KALZIUMKREISLAUF: EIGENSCHAFTEN, STADIEN UND BEDEUTUNG - CHEMIE - 2025

Der Kalziumkreislauf ist die Zirkulation und Speicherung dieses Elements auf der Erde, das Lebewesen, die Lithosphäre und die Hydrosphäre umfasst. Es ist ein sedimentärer biogeochemischer Kreislauf, in dem Calcium als weiches Erdalkalimetall zirkuliert, dem ein gasförmiges Stadium fehlt.

Das Stadium einer größeren Kalziumzirkulation ist das biologische, da es von Lebewesen verbraucht und in ihren Strukturen und ihrem Stoffwechsel verwendet wird. Sobald Lebewesen tot sind, wird Kalzium als Teil des Bodens und des Meeresbodens wieder in die physische Umgebung integriert.

Kalzium. Quelle: Pumbaa (Originalarbeit von Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Besonders auf dem Meeresboden und in den großen Seen gibt es umfangreiche Ablagerungen von Muscheln und Knochen. Diese Strukturen vermischen sich mit Sedimenten und sind über Millionen von Jahren von aufeinanderfolgenden Schichten bedeckt.

Die unteren Sedimentschichten sind hohen Drücken ausgesetzt und bilden Sedimentgesteine, die dann aufgrund terrestrischer geologischer Prozesse der Oberfläche ausgesetzt werden. Freiliegende Gesteine ​​sind Verwitterung und Erosion ausgesetzt, wobei Kalzium freigesetzt wird, das in den Boden integriert oder weggespült wird.

Im Boden wird es hauptsächlich von den Wurzeln der Pflanzen und im Meer von Phytoplankton und anderen Organismen aufgenommen. Calcium wird für verschiedene strukturelle und metabolische Zwecke verwendet, beispielsweise zur Herstellung von Schalen.

Der Kalziumzyklus ist wichtig, da er es ermöglicht, dass dieses Element in seinen verschiedenen Stadien verfügbar ist und verschiedene Funktionen erfüllt. Als Teil der Struktur lebender Organismen ist es an der Bildung des terrestrischen Reliefs beteiligt, reguliert den pH-Wert von Böden und Gewässern und dient als Rohstoff für die menschliche Industrie.

Allgemeine Charakteristiken

- Das Kalzium

Calcium (Ca) ist ein weiches Erdalkalimetall mit der Ordnungszahl 20 und der Atommasse 40.078, dessen gewöhnlicher Zustand fest ist. Bildet Oxide, die als starke Basen wirken und bei Kontakt mit Säuren heftig reagieren.

- Dein Zyklus

Calcium erfüllt einen biogeochemischen Kreislauf vom Sedimenttyp, da ihm eine Gasphase fehlt und die größten Reserven in der Lithosphäre liegen. Es ist eng mit den Kohlenstoff-, Wasser- und Phosphorkreisläufen verbunden.

Felsenerosion

Der Zyklus entsteht durch Verwitterung und Erosion von Kalkgesteinen, die das im Boden abgelagerte Kalzium freisetzen. Ebenso kann es in abfließendem Wasser gelöst in Flüsse, Seen und Ozeane gespült werden.

Wenn Regenwasser mit atmosphärischem CO2 in Kontakt kommt, bildet es H2CO3, das Kalksteingestein auflöst und Ca2 + und HCO3- freisetzt. Andererseits wandelt das vom Regenwasser getragene CO2 das unlösliche Carbonat in lösliches Bicarbonat um.

Aufnahme und Nutzung durch Lebewesen

Calcium (Ca2 +) im Boden wird von Pflanzen und in Gewässern von Wasserorganismen aufgenommen. Im Körper erfüllt Kalzium verschiedene Stoffwechselfunktionen und wenn Organismen sterben, kehrt es in die physische Umgebung zurück und wird durch abfließendes Wasser in Flüsse, Seen und Ozeane geleitet.

Felsformation

Tierskelette (innen und außen oder Muscheln) lagern sich als Teil der Sedimente auf dem Meeresboden ab. Die Sedimentschichten werden über Millionen von Jahren zu Kalkgesteinen bedeckt und verdichtet.

Kalkgesteine. Quelle: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Spätere diastrophische Prozesse (Risse und Aufwärtsbewegungen der Erdkruste) setzen die Gesteine ​​der Oberfläche aus. Auf diese Weise wird der Kreislauf geschlossen, da die Felsen wieder verwittert sind (Einwirkung der klimatischen Elemente) und verwittert und erodiert sind.

Stadien des Kalziumzyklus

Die Stadien, die Kalzium in seinem Speicher- und Zirkulationszyklus durchläuft, werden durch die Kompartimente angegeben, in denen diese Prozesse ablaufen. Dies sind die Kruste und ein Teil des Erdmantels (Lithosphäre), Gewässer (Hydrosphäre) und lebende Organismen.

