Химический велоспорт
Химический цикл описывает системы повторяющейся циркуляции химических веществ между другими соединениями, состояниями и материалами и обратно в исходное состояние, что происходит в космосе и на многих объектах в космосе, включая Землю. Известно, что активный химический круговорот происходит в звездах, на многих планетах и естественных спутниках.
Химический круговорот играет большую роль в поддержании планетарных атмосфер, жидкостей и биологических процессов и может сильно влиять на погоду и климат. Некоторые химические циклы высвобождают возобновляемую энергию , другие могут вызывать сложные химические реакции, органические соединения и пребиотическую химию . На земных телах, таких как Земля, химические циклы, затрагивающие литосферу , известны как геохимические циклы . Непрерывные геохимические циклы являются одним из главных атрибутов геологически активных миров. Химический цикл, включающий биосферу, известен как биогеохимический цикл .
Солнце, другие звезды и звездные системы
[ редактировать ]В большинстве звезд, синтезирующих водород, включая Солнце , происходит химический цикл, участвующий в звездном нуклеосинтезе, известный как углерод-азот-кислород или ( цикл CNO ). Помимо этого цикла, у звезд есть еще гелиевый цикл. [1] Было обнаружено, что в галактиках происходят различные циклы с участием газа и пыли. [2]
Венера
[ редактировать ]Большинство известных химических циклов на Венере связаны с ее плотной атмосферой и соединениями углерода и серы, наиболее важным из которых является сильный цикл углекислого газа. [3] Например, отсутствие полного углеродного цикла, включая геохимический углеродный цикл, считается причиной безудержного парникового эффекта из-за отсутствия существенного поглотителя углерода. [4] Также происходят циклы серы, включая циклы оксида серы, оксид серы находится в верхних слоях атмосферы и приводит к присутствию серной кислоты. [5] в свою очередь возвращается к оксидам посредством фотолиза . [6] Данные также предполагают, что озоновый цикл на Венере аналогичен земному. [7]
Земля
[ редактировать ]
На Земле происходит ряд различных типов химических циклов, геохимических циклов. Биогеохимические циклы играют важную роль в поддержании биосферы.Известные активные химические циклы на Земле включают:
- Углеродный цикл - состоит из атмосферного углеродного цикла (и цикла углекислого газа), наземного биологического углеродного цикла , океанического углеродного цикла и геологического углеродного цикла.
- Азотный цикл – который преобразует азот между его формами посредством фиксации , аммонификации , нитрификации и денитрификации.
- Кислородный цикл и озон-кислородный цикл - биогеохимический цикл циркуляции кислорода между атмосферой, биосферой (глобальная сумма всех экосистем) и литосферой.
- Озоно-кислородный цикл – постоянно регенерирует озон в атмосфере и преобразует ультрафиолетовое излучение (УФ) в тепло.
- Круговорот воды - вода непрерывно перемещается по поверхности, над и под ней, переходя между состояниями жидкости, раствора, льда и пара.
- Цикл метана - перемещает метан между геологическими и биогеохимическими источниками и реакциями в атмосфере.
- Водородный цикл - биогеохимический цикл, возникающий в результате сочетания биологических и абиологических процессов.
- Круговорот фосфора - движение фосфора через литосферу, гидросферу и биосферу.
- Круговорот серы - биогеохимический процесс, возникающий в результате минерализации органической серы, окисления, восстановления и включения в органические соединения.
- Карбонатно-силикатный цикл превращает силикатные породы в карбонатные в результате выветривания и седиментации и превращает карбонатные породы обратно в силикаты в результате метаморфизма и магматизма . [8]
- Цикл горных пород - переключает горную породу между тремя ее формами: осадочной, метаморфической и магматической.
- Цикл ртути - биогеохимический процесс, в котором встречающаяся в природе ртуть биоаккумулируется, а затем ресоединяется с серой и возвращается в геологические источники в виде отложений.
