Chemické cyklování - Chemical cycling - Wikipedia

Příklad chemického cyklu, schematické znázornění cyklu dusíku na Zemi. Tento proces vede k neustálé recyklaci plynného dusíku zahrnujícího oceán.

Chemické cyklování popisuje systémy opakované cirkulace chemických látek mezi jinými sloučeninami, skupinami a materiály a zpět do původního stavu, ke kterému dochází ve vesmíru a na mnoha objektech ve vesmíru včetně Země. Je známo, že aktivní chemické cyklování se vyskytuje na hvězdách, mnoha planetách a přírodních satelitech.

Chemické cyklování hraje velkou roli při udržování planetární atmosféry, kapalin a biologických procesů a může výrazně ovlivnit počasí a podnebí. Některé chemické cykly se uvolňují obnovitelná energie, jiné mohou vést ke složitým chemickým reakcím, organickým sloučeninám a prebiotická chemie. Na suchozemských tělesech, jako je Země, chemické cykly zahrnující litosféra jsou známé jako geochemické cykly. Probíhající geochemické cykly jsou jedním z hlavních atributů geologicky aktivních světů. Chemický cyklus zahrnující biosféru je znám jako a biogeochemický cyklus.

Slunce, další hvězdy a hvězdné systémy

Ve většině hvězd fúzujících vodík, včetně slunce, dochází k chemickému cyklu podílejícímu se na hvězdné nukleosyntéze, který je známý jako uhlík-dusík-kyslík nebo (Cyklus CNO ). Kromě tohoto cyklu mají hvězdy také cyklus hélia.[1] Bylo zjištěno, že v galaxiích se vyskytují různé cykly zahrnující plyn a prach.[2]

Venuše

Většina známých chemických cyklů pokračuje Venuše zahrnuje jeho hustou atmosféru a sloučeniny uhlíku a síry, z nichž nejvýznamnější je silný cyklus oxidu uhličitého.[3] Za jeho příčinu se považuje nedostatek úplného uhlíkového cyklu včetně například geochemického uhlíkového cyklu uprchlý skleníkový efekt, kvůli nedostatku podstatného jímky uhlíku.[4] Vyskytují se také cykly síry včetně cyklů oxidů síry, oxid síry v horní atmosféře a vede k přítomnosti kyselina sírová[5] zase se vrací k oxidům fotolýzou.[6] Indikace také naznačují ozonový cyklus na Venuši podobný cyklu Země.[7]

Země

Země koloběh vody.

Na Zemi se vyskytuje řada různých typů chemických cyklů, geochemických cyklů. Biogeochemické cykly hrají důležitou roli při udržování biosféry. Pozoruhodné aktivní chemické cykly na Zemi zahrnují:

Mezi další chemické cykly patří peroxid vodíku.[9]

Mars

Možné zdroje hypotézy Marťan Methane cyklus.

Nedávné důkazy naznačují, že podobné chemické cykly jako Země se vyskytují v menším měřítku Mars, usnadněno tenkou atmosférou, včetně oxidu uhličitého (a případně uhlíku),[10] voda,[11] síra,[12] metan,[13] kyslík,[14] ozón,[15] a dusík[16] cykly. Mnoho studií poukazuje na výrazně aktivnější chemické cykly na Marsu v minulosti, nicméně slabý mladý paradox Slunce se ukázalo jako problematické při určování chemických cyklů použitých v časných klimatických modelech planety.[17]

Jupiter

Jupiterovy plynové torusy generované Io (zelená) a Evropa (modrý)

Jupiter, stejně jako všichni plynoví giganti, má atmosférický metan cyklus.[18] Nedávné studie ukazují, že hydrologický cyklus vody-amoniaku, který se výrazně liší od typu, který funguje na pozemských planetách, jako je Země[18] a také cyklus sirovodík.[19]

