Silika döngüsü - Silica cycle

silika döngüsü ... biyojeokimyasal Silikanın Dünya'nın sistemleri arasında taşındığı döngü. Opal silika (SiO2) kimyasal bir bileşiktir silikon ve ayrıca denir silikon dioksit. Silikon, biyo-esaslı bir element olarak kabul edilir ve Dünya'daki en bol bulunan elementlerden biridir.[1][2] Silika döngüsü ile önemli bir örtüşme vardır. karbon döngüsü (görmek Karbonat-Silikat döngüsü ) ve karbonun kıta boyunca tutulmasında önemli bir rol oynar. ayrışma biyojenik ihracat ve gömü gibi sızıntılar jeolojik zaman ölçeklerinde.[3]

Karasal silika döngüsü

Silika, karada bitkiler, ağaçlar ve otlar tarafından kullanılan önemli bir besindir. biyosfer. Silikat nehirler tarafından taşınır ve çeşitli silisli topraklarda biriktirilebilir. polimorflar. Bitkiler silikatı şu şekilde alabilir: H4SiO4 oluşumu için fitolitler. Fitolitler, bitki hücrelerinde bulunan ve bitkinin yapısal bütünlüğüne yardımcı olan küçük katı yapılardır.[1] Fitolitler ayrıca bitkileri tüketimden korumaya da yarar. otoburlar silis bakımından zengin bitkileri verimli bir şekilde tüketemeyen ve sindiremeyenler.[1] Fitolit bozulmasından silika salımı veya fesih küresel silikat mineralinin iki katı bir oranda oluştuğu tahmin edilmektedir. ayrışma.[2] Ekosistemler içindeki biyojeokimyasal döngüyü göz önünde bulundurursak, silikanın karasal ekosistemlere ithalatı ve ihracatı küçüktür.

Kaynaklar

Silikat mineralleri Dünya'nın kabuğunun yaklaşık% 90'ını oluşturan, tüm gezegendeki kaya oluşumlarında bol miktarda bulunur.[3] Karasal biyosferin birincil silikat kaynağı, ayrışma. Bu ayrışma için kimyasal reaksiyona bir örnek:

Wollastonite (CaSiO3) ve enstatit (MgSiO3) silikat bazlı minerallerin örnekleridir.[4] Ayrışma süreci aşağıdakiler için önemlidir: karbon tutumu jeolojik zaman ölçeklerinde.[2][4] Ayrışma süreci ve hızı yağışa, akışa, bitki örtüsüne, litolojiye ve topografyaya bağlı olarak değişkendir.

Lavabolar

Karasal silika döngüsünün en büyük çukuru, nehirler yoluyla okyanusa ihraç edilmesidir. Bitkisel maddelerde depolanan veya çözünen silika, nehirler aracılığıyla okyanusa ihraç edilebilir. Bu taşınmanın oranı yaklaşık 6 Tmol Si yıl−1.[5][2] Bu, karasal silika döngüsünün ana havuzunun yanı sıra deniz silika döngüsünün en büyük kaynağıdır.[5] Karasal silika için küçük bir lavabo, karasal çökeltilerde biriken ve sonunda silikattır. yerkabuğu.

Deniz silika bisiklet

deniz ve karasal silika döngüsü
Deniz[6] ve karasal[2][7][8][9][10] Silika döngüsüne katkılar, Tmol Si / yıl birimlerinde sağlanan nispi hareketle (akı) gösterilmiştir.[5] Deniz biyolojik üretimi öncelikle diyatomlar.[11] Haliç biyolojik üretimi süngerler.[12] Tréguer ve De La Rocha tarafından yayınlanan akı değerleri.[5] Kaynaklar bölümünde tartışıldığı gibi silikat kayaçların rezervuar boyutu 1.5x1021 Tmol.[13]

Okyanusta silisli organizmalar, örneğin diyatomlar ve radyolarya, opal silika içinde çözünmüş silisik asidin birincil yatağıdır.[11] Okyanusa girdikten sonra, çözünmüş Si molekülleri, ihraç edilmeden ve deniz tabanındaki deniz çökeltilerinde kalıcı olarak birikmeden önce yaklaşık 25 kez biyolojik olarak geri dönüştürülür.[2][doğrulama gerekli ] Bu hızlı geri dönüşüm, silikanın organik maddede su kolonunda çözünmesine ve ardından su kolonundaki biyolojik alımına bağlıdır. fotik bölge. Silika biyolojik rezervuarının tahmini kalış süresi yaklaşık 400 yıldır.[2] Opal silika, dünya okyanuslarında ağırlıklı olarak yetersiz doymuştur. Bu yetersiz doygunluk Sürekli geri dönüşüm ve uzun bekleme sürelerinin bir sonucu olarak hızlı çözünmeyi teşvik eder. Si'nin tahmini ciro süresi 1.5x10'dur4 yıl.[5] Okyanustaki silikanın toplam net girdi ve çıktıları 9,4 ± 4,7 Tmol Si yr−1 ve 9.9 ± 7.3 Tmol Si yıl−1, sırasıyla.[5]

