КАЛЦИЕВ ЦИКЪЛ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕТАПИ И ЗНАЧЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

В цикъла калций е движението и съхранението на Земята на този елемент, който да обхваща живи същества, литосферата и хидросферата. Това е утаечен биогеохимичен цикъл, в който калция циркулира като алкалоземен мек метал, липсващ газообразен стадий.

Етапът на по-голяма циркулация на калция е биологичният, тъй като той се консумира от живи същества и се използва в техните структури и метаболизъм. След като живите същества са мъртви, калцият се реинтегрира във физическата среда като част от почвата и морското дъно.

Калций. Източник: Pumbaa (оригинално произведение на Грег Робсън) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Има големи залежи от черупки и кости, особено на морското дъно и в големите езера. Тези структури се смесват с утайки и са покрити от последователни слоеве в продължение на милиони години.

Долните слоеве на утайките са подложени на високо налягане, образуващо утаечни скали, които след това са изложени на повърхността поради земни геоложки процеси. Изложените скали са подложени на атмосферни влияния и ерозия, като се отделя калций, който се интегрира в почвата или се измива.

В почвата се абсорбира главно от корените на растенията, а в морето - от фитопланктона и други организми. Калцият се използва за различни структурни и метаболитни цели, например за производство на черупки.

Калциевият цикъл е важен, тъй като позволява този елемент да бъде на разположение в различните му етапи, изпълнявайки различни функции. По този начин, като част от структурата на живите организми, участва във формирането на релефа на сушата, регулира pH на почвите и водите и служи като суровина за човешката промишленост.

Основни характеристики

- Калцият

Калцият (Са) е алкалноземен мек метал с атомен номер 20 и атомна маса 40.078, чието обикновено състояние е твърдо. Образува оксиди, които действат като силни основи, реагирайки бурно при контакт с киселини.

- Вашият цикъл

Калцият изпълнява биогеохимичен цикъл на утаечен тип, тъй като му липсва газова фаза и най-големите резерви са в литосферата. Тя е тясно свързана с циклите на въглерод, вода и фосфор.

Скална ерозия

Цикълът се развива от изветрянето и ерозията на варовити скали, които отделят калция, който се отлага в почвата. По същия начин той може да се отмие, разтворен в отточните води в реки, езера и океани.

Когато дъждовните води влизат в контакт с атмосферния CO2, той образува H2CO3, който разтваря варовикови скали, отделяйки Ca2 + и HCO3-. От друга страна, пренасяният от дъждовната вода CO2 преобразува неразтворимия карбонат в разтворим бикарбонат.

Поглъщане и използване от живи същества

Калцият (Ca2 +) в почвата се абсорбира от растенията и във водните тела от водни организми. В организма калцият изпълнява различни метаболитни функции и когато организмите умират, той се връща във физическата среда, пренасян от оттичащата се вода в реки, езера и океани.

Скално образувание

Скелетите на животните (вътрешни и външни или черупки) се отлагат на морското дъно като част от утайките. Седиментните слоеве са покрити и уплътнени в продължение на милиони години, за да образуват варовити скали.

Варовити скали. Източник: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

По-късно диастрофичните процеси (пукнатини и движения нагоре на земната кора) излагат скалите на повърхността. По този начин цикълът се затваря, тъй като скалите отново са атмосферни (действие на климатичните елементи) и са изветрени и ерозирани.

Етапи на калциевия цикъл

Етапите, през които калцийът преминава в своя цикъл на съхранение и циркулация, се дават от отделенията, в които протичат тези процеси. Това са кора и част от земната мантия (литосфера), водни тела (хидросфера) и живи организми.

- Геологически етап

В геоложкия етап, разделен в кората и мантията, именно там се намира най-голямото количество калциево съхранение. Калцият е петият най-разпространен елемент в литосферата, представляващ 3,5% от земната кора.

Установено е, че представлява част от скали като варовик, доломит, мергел и мрамор, докато варовикът и доломитът образуват огромни планински вериги в цялата планета. По същия начин той е част от други природни съединения като гипс и алабастър (калциев сулфат).

В минерална форма се получава като калциев карбонат (CaCO3) от калцит, доломит и други кристални форми като арагонит.

варовик

Това е много богат вид утаечна скала, произхождаща от древни морски или лазерни отлагания (езера), съставена от 99% калциев карбонат. Тези скали образуват хоризонтални слоеве или се деформират от диастрофични движения и изветрянето им създава неутрална към основни почви (pH 7 или по-високо), богати на калций.

доломит

Състои се от утаена скала, образувана в плитки морски отлагания чрез реакция на химично заместване. В този случай магнезият участва в минералната конформация, образувайки доломит или калциев магнезиев карбонат (CaMg (CO3) 2).

Margas

Те представляват утаечни скали, образувани от 1/3 до 2/3 калциев карбонат и останалите глини. Тези скали оцеляват в сухи райони, тъй като са много податливи на водна ерозия.

мрамор

Ако варовиковите скали са подложени на високи температури и налягане в дълбоки слоеве от земната кора, се образува мрамор. Това е много компактна метаморфна скала с висока степен на кристализация.

- Хидрологичен стадий

Калцият се разтваря в реки, езера и океани като калциев хлорид (като най-изобилният йон в тази среда) и калциев карбонат. В океаните калциевият карбонат (CaCO3) е стабилен на дълбочина под 4500 m.