Na Jupiterových měsících existují významné chemické cykly. Nedávné důkazy ukazují na Evropa vlastnit několik aktivních cyklů, nejvíce pozoruhodně vodní cyklus.[20] Jiné studie naznačují kyslík[21] a oxid uhličitý vyvolaný zářením[18] cyklus. Zdá se, že Io a Europa mají radiolytické cykly síry zahrnující jejich litosféry.[22] Navíc se předpokládá, že Evropa má cyklus oxidu siřičitého.[18] Kromě toho Io plazmatický torus přispívá k cyklu síry na Jupiteru a Ganymede.[23] Studie také naznačují cykly aktivního kyslíku na Ganymedu[24] a cykly kyslíku a radiolytického oxidu uhličitého pokračují Callisto.[18]

Saturn

Graf znázorňující mechanismy metanologického cyklu Titanu.

Navíc Saturn je metanový cyklus[18] některé studie naznačují, že amoniakální cyklus indukovaný fotolýzou je podobný Jupiterovu.[25]

Obzvláště zajímavé jsou cykly jeho měsíců. Připomínky Cassini – Huygens z Titan Atmosféra a interakce s jeho kapalným pláštěm vedou k několika aktivním chemickým cyklům, včetně metanu,[26] uhlovodík,[27] vodík,[28] a uhlík[29] cykly. Enceladus má aktivní hydrologický, křemičitý a případně dusíkový cyklus.[30][31]

Uran

Uran má aktivní metanový cyklus.[32] Metan se přeměňuje na uhlovodíky fotolýzou, která kondenzuje a při zahřívání uvolňuje metan, který stoupá do horních vrstev atmosféry.

Studie Grundy a kol. (2006) ukazují, že cykly aktivního uhlí fungují Titania, Umbriel a Ariel a Oberon probíhající sublimací a depozicí oxidu uhličitého, i když některé se po dlouhou dobu ztrácejí ve vesmíru.[33]

Neptune

Neptune vnitřní teplo a konvekce pohánějí cykly metanu,[18] uhlík,[34] a kombinace dalších těkavých látek v Tritonově litosféře.[35]

Modely předpovídaly přítomnost sezónních cyklů dusíku na Měsíci Triton,[36] dosud to však nepodporují pozorování.

Systém Pluto-Charon

Modely předpovídají sezónní cyklus dusíku Pluto[37] a pozorování od Nové obzory Zdá se, že to podporují.

