KALSIUMSYKLUS: EGENSKAPER, STADIER OG BETYDNING - KJEMI - 2026

Den kalsium syklusen er sirkulasjonen og lagring på jorden av dette elementet, som omfatter levende vesener, litosfæren og hydrosfæren. Det er en sedimentær biogeokjemisk syklus hvor kalsium sirkulerer som et myk jordalkalimetall, uten et gassformet stadium.

Stadiet med større sirkulasjon av kalsium er det biologiske, ettersom det konsumeres av levende vesener og brukes i deres strukturer og metabolisme. Når levende vesener er død, blir kalsium integrert i det fysiske miljøet som en del av jorda og havbunnen.

Kalsium. Kilde: Pumbaa (originalverk av Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Spesielt på havbunnen og i de store innsjøene er det store forekomster av skjell og bein. Disse strukturene blandes med sedimenter og dekkes av suksessive lag over millioner av år.

De nedre lag av sedimenter blir utsatt for høyt trykk som danner sedimentære bergarter som deretter blir utsatt for overflaten på grunn av geologiske geologiske prosesser. Utsatte bergarter blir utsatt for forvitring og erosjon, og frigjør kalsium som er integrert i jorden eller blir vasket bort.

I jorda blir den hovedsakelig absorbert av plantenes røtter og i havet av planteplankton og andre organismer. Kalsium brukes til forskjellige strukturelle og metabolske formål, for eksempel for fremstilling av skjell.

Kalsiumsyklusen er viktig siden den lar dette elementet være tilgjengelig i sine forskjellige stadier og utføre forskjellige funksjoner. Å være en del av strukturen til levende organismer, delta i dannelsen av landrelieff, regulerer pH i jord og vann og fungerer som råstoff for menneskelig industri.

Generelle egenskaper

- Kalsiumet

Kalsium (Ca) er et mykt jordalkalimetall med atomnummer 20 og atommasse 40,078, hvis vanlige tilstand er fast. Danner oksider som fungerer som sterke baser og reagerer voldsomt når de er i kontakt med syrer.

- Syklusen din

Kalsium oppfyller en biogeokjemisk syklus av sedimentær type, siden det mangler en gassfase og de største reservene er i litosfæren. Det er nært beslektet med karbon, vann og fosfor sykluser.

Berg erosjon

Syklusen utvikler seg fra forvitring og erosjon av kalkholdige bergarter som frigjør kalsiumet som blir avsatt i jorden. På samme måte kan det vaskes bort oppløst i avrenningsvann til elver, innsjøer og hav.

Når regnvann kommer i kontakt med atmosfærisk CO2, danner det H2CO3 som løser opp kalkstein og frigjør Ca2 + og HCO3-. På den annen side transformerer CO2 fraktet av regnvannet det uoppløselige karbonatet til løselig bikarbonat.

Opptak og bruk av levende vesener

Kalsium (Ca2 +) i jorda blir absorbert av planter og i vannmasser av vannlevende organismer. I kroppen utfører kalsium forskjellige metabolske funksjoner, og når organismer dør, vender det tilbake til det fysiske miljøet, ført med avrenningsvann til elver, innsjøer og hav.

Bergformasjon

Dyreskjeletter (indre og eksterne eller skjell) blir avsatt på havbunnen som en del av sedimentene. Sedimentlagene er dekket og komprimert over millioner av år for å danne kalkholdige bergarter.

Kalkholdige bergarter. Kilde: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Senere diastrofale prosesser (sprekker og bevegelser oppover i jordskorpen) utsetter bergartene for overflaten. På denne måten er syklusen stengt, fordi bergartene igjen forvitrer (handling av de klimatiske elementene) og er forvitret og erodert.

Stadier av kalsiumsyklusen

Trinnene som kalsium går gjennom i lagrings- og sirkulasjonssyklusen er gitt av rommene hvor disse prosessene oppstår. Dette er jordskorpen og en del av jordens mantel (litosfære), vannmasser (hydrosphere) og levende organismer.

