KALCIJEV CIKLUS: KARAKTERISTIKE, FAZE I VAŽNOST - KEMIJA - 2026

Kalcij ciklus je cirkulacija i skladištenje na Zemlji ovog elementa, koji obuhvaća živa bića, litosfere i hidrosfere. To je sedimentni biogeokemijski ciklus u kojem kalcij cirkulira kao meko metal zemno alkalijske zemlje, a nedostaje mu plinovita faza.

Stadij veće cirkulacije kalcija je biološki, jer ga konzumiraju živa bića i koriste ga u njihovim strukturama i metabolizmu. Jednom kada su živa bića mrtva, kalcij se ponovo integrira u fizičko okruženje kao dio tla i morskog dna.

Kalcij. Izvor: Pumbaa (izvorni rad Grega Robson-a) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Na morskom dnu i u velikim jezerima nalaze se velika ležišta školjki i kostiju. Ove se građevine miješaju sa sedimentima i prekrivaju ih uzastopni slojevi tijekom milijuna godina.

Donji slojevi sedimenata izloženi su visokim pritiscima koji tvore sedimentne stijene koje su tada izložene površini zbog zemaljskih geoloških procesa. Izložene stijene izložene su vremenskim utjecajima i eroziji, oslobađajući kalcij koji je integriran u tlo ili se ispira.

U tlu ga apsorbiraju uglavnom korijen biljaka, a u moru fitoplankton i drugi organizmi. Kalcij se koristi u različite strukturne i metaboličke svrhe, na primjer, za izradu školjki.

Ciklus kalcija važan je jer omogućava da ovaj element bude dostupan u različitim fazama, izvršavajući različite funkcije. Dakle, sudjelujući u strukturi živih organizama, sudjeluje u formiranju kopnenog reljefa, regulira pH tla i voda te služi kao sirovina za ljudsku industriju.

Opće karakteristike

- Kalcij

Kalcij (Ca) je zemnoalkalni mekani metal s atomskim brojem 20 i atomskom masom 40.078, koje je obično stanje čvrsto. Tvori okside koji djeluju kao jake baze i burno reagiraju kada su u kontaktu s kiselinama.

- Vaš ciklus

Kalcij ispunjava biogeokemijski ciklus sedimentnog tipa, jer mu nedostaje plinska faza, a najveće rezerve su u litosferi. Usko je povezan s ciklusima ugljika, vode i fosfora.

Erozija stijena

Ciklus se razvija iz vremenskih prilika i erozije vapnenih stijena koje oslobađaju kalcij koji se taloži u tlu. Isto tako, može se isprati otopljenim u otjecanju vode u rijeke, jezera i oceane.

Kad kišnica dođe u kontakt s atmosferskim CO2, formira H2CO3 koji rastvara vapnenačku stijenu, oslobađajući Ca2 + i HCO3-. S druge strane, CO2 koji prenosi kišnica pretvara netopljivi karbonat u topljivi bikarbonat.

Apsorpcija i uporaba živih bića

Kalcij (Ca2 +) u tlu apsorbiraju biljke, a u vodnim tijelima vodeni organizmi. U tijelu, kalcij ispunjava različite metaboličke funkcije i kada organizmi umiru, on se vraća u fizičko okruženje, nošen odljevom vode u rijeke, jezera i oceane.

Stijena

Kosti životinja (unutarnji i vanjski ili školjke) taloženi su na morskom dnu kao dio sedimenata. Slojevi sedimenata prekriveni su i zbijeni tijekom milijuna godina u obliku vapnenačkih stijena.

Vapnenaste stijene. Izvor: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kasniji dijastrofični procesi (pukotine i kretanja zemljine kore prema gore) izlažu stijene na površinu. Na ovaj se način ciklus zatvara, jer stijene ponovo propuštaju vremenske uvjete (djelovanje klimatskih elemenata) i troše se i erodiraju.

Faze ciklusa kalcija

Faze kroz koje kalcij prolazi u svom ciklusu skladištenja i cirkulacije dati su u odjeljcima u kojima se ti procesi odvijaju. To su kora i dio zemljinog plašta (litosfere), vodena tijela (hidrosfera) i živi organizmi.

