دورة الأكسجين

تشير دورة الأكسجين إلى حركات الأكسجين المختلفة عبر الغلاف الجوي للأرض ( الهواء ) ، والغلاف الحيوي ( النباتات والحيوانات )، والغلاف المائي ( المسطحات المائية والأنهار الجليدية )، والغلاف الصخري ( قشرة الأرض ). توضح دورة الأكسجين كيفية توفر الأكسجين الحر في كل منطقة من هذه المناطق، وكيفية استخدامه. وهي الدورة البيوجيوكيميائية لذرات الأكسجين بين حالات الأكسدة المختلفة في الأيونات والأكاسيد والجزيئات من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال داخل وبين أغلفة/مستودعات كوكب الأرض. ^{[ 1 ]} يشير مصطلح الأكسجين في الأدبيات عادةً إلى أكثر أشكال الأكسجين شيوعًا، وهو الأكسجين العنصري/ثنائي الذرة (O2 ₎ ، لأنه ناتج أو متفاعل شائع في العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال البيوجيوكيميائية ضمن الدورة. ^{[ 2 ]} تُصنف العمليات ضمن دورة الأكسجين إلى بيولوجية وجيولوجية ، ويتم تقييمها إما كمصدر (إنتاج O2 ₎ أو كمستهلك ( استهلاك _O2 ). ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يُعدّ الأكسجين أحد أكثر العناصر شيوعًا على سطح الأرض، ويُمثّل جزءًا كبيرًا من كل خزان رئيسي. ويُعتبر أكبر خزان للأكسجين على الأرض موجودًا في معادن السيليكات والأكاسيد في القشرة الأرضية والوشاح ( 99.5 % من الوزن). ^{[ 6 ]} ولا يُمثّل الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الحيوي مجتمعةً سوى أقل من 0.05% من إجمالي كتلة الأكسجين على سطح الأرض. وإلى جانب الأكسجين (O₂)، توجد ذرات أكسجين إضافية بأشكال مختلفة منتشرة في جميع أنحاء الخزانات السطحية في جزيئات الكتلة الحيوية، والماء (H₂O)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) _، وحمض النيتريك ( HNO₃ ) ، _{وأكاسيد} النيتروجين ( NO) ، وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂ )، _وأول أكسيد الكربون (CO ) ، وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، والأوزون (O₃)، وثاني _{أكسيد الكبريت} ( _SO₂ ) ، وحمض _{الكبريتيك (} H₂SO₄ ) ، وأكسيد المغنيسيوم ( _MgO ) _، وأكسيد الكالسيوم ₍ CaO ) ، وأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃ ) _{، وثاني} أكسيد _{السيليكون (} SiO₂ ) ، والفوسفات ( PO₄³⁻ ) . ^{[ 7 ]}

على الرغم من وجود العديد من المصادر والمصارف غير الحيوية _{للأكسجين} ، يُعزى وجود تركيز عالٍ من الأكسجين الحر في الغلاف الجوي والمحيطات الحديثة للأرض إلى إنتاج _{الأكسجين} في عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني، بالإضافة إلى مصرف حيوي يُعرف بالمضخة الحيوية، وعملية جيولوجية لدفن الكربون تشمل حركة الصفائح التكتونية . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 7 ]} تُعدّ العمليات البيولوجية المحرك الرئيسي لتدفق _{الأكسجين} على الأرض الحديثة، ويُعتقد أن تطور عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني بواسطة البكتيريا ، والذي يُناقش كجزء من حدث الأكسجة العظيم ، مسؤول بشكل مباشر عن الظروف التي سمحت بتطور ووجود جميع عمليات الأيض المعقدة في حقيقيات النوى . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

تُقدّم الجداول التالية تقديراتٍ لسعات وتدفقات خزانات دورة الأكسجين. وتستند هذه الأرقام بشكلٍ أساسي إلى تقديراتٍ من (ووكر، JCG): ^{[ 10 ]} وتشير أبحاثٌ أحدث إلى أن الحياة البحرية ( الإنتاج الأولي البحري ) مسؤولةٌ في الواقع عن أكثر من نصف إجمالي إنتاج الأكسجين على الأرض. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

أدى وجود الأكسجين في الغلاف الجوي إلى تكوين الأوزون (O3 ₎ وطبقة الأوزون داخل الستراتوسفير :

${\displaystyle \mathrm {O_{2}+uv~light\longrightarrow 2~O} \qquad (\lambda \lesssim 200~{\text{nm}})}$

${\displaystyle \mathrm {O+O_{2}\longrightarrow O_{3}} }$

تُعد طبقة الأوزون بالغة الأهمية للحياة العصرية لأنها تمتص الأشعة فوق البنفسجية الضارة:

${\displaystyle \mathrm {O_{3}+uv~light\longrightarrow O_{2}+O} \qquad (\lambda \lesssim 300~{\text{nm}})}$

• دورة الكربون
• دورة النيتروجين
• دورة الهيدروجين
• الأكسجين المظلم