Abbondanza universale e fonti naturali
Origine cosmica e stellare
L'Ossigeno è il terzo elemento più abbondante nell'universo, costituendo circa l'1% di tutti gli atomi. Si forma principalmente attraverso la nucleosintesi stellare nelle stelle massicce:
- Processo alfa - La combustione del silicio nelle stelle produce ossigeno attraverso reazioni di fusione
- Combustione dell'elio - Il processo triplo-alfa nelle stelle giganti rosse crea carbonio, che fonde con l'elio per formare ossigeno
- Nucleosintesi delle supernove - La morte stellare esplosiva disperde ossigeno in tutte le galassie
- Venti stellari - Le stelle evolute arricchiscono continuamente il mezzo interstellare di ossigeno
L'ossigeno del nostro sistema solare si è formato circa 4,6 miliardi di anni fa dal collasso gravitazionale di una nube molecolare ricca di ossigeno.
Abbondanza atmosferica
L'atmosfera terrestre contiene il 20.946% di ossigeno in volume, rappresentando il secondo gas atmosferico più abbondante dopo l'azoto. Questo enorme serbatoio contiene circa 1.2 × 10¹⁵ tonnellate di gas ossigeno.
Fatto sorprendente: Praticamente tutto l'ossigeno atmosferico è biogenico, prodotto da organismi fotosintetici nel corso di miliardi di anni. Il Grande Evento di Ossidazione, avvenuto 2.4 miliardi di anni fa, ha cambiato radicalmente l'atmosfera terrestre.
Il ciclo dell'ossigeno atmosferico comporta uno scambio costante tra:
- Fotosintesi - Piante, alghe e cianobatteri producono ~330 miliardi di tonnellate di O₂ all'anno
- Respirazione - Gli organismi viventi consumano ossigeno per la produzione di energia cellulare
- Combustione - Gli incendi naturali e causati dall'uomo consumano ossigeno atmosferico
- Alterazione chimica - L'ossidazione delle rocce rimuove lentamente ossigeno dall'atmosfera
Abbondanza nella crosta e nella litosfera
L'ossigeno domina la crosta terrestre, costituendo circa il 46.1% in peso, e questo lo rende l'elemento più abbondante nella Terra solida. I principali minerali contenenti ossigeno includono:
Minerali silicatici (95% della crosta)
- Quarzo (SiO₂) - Diossido di silicio puro, abbondante nell'arenaria e nel granito
- Gruppo dei feldspati - Alluminosilicati di potassio, sodio e calcio
- Pirosseno e anfibolo - Silicati di ferro, magnesio e calcio
- Olivina ((Mg,Fe)₂SiO₄) - Dominante nel mantello superiore terrestre
- Minerali argillosi - Silicati idrati di alluminio e magnesio
Minerali ossidici
- Ematite (Fe₂O₃) - Minerale primario del minerale di ferro
- Magnetite (Fe₃O₄) - Ossido di ferro magnetico
- Corindone (Al₂O₃) - Ossido di alluminio (zaffiro e rubino)
- Rutilo (TiO₂) - Diossido di titanio
- Cuprite (Cu₂O) - Minerale di ossido di rame
Minerali carbonatici
- Calcite (CaCO₃) - Componente principale del calcare e del marmo
- Dolomite (CaMg(CO₃)₂) - Carbonato di calcio e magnesio
- Siderite (FeCO₃) - Carbonato di ferro
Distribuzione idrosferica
L'acqua (H₂O) contiene l'88.8% di ossigeno in massa, rendendo l'idrosfera terrestre un enorme serbatoio di ossigeno:
- Oceani - 1.37 miliardi di km³ contenenti ~1.2 × 10¹⁶ tonnellate di ossigeno
- Calotte glaciali e ghiacciai - 24.4 milioni di km³ di acqua congelata
- Acque sotterranee - 23.4 milioni di km³ nelle falde acquifere di tutto il mondo
- Laghi e fiumi - 178,000 km³ di acqua dolce superficiale
- Vapore acqueo atmosferico - 12,900 km³ in circolazione costante
Ossigeno disciolto nelle acque naturali
Gli ecosistemi acquatici dipendono dai livelli di ossigeno disciolto (DO):
- Acqua dolce fredda - Fino a 14.6 mg/L a 0°C (ruscelli montani gelidi)
- Laghi temperati - 8-12 mg/L, con variazioni stagionali dovute alla temperatura
- Acque tropicali - 6-8 mg/L nelle calde acque superficiali
- Acqua marina - 6-8 mg/L, con variazioni dovute alla temperatura e alla salinità
- Oceano profondo - 2-6 mg/L nelle zone a minimo di ossigeno
Produzione biologica di ossigeno
Gli organismi fotosintetici sono la fonte ultima dell'ossigeno terrestre:
- Fitoplancton marino - Produce il 50-85% dell'ossigeno terrestre
- Foreste pluviali tropicali - La foresta amazzonica produce ~20% dell'ossigeno atmosferico
- Foreste boreali - Le foreste di conifere settentrionali contribuiscono in modo significativo
- Praterie e colture - Aree agricole e praterie
- Cianobatteri - Alghe azzurre-verdi presenti sia negli ambienti marini sia in quelli d'acqua dolce
Ossigeno extraterrestre
L'ossigeno è presente in tutto il sistema solare e nell'universo:
- Atmosfera di Marte - 0.13% di ossigeno, principalmente dalla fotodissociazione della CO₂
- Atmosfera di Europa - Sottile atmosfera di ossigeno dovuta alla radiolisi del ghiaccio d'acqua
- Comete - Il ghiaccio d'acqua contiene ossigeno congelato
- meteoriti - I minerali ossidici forniscono indizi sul primo sistema solare
- Atmosfere degli esopianeti - Si cercano firme dell'ossigeno come potenziali biofirme