- Geologische Phase

In der geologischen Phase, die in Kruste und Mantel unterteilt ist, befindet sich dort die größte Menge an Kalziumspeicher. Calcium ist das fünfthäufigste Element in der Lithosphäre und macht 3,5% der Erdkruste aus.

Es ist Teil von Gesteinen wie Kalkstein, Dolomit, Mergel und Marmor, während Kalkstein und Dolomit riesige Gebirgszüge auf dem ganzen Planeten bilden. Ebenso ist es Teil anderer natürlicher Verbindungen wie Gips und Alabaster (Calciumsulfat).

In mineralischer Form wird es als Calciumcarbonat (CaCO3) aus Calcit, Dolomit und anderen kristallinen Formen wie Aragonit erhalten.

Kalkstein

Es ist eine sehr häufig vorkommende Art von Sedimentgestein, das aus alten Meeres- oder Lakustrinvorkommen (Seen) stammt und zu 99% aus Calciumcarbonat besteht. Diese Gesteine ​​bilden horizontale Schichten oder werden durch diastrophische Bewegungen deformiert. Durch ihre Verwitterung entstehen neutrale bis basische Böden (pH 7 oder höher), die reich an Kalzium sind.

Dolomit

Es besteht aus einem Sedimentgestein, das durch eine chemische Substitutionsreaktion in flachen Meeresablagerungen gebildet wird. In diesem Fall ist Magnesium an der Mineralkonformation beteiligt und bildet Dolomit oder Calciummagnesiumcarbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

Es handelt sich um Sedimentgesteine, die aus 1/3 bis 2/3 Calciumcarbonat und dem Rest der Tone bestehen. Diese Gesteine ​​überleben in trockenen Gebieten, da sie sehr anfällig für Wassererosion sind.

Marmor

Wenn Kalksteinfelsen in tiefen Schichten der Erdkruste hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden, entsteht Marmor. Dies ist ein sehr kompaktes metamorphes Gestein mit einem hohen Kristallisationsgrad.

- Hydrologisches Stadium

Calcium wird in Flüssen, Seen und Ozeanen als Calciumchlorid (das in diesem Medium am häufigsten vorkommende Ion) und Calciumcarbonat gelöst. In den Ozeanen ist Calciumcarbonat (CaCO3) in Tiefen von weniger als 4.500 m stabil.

Calcium in diesem Medium kommt in lebenden Organismen und in Kalksteinablagerungen auf dem Meeresboden vor. Dies ist die Tiefengrenze der Carbonatkompensation, nach der sich CaCO3 auflöst und keine Kalksteinablagerungen bildet.

- Biologisches Stadium

Bewegung von Kalzium vom Boden zu den Wurzeln. Vom Xylem bis zu den Blättern der Pflanze. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

In diesem Stadium erreicht der Kalziumzyklus seine größte Zirkulation und ist für Lebewesen lebenswichtig, da er als Ca2 + -Ion Teil der Austauschmechanismen von Zellmembranen ist. Andererseits ist es ein wesentlicher Bestandteil von Knochen, Zähnen, Eierschalen und Schalen.

Kalziumschalen in Muscheln. Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Auf diese Weise zirkuliert Kalzium in der Biosphäre und wenn Organismen sterben, kehrt es zu den Sedimenten zurück, um im Laufe der Zeit neue Gesteine ​​zu bilden.

Der Mensch

Ein herausragendes Element des biologischen Stadiums des Kalziumkreislaufs ist die Rolle des Menschen bei der Verwendung dieses Elements als Rohstoff. Dieses Element wird in großen Mengen auf unterschiedliche Weise extrahiert, transportiert und verwendet.

In Tagebau-Minen wird Kalkstein gewonnen, um ihn als Bauelement zu verwenden oder um ihn zu mahlen und als industriellen Rohstoff zu verwenden. Die Schalen werden auch gemahlen, um Düngemittel und andere Produkte herzustellen.

Die Schalen von Foraminiferen und Weichtieren

Die Schalen dieser Tiere bestehen aus Calciumcarbonat, das als Calcit oder Aragonit kristallisiert ist. Dies sind zwei Mineralformen gleicher Zusammensetzung (CaCO3), die jedoch unterschiedlich kristallisieren.

Mollusken bilden ihre Schalen aus einer flüssigen Form von Kalzium, die von spezialisierten Zellen ausgeschieden wird. Die innerste Schicht der Schale ist das Perlmutt aus Aragonitkristallen, die mit dem Conchiolin-Protein gemischt sind.

