الوفرة العالمية والمصادر الطبيعية
الأصل الكوني والنجمي
الأكسجين هو ثالث أكثر العناصر وفرةً في الكون، إذ يشكّل تقريباً 1% من جميع الذرات. ويتكوّن أساساً من خلال التخليق النووي النجمي في النجوم الضخمة:
- عملية ألفا - ينتج احتراق السيليكون في النجوم الأكسجين من خلال تفاعلات الاندماج
- احتراق الهيليوم - تنتج عملية ألفا الثلاثية في النجوم العملاقة الحمراء الكربون، الذي يندمج مع الهيليوم لتكوين الأكسجين
- التخليق النووي في المستعرات العظمى - يبعثر الموت النجمي الانفجاري الأكسجين في جميع أنحاء المجرات
- الرياح النجمية - تثري النجوم المتطورة الوسط بين النجمي بالأكسجين باستمرار
تكوّن الأكسجين في نظامنا الشمسي قبل حوالي 4.6 مليار سنة من الانهيار الجاذبي لسحابة جزيئية غنية بالأكسجين.
الوفرة في الغلاف الجوي
يحتوي الغلاف الجوي للأرض على 20.946% من الأكسجين من حيث الحجم، ما يجعله ثاني أكثر غازات الغلاف الجوي وفرةً بعد النيتروجين. ويحتوي هذا الخزان الهائل على حوالي 1.2 × 10¹⁵ طن من غاز الأكسجين.
حقيقة مدهشة: الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي كله تقريباً ذو أصل حيوي - أنتجته الكائنات الحية التي تقوم بالبناء الضوئي على مدى مليارات السنين. وقد غيّر حدث الأكسدة العظيم قبل 2.4 مليار سنة غلاف الأرض الجوي تغييراً جوهرياً.
تتضمن دورة الأكسجين في الغلاف الجوي تبادلاً مستمراً بين:
- البناء الضوئي - تنتج النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء حوالي 330 مليار طن من O₂ سنوياً
- التنفس - تستهلك الكائنات الحية الأكسجين لإنتاج الطاقة الخلوية
- الاحتراق - تستهلك الحرائق الطبيعية والتي يسببها الإنسان الأكسجين الجوي
- التجوية الكيميائية - تزيل أكسدة الصخور الأكسجين من الغلاف الجوي ببطء
الوفرة في القشرة والغلاف الصخري
يهيمن الأكسجين على قشرة الأرض، إذ يشكّل حوالي 46.1% من حيث الكتلة، ما يجعله أكثر العناصر وفرةً في الأرض الصلبة. وتشمل المعادن الرئيسية الحاملة للأكسجين:
معادن السيليكات (95% من القشرة)
- الكوارتز (SiO₂) - ثاني أكسيد السيليكون النقي، ويوجد بوفرة في الحجر الرملي والغرانيت
- مجموعة الفلسبار - ألومينوسيليكات البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم
- البيروكسين والأمفيبول - سيليكات الحديد والمغنيسيوم والكالسيوم
- الأوليفين ((Mg,Fe)₂SiO₄) - يسود في الوشاح العلوي للأرض
- معادن الطين - سيليكات الألومنيوم والمغنيسيوم المميهة
معادن الأكاسيد
- الهيماتيت (Fe₂O₃) - معدن خام الحديد الأساسي
- المغنيتيت (Fe₃O₄) - أكسيد الحديد المغناطيسي
- الكوروندوم (Al₂O₃) - أكسيد الألومنيوم (الياقوت الأزرق والياقوت الأحمر)
- الروتيل (TiO₂) - ثاني أكسيد التيتانيوم
- الكوبريت (Cu₂O) - خام أكسيد النحاس
معادن الكربونات
- الكالسيت (CaCO₃) - المكوّن الأساسي للحجر الجيري والرخام
- الدولوميت (CaMg(CO₃)₂) - كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم
- السيديريت (FeCO₃) - كربونات الحديد
التوزيع في الغلاف المائي
يحتوي الماء (H₂O) على 88.8% من الأكسجين من حيث الكتلة، ما يجعل الغلاف المائي للأرض خزاناً هائلاً للأكسجين:
- المحيطات - 1.37 مليار km³ تحتوي على حوالي 1.2 × 10¹⁶ طن من الأكسجين
- القلنسوات الجليدية والأنهار الجليدية - 24.4 مليون km³ من الماء المتجمد
- المياه الجوفية - 23.4 مليون km³ في طبقات المياه الجوفية حول العالم
- البحيرات والأنهار - 178,000 km³ من المياه السطحية العذبة
- بخار الماء الجوي - 12,900 km³ في دوران مستمر
الأكسجين المذاب في المياه الطبيعية
تعتمد النظم البيئية المائية على مستويات الأكسجين المذاب (DO):
- المياه العذبة الباردة - تصل إلى 14.6 mg/L عند 0°C (الجداول الجبلية شديدة البرودة)
- البحيرات المعتدلة - 8-12 mg/L مع تغير موسمي بسبب درجة الحرارة
- المياه المدارية - 6-8 mg/L في المياه السطحية الدافئة
- مياه البحر - 6-8 mg/L، وتتغير بحسب درجة الحرارة والملوحة
- المحيطات العميقة - 2-6 mg/L في مناطق الحد الأدنى للأكسجين
الإنتاج الحيوي للأكسجين
الكائنات التي تقوم بالبناء الضوئي هي المصدر النهائي لأكسجين الأرض:
- العوالق النباتية البحرية - تنتج 50-85% من أكسجين الأرض
- الغابات المطيرة المدارية - تنتج غابة الأمازون حوالي 20% من الأكسجين الجوي
- الغابات الشمالية - تسهم الغابات الصنوبرية الشمالية إسهاماً كبيراً
- المراعي والمحاصيل - المناطق الزراعية والسهول العشبية
- البكتيريا الزرقاء - الطحالب الخضراء المزرقة في البيئات البحرية والعذبة على حد سواء
الأكسجين خارج الأرض
يوجد الأكسجين في جميع أنحاء النظام الشمسي والكون:
- غلاف المريخ الجوي - 0.13% من الأكسجين، ومعظمه ناتج عن التفكك الضوئي لـ CO₂
- غلاف أوروبا الجوي - غلاف جوي رقيق من الأكسجين ناتج عن التحلل الإشعاعي لجليد الماء
- المذنبات - يحتوي جليد الماء على أكسجين متجمد
- النيازك - توفر معادن الأكاسيد أدلة حول النظام الشمسي المبكر
- أغلفة الكواكب الخارجية الجوية - يُبحث عن بصمات الأكسجين بوصفها مؤشرات حيوية محتملة