Chu trình sinh hóa

TOPIC:
BIOCHEMICAL CYCLES
GVHD:TS.Tô Thị Hiền
Nhóm thực hiện: Nhóm 2
1.Hồ Quốc Việt 0917404
2.Trần Nhựt Thanh 0917297
3.Phan Thị Trâm Anh 0917007
4.Nguyễn Thị Thu Trang 0917350
5.Lê Hoàng Giang 0917062
6.Nguyễn Đình Phương 0917254
7.Nguyễn Thị Tuyết Mai 0917191
8.Đỗ Thị Lệ Thu 0917327
9. Lê Thị Thu Thủy 0917329


Nội dung tìm hiểu
CHU TRÌNH SINH ĐỊA HOÁ LÀ GÌ?

Chu trình sinh địa hoá là chu trình vận động có tính chất tuần hoàn của vật chất trong sinh quyển từ môi trường bên ngoài chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi từ cơ thể sinh vật chuyển trở lại môi trường. vật chất đều được bảo toàn.
Phân loại
Khi trái đất xoay,mặt bên khuất với Mặt Trời bị đóng băng trong khi mặt bên kia lại bị nung nóng lên,do đó có ít không khí để giử lại nhiệt hay phản nhiệt
Bầu khí quyển thời kỳ sơ khai

Bầu khí quyển đầu tiên của Trái Đất quá nóng và yếu đến nổi không làm chệch hướng của các thiên thạch đang lao xuống .

Khi trái đất nguyên sinh ổn định lại ở thể rắn những ngọn núi lửa lớn hình thành trên bề mặt của nó .Những ngọn núi lửa này phun ra lượng lớn carbon monoxide và carbon dioxide .Lượng khí này dần dần kết hợp lại với nhau thành bầu khí quyển đầu tiên
Qua hàng triệu năm lượng oxy do các sinh vật quang hợp tạo ra tích tụ lại trong bầu khí quyển ,sự phát triển lớn của thực vật dất liền cách đây 400 triệu năm có khả năng nâng mức lên đến mức oxy như hiện nay
Gần như liên tục lượng carbon dioxide trong không khí xuống ,phần lớn được thực vật giữ lại ,nhưng không thể hiểu hết được sự biến mất phần còn lại,dường như lượng carbon dioxide trong bầu khí quyển ngày nay ít hơn 100 lần so với cách đây 3,5 ty năm
Các chu trình sinh địa hóa
Chu trình nước
Chu trình cacbon
Chu trình oxy
Chu trình phospho
Chu trình nito
Chu trình lưu huỳnh
Chu trình các kim loại nặng
Vòng tuần hoàn nước
Gồm có vòng tuần hoàn lớn và vòng tuần hoàn nhỏ
Vòng tuần nhỏ
Phần lớn lượng nước này được bốc hơi từ mặt biển và đại dương sẽ quay trở lại đó dưới dạng mưa và tuyết tạo nên vòng tuần hoàn đầu tiên gọi là vòng tuần hoàn nhỏ
Vòng tuần lớn
Phần còn lại ,hơi nước theo các khối không khí đi từ đại dương vào đất liền,gặp điều kiện thuận lợi lại ngưng tụ thành mây,mưa rơi trên đất liền thực tế lớn 57% lượng hơi nước được bốc hơi lên từ đất liền .mưa rơi trên lục địa một phần thấm vào trong đất ,một phần chảy trên mặt đất hình thành nên các dòng sông suối ,phần còn lại bị bốc hơi
Cuối cùng nước từ lục địa quay trở lại biển nhờ các dòng chảy của sông ,suối và sự thấm trực tiếp của nước ngầm vào các đại dương để hình thành vòng tuần hoàn lớn trên trái đất