Reference

  1. ^ Vladimir E. Fortov (26. prosince 2015). Extrémní stavy hmoty: Fyzika s vysokou hustotou energie. Springer. 97–. ISBN  978-3-319-18953-6.
  2. ^ Palouš, Jan (2007). „Hvězda - plynový cyklus v galaxiích“. Sborník Mezinárodní astronomické unie. 2 (S235): 268–270. Bibcode:2007IAUS..235..268P. doi:10.1017 / S1743921306006569. ISSN  1743-9213.
  3. ^ Mills, Franklin P .; Allen, Mark (2007). "Přehled vybraných otázek týkajících se chemie ve střední atmosféře Venuše". Planetární a kosmická věda. 55 (12): 1729–1740. Bibcode:2007P & SS ... 55,1729 mil. doi:10.1016 / j.pss.2007.01.012. ISSN  0032-0633.
  4. ^ Nick Strobel. "Venuše". Archivovány od originál dne 12.02.2007. Citováno 17. února 2009.
  5. ^ Jessup, Kandis Lea; Marcq, Emmanuel; Mills, Franklin; Mahieux, Arnaud; Limaye, Sanjay; Wilson, Colin; Allen, Mark; Bertaux, Jean-Loup; Markiewicz, Wojciech; Roman, Tony; Vandaele, Ann-Carine; Wilquet, Valerie; Yung, Yuk (2015). „Koordinovaný Hubbleův vesmírný dalekohled a pozorování Venuše Express na horní oblačné palubě Venuše“. Icarus. 258: 309–336. Bibcode:2015Icar..258..309J. doi:10.1016 / j.icarus.2015.05.027. ISSN  0019-1035.
  6. ^ Zhang, Xi; Liang, Mao-Chang; Montmessin, Franck; Bertaux, Jean-Loup; Parkinson, Christopher; Yung, Yuk L. (2010). „Fotolýza kyseliny sírové jako zdroje oxidů síry v mezosféře Venuše“ (PDF). Nature Geoscience. 3 (12): 834–837. Bibcode:2010NatGe ... 3..834Z. doi:10.1038 / ngeo989. ISSN  1752-0894.
  7. ^ Montmessin, F .; Bertaux, J.-L .; Lefèvre, F .; Marcq, E .; Belyaev, D .; Gérard, J.-C .; Korablev, O .; Fedorová, A .; Sarago, V .; Vandaele, A.C. (2011). "Vrstva ozonu detekovaná v noční atmosféře Venuše" (PDF). Icarus. 216 (1): 82–85. Bibcode:2011Icar..216 ... 82M. doi:10.1016 / j.icarus.2011.08.010. ISSN  0019-1035.
  8. ^ Berner, Robert; Lasaga, Antonio; Garrels, Robert (září 1983). „Uhličitan-křemičitý geochemický cyklus a jeho vliv na atmosférický oxid uhličitý za posledních 100 milionů let“ (PDF). American Journal of Science. 283 (7): 641–683. Bibcode:1983AmJS..283..641B. doi:10,2475 / ajs.283.7.641. Archivovány od originál (PDF) dne 26.03.2016. Citováno 3. února 2015.
  9. ^ Allen, Nicholas D.C .; González Abad, Gonzalo; Bernath, Peter F .; Boone, Chris D. (2013). "Satelitní pozorování globální distribuce peroxidu vodíku (H2O2) z ACE". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 115: 66–77. Bibcode:2013JQSRT.115 ... 66A. doi:10.1016 / j.jqsrt.2012.09.008. ISSN  0022-4073.
  10. ^ Edwards, Christopher S .; Ehlmann, Bethany L. (2015). "Usazování uhlíku na Marsu". Geologie. 43 (10): 863–866. Bibcode:2015Geo .... 43..863E. doi:10.1130 / G36983.1. ISSN  0091-7613.
  11. ^ Machtoub, G. (2012). „Modelování hydrologického cyklu na Marsu“. Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 4 (1): M03001. Bibcode:2012JAMES ... 4.3001M. doi:10.1029 / 2011MS000069. ISSN  1942-2466.
  12. ^ King, P.L .; McLennan, S. M. (2010). „Síra na Marsu“. Elementy. 6 (2): 107–112. doi:10.2113 / gselements.6.2.107. ISSN  1811-5209.
  13. ^ Wray, James J .; Ehlmann, Bethany L. (2011). "Geologie možných oblastí zdroje marťanského metanu". Planetární a kosmická věda. 59 (2–3): 196–202. Bibcode:2011P & SS ... 59..196W. doi:10.1016 / j.pss.2010.05.006. ISSN  0032-0633.
