מחזור סידן: מאפיינים, שלבים וחשיבות - כִּימִיָה - 2025

מחזור סידן הוא הזרימה ואחסון על כדור הארץ של אלמנט זה, מקיף יצור חיים, את ליתוספירה ואת הידרוספירה. זהו מחזור ביוגיוכימי משקעי בו הסידן מסתובב כמתכת רכה אדמה אלקלית, חסר שלב גזי.

שלב זרימת הסידן הגדול יותר הוא זה הביולוגי, שכן הוא נצרך על ידי יצורים חיים ומשמש במבנים ובמטבוליזם שלהם. ברגע שישויות חיות מתות, סידן משתלב בסביבה הפיזית כחלק מהאדמה וקרקעית הים.

סִידָן. מקור: פומבה (יצירה מקורית של גרג רובסון) / CC BY-SA 2.0 בריטניה (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

ישנם משקעים נרחבים של פגזים ועצמות במיוחד על קרקעית הים ובאגמים הגדולים. מבנים אלה מתערבבים במשקעים ומכוסים בשכבות רצופות לאורך מיליוני שנים.

שכבות המשקעים התחתונות עוברות לחץ גבוה היוצרות סלעי משקע שנחשפים אז לפני השטח עקב תהליכים גיאולוגיים יבשתיים. סלעים חשופים נתונים לבליה ושחיקה, ומשחררים סידן שמשולב באדמה או נשטף.

באדמה הוא נקלט בעיקר בשורשי צמחים ובים על ידי פיטופלנקטון ואורגניזמים אחרים. סידן משמש למטרות מבניות ומטבוליות שונות, למשל לייצור קליפות.

מחזור הסידן חשוב מכיוון שהוא מאפשר לאלמנט זה להיות זמין בשלביו השונים, למלא פונקציות שונות. לפיכך, בהיותו חלק ממבנה של אורגניזמים חיים, משתתף ביצירת הקלה יבשתית, מווסת את רמת החומציות של קרקעות ומים ומשמש כחומר גלם לתעשייה אנושית.

מאפיינים כלליים

- הסידן

סידן (Ca) הוא מתכת רכה אדמה אלקלית עם מספר אטומי 20 ומסה אטומית 40.078, שמצבה הרגיל הוא יציב. יוצר תחמוצות הפועלות כבסיסים חזקים, מגיבים באלימות כאשר הם במגע עם חומצות.

- המחזור שלך

סידן ממלא מחזור ביוגיוכימי כימי משקע, מכיוון שהוא חסר שלב גז והשמורות הגדולות ביותר נמצאות בליטוספרה. זה קשור קשר הדוק למחזורי הפחמן, המים והזרחן.

סחף סלע

המחזור מתפתח מהבלייה ושחיקה של סלעים רעיים המשחררים את הסידן המופקד באדמה. כמו כן, ניתן לשטוף אותו ממוסס במי נגר לנהרות, אגמים ואוקיאנוסים.

כאשר מי גשם באים במגע עם CO2 אטמוספרי, הם יוצרים H2CO3 שממיס סלע גיר, ומשחרר את Ca2 + ו- HCO3-. מצד שני, CO2 הנושא על ידי מי הגשם הופך את הפחמתי הבלתי-מסיס לביסבונאט מסיס.

קליטה ושימוש על ידי יצורים חיים

סידן (Ca2 +) באדמה נספג על ידי צמחים ובגופי מים על ידי אורגניזמים מימיים. בגוף, סידן ממלא תפקודים מטבוליים שונים וכאשר אורגניזמים מתים, הוא חוזר לסביבה הפיזית, הנישא על ידי מי נגר לנהרות, אגמים ואוקיאנוסים.

תצורת סלע

שלדי בעלי חיים (פנימיים וחיצוניים או קונכיות) מונחים על קרקעית הים כחלק מהמשקעים. שכבות המשקעים מכוסות ודחוסות לאורך מיליוני שנים ליצירת סלעים רעיים.

סלעים רעיים. מקור: פרדוס / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

תהליכים דיסטרופאליים מאוחרים יותר (סדקים ותנועות כלפי מעלה של קרום כדור הארץ) חושפים את הסלעים לפני השטח. באופן זה המחזור נסגר, מכיוון שהסלעים שוב מבליגים (פעולה של היסודות האקלים) ונבלים ונשחקים.

שלבי מחזור הסידן

השלבים שעוברים הסידן במחזור האחסון והמחזור שלו ניתנים על ידי התאים בהם התהליכים הללו מתרחשים. אלה הם הקרום וחלק ממעטפת כדור הארץ (ליתוספרה), גופי מים (הידרוספרה) ואורגניזמים חיים.