Другие химические циклы включают перекись водорода . [9]
Марс
[ редактировать ]
Недавние данные свидетельствуют о том, что химические циклы, подобные земным, происходят на Марсе в меньших масштабах , чему способствует тонкая атмосфера, включающая углекислый газ (и, возможно, углерод). [10] вода, [11] сера, [12] метан, [13] кислород, [14] озон, [15] и азот [16] циклы. Многие исследования указывают на значительно более активные химические циклы на Марсе в прошлом, однако парадокс слабого молодого Солнца оказался проблематичным при определении химических циклов, включенных в ранние климатические модели планеты. [17]
Юпитер
[ редактировать ]
Юпитер , как и все газовые гиганты, имеет атмосферный метановый цикл. [18] Недавние исследования показывают, что гидрологический цикл вода-аммиак сильно отличается от того, который существует на планетах земной группы, таких как Земля. [18] а также цикл сероводорода . [19]
На спутниках Юпитера существуют значительные химические циклы. Недавние данные указывают на то, что на Европе существует несколько активных циклов, в первую очередь водный цикл. [20] Другие исследования предполагают наличие кислорода [21] и радиационно-индуцированный углекислый газ [18] цикл. Ио и Европа, по-видимому, имеют радиолитические циклы серы, охватывающие их литосферы. [22] Кроме того, считается, что на Европе существует цикл двуокиси серы. [18] Кроме того, плазменный тор Ио способствует круговороту серы на Юпитере и Ганимеде . [23] Исследования также предполагают наличие активных кислородных циклов на Ганимеде. [24] и циклы кислорода и радиолитического углекислого газа на Каллисто . [18]
Сатурн
[ редактировать ]
В дополнение к Сатурна метановому циклу [18] некоторые исследования предполагают, что цикл аммиака, вызванный фотолизом, аналогичен циклу Юпитера. [25]
Особый интерес представляют циклы его спутников. Наблюдения Кассини-Гюйгенса за атмосферой Титана и взаимодействием с его жидкой мантией приводят к возникновению нескольких активных химических циклов, включая метан, [26] углеводород, [27] водород, [28] и углерод [29] циклы. На Энцеладе существует активный гидрологический, силикатный и, возможно, азотный цикл. [30] [31]
Уран
[ редактировать ]На Уране существует активный метановый цикл. [32] Метан превращается в углеводороды посредством фотолиза, который конденсируется и при нагревании выделяет метан, который поднимается в верхние слои атмосферы.
Исследования Grundy et al. (2006) указывают на то, что на Титании , Умбриэле , Ариэле и Обероне действуют активные углеродные циклы посредством продолжающейся сублимации и отложения углекислого газа, хотя часть углекислого газа теряется в космосе в течение длительных периодов времени. [33]
Нептун
[ редактировать ]Внутреннее тепло и конвекция Нептуна запускают циклы метана. [18] углерод, [34] и сочетание других летучих веществ в литосфере Тритона. [35]
Модели предсказали наличие сезонных циклов азота на спутнике Тритоне . [36] однако на сегодняшний день это не подтверждено наблюдениями.
Система Плутон-Харон
[ редактировать ]Модели предсказывают сезонный цикл азота на Плутоне [37] и наблюдения New Horizons, похоже, подтверждают это.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Владимир Евгеньевич Фортов (26 декабря 2015 г.). Экстремальные состояния материи: физика плотности высокой энергии . Спрингер. стр. 97–. ISBN 978-3-319-18953-6 .
- ^ Палуш, Ян (2007). «Звездно-газовый цикл в галактиках» . Труды Международного астрономического союза . 2 (С235): 268–270. Бибкод : 2007IAUS..235..268P . дои : 10.1017/S1743921306006569 . ISSN 1743-9213 .
- ^ Миллс, Франклин П.; Аллен, Марк (2007). «Обзор избранных вопросов, касающихся химии средней атмосферы Венеры». Планетарная и космическая наука . 55 (12): 1729–1740. Бибкод : 2007P&SS...55.1729M . дои : 10.1016/j.pss.2007.01.012 . ISSN 0032-0633 .
- ^ Ник Стробель. «Венера» . Архивировано из оригинала 12 февраля 2007 г. Проверено 17 февраля 2009 г.