- Geologisk stadium

I det geologiske stadiet, inndelte i skorpen og mantelen, er det her den største mengden kalsiumlagring er funnet. Kalsium er det femte mest tallrike elementet i litosfæren, og utgjør 3,5% av jordskorpen.

Det blir funnet en del av bergarter som kalkstein, dolomitt, marl og marmor, mens kalkstein og dolomitt danner enorme fjellkjeder over hele planeten. På samme måte er det en del av andre naturlige forbindelser som gips og alabaster (kalsiumsulfat).

I mineralform oppnås det som kalsiumkarbonat (CaCO3) fra kalsitt, dolomitt og andre krystallinske former som aragonitt.

Kalkstein

Det er en veldig rik type sedimentær bergart som stammer fra gamle marine eller lakustrine forekomster (innsjøer), sammensatt av 99% kalsiumkarbonat. Disse bergartene danner horisontale lag eller deformeres av diastrofale bevegelser, og deres forvitring gir opphav til nøytral til basisk jord (pH 7 eller høyere), rik på kalsium.

dolomitt

Den består av en sedimentær bergart dannet i grunne marine avsetninger ved en kjemisk substitusjonsreaksjon. I dette tilfellet deltar magnesium i mineralkonformasjonen, og danner dolomitt eller kalsiummagnesiumkarbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

De er sedimentære bergarter dannet av 1/3 til 2/3 av kalsiumkarbonat og resten av leire. Disse bergartene overlever i tørre områder, siden de er veldig utsatt for vannerosjon.

Marmor

Hvis kalksteinsberg blir utsatt for høye temperaturer og trykk i dype lag av jordskorpen, dannes marmor. Dette er en veldig kompakt metamorf bergart med høy grad av krystallisering.

- Hydrologisk stadium

Kalsium blir oppløst i elver, innsjøer og hav som kalsiumklorid (er det mest forekommende ionet i dette mediet) og kalsiumkarbonat. I verdenshavene er kalsiumkarbonat (CaCO3) stabilt på dyp under 4500 moh.

Kalsium i dette mediet finnes i levende organismer og i kalkavsetninger på havbunnen. Dette er dybdegrensen for karbonatkompensering, hvoretter CaCO3 løses opp og ikke danner kalkavsetninger.

- Biologisk stadium

Bevegelse av kalsium fra jorda til røttene. Fra xylem til bladene på planten. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

På dette stadiet når kalsiumsyklusen sin største sirkulasjon, og er avgjørende for levende vesener fordi den som en Ca2 + -ion er en del av utvekslingsmekanismene til cellemembraner. På den annen side er det en viktig bestanddel av bein, tenner, eggeskall og skjell.

Kalsiumskjell i toskall. Kilde: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

På denne måten sirkulerer kalsium i biosfæren, og når organismer dør, kommer det tilbake til sedimentene for å danne nye bergarter over tid.

Mennesket

Et enestående element i det biologiske stadiet i kalsiumsyklusen er menneskers rolle i å bruke dette elementet som et råstoff. Dette elementet blir trukket ut, transportert og brukt i store mengder på forskjellige måter.

I åpne gruver blir kalkstein trukket ut for å bruke det som et konstruksjonselement eller for å slipe det og bruke det som et industrielt råstoff. Skjellene er også malt for å tilberede gjødsel og andre produkter.

Skjellene av foraminifera og bløtdyr

Skjellene til disse dyrene er dannet av kalsiumkarbonat, krystallisert som kalsitt eller aragonitt. Dette er to mineralformer med samme sammensetning (CaCO3), men som krystalliserer annerledes.

Bløtdyr danner skjellene sine fra en flytende form av kalsium som skilles ut av spesialiserte celler. Det innerste laget av skallet er nacre som er dannet av aragonittkrystaller blandet med conchiolinproteinet.

Betydning

Sirkulasjonen av kalsium, som danner dens karakteristiske syklus, er viktig for å gjøre dette elementet tilgjengelig for levende vesener. Takket være prosessene som frigjør kalsium fra bergarter og får det til å sirkulere, eksisterer livet slik vi kjenner det.

- Viktig element for livet

Kalsium er viktig for livet, da det er både et strukturelt og et metabolske element. Strukturelt er det en grunnleggende del i konstruksjonen av både indre og eksterne skjeletter.

