Кислород на земле. Хватит ли нам воздуха? Побег от кислорода

Кислород чаще всего ассоциируется с атмосферой. Атмосфера – это скафандр планеты Земля. Если сравнивать что человеку важнее для жизни на Земле, то можно попробовать сравнить без чего и как долго человек не сможет жить. Итак, без пищи человек может жить примерно месяц; без воды человек может протянуть неделю; а вот без воздуха человеку не протянуть и часа. Однако не стоит заблуждаться на сей счёт, поскольку все составляющие нашей обители нам жизненно необходимы и без них невозможно не только наше развитие, но и сама жизнь.

Откуда мы берём кислород

Само слово атмосфера греческого происхождения и состоит из «атмос» - пар и «сфайра» - шар, она представляет собой скафандр для планеты и является резервуаром кислорода. Этот химический элемент является необходимым компонентом для протекания в организме окислительно-восстановительных реакций и, кроме того, выполняет ряд защитных функций.

Атмосфера имеет протяжённость свыше тысячи километров; да, даже на такой высоте обнаруживают следы газов, входящих в атмосферу. Это неудивительно так как действие гравитационного поля Земли распространяется на 10 земных радиусов, а это около 60.000 км.

Напомним, что атмосфера состоит из пяти основных сфер:

• Тропосфера (0-10 км).
• Стратосфера (10-50 км).
• Мезосфера (50-100 км).
• Термосфера (100-800 км).
• Экзосфера (800-1100 км).

Впрочем, данное деление атмосферы не совсем точно отражает её содержимое. Так, например, название ионосфера присвоено слою атмосферы, который подвергается облучению примерно на высоте 80 км и обнаруживает большое число ионов и свободных электронов.

На всём своём протяжении атмосфера более-менее стабильна поскольку она состоит из газообразных продуктов, не вступающих в реакции при обычных условиях. Эта смесь и называется воздухом. В основном воздух состоит из азота (78%), кислорода (21%) и аргона (1%). Учёные также оценили, что масса атмосферы нашей планеты составляет 5*1015 тонн и, разумеется, что основная её часть находится «на дне» воздушного пятого океана.

Однако атмосфера не является единственным источником воздуха и кислорода в частности. Например, огромные водные запасы, дающие массу испарений ежесекундно, вызывают колебания состава воздуха и, как результат, кислорода. Леса, которые часто называют «лёгкими» планеты, дают значительный массовый прирост кислородной составляющей атмосферы. Немаловажную роль в формировании состава воздуха и содержания кислорода в нём играет деятельность людей. Тот факт, что кислород входит в целый ряд веществ, находящихся в твёрдом и жидком состояниях, не имеет большого влияния на содержание кислорода в атмосфере.

Важным фактом является также и то, что кислород в атмосфере Земли был не всегда – он появился там примерно 2 млрд. лет тому назад вместе с появлением первых хлорофилловых организмов. Но только за последние 20 млн. лет концентрация кислорода в атмосфере стала примерно такой, как сейчас.

Может ли кончится кислород?

Существует ли реальная возможность полного истощения кислорода на Земле? Теоретически такая возможность существует, однако для паники нет никакого повода.

Сейчас уже широко известны основные «потребители» кислорода:

• Автомобиль, проехавший расстояние в 500 км «съедает» годовую дыхательную норму человека;
• Самолёт, пролетевший 10 тыс. км сжигает 30-50 т кислорода, что составляет суточную производственную норму лесного массива площадью 15-20 тыс. га

Уровень потребления кислорода на Земле огромен, однако экспериментальные измерения показывают, что за последние 100 лет количество атмосферного кислорода не уменьшилось. Потери кислорода в атмосфере возмещаются растительностью суши и мирового океана, которые пока способны производить около 320 миллиардов тонн свободного кислорода. Однако следует помнить, что потребление кислорода людьми растёт, а популяция растений на земле стремительно сокращается. Эти процессы пока никем не контролируемы.

Всё же рост потребления кислорода не представляет такой значительной угрозы как ежегодные выбросы в атмосферу объёмом около миллиарда тонн химических соединений, а также нескольких миллиардов тонн твёрдых частиц и различных аэрозолей. Другими словами, не недостаток кислорода, а избыток прочих выбрасываемых постоянно в атмосферу веществ, представляет основную угрозу для пригодности атмосферного воздуха к дыханию.

Что такое озон

Как уже говорилось, газовый состав меняется от одного слоя атмосферы к другому. Кислород вблизи земной поверхности существует в виде двухатомных молекул, а вот в разреженных слоях атмосферы он подвергается диссоциации на атомы под действием солнечной радиации. Таким образом, где то на высоте 40 км содержание атомарного кислорода уже значительно, а на высотах 120-150 км молекулы O2 практически отсутствуют.

