KALSIUMSYKLI: OMINAISUUDET, VAIHEET JA MERKITYS - KEMIA - 2026

Kalsium sykli on liikkeessä ja varastointi maan päällä tämän elementin, joka käsittää eläviä olentoja, maankuoren ja hydrosfäärin. Se on sedimenttinen biogeokemiallinen sykli, jossa kalsium kiertää maa-alkalipehmeänä metallina, josta puuttuu kaasumainen vaihe.

Kalsiumin suuremman kiertovaiheen vaihe on biologinen, koska elävät olennot kuluttavat sitä ja käyttävät sitä niiden rakenteissa ja aineenvaihdunnassa. Kun elävät olennot ovat kuolleet, kalsium integroituu uudelleen fyysiseen ympäristöön osana maaperää ja merenpohjaa.

Kalsiumia. Lähde: Pumbaa (alkuperäinen teos Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Erityisesti merenpohjassa ja suurissa järvissä on runsaasti kuoria ja luita. Nämä rakenteet sekoittuvat sedimenttien kanssa ja peittävät peräkkäiset kerrokset miljoonien vuosien ajan.

Alemmat sedimenttikerrokset altistetaan suurille paineille, jolloin muodostuu sedimenttikiviä, jotka sitten altistetaan pinnalle maanpäällisten geologisten prosessien takia. Altistuneet kivet altistuvat säälle ja eroosioille, vapauttaen kalsiumia, joka on integroitunut maaperään tai pestään pois.

Maaperässä se imeytyy pääasiassa kasvien juuriin ja mereen kasviplanktoni ja muut organismit. Kalsiumia käytetään erilaisiin rakenteellisiin ja metabolisiin tarkoituksiin, esimerkiksi kuorien valmistukseen.

Kalsiumsykli on tärkeä, koska se mahdollistaa tämän alkuaineen saatavuuden eri vaiheissa, suorittaen erilaisia ​​toimintoja. Siksi, koska se on osa elävien organismien rakennetta, osallistuu maanpäällisen muodostumisen muodostumiseen, säätelee maaperän ja vesien pH: ta ja toimii raaka-aineena ihmisten teollisuudelle.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

- Kalsium

Kalsium (Ca) on maa-alkalipehmeä metalli, jonka atominumero on 20 ja atomimassa 40,078, jonka normaalitila on kiinteä. Muodostaa oksideja, jotka toimivat vahvoina emäksinä, reagoidessaan kiivaasti joutuessaan kosketuksiin happojen kanssa.

- Syklisi

Kalsium täyttää sedimenttityyppisen biogeokemiallisen syklin, koska siitä puuttuu kaasufaasi ja suurimmat varastot ovat litosfäärissä. Se liittyy läheisesti hiili-, vesi- ja fosforisykleihin.

Kallion eroosio

Jakso kehittyy kalkkipitoisten kivien sään ja eroosion seurauksena, jotka vapauttavat maaperään kertyvän kalsiumin. Samoin se voidaan pestä pois liuotettuna valumaveteen jokiin, järviin ja valtameriin.

Sadeveden ollessa kosketuksissa ilmakehän hiilidioksidin kanssa se muodostaa H2CO3: n, joka liuottaa kalkkikiveä, vapauttaen Ca2 +: ta ja HCO3-. Toisaalta sadeveden kuljettama CO2 muuttaa liukenemattoman karbonaatin liukoiseksi bikarbonaatiksi.

Elävien olentojen imeytyminen ja käyttö

Maaperän kalsium (Ca2 +) imeytyy kasvien ja vesistöissä vesieliöiden toimesta. Kehossa kalsium suorittaa erilaisia ​​aineenvaihduntatoimintoja ja kun organismit kuolevat, se palaa fyysiseen ympäristöön, valumaveden kuljettama jokiin, järviin ja valtameriin.

Kivimuodostelma

Eläinten luurangot (sisäiset ja ulkoiset tai kuoret) lasketaan merenpohjaan osana sedimenttejä. Sedimenttikerrokset peitetään ja tiivistetään miljoonien vuosien ajan kalkkipitoisten kivien muodostamiseksi.

Kalkkipitoiset kivet. Lähde: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Myöhemmät diastrofiset prosessit (halkeamat ja maankuoren ylöspäin suuntautuvat liikkeet) paljastavat kivet pinnalle. Tällä tavalla sykli suljetaan, koska kivet ovat taas sää (ilmastoelementtien vaikutus) ja ovat sääolosuhteita ja rappeutuneita.

Kalsiumsyklin vaiheet

Vaiheet, jotka kalsium menee läpi varastointi- ja kiertokierrossa, annetaan osastoissa, joissa nämä prosessit tapahtuvat. Nämä ovat kuori ja osa maan vaipasta (litosfääri), vesistöistä (hydrosfääri) ja elävistä organismeista.

- Geologinen vaihe

Geologisessa vaiheessa, jakautuen kuoreen ja vaippaan, siellä löytyy suurin määrä kalsiumia. Kalsium on litosfäärin viidenneksi runsain alkuaine, joka muodostaa 3,5% maankuoresta.