CHU TRÌNH CACBON
1.Định nghĩa: Cacbon là nguyên tố cần thiết cho mọi sinh vật sống. Nó tham gia vào tất cả quá trình vận động của sinh quyển.
Chu trình cacbon
2.phân bố
Đơn vị: triệu tấn
Chu trình cacbon
3.Sự biến thiên của CO2 qua các năm
Hình 1 : nồng độ của CO2 khí quyển qua các năm
Chu trình cacbon
CO2 hòa tan trong đại dương hình thành thành CO2.H2O,một acid yếu mà phân ly ra HCO3- và CO3- theo phương trình:
CO2(g) + H2O  CO2.H2O KH=[CO2.H2O]/PCO2=3.10-2M
CO2.H2O  HCO3- + H+ K1=[H+].[HCO3-]/[CO2.H2O]=9.10-7M
HCO3-  CO3- + H+ K2=[CO3-].[H+]/[HCO3-]=7.10-10M
4.Các quá trình hóa học của Cacbonat trong đại dương
Chu trình cacbon
Độ PH trung bình của đại dương là 8.2, độ kiềm của đại dương được đặc trưng bởi quá trình bào mòn của những lớp đá cơ bản (Al2O3, SiO2, CaCO3) tại bề mặt của lục địa, theo dòng chảy của các con sông ra biển
Với :F là phần trăm CO2 trong khí quyển.
Voc =1,4.1018 (m3 )là tổng thể tích của đại dương.
Na =1,8.1020 (mol )là tổng số mol của không khí.
Chu trình cacbon
Thế vào CT ta được F=0,03. Ở trạng thái cân bằng, gần như tất cả các CO2 được hòa tan trong đại dương,chỉ có 3% là trong khí quyển.
Hình 3 : sự phụ thuộc của F vào pH ở trạng thái cân bằng trong hệ thống khí quyển-đại dương
Chu trình cacbon
4.khả năng hấp thụ CO2 trong đại dương
Trong quá trình axit hóa của đại dương thu được từ thêm CO2,thì lượng CO2 không được hấp thụ toàn bộ mà một phần phản hồi lại khí quyển làm tăng lượng CO2 trong khí quyển.
Gọi f là phần trăm CO2 vẫn còn thêm vào khí quyển
Với β=1.4 ta tính được f = 0,28. ở trạng thái cân bằng, vẫn còn 28% lượng CO2 trong khí quyển, phần còn lại mới được đại dương hấp thụ.
Chu trình cacbon
5.Chu trình hoạt động của cacbon
Chu trình cacbon
Chu trình oxy
Khái niệm: Ôxy là nguyên tố phổ biến của vỏ trái đất( 47%), hàm lượng trong khí quyển tương đối lớn(21%). Ôxy tham gia các phản ứng hình thành và phát triển tế bào động thực vật cùng các phản ứng với H2O,CO2, đặc biệt là phản ứng hiếu khí.
Phân bố ( đv:Mt )
Chu trình oxy













Oxy được sinh ra từ nguồn quan trọng nhất là quá trình quang hợp của cây xanh,chúng sản xuất ra 4,67.1011 tấn/năm
Trong tự nhiên, oxy còn được tạo ra nhờ phản ứng:
O3 + hv  O + O2
nCO2 + nH2O + hv  (CH2O)n + nO2
Tổng oxy tạo ra nhờ phản ứng quang hóa và các phản ứng khác chỉ là 2,28.106 tấn/năm.
Quá trình tạo ra oxy:
Quá trình tiêu hủy oxy
Oxy tạo ra 1364 khoáng vật, tồn tại ở nhiều dạng hợp chất khác nhau.

Oxy tham gia vào các phản ứng đốt, oxy hóa các chất hữu cơ , vô cơ, hô hấp của động vật và một số quá trình ăn mòn khác
2CO + O2  2CO2 (Oxy hóa các khí nguồn gốc núi lửa)
C + O2  CO2 (đốt nhiên liệu)
CH4 + 2O2  CO2 + H2O
[CH2O] + O2  CO2 + H2O (hô hấp của động vật)
3O2 + 4 Fe  2Fe2 O3 (xảy ra trong lòng đất)
4 FeO + O2  2Fe2 O3 (phong hóa, oxy hóa các khoáng vật khử)
Ca2+ + CO32-  CaCO3(xảy ra trong trầm tích đại dương)
Ngoài ra:
Trên tầng khí quyển cao oxy tồn tại ở các dạng phân tử, nguyên tử, ion, các nguyên tử và phân tử được hoạt hóa như O2, O, O+, O2+, O2-, O3
O2 + hv (240 – 260nm)  O + O
O3 + hv(308nm)  O2 + Oo
O + hv  O+ + e
O2 + hv  O+ + e
chu trình phospho
Phot pho tồn tại trong:

