CICLUL CALCIULUI: CARACTERISTICI, ETAPE ȘI IMPORTANȚĂ - CHIMIE - 2025

Ciclul de calciu este circulația și depozitarea pe Pământ a acestui element, care să cuprindă ființe vii, litosfera și hidrosfera. Este un ciclu biogeochimic sedimentar în care calciul circulă ca un metal moale alcalin, care nu are o etapă gazoasă.

Etapa de circulație mai mare a calciului este cea biologică, deoarece este consumată de ființele vii și folosită în structurile și metabolismul lor. Odată ce ființele vii sunt moarte, calciul este reintegrat în mediul fizic ca parte a solului și a fundului marin.

Calciu. Sursa: Pumbaa (lucrare originală a lui Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 Marea Britanie (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Există depozite extinse de scoici și oase, în special pe fundul mării și în marile lacuri. Aceste structuri se amestecă cu sedimentele și sunt acoperite de straturi succesive de-a lungul a milioane de ani.

Straturile inferioare ale sedimentelor sunt supuse unor presiuni ridicate formând roci sedimentare care sunt apoi expuse la suprafață datorită proceselor geologice terestre. Rocile expuse sunt supuse intemperiilor și eroziunii, eliberând calciu care este integrat în sol sau este spălat.

În sol este absorbit în principal de rădăcinile plantelor și în mare de fitoplancton și alte organisme. Calciul este utilizat în diferite scopuri structurale și metabolice, de exemplu fabricarea de cochilii.

Ciclul calciului este important, deoarece permite acestui element să fie disponibil în diferitele sale etape, îndeplinind diferite funcții. Astfel, făcând parte din structura organismelor vii, participă la formarea reliefului terestru, reglează pH-ul solurilor și apelor și servește ca materie primă pentru industria umană.

Caracteristici generale

- Calciul

Calciul (Ca) este un metal moale alcalin cu pământ cu număr atomic 20 și masă atomică 40.078, a cărui stare obișnuită este solidă. Formează oxizi care acționează ca baze puternice, reacționând violent când sunt în contact cu acizii.

- Ciclul tău

Calciul îndeplinește un ciclu biogeochimic de tip sedimentar, deoarece lipsește o fază gazoasă, iar cele mai mari rezerve sunt în litosferă. Este strâns legat de ciclurile de carbon, apă și fosfor.

Eroziunea rocilor

Ciclul se dezvoltă din cauza intemperiilor și eroziunii rocilor calcaroase care eliberează calciul care este depus în sol. De asemenea, poate fi spălat dizolvat în apa de scurgere în râuri, lacuri și oceane.

Când apa de ploaie intră în contact cu CO2 atmosferic, formează H2CO3 care dizolvă roca calcaroasă, eliberând Ca2 + și HCO3-. Pe de altă parte, CO2 transportat de apa de ploaie transformă carbonatul insolubil în bicarbonat solubil.

Absorbția și utilizarea de către ființele vii

Calciul (Ca2 +) din sol este absorbit de plante și în corpurile de apă de organismele acvatice. În organism, calciul îndeplinește diferite funcții metabolice și atunci când organismele mor, revine în mediul fizic, purtat de apa de scurgere în râuri, lacuri și oceane.

Formatie rock

Scheletele de animale (interne și externe sau scoici) sunt depuse pe fundul mării ca parte a sedimentelor. Straturile de sedimente sunt acoperite și compactate de-a lungul a milioane de ani pentru a forma roci calcaroase.

Roci calcaroase. Sursa: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Procesele diastrofice ulterioare (fisuri și mișcări ascendente ale scoarței terestre) expun rocile la suprafață. În acest fel, ciclul este închis, deoarece rocile sunt din nou intemperii (acțiunea elementelor climatice) și sunt rezistate și erodate.

Etapele ciclului calciului

Etapele prin care trece calciul în ciclul său de stocare și circulație sunt date de compartimentele în care au loc aceste procese. Acestea sunt crusta și o parte din mantia pământului (litosfera), corpurile de apă (hidrosfera) și organismele vii.