Sitä todetaan olevan osa kiviä, kuten kalkkikivi, dolomiitti, marmori ja marmori, kun taas kalkkikivi ja dolomiitti muodostavat valtavia vuoristoja koko planeetalla. Samalla tavalla se on osa muita luonnollisia yhdisteitä, kuten kipsi ja alabasteri (kalsiumsulfaatti).

Mineraalimuodossa sitä saadaan kalsiumkarbonaattina (CaCO3) kalsiitista, dolomiitista ja muista kiteisistä muodoista, kuten aragoniitista.

Kalkkikivi

Se on erittäin runsas sedimenttikivityyppi, joka on peräisin muinaisista meren tai lacustrine-esiintymistä (järvistä), ja se koostuu 99% kalsiumkarbonaatista. Nämä kivet muodostavat vaakasuuntaiset kerrokset tai vääristyneet diastrofisten liikkeiden avulla, ja niiden säänkestävyys johtaa neutraaliin emäksiseen maaperään (pH 7 tai korkeampi), runsaasti kalsiumia.

dolomiitti

Se koostuu sedimenttikivistä, joka on muodostettu mataliin merenpohjoihin kemiallisen substituutioreaktion avulla. Tässä tapauksessa magnesium osallistuu mineraalien konformaatioon muodostaen dolomiittia tai kalsium-magnesiumkarbonaattia (CaMg (CO3) 2).

Margas

Ne ovat sedimenttikiviä, jotka muodostuvat 1/3 - 2/3 kalsiumkarbonaatista ja loput savista. Nämä kivet selviävät kuivilla alueilla, koska ne ovat erittäin alttiita veden eroosiolle.

Marmori

Jos kalkkikivikivet altistetaan korkeille lämpötiloille ja paineille maankuoren syvissä kerroksissa, muodostuu marmoria. Tämä on erittäin kompakti metamorfinen kivi, jolla on korkea kiteytymisaste.

- Hydrologinen vaihe

Kalsium liukenee jokiin, järviin ja valtameriin kalsiumkloridina (joka on tämän väliaineen runsain ioni) ja kalsiumkarbonaattina. Valtamereissä kalsiumkarbonaatti (CaCO3) on vakaa alle 4500 metrin syvyyksissä.

Tässä väliaineessa olevaa kalsiumia esiintyy elävissä organismeissa ja merenpohjan kalkkikiven talletuksissa. Tämä on karbonaattikompensaation syvyysraja, jonka jälkeen CaCO3 liukenee eikä muodosta kalkkikiven saostumia.

- Biologinen vaihe

Kalsiumin siirtyminen maaperästä juuriin. Ksylemistä kasvin lehtiin. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Tässä vaiheessa kalsiumsykli saavuttaa suurimman kiertonsa, ja se on elintärkeä eläville olennoille, koska Ca2 + -ionina se on osa solukalvojen vaihtomekanismeja. Toisaalta se on luiden, hampaiden, munankuorien ja kuorien olennainen osa.

Simpukoiden kalsiumkuoret. Lähde:

Tällä tavoin kalsium kiertää biosfäärissä ja kun organismit kuolevat, se palaa sedimentteihin muodostaen ajan myötä uusia kiviä.

Ihminen

Kalsiumkierron biologisen vaiheen erinomainen elementti on ihmisten rooli tämän elementin käyttämisessä raaka-aineeksi. Tämä elementti uutetaan, kuljetetaan ja käytetään suuria määriä eri tavoin.

Avoimissa kaivoksissa louhitaan kalkkikiviä sen käyttämiseksi rakennuselementtinä tai jauhaamaan ja käyttämään teollisena raaka-aineena. Kuoret jauhetaan myös lannoitteiden ja muiden tuotteiden valmistamiseksi.

Foraminiferan ja nilviäisten kuoret

Näiden eläinten kuoret on muodostettu kalsiumkarbonaatista, kiteytetty kalsiitiksi tai aragoniitiksi. Nämä ovat kaksi saman koostumuksen mineraalimuotoa (CaCO3), mutta kiteytyvät eri tavalla.

Nilviäiset muodostavat kuorensa nestemäisestä muodosta kalsiumia, jonka erittävät solut erittävät. Kuoren sisin kerros on helmi, joka on muodostettu aragonitekiteistä sekoitettuna konsoliiniproteiiniin.

Merkitys

Kalsiumin kierto, joka muodostaa sen luonteenomaisen syklin, on välttämätöntä, jotta tämä alkuaine saataisiin eläville olennoille. Prosessien ansiosta, jotka vapauttavat kalsiumin kivistä ja saavat sen kiertämään, elämä on olemassa sellaisena kuin me sen tunnemme.

- Olennainen osa elämää

Kalsium on välttämätöntä elämälle, koska se on sekä rakenteellinen että metabolinen elementti. Rakenteellisesti se on olennainen osa sekä sisäisten että ulkoisten luurankojen muodostumista.

