KALCIUM CYKLUS: CHARAKTERISTIKA, FÁZE A VÝZNAM - CHEMIE - 2025

Cyklus vápník je oběh a skladování na Zemi z tohoto prvku, zahrnující živé bytosti, litosféry a hydrosféry. Je to sedimentární biogeochemický cyklus, ve kterém vápník cirkuluje jako měkký kov alkalických zemin, postrádající plynný stupeň.

Fáze větší cirkulace vápníku je biologická, protože je konzumována živými bytostmi a využívána ve svých strukturách a metabolismu. Jakmile jsou živé bytosti mrtvé, je vápník znovu začleněn do fyzického prostředí jako součást půdy a mořského dna.

Vápník. Zdroj: Pumbaa (původní práce Grega Robsona) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Na mořském dně a ve velkých jezerech se vyskytují rozsáhlá ložiska skořápek a kostí. Tyto struktury se mísí se sedimenty a jsou pokryty následnými vrstvami po miliony let.

Spodní vrstvy sedimentů jsou vystaveny vysokým tlakům vytvářejícím sedimentární horniny, které jsou následně vystaveny povrchu v důsledku terestrických geologických procesů. Odkryté horniny jsou vystaveny povětrnostním vlivům a erozi a uvolňují vápník integrovaný do půdy nebo odplavený.

V půdě je absorbován hlavně kořeny rostlin a v moři fytoplanktonem a dalšími organismy. Vápník se používá pro různé strukturální a metabolické účely, například pro výrobu skořápek.

Cyklus vápníku je důležitý, protože umožňuje, aby byl tento prvek dostupný v různých fázích a plnil různé funkce. Tím se jako součást struktury živých organismů podílí na tvorbě suchozemského reliéfu, reguluje pH půd a vod a slouží jako surovina pro lidský průmysl.

Obecné vlastnosti

- Vápník

Vápník (Ca) je měkký kov alkalických zemin s atomovým číslem 20 a atomovou hmotností 40,078, jehož normální stav je pevný. Vytváří oxidy, které působí jako silné báze a při kontaktu s kyselinami prudce reagují.

- Váš cyklus

Vápník splňuje biogeochemický cyklus sedimentárního typu, protože postrádá plynnou fázi a největší zásoby jsou v litosféře. Úzce souvisí s cykly uhlíku, vody a fosforu.

Skalní eroze

Cyklus se vyvíjí od zvětrávání a eroze vápenatých hornin, které uvolňují vápník, který je uložen v půdě. Stejně tak může být odplavena rozpuštěná v odtokové vodě do řek, jezer a oceánů.

Když dešťová voda přijde do kontaktu s atmosférickým CO2, vytváří H2CO3, který rozpouští vápencové horniny a uvolňuje Ca2 + a HCO3-. Na druhé straně CO2 přenášený dešťovou vodou přeměňuje nerozpustný uhličitan na rozpustný hydrogenuhličitan.

Absorpce a použití živými bytostmi

Vápník (Ca2 +) v půdě absorbují rostliny a vodní útvary vodní organismy. Vápník v těle plní různé metabolické funkce a když organismy umírají, vrací se do fyzického prostředí, odváděného odtokovou vodou do řek, jezer a oceánů.

Skalní formace

Živočišné kostry (vnitřní a vnější nebo skořápky) se ukládají na mořské dno jako součást sedimentů. Vrstvy sedimentů jsou zakryty a zhutněny po miliony let za vzniku vápenatých hornin.

Vápencové skály. Zdroj: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pozdnější diastrofické procesy (praskliny a pohyby zemské kůry směrem nahoru) vystavují horniny povrchu. Tímto způsobem je cyklus uzavřen, protože horniny jsou opět zvětralé (působení klimatických prvků) a jsou zvětralé a erodované.

Fáze cyklu vápníku

Fáze, kterými vápník prochází ve svém skladovacím a cirkulačním cyklu, jsou dány kompartmenty, ve kterých tyto procesy probíhají. Jsou to kůra a část zemského pláště (litosféra), vodní útvary (hydrosféra) a živé organismy.