- stadiul geologic

În stadiul geologic, compartimentat în crustă și manta, este locul în care se găsește cea mai mare cantitate de depozitare a calciului. Calciul este al cincilea cel mai abundent element din litosferă, constituind 3,5% din scoarța terestră.

Se găsește făcând parte din roci, cum ar fi calcarul, dolomitul, marla și marmura, în timp ce calcarul și dolomita formează lanțuri uriașe de munte pe toată planeta. În același mod, face parte din alți compuși naturali, cum ar fi ghips și alabastru (sulfat de calciu).

În formă minerală, este obținut sub formă de carbonat de calciu (CaCO3) din calcită, dolomită și alte forme cristaline, cum ar fi aragonita.

calcaros

Este un tip de rocă sedimentară foarte abundentă, originară din depozitele antice marine sau lacustre (lacuri), compusă din 99% carbonat de calciu. Aceste roci formează straturi orizontale sau deformate prin mișcări diastrofice și intemperiile lor dau naștere la solurile neutre de bază (pH 7 sau mai mare), bogate în calciu.

Dolomită

Constă dintr-o rocă sedimentară formată în depozite marine superficiale printr-o reacție de substituție chimică. În acest caz, magneziul participă la conformația mineralului, formând dolomit sau carbonat de magneziu de calciu (CaMg (CO3) 2).

Margas

Sunt roci sedimentare formate din 1/3 până la 2/3 de carbonat de calciu și restul de argile. Aceste roci supraviețuiesc în zone uscate, deoarece sunt foarte sensibile la eroziunea apei.

Marmură

Dacă rocile calcaroase sunt supuse la temperaturi și presiuni ridicate în straturile adânci ale scoarței terestre, se formează marmură. Aceasta este o rocă metamorfică foarte compactă, cu un grad ridicat de cristalizare.

- stadiul hidrologic

Calciul este dizolvat în râuri, lacuri și oceane sub formă de clorură de calciu (fiind cel mai abundent ion din acest mediu) și carbonat de calciu. În oceane, carbonatul de calciu (CaCO3) este stabil la adâncimi mai mici de 4.500 m.

Calciul în acest mediu se găsește în organismele vii și în depozitele de calcar de pe fundul mării. Aceasta este limita adâncimii compensării carbonatului, după care CaCO3 se dizolvă și nu formează depozite de calcar.

- stadiul biologic

Mișcarea calciului de la sol la rădăcini. De la xilem la frunzele plantei. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

În acest stadiu, ciclul calciului atinge cea mai mare circulație, fiind vital pentru ființele vii, deoarece ca ion Ca2 + face parte din mecanismele de schimb ale membranelor celulare. Pe de altă parte, este un element esențial al oaselor, dinților, cojilor de ouă și al cojilor.

Coji de calciu în bivalve. Sursa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

În acest fel, calciul circulă în biosferă și când organismele mor, revine în sedimente pentru a forma roci noi în timp.

Ființa umană

Un element de excepție al stadiului biologic al ciclului calciului este rolul ființelor umane în utilizarea acestui element ca materie primă. Acest element este extras, transportat și utilizat în cantități mari în moduri diferite.

În minele cu gropi deschise, calcarul este extras pentru a-l folosi ca element de construcție sau pentru a-l macina și a-l folosi ca materie primă industrială. Cojile sunt de asemenea măcinate pentru a pregăti îngrășăminte și alte produse.

Cojile de foraminifere și moluște

Cojile acestor animale sunt formate din carbonat de calciu, cristalizat sub formă de calcită sau aragonită. Acestea sunt două forme minerale cu aceeași compoziție (CaCO3), dar care se cristalizează diferit.

Moluștele își formează cochilii dintr-o formă lichidă de calciu secretată de celule specializate. Stratul cel mai interior al cochiliei este nara formată din cristale de aragonită amestecate cu proteina conchiolină.

Importanţă

Circulația calciului, care formează ciclul său caracteristic, este esențială pentru a pune acest element la dispoziția ființelor vii. Datorită proceselor care eliberează calciul din roci și îl fac să circule, viața există așa cum o cunoaștem.

