宇宙全体での存在度と天然由来
宇宙および恒星での起源
酸素は宇宙で3番目に存在度の高い元素です。すべての原子のおよそ1%を占めています。主に大質量星での恒星元素合成によって生成されます。
- アルファ過程 - 恒星内でのケイ素燃焼により、核融合反応を通じて酸素が生成されます
- ヘリウム燃焼 - 赤色巨星でのトリプルアルファ過程によって炭素が生成され、その炭素がヘリウムと融合して酸素を形成します
- 超新星元素合成 - 恒星の爆発的な死によって、酸素が銀河全体にまき散らされます
- 恒星風 - 進化した恒星は、恒星間物質を酸素で継続的に豊かにします
太陽系の酸素は、およそ46億年前に、酸素に富む分子雲が重力崩壊して形成されました。
大気中の存在度
地球の大気は体積比で20.946%の酸素を含んでおり、窒素に次いで2番目に存在度の高い大気中の気体です。この巨大な貯蔵庫には、およそ1.2 × 10¹⁵トンの酸素ガスが含まれています。
驚くべき事実：大気中の酸素はほぼすべて生物起源です。つまり、数十億年にわたって光合成生物が生成してきたものです。24億年前に起きた大酸化イベントは、地球の大気を根本的に変化させました。
大気中の酸素循環には、次の間での絶え間ない交換が関わっています。
- 光合成 - 植物、藻類、シアノバクテリアが年間約3300億トンのO₂を生成します
- 呼吸 - 生物が細胞のエネルギー生産のために酸素を消費します
- 燃焼 - 自然火災や人為的な火災が大気中の酸素を消費します
- 化学風化 - 岩石の酸化によって、大気から酸素が徐々に取り除かれます
地殻および岩石圏での存在度
酸素は地球の地殻の大部分を占めており、重量比でおよそ46.1%を占めます。そのため、固体の地球で最も存在度の高い元素です。主な酸素含有鉱物には次のものがあります。
ケイ酸塩鉱物（地殻の95%）
- 石英（SiO₂） - 純粋な二酸化ケイ素で、砂岩や花こう岩に豊富に含まれます
- 長石族 - カリウム、ナトリウム、カルシウムのアルミノケイ酸塩です
- 輝石と角閃石 - 鉄、マグネシウム、カルシウムのケイ酸塩です
- かんらん石（(Mg,Fe)₂SiO₄） - 地球の上部マントルに多く存在します
- 粘土鉱物 - 含水アルミニウムおよびマグネシウムのケイ酸塩です
酸化物鉱物
- 赤鉄鉱（Fe₂O₃） - 主な鉄鉱石鉱物です
- 磁鉄鉱（Fe₃O₄） - 磁性を持つ酸化鉄です
- コランダム（Al₂O₃） - 酸化アルミニウムです（サファイアやルビー）
- ルチル（TiO₂） - 二酸化チタンです
- 赤銅鉱（Cu₂O） - 銅の酸化鉱石です
炭酸塩鉱物
- 方解石（CaCO₃） - 石灰岩や大理石の主成分です
- ドロマイト（CaMg(CO₃)₂） - 炭酸カルシウムマグネシウムです
- 菱鉄鉱（FeCO₃） - 炭酸鉄です
水圏での分布
水（H₂O）は質量比で88.8%の酸素を含んでおり、地球の水圏は巨大な酸素貯蔵庫となっています。
- 海洋 - 約1.2 × 10¹⁶トンの酸素を含む13.7億km³
- 氷床と氷河 - 2440万km³の凍結した水
- 地下水 - 世界中の帯水層に存在する2340万km³
- 湖と河川 - 178,000km³の淡水の表流水
- 大気中の水蒸気 - 絶えず循環している12,900km³
天然水に溶存する酸素
水生生態系は、溶存酸素（DO）濃度に依存しています。
- 冷たい淡水 - 0°Cで最大14.6 mg/Lです（氷のように冷たい山間の流れ）
- 温帯の湖 - 気温による季節変動があり、8-12 mg/Lです
- 熱帯の水域 - 温暖な表層水で6-8 mg/Lです
- 海水 - 温度と塩分濃度によって変化し、6-8 mg/Lです
- 深海 - 酸素極小帯で2-6 mg/Lです
生物による酸素生成
光合成生物は、地球の酸素の究極的な供給源です。
- 海洋植物プランクトン - 地球の酸素の50-85%を生成します
- 熱帯雨林 - アマゾン熱帯雨林は大気中の酸素のおよそ20%を生成します
- 北方林 - 北方の針葉樹林が大きく貢献しています
- 草原と農作物 - 農地と草原です
- シアノバクテリア - 海洋環境と淡水環境の両方に存在する藍藻です
地球外の酸素
酸素は太陽系および宇宙全体に存在しています。
- 火星の大気 - 酸素は0.13%で、主にCO₂の光解離によって生じます
- エウロパの大気 - 水の氷の放射線分解によって生じる薄い酸素大気です
- 彗星 - 水の氷に凍結した酸素が含まれています
- 隕石 - 酸化物鉱物が初期の太陽系についての手がかりを与えます
- 系外惑星の大気 - 生命存在の可能性を示す生物指標として、酸素の特徴が探されています