Biyojenik silika üretimi fotik bölge 240 ± 40 Tmol Si yılı olduğu tahmin edilmektedir −1.[5] Yüzeydeki çözünme, yılda yaklaşık 135 Tmol Si'yi kaldırır−1Kalan Si ise batan parçacıklar içinde derin okyanusa ihraç edilir.[2] Derin okyanusta, 26,2 Tmol Si Yılı daha−1 opal yağmur olarak tortulara bırakılmadan önce çözülür.[2] Buradaki silisin% 90'ından fazlası çözülür, geri dönüştürülür ve sonunda öfotik bölgede tekrar kullanılmak üzere yükseltilir.[2]

Kaynaklar

Deniz silikasının başlıca kaynakları arasında nehirler, yeraltı suyu akışı, deniz tabanı ayrışma girdileri, hidrotermal menfezler ve atmosferik biriktirme (rüzgar akışı ).[4] Nehirler deniz ortamındaki en büyük silika kaynağıdır ve okyanusa gönderilen tüm silikanın% 90'ını oluşturur.[4][5][14] Deniz biyolojik silika döngüsünün bir silika kaynağı, derin okyanustan ve deniz tabanından yukarı doğru taşınarak geri dönüştürülen silikadır.

Lavabolar

Derin deniz tabanı birikimi, deniz silika döngüsünün en büyük uzun vadeli havuzudur (6,3 ± 3,6 Tmol Si yıl−1) ve okyanusa giden silika kaynakları tarafından kabaca dengelenmiştir.[4] Derin okyanusta biriken silika esas olarak şu şekildedir: silisli sızıntı, sonunda kabuğun altına batırılan ve içinde metamorfoz olan üst manto.[15] Manto altında, sızıntılarda silikat mineralleri oluşur ve sonunda yüzeye yükselir. Yüzeyde silika, hava etkisiyle tekrar döngüye girebilir.[15] Bu süreç on milyonlarca yıl sürebilir.[15] Okyanustaki diğer tek büyük silika havuzu, kıta kenarları boyunca gömülmedir (3.6 ± 3.7 Tmol Si yılı −1), öncelikle şeklinde silisli süngerler.[4] Kaynak ve havuz tahminlerindeki yüksek dereceli belirsizlik nedeniyle, deniz silika döngüsünün dengede olup olmadığı sonucuna varmak zordur. kalış süresi Okyanuslardaki silis oranının yaklaşık 10.000 yıl olduğu tahmin edilmektedir.[4] Silika ayrıca döngüden çıkarılabilir. çört ve kalıcı olarak gömülmek.

Antropojenik etkiler

Son 400 yılda tarımda yaşanan artış, kayaların ve toprakların maruziyetini artırdı ve bu da silikatla ayrışma oranlarının artmasına neden oldu. Sırayla, sızıntı amorf Topraktaki silika stokları da artarak nehirlerde daha yüksek konsantrasyonlarda çözünmüş silika sağlar.[4] Tersine, artan su barajı, barajların arkasındaki tatlı su diyatomlarının alımından dolayı okyanusa silika arzında bir azalmaya yol açmıştır. Sessizliğin egemenliği fitoplankton antropojenik nitrojen ve fosfor yüklemesi ve gelişmiş silika nedeniyle fesih Daha sıcak sularda, gelecekte silikon okyanus tortu ihracatını sınırlama potansiyeli vardır.[4]

İklim düzenlemesindeki rolü

Silika döngüsü, uzun vadeli küresel iklim düzenlemesinde önemli bir rol oynar. Küresel silika döngüsü, küresel karbon döngüsü üzerinde de büyük etkilere sahiptir. Karbonat-Silikat Döngüsü.[16] Silikat mineral ayrışma süreci atmosferik CO2 yukarıda gösterilen kimyasal reaksiyon yoluyla hidrolojik döngüye.[3] Jeolojik zaman ölçeklerinde, tektonik aktiviteye bağlı olarak ayrışma oranları değişir. Yükselme oranının yüksek olduğu bir dönemde, silikat ayrışma artar ve bu da yüksek CO ile sonuçlanır.2 alım oranları, artan volkanik CO'nun dengelenmesi2 jeolojik aktivite ile ilişkili emisyonlar. Bu ayrışma ve yanardağ dengesi, sera etkisi ve jeolojik zaman ölçeklerinde okyanus pH'ı.

