Цикл хлора (Cl) — это биогеохимический цикл хлора через атмосферу , гидросферу , биосферу и литосферу . Хлор чаще всего встречается в виде неорганических хлорид-ионов или ряда хлорированных органических форм. [1] [2] Было идентифицировано более 5000 биологически произведенных хлорированных органических соединений. [3]
Цикл хлора в атмосфере и создание соединений хлора антропогенными источниками оказывает значительное влияние на изменение климата и истощение озонового слоя. Хлор играет существенную роль во многих биологических процессах, включая многочисленные роли в организме человека. [6] Он также действует как существенный кофактор в ферментах, участвующих в фотосинтезе растений . [3]
Хлор играет большую роль в атмосферном цикле и климате, включая, но не ограничиваясь хлорфторуглеродами (ХФУ). [7] Основной поток хлора в тропосферу поступает из аэрозольных распылений морской соли. Как органический, так и неорганический хлор переносится в тропосферу из океанов. [2] Сжигание биомассы является еще одним источником как органических, так и неорганических форм хлора в тропосфере из наземного резервуара. [2] Обычно органические формы хлора крайне неактивны и переносятся в стратосферу из тропосферы. Основной поток хлора из тропосферы осуществляется через поверхностное осаждение в водные системы.
Океаны являются крупнейшим источником хлора в гидросфере Земли. [2] В гидросфере хлор существует в основном в виде хлорида из-за высокой растворимости иона Cl− . [ 3] Большая часть потоков хлора находится внутри гидросферы из-за растворимости и реакционной способности ионов хлора в водных системах. [2] Криосфера способна удерживать некоторое количество хлора, отложенного с осадками и снегом, но большая его часть вымывается в океаны.
Самый большой резервуар хлора находится в литосфере, гдеВ мантии Земли содержится 2,2 × 10 22 кг глобального хлора . [2] Извержения вулканов спорадически выбрасывают высокие уровни хлора в виде HCl в тропосферу , но большая часть земного потока хлора поступает из морских источников, смешивающихся с мантией. [2]
Органически связанный хлор так же распространен, как и хлорид-ионы в наземных почвенных системах или педосфере . [1] Открытие множества генов, опосредующих Cl, в микроорганизмах и растениях указывает на то, что многочисленные биотические процессы используют хлорид и производят органические хлорированные соединения, а также многие абиотические процессы. [1] [3] [4] [5] Эти хлорированные соединения затем могут улетучиваться или вымываться из почв, что делает общую почвенную среду глобальным поглотителем хлора. [1] Было обнаружено, что многочисленные анаэробные прокариоты содержат гены и проявляют активность для улетучивания хлорированных органических соединений [8]
Способность хлора полностью диссоциировать в воде также является причиной того, что он является важным электролитом во многих биологических процессах. [6] Хлор, наряду с фосфором , является шестым наиболее распространенным элементом в органических веществах . [1] Клетки используют хлорид для балансировки pH и поддержания тургорного давления в равновесии. Высокая электропроводность ионов Cl − необходима для нейронной сигнализации в мозге и регулирует многие другие важные функции в биологии [9]
Разрушающее воздействие хлорфторуглеродов (ХФУ) на озоновый слой над Антарктидой широко изучалось с 1980-х годов. [7] Низкая реакционная способность ХФУ позволяет им достигать верхних слоев стратосферы , где они взаимодействуют с УФ-излучением и образуют высокореактивные ионы хлора, которые взаимодействуют с метаном. [7] Эти высокореактивные ионы хлора также будут взаимодействовать с летучими органическими соединениями, образуя другие кислоты, разрушающие озоновый слой. [10]
Хлор-36 — радиоактивный изотоп, который вырабатывается на многих ядерных объектах в качестве побочного продукта. [3] Его период полураспада3,01 × 10 5 лет , подвижность в педосфере и способность поглощаться организмами сделали его изотопом, вызывающим большую озабоченность среди исследователей. [3] Высокая растворимость и низкая реакционная способность 36 Cl − также сделали его полезным применением для исследования биогеохимического цикла хлора, поскольку большинство исследований используют его в качестве изотопного трассера [1] [3] [4] [5] [7]