Hos benete dyr er kalsium hovedkomponenten i beinene (indre skjelett), også i tennene. I foraminifera (protister) og bløtdyr (snegler og toskall) er det hovedingrediensen for dannelsen av det ytre skjelettet, det vil si skjellene.

metabolisme

Kalsium er et transportmiddel i cellemembraner, så det spiller en viktig rolle i metabolismen. I cellemembraner er det kalsiumkanaler som tillater passivt inntreden av dette elementet i celler.

Kalsiumkanaler. Kilde: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Public domain

Dette regulerer forholdet mellom kalsiumkonsentrasjoner mellom innsiden og utsiden av cellen, og aktiverer forskjellige metabolske prosesser. For eksempel er disse mekanismene essensielle for at nerves- og muskelsystemet fungerer, og spiller derfor en relevant rolle i hjertefunksjonen.

- Mat og helse

Fra menneskelig synspunkt gjør kalsiumsyklusen det mulig å gjøre dette elementet tilgjengelig for mat og menneskers helse. Fremfor alt er det viktig i produksjon og tilberedning av meieri-mat for barn.

Tilsvarende brukes dens inntak for medisinske formål i behandlingen av kalsiummangel sykdommer som osteoporose. Denne bein-svekkende sykdommen er spesielt alvorlig hos eldre mennesker, spesielt hos kvinner.

- Perlene

Når et fremmedlegeme invaderer østersen, dekker den den med nacre og dermed dannes en perle. Perler når høye verdier i smykkemarkedet over hele verden.

- Industrielt råstoff

Kalkstein brukes industrielt til forskjellige formål, for eksempel produksjon av sement. Disse steinene brukes også direkte som byggemateriale på grunn av deres enkle utskjæring.

Videre brukes kalsium som et deoksydiseringsmiddel og reduksjonsmiddel i forskjellige prosesser, spesielt i metallurgisk industri.

lime

Som kalk, også kalt bygningskalk, er de kalsiumoksider som brukes som et bindemiddel og belegg i konstruksjonen. På samme måte brukes den til fremstilling av såpe, papir, glass, gummi og til soling av skinn.

På samme måte har den forskjellige bruksområder i matindustrien og i vannbehandling. Mens det er som slaked kalk eller kalsiumhydroksyd, brukes det også i industri og landbruk.

- pH-regulering av jord

Innholdet av kalsiumoksider i jorda påvirker reguleringen av pH. I landbruket brukes hurtigkalk som jordbruksendring for å redusere surheten i jordsmonnet og også som gjødsel.

- Kalkholdig vann eller hardt vann

Når vann sirkulerer i miljøer rike på kalsium og magnesium, løser det opp salter av disse elementene og er kjent som kalkholdig eller hardt vann. Vannkvalitetsgrensen er 120 mg CaCO3 / liter, over hvilken vannet anses å være hardt.

Vann med høyt kalsiuminnhold kan forårsake helseproblemer, spesielt relatert til hjerte- og karsystemet. I tillegg produserer hardt vann kalkholdige avsetninger i rørene som hindrer sirkulasjon.

- Kalkrike huler og akviferer

I kalkholdige bergarter danner vannreaksjon ofte underjordiske hulesystemer med interessante interne konfigurasjoner. Blant disse skiller seg dannelsen av stalaktitter og stalagmitter på grunn av kalsiumkarbonatavsetninger fra lekkasjene i takene i disse hulene.

Disse kalkholdige systemene utfører også filtreringsfunksjonen til grunnvann på grunn av dets porøsitet og danner akviferer.

referanser

1. Calow, P. (Red.) (1998). Oppslagsverket for økologi og miljøledelse.
2. Christopher R. og Fielding, CR (1993). En gjennomgang av nyere forskning innen fluvial sedimentology. Sedimentær geologi.
3. Margalef, R. (1974). Økologi. Omega-utgaver.
4. Miller, G. og TYLER, JR (1992). Økologi og miljø. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP og Warrett, GW (2006). Grunnleggende om økologi. Femte utgave. Thomson.