Калцият в тази среда се намира в живи организми и във варовикови отлагания на морското дъно. Това е границата на дълбочината на карбонатната компенсация, след която CaCO3 се разтваря и не образува варовикови отлагания.

- Биологичен етап

Движение на калций от почвата към корените. От ксилема до листата на растението. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

На този етап калциевият цикъл достига своята най-голяма циркулация, тъй като е жизненоважен за живите същества, тъй като като Саон + йон е част от обменните механизми на клетъчните мембрани. От друга страна, тя е основна съставка на костите, зъбите, яйчните черупки и черупките.

Калциеви черупки в двучерупчести. Източник:

По този начин калция циркулира в биосферата и когато организмите умират, той се връща в утайките, за да образува нови скали с течение на времето.

Човешкото същество

Изключителен елемент от биологичния стадий на калциевия цикъл е ролята на хората при използването на този елемент като суровина. Този елемент се извлича, транспортира и използва в големи количества по различни начини.

В откритите рудници, варовикът се добива, за да се използва като строителен елемент или да се смила и да се използва като промишлена суровина. Черупките също се смилат за приготвяне на торове и други продукти.

Черупките на фораминифера и мекотели

Черупките на тези животни са формирани от калциев карбонат, кристализиран като калцит или арагонит. Това са две минерални форми с един и същи състав (CaCO3), които кристализират по различен начин.

Мекотелите образуват черупките си от течна форма на калций, секретирана от специализирани клетки. Най-вътрешният слой на черупката е пердето, образувано от кристали на арагонит, смесени с протеина на конхиолина.

важност

Циркулацията на калция, образувайки неговия характерен цикъл, е от съществено значение, за да направи този елемент достъпен за живите същества. Благодарение на процесите, които отделят калций от скалите и го карат да циркулира, животът съществува такъв, какъвто го познаваме.

- Основен елемент за живота

Калцият е от съществено значение за живота, тъй като е едновременно структурен и метаболитен елемент. В структурно отношение тя е основна част в конформацията на вътрешните и външните скелети.

При костеливите животни калцият е основният компонент на костите (вътрешен скелет), също и на зъбите. При фораминифери (протестисти) и мекотели (охлюви и двучерупчести) той е основната съставка за формирането на външния скелет, тоест черупките.

метаболизъм

Калцият е транспортен агент в клетъчните мембрани, така че той играе важна роля в метаболизма. В клетъчните мембрани има калциеви канали, които позволяват пасивното навлизане на този елемент в клетките.

Калциеви канали. Източник: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Public domain

Това регулира връзката на концентрациите на калций между вътрешната и външната страна на клетката, активирайки различни метаболитни процеси. Например, тези механизми са от съществено значение за функционирането на нервната и мускулната система и следователно играят релевантна роля в сърдечната функция.

- Храна и здраве

От човешка гледна точка, калциевият цикъл позволява да се направи този елемент достъпен за храната и здравето на хората. Преди всичко е от съществено значение при производството и приготвянето на млечни храни за деца.

По същия начин приемът му за лекарствени цели се използва за лечение на заболявания с недостиг на калций като остеопороза. Това заболяване за отслабване на костите е особено сериозно при възрастните хора, особено при жените.

- Перлите

Когато чуждо тяло нахлуе в стридата, тя я покрива с седеф и така се образува перла. Перлите достигат високи стойности на пазара на бижута по целия свят.

- Промишлена суровина

Варовикът се използва индустриално за различни цели, например за производство на цимент. Също така тези камъни се използват директно като строителен материал, поради лесната им резба.

Освен това, калцият се използва като деоксидизатор и редуциращ агент при различни процеси, особено в металургичната промишленост.

вар

Като негасена вар, наричана още варовик, те са калциеви оксиди, които се използват като свързващо вещество и покритие в строителството. По същия начин се използва при производството на сапун, хартия, стъкло, каучук и в кожарска кожа.

По същия начин той има различни приложения в хранително-вкусовата промишленост и при пречистването на водата. Макар и като гасена вар или калциев хидроксид, той се използва и в промишлеността и селското стопанство.

- Регулация на pH на почвата

Съдържанието на калциеви оксиди в почвата влияе на регулирането на pH. В селското стопанство негасената вар се използва като селскостопанско изменение за намаляване на киселинността на почвите, а също и като тор.

- Варовита вода или твърда вода

Когато водата циркулира в среда, богата на калций и магнезий, тя разтваря соли на тези елементи и е известна като варовита или твърда вода. Ограничението за качество на водата е 120 mg CaCO3 / литър, над което водата се счита за твърда.

Водата с високо съдържание на калций може да причини здравословни проблеми, особено свързани със сърдечно-съдовата система. Освен това твърдата вода произвежда варовити отлагания в тръбите, които възпрепятстват циркулацията.

- варовити пещери и водоносни хоризонти

В варовити скали, водната ерозия често образува подземни пещерни системи с интересни вътрешни конфигурации. Сред тях се откроява образуването на сталактити и сталагмити, поради отлаганията на калциев карбонат от течовете по покривите на тези пещери.

Тези варовикови системи изпълняват и филтриращата функция на подземните води поради порьозността си, образувайки водоносни хоризонти.

Препратки

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Енциклопедия по екология и управление на околната среда.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). Преглед на последните изследвания във флуиалната седиментология. Седиментарна геология.
3. Margalef, R. (1974). Екология. Омега издания.
4. Милър, Г. и TYLER, JR (1992). Екология и околна среда. Grupo Редакция Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP и Warrett, GW (2006). Основи на екологията. Пето издание. Thomson.