- שלב גאולוגי

בשלב הגיאולוגי, המדורג בתוך הקרום והמעטפת, נמצא כאן הכמות הגדולה ביותר של אחסון סידן. סידן הוא היסוד החמישי בשכיחותו בליטוספרה, המהווה 3.5% מקרום כדור הארץ.

הוא נמצא כחלק מסלעים כמו אבן גיר, דולומיט, שיש ושיש, ואילו אבן גיר ודולומיט מהווים רכסי הרים עצומים ברחבי כדור הארץ. באותו אופן, זה חלק מתרכובות טבעיות אחרות כמו גבס ו אלאבסטר (סידן סולפט).

בצורה מינרלית, הוא מתקבל כסידן פחמתי (CaCO3) מצולציט, דולומיט וצורות גבישיות אחרות כמו ארגון.

אֶבֶן גִיר

זהו סוג שופע מאוד של סלע משקע שמקורו בפקדות ימיות או לקוסטרינות עתיקות (אגמים), המורכב מ 99% סידן פחמתי. סלעים אלו יוצרים שכבות אופקיות או מעוותים על ידי תנועות הרסניות ובליהם מוליד קרקעות נייטרליות (pH 7 ומעלה), העשירים בסידן.

דולומיט

זה מורכב מסלע משקע שנוצר במצבים ימיים רדודים על ידי תגובת תחליף כימי. במקרה זה, מגנזיום משתתף במבנה המינרלי ויוצר דולומיט או מגנזיום קרבונט סידן (CaMg (CO3) 2).

מרגאס

מדובר בסלעי משקע שנוצרים על ידי 1/3 עד 2/3 מסידן פחמתי ושאר החימר. סלעים אלה שורדים באזורים יבשים, מכיוון שהם רגישים מאוד לשחיקת מים.

שַׁיִשׁ

אם סלעי גיר נתונים לטמפרטורות ולחצים גבוהים בשכבות עמוקות בקרום כדור הארץ, נוצר שיש. זהו סלע מטמורפי קומפקטי ביותר עם התגבשות גבוהה.

- שלב הידרולוגי

סידן מומס בנהרות, אגמים ואוקיאנוסים כסידן כלוריד (בהיותו היון השופע ביותר במדיום זה) וסידן פחמתי. באוקיינוסים יציב סידן פחמתי (CaCO3) בעומקים של פחות מ -4,500 מ '.

סידן במדיום זה נמצא באורגניזמים חיים ובמשקעי גיר על קרקעית הים. זהו גבול העומק של פיצוי הפחמתי, שאחריו CaCO3 מתמוסס ואינו יוצר מרבצי גיר.

- שלב ביולוגי

העברת סידן מהאדמה לשורשים. מהקסילם לעלים של הצמח. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

בשלב זה מחזור הסידן מגיע למחזור הדם הגדול ביותר שלו, והוא חיוני ליצורים חיים מכיוון שכיון Ca2 + הוא חלק ממנגנוני החלפה של קרומי התא. מצד שני, זהו מרכיב חיוני של עצמות, שיניים, קליפות ביצה ופגזים.

פגזי סידן ברגלים. מקור: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

באופן זה סידן מסתובב בביוספרה וכאשר אורגניזמים מתים הוא חוזר למשקעים ויוצרים סלעים חדשים לאורך זמן.

האדם

מרכיב יוצא דופן מהשלב הביולוגי של מחזור הסידן הוא תפקידם של בני האדם בשימוש באלמנט זה כחומר גלם. אלמנט זה מופק, מועבר ומשתמש בכמויות גדולות בדרכים שונות.

במכרות עם בור פתוח מיצוי אבן גיר כדי להשתמש בו כאל יסוד בנייה או לטחינה ולהשתמש בו כחומר גלם תעשייתי. הפגזים נטחנים גם להכנת דשנים ומוצרים אחרים.

פגזי פורמיניפרה ורכיכות

פגזים של בעלי חיים אלה נוצרים מסידן פחמתי, מגובשים כקלציט או ארגוניט. אלה שתי צורות מינרליות מאותה הרכב (CaCO3) אך מתגבשות בצורה שונה.

רכיכות יוצרים את קליפותיהם מצורה נוזלית של סידן המופרש על ידי תאים מיוחדים. השכבה הפנימית ביותר של הקליפה היא הנברשת הנוצרת מגבישים ארגוניטים מעורבבים עם חלבון הקונכיולין.

חֲשִׁיבוּת

זרימת הסידן, המהווה את מחזורו האופייני, חיונית בכדי להנגיש יסוד זה ליצורים חיים. בזכות התהליכים שמשחררים סידן מסלעים וגורמים לו להסתובב, החיים קיימים כידוע.