- Geološka faza

U geološkom stadiju, koji se dijeli u kore i plaštu, nalazi se tamo najveća količina skladištenja kalcija. Kalcij je peti najzastupljeniji element u litosferi, koji čini 3,5% zemljine kore.

Pronađen je u sastavu stijena kao što su vapnenac, dolomit, lapor i mramor, dok vapnenac i dolomit čine ogromne planinske nizove širom planete. Na isti je način dio drugih prirodnih spojeva poput gipsa i alabastera (kalcijev sulfat).

U mineralnom obliku dobiva se kao kalcijev karbonat (CaCO3) iz kalcita, dolomita i drugih kristalnih oblika poput aragonita.

Vapnenac

Riječ je o vrlo obilnoj vrsti sedimentne stijene koja potječe iz drevnih morskih ili lakrustinskih naslaga (jezera), sastavljenih od 99% kalcijevog karbonata. Ove stijene tvore vodoravne slojeve ili su deformirane dijastrofičnim pokretima, a njihovo vremensko vrijeme provodi neutralna do osnovna tla (pH 7 ili više) bogata kalcijem.

Dolomit

Sastoji se od sedimentne stijene formirane u plitkim morskim naslagama reakcijom kemijske supstitucije. U ovom slučaju, magnezij sudjeluje u mineralnoj konformaciji, tvoreći dolomit ili kalcijev magnezijev karbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

To su sedimentne stijene formirane od 1/3 do 2/3 kalcijevog karbonata i ostatka gline. Ove stijene opstaju u suhim područjima, budući da su vrlo osjetljive na vodenu eroziju.

Mramor

Ako su vapnenačke stijene izložene visokim temperaturama i pritiscima u dubokim slojevima zemljine kore, nastaje mramor. Ovo je vrlo kompaktna metamorfna stijena visokog stupnja kristalizacije.

- Hidrološki stadij

Kalcij se otapa u rijekama, jezerima i oceanima kao kalcijev klorid (koji je ion koji je najzastupljeniji u ovom mediju) i kalcijev karbonat. U oceanima je kalcijev karbonat (CaCO3) stabilan na dubinama manjim od 4.500 m.

Kalcij u ovom mediju nalazi se u živim organizmima i u vapnenačkim naslagama na morskom dnu. Ovo je granica dubine kompenzacije karbonata nakon koje se CaCO3 rastvara i ne stvara naslage vapnenca.

- Biološka faza

Kretanje kalcija iz tla do korijena. Od ksilema do lišća biljke. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

U ovoj fazi, kalcijev ciklus dostiže svoju najveću cirkulaciju, od vitalnog je značaja za živa bića, jer je kao ion Ca2 + dio mehanizama izmjene staničnih membrana. S druge strane, ona je bitan sastojak kostiju, zuba, jajeta i školjki.

Kalcijeve školjke u školjkama. Izvor:

Na taj način kalcij cirkulira u biosferi i kada organizmi umiru, on se vraća u sedimente kako bi s vremenom formirao nove stijene.

Ljudsko biće

Izvanredan element biološke faze ciklusa kalcija je uloga ljudi u korištenju ovog elementa kao sirovine. Ovaj se element izvlači, transportira i koristi u velikim količinama na različite načine.

U rudnicima otvorenih jama vapnenac se vadi kako bi se koristio kao građevinski element ili ga mljeo i koristio kao industrijska sirovina. Školjke su također mljevene za pripremu gnojiva i drugih proizvoda.

Školjke foraminifera i mekušaca

Školjke ovih životinja nastaju iz kalcijevog karbonata, kristaliziranog kao kalcit ili aragonit. To su dva mineralna oblika istog sastava (CaCO3), ali se kristaliziraju različito.

Mekušaci formiraju svoje školjke iz tekućeg oblika kalcija koji se izlučuju specijalizirane stanice. Unutarnji sloj školjke je dakre nastao od kristala aragonita pomiješanih s proteinom konhiolina.

Važnost

Kruženje kalcija, koji je njegov karakteristični ciklus, je neophodno da bi se ovaj element učinio dostupnim živim bićima. Zahvaljujući procesima koji oslobađaju kalcij iz stijena i čine ga da cirkulira, život postoji onakav kakav znamo.

- Bitan element za život

Kalcij je bitan za život, jer je istovremeno strukturni i metabolički element. Strukturno je temeljni dio u oblikovanju unutarnjih i vanjskih kostura.