Bedeutung

Die Zirkulation von Kalzium, die seinen charakteristischen Kreislauf bildet, ist wesentlich, um dieses Element Lebewesen zugänglich zu machen. Dank der Prozesse, die Kalzium aus Gesteinen freisetzen und es zirkulieren lassen, existiert das Leben so, wie wir es kennen.

- Wesentliches Element für das Leben

Calcium ist lebenswichtig, da es sowohl ein strukturelles als auch ein metabolisches Element ist. Strukturell ist es ein wesentlicher Bestandteil der Konformation sowohl interner als auch externer Skelette.

Bei knöchernen Tieren ist Kalzium der Hauptbestandteil der Knochen (inneres Skelett), auch der Zähne. Bei Foraminiferen (Protisten) und Weichtieren (Schnecken und Muscheln) ist es der Hauptbestandteil für die Bildung des äußeren Skeletts, dh der Muscheln.

Stoffwechsel

Calcium ist ein Transportmittel in Zellmembranen und spielt daher eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. In Zellmembranen gibt es Kalziumkanäle, die den passiven Eintritt dieses Elements in Zellen ermöglichen.

Kalziumkanäle. Quelle: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Public Domain

Dies reguliert die Beziehung der Calciumkonzentrationen zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle und aktiviert verschiedene Stoffwechselprozesse. Beispielsweise sind diese Mechanismen für die Funktion des Nerven- und Muskelsystems wesentlich und spielen daher eine relevante Rolle für die Herzfunktion.

- Essen und Gesundheit

Aus menschlicher Sicht ermöglicht der Kalziumkreislauf, dieses Element für Lebensmittel und die menschliche Gesundheit verfügbar zu machen. Vor allem bei der Herstellung und Zubereitung von Milchprodukten für Kinder ist es unerlässlich.

In ähnlicher Weise wird seine Einnahme für medizinische Zwecke bei der Behandlung von Kalziummangelerkrankungen wie Osteoporose verwendet. Diese knochenschwächende Krankheit ist besonders schwerwiegend bei älteren Menschen, insbesondere bei Frauen.

- Die Perlen

Wenn ein Fremdkörper in die Auster eindringt, bedeckt er sie mit Perlmutt und es entsteht eine Perle. Perlen erreichen weltweit hohe Werte auf dem Schmuckmarkt.

- Industrierohstoff

Kalkstein wird industriell für verschiedene Zwecke verwendet, beispielsweise zur Herstellung von Zement. Auch diese Steine ​​werden aufgrund ihres einfachen Schnitzens direkt als Baumaterial verwendet.

Darüber hinaus wird Calcium in verschiedenen Prozessen, insbesondere in der metallurgischen Industrie, als Desoxidations- und Reduktionsmittel eingesetzt.

Limette

Als Branntkalk, auch Baukalk genannt, handelt es sich um Calciumoxide, die im Bauwesen als Bindemittel und Beschichtung verwendet werden. Ebenso wird es bei der Herstellung von Seife, Papier, Glas, Gummi und beim Gerben von Leder verwendet.

Ebenso hat es verschiedene Anwendungen in der Lebensmittelindustrie und in der Wasseraufbereitung. Während es als gelöschter Kalk oder Calciumhydroxid verwendet wird, wird es auch in Industrie und Landwirtschaft verwendet.

- pH-Regulierung des Bodens

Der Gehalt an Calciumoxiden im Boden beeinflusst die Regulierung des pH-Wertes. In der Landwirtschaft wird Branntkalk als landwirtschaftliche Ergänzung zur Verringerung des Säuregehalts von Böden und auch als Dünger verwendet.

- Kalkwasser oder hartes Wasser

Wenn Wasser in kalzium- und magnesiumreichen Umgebungen zirkuliert, löst es Salze dieser Elemente und wird als kalkhaltiges oder hartes Wasser bezeichnet. Die Wasserqualitätsgrenze liegt bei 120 mg CaCO3 / Liter, oberhalb derer das Wasser als hart angesehen wird.

Wasser mit hohem Kalziumgehalt kann gesundheitliche Probleme verursachen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Herz-Kreislauf-System. Darüber hinaus erzeugt hartes Wasser kalkhaltige Ablagerungen in den Rohren, die die Zirkulation behindern.

- Kalkhöhlen und Grundwasserleiter

In kalkhaltigen Gesteinen bildet die Wassererosion häufig unterirdische Höhlensysteme mit interessanten inneren Konfigurationen. Unter diesen sticht die Bildung von Stalaktiten und Stalagmiten aufgrund der Calciumcarbonatablagerungen aus den Lecks an den Decken dieser Höhlen hervor.

Diese kalkhaltigen Systeme erfüllen aufgrund ihrer Porosität auch die Filterfunktion des Grundwassers und bilden Grundwasserleiter.

Verweise

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