- Element esențial pentru viață

Calciul este esențial pentru viață, deoarece este atât un element structural cât și unul metabolic. Din punct de vedere structural, este o parte fundamentală în conformarea scheletelor interne și externe.

La animalele osoase, calciul este componenta principală a oaselor (scheletul intern), de asemenea a dinților. La foraminifere (protiste) și moluște (melci și bivalve) este ingredientul principal pentru formarea scheletului extern, adică a cojilor.

Metabolism

Calciul este un agent de transport în membranele celulare, de aceea joacă un rol important în metabolism. În membranele celulare există canale de calciu care permit intrarea pasivă a acestui element în celule.

Canalele de calciu. Sursa: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Domeniu public

Aceasta reglează relația concentrațiilor de calciu între interiorul și exteriorul celulei, activând diferite procese metabolice. De exemplu, aceste mecanisme sunt esențiale pentru funcționarea sistemului nervos și muscular și, prin urmare, joacă un rol relevant în funcția cardiacă.

- Alimente și sănătate

Din punct de vedere uman, ciclul calciului permite punerea acestui element la dispoziția alimentelor și a sănătății umane. Mai presus de toate, este esențial în producerea și prepararea alimentelor lactate pentru copii.

În mod similar, ingestia sa în scopuri medicinale este utilizată în tratamentul bolilor cu deficit de calciu, cum ar fi osteoporoza. Această boală care slăbește oasele este deosebit de gravă la persoanele în vârstă, în special la femei.

- Perlele

Când un corp străin invadează stridia, acesta îl acoperă cu soare-perlă și astfel se formează o perlă. Perlele ating valori ridicate pe piața de bijuterii din întreaga lume.

- Materii prime industriale

Calcarul este utilizat industrial în diverse scopuri, de exemplu fabricarea cimentului. De asemenea, aceste pietre sunt folosite direct ca material de construcție, datorită sculptării lor ușoare.

Mai mult, calciul este utilizat ca deoxidizant și agent de reducere în diferite procese, în special în industria metalurgică.

Lămâie verde

Ca timp rapid, numit și var de construcție, sunt oxizi de calciu care sunt folosiți ca liant și acoperire în construcții. În același mod, este utilizat la fabricarea săpunului, hârtiei, sticlei, cauciucului și pentru bronzarea pieilor.

De asemenea, are diverse utilizări în industria alimentară și în tratarea apei. În timp ce este sub formă de var sau hidroxid de calciu, este utilizat și în industrie și agricultură.

- Reglarea pH-ului solului

Conținutul de oxizi de calciu din sol afectează reglarea pH-ului. În agricultură, timp rapid este utilizat ca amendament agricol pentru a reduce aciditatea solurilor și, de asemenea, ca îngrășământ.

- Apă calcaroasă sau apă tare

Când apa circulă în medii bogate în calciu și magneziu, dizolvă sărurile acestor elemente și este cunoscută sub numele de apă calcaroasă sau tare. Limita calității apei este de 120 mg CaCO3 / litru, peste care apa este considerată a fi dură.

Apa cu conținut ridicat de calciu poate provoca probleme de sănătate, în special legate de sistemul cardiovascular. În plus, apa tare produce depozite calcaroase în conductele care obstrucționează circulația.

- Peșteri calcaroase și acvifere

În rocile calcaroase, eroziunea hidrică formează adesea sisteme subterane de peșteri cu configurații interne interesante. Printre acestea, se remarcă formarea de stalactite și stalagmite, datorită depunerilor de carbonat de calciu din scurgerile de pe acoperișurile acestor peșteri.

Aceste sisteme calcaroase îndeplinesc și funcția de filtrare a apelor subterane datorită porozității sale, formând acvifere.

Referințe

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Enciclopedia ecologiei și a managementului mediului.
2. Christopher R. and Fielding, CR (1993). O trecere în revistă a cercetărilor recente în sedimentologia fluvială. Geologie sedimentară.
3. Margalef, R. (1974). Ecologie. Ediții Omega.
4. Miller, G. și TYLER, JR (1992). Ecologie și mediu. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP și Warrett, GW (2006). Fundamentele ecologiei. A cincea ediție. Thomson.