塩素サイクル

塩素循環（ Cl）は、大気圏、水圏、生物圏、岩石圏を通じた塩素の生物地球化学的循環です。塩素は、無機塩化物イオン、またはいくつかの塩素化有機形態として最も一般的に見られます。 ^{[1] [2]}生物学的に生成される塩素化有機物は5,000種類以上確認されています。^[3]

塩素の大気中への循環と人為的発生源による塩素化合物の生成は、気候変動とオゾン層の破壊に大きな影響を与えます。塩素は、人体における多くの役割を含む、多くの生物学的プロセスで重要な役割を果たしています。^{[6]また、植物の}光合成に関与する酵素の重要な補因子としても機能します。^[3]

塩素は、クロロフルオロカーボン（CFC）に限らず、大気の循環と気候に大きな役割を果たしています。 ^[7]対流圏への塩素の主な流入は、海塩エアロゾル噴霧によるものです。有機塩素と無機塩素の両方が海洋から対流圏に運ばれます。^[2]バイオマス燃焼は、陸上貯留層から対流圏への有機および無機形態の塩素のもう1つの発生源です。^[2]通常、有機塩素形態は反応性が非常に低く、対流圏から成層圏に運ばれます。対流圏からの塩素の主な流入は、水系への表面沈着によるものです。

海洋は地球の水圏における塩素の最大の供給源です。^[2]水圏では、塩素はClイオンの高い溶解度のため、主に塩化物として存在します^。 [ ^3]塩化物イオンの溶解度と水系内での反応性のため、塩素フラックスの大部分は水圏内にあります。^[2]氷圏は雨や雪によって堆積した塩素の一部を保持することができますが、大部分は海洋に溶出されます。

塩素の最大の貯蔵庫は岩石圏にあり、地球全体の塩素の2.2 × 10 ²²  kgが地球のマントルに含まれています。^[2]火山の噴火により、散発的に高濃度の塩素がHClとして対流圏に放出されますが、陸上の塩素フラックスの大部分は、マントルと混ざり合う海水源から来ています。^[2]

有機結合塩素は、陸上土壌システム、すなわち土壌圏において塩化物イオンと同じくらい豊富に存在する。^[1]微生物および植物における複数の塩素媒介遺伝子の発見は、多くの生物プロセスが塩化物を使用し、有機塩素化合物を生成すること、および多くの非生物プロセスが塩素を使用することを示している。^{[1] [3] [4] [5]}これらの塩素化合物はその後、揮発または土壌から浸出することがあり、土壌環境全体が塩素の地球規模のシンクとなる。^[1]複数の嫌気性原核生物が遺伝子を含み、塩素化有機揮発の活性を示すことが発見されている^[8]

塩素は水中で完全に解離する性質があるため、多くの生物学的プロセスにおいて不可欠な電解質でもあります。^[6]塩素はリンとともに、有機物中で6番目に多い元素です。^[1]細胞は塩化物を利用してpHのバランスを取り、膨圧を平衡に保ちます。Clイオンの高い電気伝導性は、脳内のニューロン^シグナル伝達に不可欠であり、生物学における他の多くの重要な機能を制御します^[9]

クロロフルオロカーボン（CFC）が南極上空のオゾン層を破壊する影響は、1980年代から広範囲に研究されてきました。^{[7] CFCは反応性が低いため、上層}成層圏に到達し、そこでUV-C放射と相互作用して、メタンと反応する反応性の高い塩化物イオンを形成します。^[7]これらの反応性の高い塩素イオンは、揮発性有機化合物と相互作用して、他のオゾン層破壊酸も形成します。^[10]

塩素36は、多くの原子力施設で副産物廃棄物として生成される放射性同位元素である。^[3]その半減期は3.01 × 10 ⁵ 年、土壌圏での移動性、生物に吸収される能力により、研究者の間で大きな関心を集めている同位体となっています。^{[3] 36} Cl ⁻の高い溶解性と低い反応性は、塩素の生物地球化学的循環の研究にも有用であり、ほとんどの研究では同位体トレーサーとして使用しています^{[1] [3] [4] [5] [7]}