Ciclo del oxigeno

El ciclo del oxígeno se refiere al movimiento del oxígeno a través de la atmósfera (aire), la biosfera (plantas y animales) y la litosfera (la corteza terrestre). El ciclo del oxígeno demuestra cómo se obtiene oxígeno libre en cada una de estas regiones, así como cómo se utiliza. El ciclo del oxígeno es el ciclo biogeoquímico de los átomos de oxígeno entre diferentes estados de oxidación en iones, óxidos y moléculas a través de reacciones redox dentro y entre las esferas/depósitos del planeta Tierra. La palabra oxígeno en la literatura generalmente se refiere al alótropo de oxígeno más común, el oxígeno elemental/diatómico (O₂), ya que es un producto o reactivo común de muchas reacciones redox biogeoquímicas dentro del ciclo. Los procesos dentro del ciclo del oxígeno se consideran biológicos o geológicos y se evalúan como fuente (producción de O₂) o sumidero (consumo de O₂).

El oxígeno es uno de los elementos más comunes en la Tierra y representa una gran parte de cada reservorio principal. Con diferencia, la mayor reserva de oxígeno de la Tierra se encuentra en los minerales de silicato y óxido de la corteza y el manto (99,5% en peso). La atmósfera, la hidrosfera y la biosfera de la Tierra juntas contienen menos del 0,05% de la masa total de oxígeno de la Tierra. Además del O₂, otros átomos de oxígeno están presentes en diversas formas repartidos por los reservorios superficiales en las moléculas de biomasa, H2O, CO2, HNO3, NO, NO2, CO, H2O2, O3, SO2, H2SO4, MgO, CaO, Al2O3, SiO2 y PO4.

Ambiente

La atmósfera tiene un 21% de oxígeno en volumen, lo que equivale a un total de aproximadamente 34 × 1018 moles de oxígeno. Otras moléculas que contienen oxígeno en la atmósfera incluyen el ozono (O₃), el dióxido de carbono (CO₂), el vapor de agua (H₂O), y óxidos de azufre y nitrógeno (SO2, NO, N2O, etc.).

Biosfera

La biosfera tiene un 22% de oxígeno en volumen, presente principalmente como componente de moléculas orgánicas (C_xH_xN_xO< sub>x) y agua.

Hidrosfera

La hidrosfera tiene un 33 % de oxígeno en volumen, presente principalmente como componente de las moléculas de agua, y las moléculas disueltas incluyen oxígeno libre y ácidos carbólicos (H_xCO₃).

Litosfera

La litosfera tiene un 46,6% de oxígeno en volumen, presente principalmente como minerales de sílice (SiO₂) y otros minerales de óxido.

Fuentes y sumideros

Si bien existen muchas fuentes y sumideros abióticos de O₂, la presencia de una profusa concentración de oxígeno libre en la atmósfera y el océano de la Tierra moderna se atribuye al O_{2< /sub> producción a partir del proceso biológico de la fotosíntesis oxigénica junto con un sumidero biológico conocido como bomba biológica y un proceso geológico de entierro de carbono que involucra la tectónica de placas. La biología es el principal impulsor del flujo de O2 en la Tierra moderna, y se cree que la evolución de la fotosíntesis oxigenada por bacterias, que se analiza como parte del Gran Evento de Oxigenación, es directamente responsable de las condiciones que permiten el desarrollo y existencia de todo metabolismo eucariótico complejo.}

Producción biológica

La principal fuente de oxígeno libre atmosférico es la fotosíntesis, que produce azúcares y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y el agua:

${displaystyle mathrm {6f}+6H_{2}O+energylongrightarrow C_{6}H_{12}O_{6}+6 O...$

Los organismos fotosintetizadores incluyen la vida vegetal de las áreas terrestres, así como el fitoplancton de los océanos. La diminuta cianobacteria marina Proclorococo fue descubierta en 1986 y representa hasta la mitad de la fotosíntesis de los océanos abiertos.

Producción abiótica

Una fuente adicional de oxígeno libre atmosférico proviene de la fotólisis, mediante la cual la radiación ultravioleta de alta energía descompone el agua atmosférica y el óxido nitroso en átomos componentes. Los átomos libres de hidrógeno y nitrógeno escapan al espacio, dejando O₂ en la atmósfera:

${displaystyle mathrm {2 H_{2}O+energylongarrow 4 H+O_{2}$

${displaystyle mathrm {2 N_{2}O+energylongarrow 4 N+O_{2}$

Consumo biológico

La principal forma en que se pierde oxígeno libre de la atmósfera es a través de la respiración y la descomposición, mecanismos mediante los cuales la vida animal y las bacterias consumen oxígeno y liberan dióxido de carbono.

Capacidades y flujos

Las siguientes tablas ofrecen estimaciones de las capacidades y flujos de los reservorios del ciclo de oxígeno. Estas cifras se basan principalmente en estimaciones de (Walker, J. C. G.): Investigaciones más recientes indican que la vida oceánica (producción primaria marina) es en realidad responsable de más de la mitad de la producción total de oxígeno en la Tierra.

Tabla 2: Ganancia y pérdida anual de oxígeno atmosférico (Unidades de 10¹⁰ kg O₂ por año)

Ozono

La presencia de oxígeno atmosférico ha provocado la formación de ozono (O₃) y de la capa de ozono dentro de la estratosfera:

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

${displaystyle mathrm {O+O_{2}longrightarrow O...$

O + O₂:- O₃

La capa de ozono es extremadamente importante para la vida moderna ya que absorbe la dañina radiación ultravioleta:

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