Đá trầm tích
Đất và nước
Cấu tạo AND
Cơ thể động vật và thực vật
Phot pho trong tự nhiên:



Chu trình Photpho là chu trình không hoàn chỉnh.
Chu trình Phot pho:
Phot pho trong đất bị vi khuẩn phân hủy → ( HPO3-, H2PO3, PO42-) → rễ thực vật, vsv → động vật ăn thực vật → con người → P trong môi trường đất
Một phần P đi vào chu trình nước ở đại dương, làm thức ăn cho phù du→ cá tôm ăn phù du → người ăn cá tôm vào → người chết đi → trả P cho đất.



Sơ đồ chu trình Phospho
Chu trình nitơ
Nitơ có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển, chiếm 78% thể tích, gấp gần 4 lần thể tích khí oxy.
Các loài thực vật có thể sử dụng được nitơ ở dạng muối như nitrat - đạm dễ tiêu (NO3-) hoặc ở dạng ion amon (NH4+), NO2....
Vậy nitơ trong tự nhiên có những quá trình chuyển hóa nào?

Chu trình nitơ gồm 3 quá trình lớn:

Sự cố định đạm (Nitrogen fixation)
Quá trình nitrat hoá (Nitrification)
Quá trình phản nitrat hoá (Denitrification)
Sự cố định đạm (Nitrogen fixation)
Vì phân tử nitơ bền vững nên cần nhiều năng lượng để tách thành nguyên tử tự do rồi sau đó mới có khả năng kết hợp với nguyên tố khác tạo hợp chất
N2 N + N Q= 160 cal/mol
N + H NH3
Trong quá trình cố định đạm vai trò điều hòa chính là 2 loại enzym: nitrogenase và hydrogenase.
Những sinh vật có khả năng cố định đạm là vi khuẩn và tảo.
Quá trình nitrat hoá (Nitrification)

Quá trình biến đổi của NH3, NH4+  thành NO2-, NO3-  được gọi là quá trình nitrit hoá và nitrat hoá hay gọi chung là quá trình nitrat hoá.
+ Bước đầu: Biến đổi amôn hay amoniac thành nitrit
2NH4+ + 3O2 ---- Oxi hoá--->  2NO2 -+ 4H+ + Q
+Tiếp theo: Biến đổi nitrit thành nitrat
2NO2- +O2   ---- Oxi hoá------> 2NO3  + Q
Quá trình phản nitrat hoá (Denitrification)
Con đường chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá, dị hoá để trở về các dạng như N2, NO, N2O được gọi là quá trình phản nitrat.
Vi khuẩn cũng có thể sủ dụng NO3- như là một chất oxy hóa thay thế để hô hấp yếm khí.
CHU TRÌNH LƯU HUỲNH

Lưu huỳnh là nguyên tố giàu thứ 14 trong vỏ trái đất.
Là thành phần rất quan trọng trong cấu trúc sinh học như các axit amin, cystein, metionin.
Trữ lượng của lưu huỳnh trong môi trường khoảng 14.109 Mt phân bố chủ yếu trong các thành phần môi trường:
địa quyển (12.109Mt) (Sunfat).
Thủy quyển (1,3 .109Mt) (CaSO4 .MgSO4)
Sinh quyển (6.103Mt ) (axit amin)
Khí quyển (15Mt) (SO2, H2S, Sunfat)
Sự phát sinh các hợp chất lưu huỳnh

