcijevi kanali. Vir: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Javno delo

To ureja razmerje med koncentracijo kalcija med celico v notranjosti in zunaj nje, aktivira različne presnovne procese. Ti mehanizmi so na primer ključni za delovanje živčnega in mišičnega sistema in zato igrajo pomembno vlogo pri delovanju srca.

- Hrana in zdravje

S človeškega vidika kalcijev cikel omogoča, da je ta element na voljo hrani in zdravju ljudi. Predvsem pa je ključnega pomena pri proizvodnji in pripravi mlečne hrane za otroke.

Podobno se njegovo zaužitje v zdravilne namene uporablja pri zdravljenju bolezni pomanjkanja kalcija, kot je osteoporoza. Ta bolezen, ki oslabi kosti, je še posebej resna pri starejših ljudeh, zlasti pri ženskah.

- Biseri

Ko tujko vdre v ostrige, ga pokrije s sečnico in tako nastane biser. Biseri dosegajo visoke vrednosti na trgu nakita po vsem svetu.

- Industrijska surovina

Apnenec se uporablja industrijsko za različne namene, na primer za izdelavo cementa. Prav tako se ti kamni zaradi lahkega rezbarjenja uporabljajo neposredno kot gradbeni material.

Poleg tega se kalcij uporablja kot deoksidizator in redukcijsko sredstvo v različnih procesih, zlasti v metalurški industriji.

Apnenec

Kot hitro apno, imenovano tudi gradbeno apno, so kalcijevi oksidi, ki se uporabljajo kot vezivo in premaz v gradbeništvu. Na enak način se uporablja pri izdelavi mila, papirja, stekla, gume in pri strojenju usnja.

Prav tako ima različno uporabo v prehrambeni industriji in pri čiščenju vode. Čeprav je apnenčev ali kalcijev hidroksid, ga uporabljamo tudi v industriji in kmetijstvu.

- uravnavanje pH tal

Vsebnost kalcijevih oksidov v tleh vpliva na uravnavanje pH. V kmetijstvu se kislo apno uporablja kot kmetijska sprememba za zmanjšanje kislosti tal in tudi kot gnojilo.

- apnenčaste vode ali trde vode

Ko voda kroži v okoljih, bogatih s kalcijem in magnezijem, raztaplja soli teh elementov in je znana kot apnenčasta ali trda voda. Meja kakovosti vode je 120 mg CaCO3 / liter, nad katero je voda trda.

Voda z visoko vsebnostjo kalcija lahko povzroči zdravstvene težave, zlasti povezane s srčno-žilnim sistemom. Poleg tega trda voda povzroča apnenčaste usedline v ceveh, ki ovirajo kroženje.

- apnenčaste jame in vodonosniki

V apnenčastih kamninah hidrična erozija pogosto tvori podzemne jamske sisteme z zanimivimi notranjimi konfiguracijami. Med njimi izstopa tvorba stalaktitov in stalagmitov zaradi usedlin kalcijevega karbonata iz puščanja na strehah teh jam.

Ti apnenčasti sistemi zaradi svoje poroznosti opravljajo tudi funkcijo filtriranja podzemne vode in tvorijo vodonosnike.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije in upravljanja z okoljem.
2. Christopher R. in Fielding, CR (1993). Pregled nedavnih raziskav fluvialne sedimentologije. Sedimentna geologija.
3. Margalef, R. (1974). Ekologija. Izdaje Omega.
4. Miller, G. in TYLER, JR (1992). Ekologija in okolje. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP in Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peta izdaja. Thomson.