- ^ Джессап, Кэндис Лия; Марк, Эммануэль; Миллс, Франклин; Мье, Арно; Лимайе, Санджай; Уилсон, Колин; Аллен, Марк; Берто, Жан Вольф; Маркевич, Войцех; Роман, Тони; Вандал, Анн-Карин; Уилке, Валери; Юнг, Юк (2015). «Координированные космический телескоп Хаббл и экспресс-наблюдения Венеры за верхней облачной палубой Венеры» . Икар 258 : 309–336. Бибкод : 2015Icar..258..309J . дои : 10.1016/j.icarus.2015.05.027 . ISSN 0019-1035 . S2CID 33859789 .
- ^ Чжан, Си; Лян, Мао-Чанг; Монмессен, Франк; Берто, Жан-Лу; Паркинсон, Кристофер; Юнг, Юк Л. (2010). «Фотолиз серной кислоты как источник оксидов серы в мезосфере Венеры» (PDF) . Природа Геонауки . 3 (12): 834–837. Бибкод : 2010NatGe...3..834Z . дои : 10.1038/ngeo989 . ISSN 1752-0894 .
- ^ Монмессен, Ф.; Берто, Ж.-Л.; Лефевр, Ф.; Марк, Э.; Беляев Д.; Жерар, Ж.-К.; Кораблев О.; Федорова А.; Сараго, В.; Вандаэле, AC (2011). «Слой озона обнаружен в ночных верхних слоях атмосферы Венеры» (PDF) . Икар . 216 (1): 82–85. Бибкод : 2011Icar..216...82M . дои : 10.1016/j.icarus.2011.08.010 . hdl : 2268/100136 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Бернер, Роберт; Ласага, Антонио; Гаррелс, Роберт (сентябрь 1983 г.). «Карбонатно-силикатный геохимический цикл и его влияние на углекислый газ в атмосфере за последние 100 миллионов лет» (PDF) . Американский научный журнал . 283 (7): 641–683. Бибкод : 1983AmJS..283..641B . дои : 10.2475/ajs.283.7.641 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2016 г. Проверено 3 февраля 2015 г.
- ^ Аллен, Николас, округ Колумбия; Гонсалес Абад, Гонсало; Бернат, Питер Ф.; Бун, Крис Д. (2013). «Спутниковые наблюдения за глобальным распределением перекиси водорода (H2O2) от ACE». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 115 : 66–77. Бибкод : 2013JQSRT.115...66A . дои : 10.1016/j.jqsrt.2012.09.008 . ISSN 0022-4073 .
- ^ Эдвардс, Кристофер С.; Эльманн, Бетани Л. (2015). «Связывание углерода на Марсе» . Геология . 43 (10): 863–866. Бибкод : 2015Geo....43..863E . дои : 10.1130/G36983.1 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Махтуб, Г. (2012). «Моделирование гидрологического цикла на Марсе» . Журнал достижений в моделировании систем Земли . 4 (1): М03001. Бибкод : 2012JAMES...4.3001M . дои : 10.1029/2011MS000069 . ISSN 1942-2466 .
- ^ Кинг, Польша; МакЛеннан, С.М. (2010). «Сера на Марсе». Элементы . 6 (2): 107–112. дои : 10.2113/gselements.6.2.107 . ISSN 1811-5209 .
- ^ Рэй, Джеймс Дж.; Эльманн, Бетани Л. (2011). «Геология возможных регионов-источников марсианского метана». Планетарная и космическая наука . 59 (2–3): 196–202. Бибкод : 2011P&SS...59..196W . дои : 10.1016/j.pss.2010.05.006 . ISSN 0032-0633 .
- ^ Фаркуар, Джеймс; Тименс, Марк Х. (2000). «Кислородный цикл марсианской системы атмосфера-реголит: Δ17O вторичных фаз в Нахле и Лафайете» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 105 (Е5): 11991–11997. Бибкод : 2000JGR...10511991F . дои : 10.1029/1999JE001194 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Монмессен, Франк; Лефевр, Франк (2013). «Транспортное образование полярного озонового слоя на Марсе». Природа Геонауки . 6 (11): 930–933. Бибкод : 2013NatGe...6..930M . дои : 10.1038/ngeo1957 . ISSN 1752-0894 .