Hoạt động nhân tạo
Hoạt động địa hóa
Hoạt động hóa sinh
Hoạt động nhân tạo
90% quá trình sản xuất năng lượng khí đốt các nhiên liệu gốc cacbon,
các quá trình luyện quặng sulfit thải vào khí quyển khoảng 6 triệu tấn S,
sản xuất H2SO4 thải 0.5 triệu tấn dưới dạng SO2 vào khí quyển.
công nhiệp sản xuất phân bón
Hoạt động địa hóa

Hoạt động núi lửa khoảng 2-3 tấn vào khí quyển dưới dạng SO2.
Các khí có thành phần lưu huỳnh do quá trình khấy động và bay hơi nước bề mặt đại dương.
Một phần được tạo ra do quá trình phong hóa, sói mòn cuối cùng là sự tích tụ các nguyên tố lưu huỳnh từ đá macma sang trầm tích vận chuyển qua các dòng sông vào thủy quyển.
Hoạt động hóa sinh
Hoạt động của quá trình phân hủy và biến đổi vi sinh đối với các chất sinh học mà hợp chất lưu huỳnh dạnh khí với hóa trị thấp H2S, dimetylsulfit (CH3)2S,…đi vào khí quyển. Sản phẩm chính của lưu huỳnh trong biển, bờ biển, đầm lầy và bùn là dimetylsulfit (CH3)2S, H2S từ quá trình phân hủy xác sinh vật, ngoài ra còn có các metylmercaptan và dimetylsulfit do quá trình oxy hóa mercaptan tạo thành
2CH3SH+0.5O2CH3-S-S­CH3+H2O
Một vài phản ứng của các hợp chất lưu huỳnh trong khí quyển vá thủy quyển
Oxy hóa các phân tử SO2 với xúc tác quang hóa
SO2 + hV  SO2*
SO2* + O2  SO4*
SO4*  SO3 + O2
SO4*+ O2  SO3 + O3
Oxy hóa các hạt rắn trong những giọt nước
SO2(k) = SO2 (l)
SO2(l) +H2O =H+ + HSO3-
HSO3- (l ) = H+ + SO32-(l)
Oxy hóa trong pha lỏng dưới ảnh hưởng của Ph
HSO3- +0.5 O2  SO42- + H+
HSO3- +O3  H+ + O2+
HSO3- + H2O2  SO42- + H+ + H2O
Ngoài ra con có nhiều phản ứng khác
Chu trình kim loại nặng
Tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thủy quyển( dạng các muối hòa tan),địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng quặng …) và sinh quyển (trong cơ thể người, cơ thể động thực vật)
Với những kim loai cần thiết cho sinh vật,thì hàm lượng kim loại ít sẽ ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất, nếu quá nhiều thì sẽ gây độc
Kim loại nặng trong môi trường thường tích tụ trong sinh vật, tham gia quá trình chuyển hóa sinh học tạo thành các hợp chất độc hại hoặc ít độc hại hơn.
Chúng có thể tích tụ trong các hệ thống phi sinh học (không khí, đất, nước, trầm tích.)và được chuyển hóa nhờ sự biến đổi của các yếu tố vật lý và hóa học như áp suất, nhiệt độ, dòng chảy,oxy nước
Nhiều hoạt động nhân tạo cũng tham gia vào quá trình biến đổi của kim loại
Các kim loại năng thường phân bố không đồng đều trong môi trường

Quặng chì + pyrite
quặng chì + thạch anh
Sơ đồ chu trình kim loại nặng
Vai trò
Các chu trình sinh địa hóa có vai trò rất lớn . Chúng hoạt động cùng với nhau,khi có sự thay đổi nhỏ của một thành phần nào đó sẽ tác động mạnh đến thành phần khác. Và do đó có thể dẫn đến phá huỷ sự cân bằng các chu trình tuần hoàn, làm xuất hiện các vấn đề sinh thái
Khi xảy ra sự mất cân bằng ở các chu trình tuần hoàn thì sẽ có sự cố về môi trường, ảnh hưởng đến sự tồn tại của sinh vật và con người trong một khu vực hay trên toàn cầu
Con người cũng là 1 trong những nguyên nhân gây ra vấn đề này
CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE