วัฏจักรของแคลเซียมลักษณะขั้นตอนและความสำคัญ - เคมี - 2026

วงจรแคลเซียมคือการไหลเวียนและการจัดเก็บข้อมูลบนโลกขององค์ประกอบนี้ครอบคลุมสิ่งมีชีวิต, เปลือกโลกและอุทก เป็นวัฏจักรทางชีวเคมีเชิงตะกอนซึ่งแคลเซียมหมุนเวียนเป็นโลหะอ่อนที่เป็นอัลคาไลน์เอิร์ ธ โดยไม่มีขั้นตอนของก๊าซ

ขั้นตอนของการหมุนเวียนแคลเซียมที่มากขึ้นเป็นขั้นตอนทางชีววิทยาเนื่องจากสิ่งมีชีวิตถูกบริโภคและใช้ในโครงสร้างและการเผาผลาญของพวกมัน เมื่อสิ่งมีชีวิตตายไปแคลเซียมจะรวมตัวกลับสู่สภาพแวดล้อมทางกายภาพโดยเป็นส่วนหนึ่งของดินและก้นทะเล

แคลเซียม. ที่มา: Pumbaa (ผลงานต้นฉบับโดย Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

มีเปลือกหอยและกระดูกมากมายโดยเฉพาะที่ก้นทะเลและในทะเลสาบขนาดใหญ่ โครงสร้างเหล่านี้ผสมกับตะกอนและถูกปกคลุมด้วยชั้นต่อเนื่องเป็นเวลาหลายล้านปี

ชั้นล่างของตะกอนอยู่ภายใต้ความกดอากาศสูงทำให้กลายเป็นหินตะกอนที่สัมผัสกับพื้นผิวเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาบนบก หินที่ถูกเปิดเผยจะถูกผุกร่อนและสึกกร่อนปล่อยแคลเซียมที่รวมอยู่ในดินหรือถูกชะล้างออกไป

ในดินส่วนใหญ่ดูดซึมโดยรากของพืชและในทะเลโดยแพลงก์ตอนพืชและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ แคลเซียมถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านโครงสร้างและการเผาผลาญที่แตกต่างกันเช่นการผลิตเปลือกหอย

วัฏจักรของแคลเซียมมีความสำคัญเนื่องจากช่วยให้องค์ประกอบนี้มีอยู่ในขั้นตอนต่าง ๆ เพื่อตอบสนองการทำงานที่หลากหลาย ดังนั้นในการเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตจึงมีส่วนร่วมในการก่อตัวของความโล่งใจบนบกควบคุมค่า pH ของดินและน้ำและทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมของมนุษย์

ลักษณะทั่วไป

- แคลเซียม

แคลเซียม (Ca) เป็นโลหะอ่อนอัลคาไลน์เอิร์ ธ ที่มีเลขอะตอม 20 และมวลอะตอม 40.078 ซึ่งมีสถานะปกติเป็นของแข็ง เกิดออกไซด์ที่ทำหน้าที่เป็นเบสแก่ทำปฏิกิริยารุนแรงเมื่อสัมผัสกับกรด

- วงจรของคุณ

แคลเซียมช่วยเติมเต็มวัฏจักรเคมีชีวเคมีประเภทตะกอนเนื่องจากไม่มีเฟสของก๊าซและปริมาณสำรองที่ใหญ่ที่สุดอยู่ในชั้นธรณีภาค มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับวัฏจักรคาร์บอนน้ำและฟอสฟอรัส

การพังทลายของหิน

วัฏจักรพัฒนาจากการผุกร่อนและการพังทลายของหินปูนที่ปล่อยแคลเซียมที่สะสมอยู่ในดิน ในทำนองเดียวกันมันสามารถล้างออกไปละลายในน้ำไหลลงสู่แม่น้ำทะเลสาบและมหาสมุทร

เมื่อน้ำฝนสัมผัสกับ CO2 ในชั้นบรรยากาศจะสร้าง H2CO3 ที่ละลายหินปูนปล่อย Ca2 + และ HCO3- ในทางกลับกัน CO2 ที่เกิดจากน้ำฝนจะเปลี่ยนคาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำให้เป็นไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้

การดูดซึมและการนำไปใช้โดยสิ่งมีชีวิต

แคลเซียม (Ca2 +) ในดินถูกดูดซึมโดยพืชและในแหล่งน้ำโดยสิ่งมีชีวิตในน้ำ ในร่างกายแคลเซียมทำหน้าที่ในการเผาผลาญที่แตกต่างกันและเมื่อสิ่งมีชีวิตตายมันจะกลับคืนสู่สภาพแวดล้อมทางกายภาพโดยน้ำที่ไหลบ่าลงสู่แม่น้ำทะเลสาบและมหาสมุทร

การก่อตัวของหิน

โครงกระดูกสัตว์ (ภายในและภายนอกหรือเปลือกหอย) ถูกทับถมที่ก้นทะเลเป็นส่วนหนึ่งของตะกอน ชั้นตะกอนถูกปกคลุมและบดอัดเป็นเวลาหลายล้านปีจนกลายเป็นหินปูน

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

กระบวนการไดแอสโทรฟิคในเวลาต่อมา (รอยแตกและการเคลื่อนตัวขึ้นด้านบนของเปลือกโลก) ทำให้หินสัมผัสกับพื้นผิว ด้วยวิธีนี้วงจรจะปิดเนื่องจากหินมีการผุกร่อนอีกครั้ง (การกระทำขององค์ประกอบภูมิอากาศ) และผุกร่อนและสึกกร่อน

ขั้นตอนของวัฏจักรแคลเซียม

ขั้นตอนที่แคลเซียมผ่านไปในวงจรการจัดเก็บและการหมุนเวียนจะได้รับจากช่องที่กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้น สิ่งเหล่านี้คือเปลือกโลกและส่วนหนึ่งของเปลือกโลก (lithosphere) แหล่งน้ำ (ไฮโดรสเฟียร์) และสิ่งมีชีวิต

- ขั้นตอนทางธรณีวิทยา

ในขั้นตอนทางธรณีวิทยาแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ในเปลือกโลกและเสื้อคลุมเป็นที่เก็บแคลเซียมในปริมาณมากที่สุด แคลเซียมเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดเป็นอันดับที่ 5 ในเปลือกโลกซึ่งประกอบด้วย 3.5% ของเปลือกโลก

พบเป็นส่วนหนึ่งของหินเช่นหินปูนโดโลไมต์ปูนมาร์ลและหินอ่อนในขณะที่หินปูนและโดโลไมต์ก่อตัวเป็นเทือกเขาขนาดใหญ่ทั่วโลก ในทำนองเดียวกันมันเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบธรรมชาติอื่น ๆ เช่นยิปซั่มและอะลาบาสเตอร์ (แคลเซียมซัลเฟต)

ในรูปแบบแร่จะได้รับเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) จากแคลไซต์โดโลไมต์และรูปแบบผลึกอื่น ๆ เช่นอะราโกไนต์

หินปูน

เป็นหินตะกอนชนิดหนึ่งที่มีแหล่งกำเนิดจากทะเลโบราณหรือทะเลสาบ (ทะเลสาบ) ประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต 99% หินเหล่านี้ก่อตัวเป็นชั้นแนวนอนหรือผิดรูปโดยการเคลื่อนที่ของไดแอสโทรฟิคและการผุกร่อนทำให้ดินเป็นกลาง (pH 7 หรือสูงกว่า) อุดมไปด้วยแคลเซียม

โดโลไมต์

ประกอบด้วยหินตะกอนที่เกิดขึ้นในแหล่งน้ำทะเลตื้นโดยปฏิกิริยาทดแทนทางเคมี ในกรณีนี้แมกนีเซียมมีส่วนร่วมในโครงสร้างแร่โดยสร้างโดโลไมต์หรือแคลเซียมแมกนีเซียมคาร์บอเนต (CaMg (CO3) 2)

Margas

เป็นหินตะกอนที่เกิดจากแคลเซียมคาร์บอเนต 1/3 ถึง 2/3 และดินเหนียวที่เหลือ หินเหล่านี้สามารถดำรงอยู่ได้ในพื้นที่แห้งแล้งเนื่องจากมีความอ่อนไหวต่อการกัดเซาะของน้ำ

หินอ่อน

หากหินปูนอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงและความกดดันในชั้นลึกของเปลือกโลกหินอ่อนจะเกิดขึ้น นี่คือหินแปรขนาดกะทัดรัดมากที่มีการตกผลึกในระดับสูง

- ขั้นตอนทางอุทกวิทยา

แคลเซียมละลายในแม่น้ำทะเลสาบและมหาสมุทรเป็นแคลเซียมคลอไรด์ (เป็นไอออนที่มีมากที่สุดในตัวกลางนี้) และแคลเซียมคาร์บอเนต ในมหาสมุทรแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เสถียรที่ระดับความลึกน้อยกว่า 4,500 ม.

แคลเซียมในตัวกลางนี้พบได้ในสิ่งมีชีวิตและในคราบหินปูนที่ก้นทะเล นี่คือขีดจำกัดความลึกของการชดเชยคาร์บอเนตหลังจากนั้น CaCO3 จะละลายและไม่ก่อตัวเป็นคราบหินปูน

- ขั้นตอนทางชีวภาพ

การเคลื่อนย้ายแคลเซียมจากดินสู่ราก จากไซเลมไปจนถึงใบของพืช Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

ในขั้นตอนนี้วัฏจักรแคลเซียมถึงการหมุนเวียนมากที่สุดซึ่งมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตเนื่องจากในฐานะ Ca2 + ไอออนเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการแลกเปลี่ยนของเยื่อหุ้มเซลล์ ในทางกลับกันมันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกฟันเปลือกไข่และเปลือกหอย

เปลือกแคลเซียมในหอยสองฝา ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

ด้วยวิธีนี้แคลเซียมจะหมุนเวียนอยู่ในชีวมณฑลและเมื่อสิ่งมีชีวิตตายไปก็จะกลับไปที่ตะกอนเพื่อสร้างหินใหม่ตามกาลเวลา

มนุษย์

องค์ประกอบที่โดดเด่นของขั้นตอนทางชีววิทยาของวัฏจักรแคลเซียมคือบทบาทของมนุษย์ในการใช้องค์ประกอบนี้เป็นวัตถุดิบ องค์ประกอบนี้ถูกสกัดขนส่งและใช้ในปริมาณมากในรูปแบบต่างๆ

ในเหมืองเปิดหลุมหินปูนจะถูกสกัดเพื่อใช้เป็นองค์ประกอบในการก่อสร้างหรือบดและใช้เป็นวัตถุดิบทางอุตสาหกรรม เปลือกหอยยังนำมาบดเพื่อเตรียมปุ๋ยและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ

เปลือกของ foraminifera และ mollusks

เปลือกของสัตว์เหล่านี้เกิดจากแคลเซียมคาร์บอเนตตกผลึกเป็นแคลไซต์หรืออะราโกไนต์ เป็นแร่สองรูปแบบที่มีองค์ประกอบเดียวกัน (CaCO3) แต่ตกผลึกต่างกัน

หอยสร้างเปลือกจากแคลเซียมในรูปของเหลวที่หลั่งโดยเซลล์เฉพาะทาง ชั้นในสุดของเปลือกหอยคือ nacre ที่เกิดจากผลึกอะราโกไนต์ผสมกับโปรตีนคอนชิโอลิน

ความสำคัญ

การหมุนเวียนของแคลเซียมก่อตัวเป็นวัฏจักรลักษณะเป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้องค์ประกอบนี้มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต ด้วยกระบวนการที่ปลดปล่อยแคลเซียมออกจากหินและทำให้มันหมุนเวียนชีวิตจึงดำรงอยู่อย่างที่เรารู้ ๆ กัน

- องค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิต

แคลเซียมมีความจำเป็นต่อชีวิตเนื่องจากเป็นทั้งโครงสร้างและองค์ประกอบในการเผาผลาญ โครงสร้างเป็นส่วนพื้นฐานในโครงสร้างของโครงกระดูกทั้งภายในและภายนอก

ในสัตว์ที่มีกระดูกแคลเซียมเป็นองค์ประกอบหลักของกระดูก (โครงกระดูกภายใน) เช่นเดียวกับฟัน ใน foraminifera (protists) และ mollusks (หอยทากและ bivalves) เป็นส่วนประกอบหลักสำหรับการสร้างโครงกระดูกภายนอกนั่นคือเปลือกหอย

การเผาผลาญอาหาร

แคลเซียมเป็นสารขนส่งในเยื่อหุ้มเซลล์ดังนั้นจึงมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญ ในเยื่อหุ้มเซลล์มีช่องแคลเซียมที่อนุญาตให้นำองค์ประกอบนี้เข้าสู่เซลล์ได้

ช่องแคลเซียม ที่มา: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / โดเมนสาธารณะ

สิ่งนี้ควบคุมความสัมพันธ์ของความเข้มข้นของแคลเซียมระหว่างภายในและภายนอกเซลล์กระตุ้นกระบวนการเผาผลาญที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นกลไกเหล่านี้จำเป็นต่อการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อดังนั้นจึงมีบทบาทเกี่ยวข้องกับการทำงานของหัวใจ

- อาหารและสุขภาพ

จากมุมมองของมนุษย์วัฏจักรแคลเซียมทำให้องค์ประกอบนี้มีอยู่ในอาหารและสุขภาพของมนุษย์ เหนือสิ่งอื่นใดสิ่งสำคัญในการผลิตและการเตรียมอาหารนมสำหรับเด็ก

ในทำนองเดียวกันการบริโภคเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์จะใช้ในการรักษาโรคขาดแคลเซียมเช่นโรคกระดูกพรุน โรคกระดูกอ่อนตัวนี้มีความร้ายแรงโดยเฉพาะในผู้สูงอายุโดยเฉพาะในผู้หญิง

- ไข่มุก

เมื่อสิ่งแปลกปลอมบุกเข้ามาในหอยนางรมมันก็จะปิดทับด้วยหอยมุกจึงเกิดมุกขึ้น ไข่มุกมีมูลค่าสูงในตลาดเครื่องประดับทั่วโลก

- วัตถุดิบอุตสาหกรรม

หินปูนถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆเช่นการผลิตปูนซีเมนต์ นอกจากนี้หินเหล่านี้ยังใช้เป็นวัสดุก่อสร้างโดยตรงเนื่องจากการแกะสลักง่าย

นอกจากนี้แคลเซียมยังใช้เป็น deoxidizer และตัวรีดิวซ์ในกระบวนการต่าง ๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา

มะนาว

ในฐานะที่เป็นปูนขาวหรือที่เรียกว่าปูนขาวเป็นแคลเซียมออกไซด์ที่ใช้เป็นสารยึดเกาะและเคลือบในการก่อสร้าง ในทำนองเดียวกันใช้ในการผลิตสบู่กระดาษแก้วยางและในการฟอกหนัง

ในทำนองเดียวกันมันมีประโยชน์หลายอย่างในอุตสาหกรรมอาหารและในการบำบัดน้ำ ในขณะที่เป็นปูนขาวหรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์ก็ยังใช้ในอุตสาหกรรมและการเกษตร

- การควบคุม pH ของดิน

ปริมาณแคลเซียมออกไซด์ในดินมีผลต่อการควบคุม pH ในการเกษตรปูนขาวใช้เป็นสารปรับปรุงทางการเกษตรเพื่อลดความเป็นกรดของดินและเป็นปุ๋ย

- น้ำปูนหรือน้ำกระด้าง

เมื่อน้ำไหลเวียนในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียมจะละลายเกลือขององค์ประกอบเหล่านี้และเรียกว่าน้ำที่เป็นปูนหรือน้ำกระด้าง ขีด จำกัด คุณภาพน้ำคือ 120 มก. CaCO3 / ลิตรซึ่งสูงกว่านั้นถือว่าเป็นน้ำที่มีความแข็ง

น้ำที่มีปริมาณแคลเซียมสูงอาจทำให้เกิดปัญหาสุขภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับระบบหัวใจและหลอดเลือด นอกจากนี้น้ำกระด้างยังก่อให้เกิดคราบหินปูนในท่อที่ขัดขวางการไหลเวียน

- ถ้ำปูนและชั้นหินอุ้มน้ำ

ในหินปูนการกัดเซาะของไฮดริกมักก่อให้เกิดระบบถ้ำใต้ดินที่มีการกำหนดค่าภายในที่น่าสนใจ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้การก่อตัวของหินงอกหินย้อยมีความโดดเด่นเนื่องจากการสะสมของแคลเซียมคาร์บอเนตจากการรั่วไหลบนหลังคาของถ้ำเหล่านี้

ระบบปูนเหล่านี้ยังทำหน้าที่กรองน้ำใต้ดินเนื่องจากความพรุนทำให้เกิดชั้นหินอุ้มน้ำ

อ้างอิง

1. Calow, P. (Ed.) (1998). สารานุกรมนิเวศวิทยาและการจัดการสิ่งแวดล้อม
2. Christopher R. และ Fielding, CR (1993) การทบทวนงานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับตะกอนน้ำเหลือง ธรณีวิทยาตะกอน.
3. Margalef, R. (1974). นิเวศวิทยา. รุ่น Omega
4. Miller, G. และ TYLER, JR (1992) นิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อม. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP และ Warrett, GW (2006) พื้นฐานของนิเวศวิทยา พิมพ์ครั้งที่ห้า. ทอมสัน