- ^ Бокс, CS; Рука, КП; Нилсон, К.Х.; Юнг, Ю.Л.; Саис-Лопес, А. (2012). «Активный цикл азота на Марсе достаточен для поддержания подземной биосферы» . Международный журнал астробиологии . 11 (2): 109–115. Бибкод : 2012IJAsB..11..109B . дои : 10.1017/S1473550411000401 . hdl : 10261/255825 . ISSN 1473-5504 . S2CID 40894966 .
- ^ Вордсворт, Р.; Забудь, Ф.; Миллор, Э.; Руководитель, JW; Мадлен, Ж.-Б.; Чарней, Б. (2013). «Глобальное моделирование раннего марсианского климата в более плотной атмосфере CO2: круговорот воды и эволюция льда». Икар . 222 (1): 1–19. arXiv : 1207.3993 . Бибкод : 2013Icar..222....1W . дои : 10.1016/j.icarus.2012.09.036 . ISSN 0019-1035 . S2CID 14765875 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Фрэн Багеналь; Тимоти Э. Даулинг; Уильям Б. Маккиннон (5 марта 2007 г.). Юпитер: Планета, спутники и магнитосфера . Издательство Кембриджского университета. стр. 138–. ISBN 978-0-521-03545-3 .
- ^ Палотаи, Чаба; Даулинг, Тимоти Э.; Флетчер, Ли Н. (2014). «3D-моделирование взаимодействия аммиачных облаков Юпитера с большими антициклонами». Икар . 232 : 141–156. Бибкод : 2014Icar..232..141P . дои : 10.1016/j.icarus.2014.01.005 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Каттенхорн, Саймон А.; Проктер, Луиза М. (2014). «Доказательства субдукции ледяного панциря Европы». Природа Геонауки . 7 (10): 762–767. Бибкод : 2014NatGe...7..762K . дои : 10.1038/ngeo2245 . ISSN 1752-0894 .
- ^ Хэнд, Кевин П.; Чиба, Кристофер Ф.; Карлсон, Роберт В.; Купер, Джон Ф. (2006). «Клатратные гидраты оксидантов в ледяном панцире Европы». Астробиология . 6 (3): 463–482. Бибкод : 2006AsBio...6..463H . дои : 10.1089/ast.2006.6.463 . ISSN 1531-1074 . ПМИД 16805702 .
- ^ Батталья, Стивен М.; Стюарт, Майкл А.; Киффер, Сьюзен В. (июнь 2014 г.). «Теотермический (сера) - литосферный цикл Ио, выведенный на основе моделирования растворимости серы в поставках магмы Пеле». Икар . 235 : 123–129. Бибкод : 2014Icar..235..123B . дои : 10.1016/j.icarus.2014.03.019 .
- ^ Ченг, Эндрю Ф. (1984). «Побег серы и кислорода с Ио». Журнал геофизических исследований . 89 (A6): 3939. Бибкод : 1984JGR....89.3939C . дои : 10.1029/JA089iA06p03939 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Видал, РА; Бахр, Д; Бараджола, РА; Питерс, М. (1997). «Кислород на Ганимеде: лабораторные исследования». Наука . 276 (5320): 1839–42. Бибкод : 1997Sci...276.1839V . дои : 10.1126/science.276.5320.1839 . ПМИД 9188525 . S2CID 27378519 .
- ^ Вест, РА; Бейнс, К.Х.; Каркошка, Э.; Санчес-Лавега, А. (2009). «Облака и аэрозоли в атмосфере Сатурна». Сатурн от Кассини-Гюйгенс . стр. 161–179. Бибкод : 2009sfch.book..161W . дои : 10.1007/978-1-4020-9217-6_7 . ISBN 978-1-4020-9216-9 .
- ^ Атрея, Сушил К.; Адамс, Елена Ю.; Ниманн, Хассо Б.; Демик-Монтелара, Джеймс Э.; Оуэн, Тобиас К.; Фульчиньони, Марчелло; Ферри, Франческа; Уилсон, Эрик Х. (2006). «Метановый цикл Титана» Планетарная и космическая наука 54 (12): 1177–1187. Бибкод : 2006P&SS...54.1177A . дои : 10.1016/j.pss.2006.05.028 . ISSN 0032-0633 .