- Geologické stádium

V geologické fázi, rozdělené na kůru a plášť, se nachází největší množství vápníku. Vápník je pátým nejhojnějším prvkem litosféry, který tvoří 3,5% zemské kůry.

Nachází se jako součást hornin, jako je vápenec, dolomit, mramor a mramor, zatímco vápenec a dolomit tvoří obrovské pohoří na celé planetě. Stejně tak je součástí jiných přírodních látek, jako je sádra a alabastr (síran vápenatý).

V minerální formě se získává jako uhličitan vápenatý (CaCO3) z kalcitu, dolomitu a dalších krystalických forem, jako je aragonit.

Vápenec

Jedná se o velmi hojný typ sedimentární horniny pocházející ze starověkých mořských nebo jezerních ložisek (jezer), složený z 99% uhličitanu vápenatého. Tyto horniny tvoří horizontální vrstvy nebo jsou deformovány diastrofickými pohyby a jejich zvětrávání vede k neutrálním základním zeminám (pH 7 nebo vyšší), bohatým na vápník.

Dolomity

Skládá se ze sedimentární horniny vytvořené v mělkých mořských ložiscích chemickou substituční reakcí. V tomto případě se hořčík účastní minerální konformace a vytváří dolomit nebo uhličitan hořečnatý vápenatý (CaMg (CO3) 2).

Margas

Jsou to sedimentární horniny tvořené 1/3 až 2/3 uhličitanu vápenatého a zbytky jílů. Tyto horniny přežívají v suchých oblastech, protože jsou velmi náchylné k vodní erozi.

Mramor

Pokud jsou vápencové horniny vystaveny vysokým teplotám a tlakům v hlubokých vrstvách zemské kůry, vytvoří se mramor. Jedná se o velmi kompaktní metamorfovanou horninu s vysokým stupněm krystalizace.

- Hydrologická fáze

Vápník je rozpuštěn v řekách, jezerech a oceánech jako chlorid vápenatý (v tomto prostředí je nejhojnějším iontem) a uhličitan vápenatý. V oceánech je uhličitan vápenatý (CaCO3) stabilní v hloubkách menších než 4 500 metrů.

Vápník v tomto médiu se nachází v živých organismech a ve vápencových ložiscích na mořském dně. Toto je hloubkový limit kompenzace uhličitanu, po kterém se CaCO3 rozpustí a netvoří vápencové usazeniny.

- Biologická fáze

Pohyb vápníku z půdy do kořenů. Od xylemu k listům rostliny. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

V této fázi dosahuje cyklus vápníku největší cirkulace, která je životně důležitá pro živé bytosti, protože jako iont Ca2 + je součástí mechanismů výměny buněčných membrán. Na druhou stranu je nezbytnou součástí kostí, zubů, skořápek a skořápek.

Vápníkové skořápky v mlžech. Zdroj:

Tímto způsobem vápník cirkuluje v biosféře a když organismy umírají, v průběhu času se vrací do sedimentů a vytvářejí nové horniny.

Lidská bytost

Vynikajícím prvkem biologického stádia vápníkového cyklu je úloha člověka při používání tohoto prvku jako suroviny. Tento prvek je extrahován, přepravován a používán ve velkém množství různými způsoby.

V povrchových dolech se vápenec těží, aby se použil jako konstrukční prvek nebo aby se rozdrvil a použil jako průmyslová surovina. Skořápky jsou také rozemleté ​​na přípravu hnojiv a dalších produktů.

Skořápky foraminifery a měkkýšů

Obaly těchto zvířat jsou vytvořeny z uhličitanu vápenatého, krystalizovaného jako kalcit nebo aragonit. Jedná se o dvě minerální formy stejného složení (CaCO3), které však krystalizují odlišně.

Měkkýši tvoří své skořápky z tekuté formy vápníku vylučovaného specializovanými buňkami. Nejvnitřnější vrstvou skořápky je perleti tvořená aragonitovými krystaly smíchanými s proteinem conchiolin.

Důležitost

Cirkulace vápníku, která tvoří jeho charakteristický cyklus, je nezbytná pro zpřístupnění tohoto prvku živým bytostem. Díky procesům, které uvolňují vápník z hornin a způsobují jeho cirkulaci, existuje život tak, jak jej známe.