  14. ^ Farquhar, James; Thiemens, Mark H. (2000). „Kyslíkový cyklus systému marťanské atmosféry-regolit: Δ17O sekundárních fází v Nakhla a Lafayette“. Journal of Geophysical Research: Planets. 105 (E5): 11991–11997. Bibcode:2000JGR ... 10511991F. doi:10.1029 / 1999JE001194. ISSN  0148-0227.
  15. ^ Montmessin, Franck; Lefèvre, Franck (2013). „Transportem řízená tvorba polární ozonové vrstvy na Marsu“. Nature Geoscience. 6 (11): 930–933. Bibcode:2013NatGe ... 6..930M. doi:10.1038 / ngeo1957. ISSN  1752-0894.
  16. ^ Boxe, C.S .; Hand, K.P .; Nealson, K.H .; Yung, Y.L .; Saiz-Lopez, A. (2012). „Cyklus aktivního dusíku na Marsu dostatečný k podpoře podpovrchové biosféry“. International Journal of Astrobiology. 11 (2): 109–115. Bibcode:2012IJAsB..11..109B. doi:10.1017 / S1473550411000401. ISSN  1473-5504.
  17. ^ Wordsworth, R .; Zapomeň, F .; Millour, E .; Head, J.W .; Madeleine, J.-B .; Charnay, B. (2013). „Globální modelování raného marťanského podnebí v hustší atmosféře CO2: vodní cyklus a vývoj ledu“. Icarus. 222 (1): 1–19. arXiv:1207.3993. Bibcode:2013Icar..222 .... 1W. doi:10.1016 / j.icarus.2012.09.036. ISSN  0019-1035. S2CID  14765875.
  18. ^ A b C d E F G Fran Bagenal; Timothy E. Dowling; William B. McKinnon (5. března 2007). Jupiter: Planeta, satelity a magnetosféra. Cambridge University Press. str. 138–. ISBN  978-0-521-03545-3.
  19. ^ Palotai, Csaba; Dowling, Timothy E .; Fletcher, Leigh N. (2014). "3D modelování interakcí mezi Jupiterovými čpavkovými mraky a velkými anticyklóny". Icarus. 232: 141–156. Bibcode:2014Icar..232..141P. doi:10.1016 / j.icarus.2014.01.005. ISSN  0019-1035.
  20. ^ Kattenhorn, Simon A .; Prockter, Louise M. (2014). "Důkazy o subdukci v ledové skořápce Europy". Nature Geoscience. 7 (10): 762–767. Bibcode:2014NatGe ... 7..762K. doi:10.1038 / ngeo2245. ISSN  1752-0894.
  21. ^ Hand, Kevin P .; Chyba, Christopher F .; Carlson, Robert W .; Cooper, John F. (2006). "Klatrátové hydráty oxidantů v ledové skořápce Evropy". Astrobiologie. 6 (3): 463–482. Bibcode:2006 AsBio ... 6..463H. doi:10.1089 / ast.2006.6.463. ISSN  1531-1074. PMID  16805702.
  22. ^ Battaglia, Steven M .; Stewart, Michael A .; Kieffer, Susan W. (červen 2014). „Io's theothermal (síra) - Litosférický cyklus odvozený z modelování rozpustnosti síry v dodávce magmatu Pele“. Icarus. 235: 123–129. Bibcode:2014Icar..235..123B. doi:10.1016 / j.icarus.2014.03.019.
  23. ^ Cheng, Andrew F. (1984). "Únik síry a kyslíku z Io". Journal of Geophysical Research. 89 (A6): 3939. Bibcode:1984JGR ... 89,3939C. doi:10.1029 / JA089iA06p03939. ISSN  0148-0227.
  24. ^ Vidal, RA; Bahr, D; Baragiola, RA; Peters, M (1997). „Kyslík na Ganymedu: laboratorní studie“. Věda. 276 (5320): 1839–42. Bibcode:1997Sci ... 276.1839V. doi:10.1126 / science.276.5320.1839. PMID  9188525. S2CID  27378519.
  25. ^ West, R. A .; Baines, K. H .; Karkoschka, E .; Sánchez-Lavega, A. (2009). Mraky a aerosoly v atmosféře Saturnu. Saturn z Cassini-Huygens. 161–179. Bibcode:2009sfch.book..161W. doi:10.1007/978-1-4020-9217-6_7. ISBN  978-1-4020-9216-9.