- ^ Тоби, Г.; Шукроун, М.; Грассе, О.; Ле Муэлик, С.; Лунин, Джонатан И.; Сотин, К.; Буржуа, О.; Готье, Д.; Хирциг, М.; Лебоннуа, С.; Ле Корр, Л. (2009). «Эволюция Титана и последствия для его углеводородного цикла». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 367 (1889): 617–631. Бибкод : 2009RSPTA.367..617T . дои : 10.1098/rsta.2008.0246 . ISSN 1364-503X . ПМИД 19073458 . S2CID 1165160 .
- ^ Лебоннуа, С.Эбастьен; Бейкс, ЭЛО; Маккей, Кристофер П. (2003). «Бюджет атомного и молекулярного водорода в атмосфере Титана». Икар . 161 (2): 474–485. Бибкод : 2003Icar..161..474L . CiteSeerX 10.1.1.524.6156 . дои : 10.1016/S0019-1035(02)00039-8 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Шукроун, М.; Сотин, К. (2012). «Обусловлена ли форма Титана его метеорологией и углеродным циклом?». Письма о геофизических исследованиях . 39 (4): н/д. Бибкод : 2012GeoRL..39.4201C . дои : 10.1029/2011GL050747 . ISSN 0094-8276 . S2CID 134263911 .
- ^ Паркинсон, CD; Лян, М.-К.; Хартман, Х.; Хансен, CJ; Тинетти, Г.; Медоуз, В.; Киршвинк, Дж.Л.; Юнг, Ю.Л. (2007). «Энцелад: наблюдения Кассини и их значение для поиска жизни» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 463 (1): 353–357. Бибкод : 2007A&A...463..353P . дои : 10.1051/0004-6361:20065773 . ISSN 0004-6361 .
- ^ Паркинсон, Кристофер Д.; Лян, Мао-Чанг; Юнг, Юк Л.; Кирщевнк, Джозеф Л. (2008). «Обитаемость Энцелада: планетарные условия для жизни». Происхождение жизни и эволюция биосфер . 38 (4): 355–369. Бибкод : 2008OLEB...38..355P . дои : 10.1007/s11084-008-9135-4 . ISSN 0169-6149 . ПМИД 18566911 . S2CID 15416810 .
- ^ Ричард Шмуде-младший (29 июня 2009 г.). Уран, Нептун и Плутон и как их наблюдать . Springer Science & Business Media. стр. 67–. ISBN 978-0-387-76602-7 .
- ^ Гранди, ВМ; Янг, Лос-Анджелес; Спенсер-младший; Джонсон, RE; Янг, EF; Буи, М.В. (октябрь 2006 г.). «Распределение льдов H 2 O и CO 2 на Ариэле, Умбриэле, Титании и Обероне по данным наблюдений IRTF/SpeX». Икар . 184 (2): 543–555. arXiv : 0704.1525 . Бибкод : 2006Icar..184..543G . дои : 10.1016/j.icarus.2006.04.016 . S2CID 12105236 .
- ^ Дейл П. Крукшанк; Милдред Шепли Мэтьюз; А. М. Шуман (1995). Нептун и Тритон . Издательство Университета Аризоны. стр. 500–. ISBN 978-0-8165-1525-7 .
- ^ Стивен М. Батталья (2013). «Переработка летучей литосферы внешних ледяных спутников и транснептуновых объектов, выведенная на основе моделирования температурного градиента ледяного панциря Тритона» . Геологическое общество Америки.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Хансен, Кэндис Дж.; Пейдж, Дэвид А. (1992). «Тепловая модель сезонного азотного цикла на Тритоне». Икар . 99 (2): 273–288. Бибкод : 1992Icar...99..273H . дои : 10.1016/0019-1035(92)90146-X . ISSN 0019-1035 .
- ^ Хансен, Кэндис Дж.; Пейдж, Дэвид А. (1996). «Сезонные циклы азота на Плутоне». Икар . 120 (2): 247–265. Бибкод : 1996Icar..120..247H . CiteSeerX 10.1.1.26.4515 . дои : 10.1006/icar.1996.0049 . ISSN 0019-1035 .