- Základní prvek života

Vápník je nezbytný pro život, protože je strukturálním i metabolickým prvkem. Strukturálně je to základní součást konformace vnitřních i vnějších koster.

U kostnatých zvířat je vápník hlavní složkou kostí (vnitřní kostra), rovněž zubů. U foraminifera (protists) a měkkýšů (hlemýžďů a mlžů) je to hlavní složka pro tvorbu vnější kostry, tj. Skořápek.

Metabolismus

Vápník je transportním činitelem v buněčných membránách, takže hraje důležitou roli v metabolismu. V buněčných membránách existují vápníkové kanály, které umožňují pasivní vstup tohoto prvku do buněk.

Vápníkové kanály. Zdroj: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Public Domain

To reguluje vztah koncentrací vápníku mezi vnitřkem a vně buňky a aktivuje různé metabolické procesy. Tyto mechanismy jsou například nezbytné pro fungování nervového a svalového systému, a proto hrají důležitou roli v srdeční funkci.

- Jídlo a zdraví

Z lidského hlediska umožňuje vápníkový cyklus zpřístupnit tento prvek potravě a lidskému zdraví. Především je nezbytné při výrobě a přípravě mléčných potravin pro děti.

Podobně se jeho použití pro léčebné účely používá při léčbě onemocnění s nedostatkem vápníku, jako je osteoporóza. Toto onemocnění oslabující kost je zvláště závažné u starších lidí, zejména u žen.

- Perly

Když cizí těleso napadne ústřici, zakryje ji perleti a vytvoří se perla. Perly dosahují vysokých hodnot na trhu šperků po celém světě.

- Průmyslová surovina

Vápenec se průmyslově používá pro různé účely, například pro výrobu cementu. Také tyto kameny se díky své snadné řezbě používají přímo jako stavební materiál.

Kromě toho se vápník používá jako deoxidační činidlo a redukční činidlo v různých procesech, zejména v metalurgickém průmyslu.

Limetka

Jako pálené vápno, také nazývané stavební vápno, jsou to oxidy vápníku, které se používají jako pojivo a nátěr ve stavebnictví. Stejně tak se používá při výrobě mýdla, papíru, skla, gumy a při činění kůže.

Stejně tak má různá použití v potravinářském průmyslu a při úpravě vody. Jako hasené vápno nebo hydroxid vápenatý se používá také v průmyslu a zemědělství.

- Regulace pH půdy

Obsah oxidů vápníku v půdě ovlivňuje regulaci pH. V zemědělství se pálené vápno používá jako zemědělský dodatek ke snížení kyselosti půdy a také jako hnojiva.

- Vápenatá voda nebo tvrdá voda

Když voda cirkuluje v prostředích bohatých na vápník a hořčík, rozpouští soli těchto prvků a je známá jako vápenatá nebo tvrdá voda. Limit kvality vody je 120 mg CaCO3 / litr, nad kterým je voda považována za tvrdou.

Voda s vysokým obsahem vápníku může způsobit zdravotní problémy, zejména v souvislosti s kardiovaskulárním systémem. Tvrdá voda navíc vytváří vápenaté usazeniny v trubkách, které brání cirkulaci.

- Vápenaté jeskyně a aquifery

V vápenatých horninách často tvoří vodní eroze podzemní jeskynní systémy se zajímavými vnitřními konfiguracemi. Mezi nimi vyniká tvorba stalaktitů a stalagmitů díky usazeninám uhličitanu vápenatého z netěsností na střechách těchto jeskyní.

Tyto vápenaté systémy také plní filtrační funkci podzemních vod díky své pórovitosti a tvoří zvodnělé vrstvy.

Reference

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Encyklopedie ekologie a environmentálního managementu.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). Přehled nedávného výzkumu fluviální sedimentologie. Sedimentární geologie.
3. Margalef, R. (1974). Ekologie. Vydání Omega.
4. Miller, G. a TYLER, JR (1992). Ekologie a životní prostředí. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP a Warrett, GW (2006). Základy ekologie. Páté vydání. Thomson.