Referanslar

  1. ^ a b c Hunt, J. W .; Dean, A. P .; Webster, R. E .; Johnson, G. N .; Ennos, A.R. (2008). "Silikanın Otları Otçulluğa Karşı Savunduğu Yeni Bir Mekanizma". Botanik Yıllıkları. 102 (4): 653–656. doi:10.1093 / aob / mcn130. ISSN  1095-8290. PMC  2701777. PMID  18697757.
  2. ^ a b c d e f g h ben j Conley, Daniel J. (Aralık 2002). "Karasal ekosistemler ve küresel biyojeokimyasal silika döngüsü". Küresel Biyojeokimyasal Çevrimler. 16 (4): 68–1–68–8. Bibcode:2002GBioC..16.1121C. doi:10.1029 / 2002gb001894. ISSN  0886-6236.
  3. ^ a b c Defant, Marc J .; Drummond, Mark S. (Ekim 1990). "Yitilmiş genç litosferin erimesiyle bazı modern yay magmalarının türetilmesi". Doğa. 347 (6294): 662–665. Bibcode:1990Natur.347..662D. doi:10.1038 / 347662a0. ISSN  0028-0836.
  4. ^ a b c d e f g h ben Gaillardet, J .; Dupré, B .; Louvat, P .; Allègre, C.J. (Temmuz 1999). "Büyük nehirlerin kimyasından çıkarılan küresel silikat ayrışma ve CO2 tüketim oranları". Kimyasal Jeoloji. 159 (1–4): 3–30. Bibcode:1999ChGeo.159 .... 3G. doi:10.1016 / s0009-2541 (99) 00031-5. ISSN  0009-2541.
  5. ^ a b c d e f g h Tréguer, Paul J .; De La Rocha, Christina L. (2013-01-03). "Dünya Okyanus Silika Döngüsü". Deniz Bilimi Yıllık İncelemesi. 5 (1): 477–501. doi:10.1146 / annurev-marine-121211-172346. ISSN  1941-1405. PMID  22809182.
  6. ^ Sarmiento, Jorge Louis (2006). Okyanus biyojeokimyasal dinamikleri. Gruber, Nicolas. Princeton: Princeton Üniversitesi Yayınları. ISBN  9780691017075. OCLC  60651167.
  7. ^ Drever, James I. (1993). "Kara bitkilerinin silikat minerallerinin ayrışma hızlarına etkisi". Geochimica et Cosmochimica Açta. 58 (10): 2325–2332. doi:10.1016/0016-7037(94)90013-2.
  8. ^ De La Rocha, Christina; Conley, Daniel J. (2017), "Saygıdeğer Silika Döngüsü", Silika Hikayeleri, Springer International Publishing, s. 157–176, doi:10.1007/978-3-319-54054-2_9, ISBN  9783319540542
  9. ^ Chadwick, Oliver A .; Ziegler, Karen; Kurtz, Andrew C .; Derry, Louis A. (2005). "Karasal silika döngüsünün biyolojik kontrolü ve akıların su havzalarına aktarılması". Doğa. 433 (7027): 728–731. Bibcode:2005Natur.433..728D. doi:10.1038 / nature03299. PMID  15716949.
  10. ^ Fulweiler, Robinson W .; Carey Joanna C. (2012-12-31). "Karasal Silika Pompası". PLOS ONE. 7 (12): e52932. Bibcode:2012PLoSO ... 752932C. doi:10.1371 / journal.pone.0052932. PMC  3534122. PMID  23300825.
  11. ^ a b Yool, Andrew; Tyrrell, Toby (2003). "Okyanusun silikon döngüsünü düzenlemede diatomların rolü". Küresel Biyojeokimyasal Çevrimler. 17 (4): 14.1–14.22. Bibcode:2003GBioC..17.1103Y. CiteSeerX  10.1.1.394.3912. doi:10.1029 / 2002GB002018.
  12. ^ DeMaster, David (2002). "Güney Okyanusunda biyojenik silika birikimi ve döngüsü: deniz silis bütçesini yeniden gözden geçirmek". Derin Deniz Araştırmaları Bölüm II. 49 (16): 3155–3167. Bibcode:2002DSRII..49.3155D. doi:10.1016 / S0967-0645 (02) 00076-0.
  13. ^ Sutton, Jill N .; Andre, Luc; Kardinal, Damien; Conley, Daniel J .; de Souza, Gregory F .; Dean, Jonathan; Dodd, Justin; Ehlert, Claudia; Ellwood, Michael J. (2018). "Küresel Silikon Döngüsünün Kararlı İzotop Biyo-jeokimyası ve İlişkili İz Elementleri Üzerine Bir İnceleme". Yer Biliminde Sınırlar. 5. doi:10.3389 / feart.2017.00112. ISSN  2296-6463.
  14. ^ Huebner, J. Stephen (Kasım 1982). "Kayaç Oluşturan Mineraller. Cilt 2A: Tek Zincirli Silikatlar. W. A. ​​Deer, R. A. Howie, J. Zussman". Jeoloji Dergisi. 90 (6): 748–749. doi:10.1086/628736. ISSN  0022-1376.
  15. ^ a b c Gaillardet, J .; Dupré, B .; Allègre, C.J. (Aralık 1999). "Büyük nehirde asılı çökeltilerin jeokimyası: silikatla ayrışma veya geri dönüşüm izleyici?". Geochimica et Cosmochimica Açta. 63 (23–24): 4037–4051. doi:10.1016 / s0016-7037 (99) 00307-5. ISSN  0016-7037.
  16. ^ Berner, Robert (Ağustos 1992). "Ayrışma, bitkiler ve uzun vadeli karbon döngüsü". Geochimica et Cosmochimica Açta. 56 (8): 3225–3231. Bibcode:1992GeCoA..56.3225B. doi:10.1016/0016-7037(92)90300-8.