Kod koščatih životinja kalcij je glavna komponenta kostiju (unutarnji kostur), također i zuba. U foraminiferi (protetičari) i mekušcima (puževi i školjke) glavni je sastojak za formiranje vanjskog kostura, tj. Školjki.

Metabolizam

Kalcij je transportno sredstvo u staničnim membranama, pa igra važnu ulogu u metabolizmu. U staničnim membranama postoje kalcijevi kanali koji omogućuju pasivan ulazak ovog elementa u stanice.

Kalcijevi kanali. Izvor: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Javno vlasništvo

Na taj se način regulira odnos koncentracije kalcija između unutar i izvan stanice, aktivirajući različite metaboličke procese. Na primjer, ovi mehanizmi su važni za funkcioniranje živčanog i mišićnog sustava te stoga igraju važnu ulogu u radu srca.

- Hrana i zdravlje

S ljudskog stajališta, kalcijev ciklus omogućuje da se ovaj element učini dostupnim za hranu i zdravlje ljudi. Prije svega, to je neophodno u proizvodnji i pripremi mliječne hrane za djecu.

Slično, njegovo uzimanje u ljekovite svrhe koristi se u liječenju bolesti nedostatka kalcija poput osteoporoze. Ova bolest slabljenja kostiju osobito je ozbiljna kod starijih ljudi, posebno kod žena.

- Biseri

Kad strano tijelo napadne ostrige, prekriva ga matičnjakom i tako nastaje biser. Biseri dostižu visoke vrijednosti na tržištu nakita širom svijeta.

- Industrijska sirovina

Vapnenac se industrijski koristi u razne svrhe, na primjer, za proizvodnju cementa. Također se ovo kamenje upotrebljava izravno kao građevinski materijal, zbog jednostavnog rezbarenja.

Nadalje, kalcij se koristi kao deoksidizator i redukcijsko sredstvo u različitim procesima, posebno u metalurškoj industriji.

Vapno

Kao vapno, koje se naziva i vapno za gradnju, oni su kalcijevi oksidi koji se koriste kao vezivo i obloga u građevinarstvu. Na isti se način upotrebljava u proizvodnji sapuna, papira, stakla, gume i kožom kože.

Isto tako, ono ima razne svrhe u prehrambenoj industriji i u obradi vode. Iako se kao slana kreča ili kalcijev hidroksid koristi se i u industriji i poljoprivredi.

- Regulacija pH tla

Sadržaj kalcijevih oksida u tlu utječe na regulaciju pH vrijednosti. U poljoprivredi se vapno koristi kao poljoprivredni amandman za smanjenje kiselosti tla, a također i kao gnojivo.

- vapnena ili tvrda voda

Kada voda cirkulira u okolinama bogatim kalcijem i magnezijem, ona otapa soli tih elemenata i poznata je kao karbonatna ili tvrda voda. Ograničenje kvalitete vode je 120 mg CaCO3 / litra, iznad čega se voda smatra tvrdom.

Voda s visokim udjelom kalcija može uzrokovati zdravstvene probleme, posebno povezane s kardiovaskularnim sustavom. Osim toga, tvrda voda stvara vapnene naslage u cijevima koje ometaju cirkulaciju.

- Vapnene pećine i vodonosnici

U karbonatnim stijenama hidrična erozija često tvori podzemne špiljske sustave s zanimljivim unutarnjim konfiguracijama. Među njima se ističe stvaranje stalaktita i stalagmita zbog naslaga kalcijevog karbonata iz curenja na krovovima ovih špilja.

Ovi karbonski sustavi također obavljaju funkciju filtriranja podzemnih voda zbog svoje poroznosti, formirajući vodonosnike.

Reference

1. Calow, P. (ur.) (1998). Enciklopedija ekologije i upravljanja okolišem.
2. Christopher R. i Fielding, CR (1993). Pregled nedavnih istraživanja fluvijalne sedimentologije. Sedimentarna geologija.
3. Margalef, R. (1974). Ekologija. Omega izdanja.
4. Miller, G. i TYLER, JR (1992). Ekologija i okoliš. Grupo Uredništvo Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP i Warrett, GW (2006). Osnove ekologije. Peto izdanje. Thomson.