- אלמנט חיוני לחיים

סידן הוא חיוני לכל החיים, שכן הוא יסוד מבני וגם מטבולי. מבחינה מבנית, זהו חלק מהותי בקונפורמציה של השלדים הפנימיים והחיצוניים כאחד.

אצל בעלי חיים גרמיים סידן הוא המרכיב העיקרי בעצמות (שלד פנימי), גם הוא של השיניים. בפורמיניפרה (פרוטסטים) ורכיכות (חלזונות ונזירים) זהו המרכיב העיקרי להיווצרות השלד החיצוני, כלומר הקליפות.

חילוף חומרים

סידן הוא חומר הובלה בקרומי התא, ולכן הוא ממלא תפקיד חשוב במטבוליזם. בקרומי התא ישנם תעלות סידן המאפשרות כניסה פסיבית של יסוד זה לתאים.

תעלות סידן. מקור: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / רשות הרבים

זה מסדיר את הקשר של ריכוזי הסידן בין התא לתוכו ומחוצה לו, ומפעיל תהליכים מטבוליים שונים. לדוגמא, מנגנונים אלה חיוניים לתפקוד מערכת העצבים והשרירים ולכן ממלאים תפקיד רלוונטי בתפקוד הלב.

- מזון ובריאות

מנקודת המבט האנושית, מחזור הסידן מאפשר להעמיד יסוד זה למזון ובריאות האדם. מעל לכל זה חיוני בייצור והכנת מזון חלביים לילדים.

באופן דומה, בליעתו למטרות רפואיות משתמשים בטיפול במחלות חסרות סידן כמו אוסטאופורוזיס. מחלה זו המוחלשת בעצמות היא חמורה במיוחד בקרב אנשים מבוגרים, במיוחד אצל נשים.

- הפנינים

כאשר גוף זר פולש לצדפה הוא מכסה אותו אם הפנינה וכך נוצרת פנינה. פנינים מגיעות לערכים גבוהים בשוק התכשיטים ברחבי העולם.

- חומר גלם תעשייתי

אבן גיר משמשת באופן תעשייתי למטרות שונות, למשל לייצור מלט. כמו כן אבנים אלה משמשות ישירות כחומר בניין, בגלל גילוף קל.

יתר על כן, סידן משמש כחומר deoxidizer וכמצמצם בתהליכים שונים, במיוחד בתעשייה המתכת.

ליים

כ- quicklime, הנקרא גם סיד לבניין, הם תחמוצות סידן המשמשות כקלסר וכציפוי בבנייה. באותו אופן משתמשים בו בייצור סבון, נייר, זכוכית, גומי ושיזוף מעור.

כמו כן, יש לו שימושים שונים בתעשיית המזון ובטיפול במים. בעוד שהוא משמש סיד או סידן הידרוקסיד, הוא משמש גם בתעשייה וחקלאות.

- ויסות pH של אדמה

תוכן תחמוצות הסידן באדמה משפיע על ויסות ה- pH. בחקלאות Quicklime משמש כתיקון חקלאי להפחתת חומציות הקרקעות וגם כדשן.

- מים רעיים או מים קשים

כאשר מים מסתובבים בסביבות עשירות בסידן ומגנזיום, הם ממיסים מלחים של יסודות אלה ומכונים מים רעיים או קשים. מגבלת איכות המים היא 120 מ"ג CaCO3 / ליטר, שמעליהם המים נחשבים קשים.

מים עם תכולת סידן גבוהה עלולים לגרום לבעיות בריאותיות, במיוחד הקשורות למערכת הלב וכלי הדם. בנוסף, מים קשים מייצרים מרבצי פליטה בצינורות המכשילים את זרימת הדם.

- מערות אגליות ואקוויפרים

בסלעים רעיים, סחף הידרלי יוצר לרוב מערכות מערות תת קרקעיות עם תצורות פנימיות מעניינות. בין אלה, בולטת היווצרות נטיפים ונטיפים, בגלל משקעי הסידן פחמתי מהדליפות שעל גגות המערות הללו.

מערכות דלעת אלה מבצעות גם את פונקציית הסינון של מי תהום בגלל נקבוביותן ויוצרות אקוויפרים.

הפניות

1. Calow, P. (Ed.) (1998). האנציקלופדיה של אקולוגיה וניהול סביבתי.
2. כריסטופר ר. פילדינג, CR (1993). סקירה של מחקרים שנעשו לאחרונה בסדימנטולוגיה פלוביאלית. גאולוגיה משקעית.
3. מרגאלף, ר '(1974). אֵקוֹלוֹגִיָה. מהדורות אומגה.
4. מילר, ג 'ו TYLER, JR (1992). אקולוגיה וסביבה. גרפו עורך Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP ו- Warrett, GW (2006). יסודות האקולוגיה. מהדורה חמישית. תומסון.