Luullisissa eläimissä kalsium on luiden, myös hampaiden, pääosa (sisäinen luuranko). Foraminiferassa (protistit) ja nilviäisissä (etanat ja simpukat) se on tärkein aineosa ulkoisen luurankon, ts. Kuorien, muodostumisessa.

aineenvaihdunta

Kalsium on kuljetusaine solumembraaneissa, joten sillä on tärkeä rooli aineenvaihdunnassa. Solukalvoissa on kalsiumkanavia, jotka sallivat tämän elementin passiivisen pääsyn soluihin.

Kalsiumkanavat. Lähde: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Julkinen

Tämä säätelee kalsiumpitoisuuksien suhdetta solun sisä- ja ulkopuolella, aktivoiden erilaisia ​​metabolisia prosesseja. Nämä mekanismit ovat esimerkiksi välttämättömiä hermoston ja lihaksen toiminnan kannalta, ja siksi niillä on merkityksellinen merkitys sydämen toiminnassa.

- Ruoka ja terveys

Ihmisen kannalta kalsiumsykli mahdollistaa tämän alkuaineen saatavuuden ruoan ja ihmisten terveyden kannalta. Ennen kaikkea se on välttämätöntä lasten maitotuotteiden valmistuksessa ja valmistuksessa.

Samoin sen nauttimista lääketieteellisiin tarkoituksiin käytetään kalsiumvajetaudien, kuten osteoporoosin, hoidossa. Tämä luuta heikentävä sairaus on erityisen vakava vanhemmilla ihmisillä, etenkin naisilla.

- Helmet

Kun vieras elin tunkeutuu osteriin, se peittää sen helmillä ja siten muodostuu helmi. Helmet saavuttavat korkeat arvot korumarkkinoilla ympäri maailmaa.

- Teollinen raaka-aine

Kalkkikiveä käytetään teollisesti erilaisiin tarkoituksiin, esimerkiksi sementin valmistukseen. Myös näitä kiviä käytetään suoraan rakennusmateriaalina helpon veistämisen vuoksi.

Lisäksi kalsiumia käytetään hapettimena ja pelkistysaineena erilaisissa prosesseissa, erityisesti metallurgisessa teollisuudessa.

Lime

Polttokalkkina, jota kutsutaan myös rakennuskalkiksi, ne ovat kalsiumoksideja, joita käytetään sideaineena ja pinnoitteena rakennuksessa. Samalla tavalla sitä käytetään saippuan, paperin, lasin, kumin valmistuksessa ja nahan parkitsemisessa.

Samoin sillä on erilaisia ​​käyttötapoja elintarviketeollisuudessa ja vedenkäsittelyssä. Vaikka se on hiottu kalkkina tai kalsiumhydroksidina, sitä käytetään myös teollisuudessa ja maataloudessa.

- Maaperän pH-asetus

Maaperän kalsiumoksidipitoisuus vaikuttaa pH: n säätelyyn. Maataloudessa sammutettua kalkkia käytetään maatalouden muutoksena maaperän happamuuden vähentämiseksi ja myös lannoitteena.

- Kalkkipitoinen tai kova vesi

Kun vesi kiertää ympäristöissä, joissa on runsaasti kalsiumia ja magnesiumia, se liuottaa näiden alkuaineiden suoloja ja tunnetaan kalkkipitoisena tai kovana vedena. Veden laaturaja on 120 mg CaCO3 / litra, jonka yläpuolella veden katsotaan olevan kovaa.

Korkean kalsiumpitoisuuden omaava vesi voi aiheuttaa terveysongelmia, jotka liittyvät erityisesti sydän- ja verisuonijärjestelmään. Lisäksi kova vesi tuottaa putkissa kalkkimateriaaleja, jotka estävät kiertoa.

- Kalkkipitoiset luolat ja pohjavedet

Kalkkipitoisissa kiveissä vesieroosio muodostaa usein maanalaisia ​​luolajärjestelmiä, joilla on mielenkiintoiset sisäiset kokoonpanot. Näiden joukossa esiintyy stalaktiittien ja stalagmiittien muodostumista näiden luolien kattojen vuotojen kalsiumkarbonaattisaostumien vuoksi.

Nämä kalkkipitoiset järjestelmät suorittavat myös pohjaveden suodatustoiminnon huokoisuutensa vuoksi muodostaen pohjaveden.

Viitteet

1. Calow, P. (toim.) (1998). Ekologian ja ympäristöjohtamisen tietosanakirja.
2. Christopher R. ja Fielding, CR (1993). Katsaus viimeaikaiseen fluvial sedimentologian tutkimukseen. Sedimenttigeologia.
3. Margalef, R. (1974). Ekologia. Omega-lehdet.
4. Miller, G. ja TYLER, JR (1992). Ekologia ja ympäristö. Grupo Toimituksellinen Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP ja Warrett, GW (2006). Ekologian perusteet. Viides painos. Thomson.