  26. ^ Atreya, Sushil K .; Adams, Elena Y .; Niemann, Hasso B .; Demick-Montelara, Jaime E .; Owen, Tobias C .; Fulchignoni, Marcello; Ferri, Francesca; Wilson, Eric H. (2006). „Titanův metanový cyklus“. Planetární a kosmická věda. 54 (12): 1177–1187. Bibcode:2006P & SS ... 54.1177A. doi:10.1016 / j.pss.2006.05.028. ISSN  0032-0633.
  27. ^ Tobie, G; Choukroun, M; Grasset, O; Le Mouelic, S; Lunine, J.I .; Sotin, C; Měšťan, O; Gautier, D; Hirtzig, M; Lebonnois, S; Le Corre, L (2009). "Vývoj Titanu a důsledky pro jeho uhlovodíkový cyklus". Filozofické transakce Královské společnosti A: Matematické, fyzikální a technické vědy. 367 (1889): 617–631. Bibcode:2009RSPTA.367..617T. doi:10.1098 / rsta.2008.0246. ISSN  1364-503X. PMID  19073458. S2CID  1165160.
  28. ^ Lebonnois, S.ébastien; Bakes, E.L.O .; McKay, Christopher P. (2003). „Rozpočet atomového a molekulárního vodíku v atmosféře Titanu“. Icarus. 161 (2): 474–485. Bibcode:2003Icar..161..474L. CiteSeerX  10.1.1.524.6156. doi:10.1016 / S0019-1035 (02) 00039-8. ISSN  0019-1035.
  29. ^ Choukroun, M .; Sotin, C. (2012). „Je tvar Titanu způsoben jeho meteorologií a uhlíkovým cyklem?“. Dopisy o geofyzikálním výzkumu. 39 (4): n / a. Bibcode:2012GeoRL..39.4201C. doi:10.1029 / 2011GL050747. ISSN  0094-8276.
  30. ^ Parkinson, C. D .; Liang, M.-C .; Hartman, H .; Hansen, C. J .; Tinetti, G .; Meadows, V .; Kirschvink, J.L .; Yung, Y. L. (2007). „Enceladus: Cassiniho pozorování a důsledky pro hledání života“ (PDF). Astronomie a astrofyzika. 463 (1): 353–357. Bibcode:2007A & A ... 463..353P. doi:10.1051/0004-6361:20065773. ISSN  0004-6361.
  31. ^ Parkinson, Christopher D .; Liang, Mao-Chang; Yung, Yuk L .; Kirschivnk, Joseph L. (2008). „Obyvatelnost Enceladus: Planetární podmínky pro život“. Počátky života a vývoj biosfér. 38 (4): 355–369. Bibcode:2008OLEB ... 38..355P. doi:10.1007 / s11084-008-9135-4. ISSN  0169-6149. PMID  18566911. S2CID  15416810.
  32. ^ Richard Schmude Jr. (29. června 2009). Uran, Neptun a Pluto a jak je pozorovat. Springer Science & Business Media. str. 67–. ISBN  978-0-387-76602-7.
  33. ^ Grundy, W. M .; Young, L. A .; Spencer, J. R .; Johnson, R.E .; Young, E. F .; Buie, M. W. (říjen 2006). "Distribuce H2O a CO2 ledy na Ariel, Umbriel, Titania a Oberon z pozorování IRTF / SpeX “. Icarus. 184 (2): 543–555. arXiv:0704.1525. Bibcode:2006Icar..184..543G. doi:10.1016 / j.icarus.2006.04.016. S2CID  12105236.
  34. ^ Dale P. Cruikshank; Mildred Shapley Matthews; A. M. Schumann (1995). Neptun a Triton. University of Arizona Press. str. 500–. ISBN  978-0-8165-1525-7.
  35. ^ Steven M. Battaglia (2013). „Recyklace těkavých litosfér vnějších ledových satelitů a transneptunských objektů odvozená z modelování tepelného gradientu ledové skořápky Triton“. Geologická společnost Ameriky. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  36. ^ Hansen, Candice J .; Paige, David A. (1992). "Tepelný model pro sezónní dusíkový cyklus na Tritonu". Icarus. 99 (2): 273–288. Bibcode:1992Icar ... 99..273H. doi:10.1016 / 0019-1035 (92) 90146-X. ISSN  0019-1035.
  37. ^ Hansen, Candice J .; Paige, David A. (1996). "Sezónní cykly dusíku na Plutu". Icarus. 120 (2): 247–265. Bibcode:1996 Icar..120..247H. CiteSeerX  10.1.1.26.4515. doi:10.1006 / icar.1996.0049. ISSN  0019-1035.