На относительно невысоком расстоянии от земной поверхности - около 20-35 км атомарный кислород, будучи достаточно активным, образует с молекулярным кислородом трёхатомные молекулы озона O3. Это высота озонового слоя Земли. Важность его в том, что он защищает поверхность Земли, задерживая ультрафиолетовые лучи. Сами по себе молекулы озона непрозрачны для ультрафиолетовой радиации Солнца и почти полностью поглощают ей. С другой стороны озоновый слой задерживает около пятой части инфракрасного теплового излучения с Земной поверхности, обеспечивая таким образом стабильный тепловой режим для всего живого.

Примечательно, что озоновый слой появился примерно 500-400 млн. лет тому назад и с тех самых пор природное равновесие жизни на Земле поддерживается благодаря ему. Озон в долевом отношении составляет миллионные доли всего воздуха планеты, но этого достаточно для поддержания условий, пригодных для жизни.

Основными «врагами», или разрушителями, озонового слоя являются фреоны, газообразные загрязнители холодильной промышленности, парфюмерного производства, а также ряда других отраслях человеческой деятельности. Основными производителями фреонов являются:

• Европа – 40%.
• США – 35%
• Япония – 10%
• СНГ – 12%.

Влияние фреона вблизи поверхности практически отсутствует, здесь он – инертный газ. Когда же он, испаряясь, достигает озонового слоя, то он становится атомарным газом под воздействием солнечной радиации в виде ультрафиолетового излучения, а затем вступает в реакцию с озоном. Получаемый в ходе этой реакции монооксид хлора и молекулярный кислород не выполняют роли поглотителей ультрафиолетовых лучей и они доходят до Земли.

Люди давно уже знают про существование «озоновых дыр» и пока что сложно сказать что-либо определённое об их происхождении; однако достоверно известно, что, например, в Антарктиде не только вдвое меньше озона в атмосфере, там в сотни раз выше нормы концентрация монооксида хлора.

Что предпринимается

Дебаты по кислороду и, в особенности, по озону продолжаются. На сегодняшний день к достижениям человечества можно отнести подписание ряда протоколов: от Венской конвенции 1985 г. об охране озонового слоя странами-производителями фреона до недавнего Киотского соглашения 2009 года. Это последнее международное соглашение подписано 181 страной мира, на которые приходится свыше 61% всех выбросов в атмосферу в мире.

В отношении шагов по сохранению атмосферы и её озонового слоя в частности можно сказать, что достаточно активно ведётся работа по уменьшению выбросов фреона в атмосферу (утилизация отработанного фреона, замещение фреона сжатым воздухом в аэрозольных упаковках и т.д.). С другой стороны, проводятся многочисленные кампании по сбережению лесов и предотвращению загрязнения мирового океана, которые уже приобрели статус международных.

Впрочем, назвать темпы пугающими было бы преувеличением

Изучив пузырьки воздуха, на протяжении сотен тысяч лет запертых в ледниках Гранландии, ученые выяснили, что за это время в атмосфере Земли стало меньше кислорода. При этом группа специалистов под руководством Дэниела Столпера из Принстонского университета пока не может с уверенностью назвать причину, по которой за 800 тысяч лет атмосфера потеряла больше кислорода, чем приобрела.

Исследователи подчёркивают, концентрация кислорода в воздухе уменьшается уменьшается весьма умеренными темпами - за сотни тысячелетий со времён плейстоцена она снизилась всего на 0,7 процента. Как сообщают специалисты, сами они проводили измерение, в первую очередь, из любопытства, и заранее не могли предсказать, изменилось ли содержание кислорода в воздухе за это время и если да, то в какую сторону. Измерение показало не самую яркую, но абсолютно чёткую тенденцию к его снижению, отмечают исследователи.

Как напоминают специалисты, в далёком прошлом колебания уровня кислорода на нашей планете были весьма значительными. Пару миллиардов лет назад, как предполагается, этот материал в атмосфере не был представлен вовсе, но затем его начали выделять цианобактерии, тем самым навсегда задав направление эволюции на планете. Впоследствии кислород стали производить самые разнообразные растения, а ещё позднее он оказался необходим для поддержания жизни сложных животных. Кислород не только потребляется живыми существами, но и «тратится» при выветривании силикатных пород. Также, по словам учёных, примерно каждое тысячелетие все атомы О в атмосфере успевают побывать в молекулах воды и вновь стать кислородом.

Учёные заверили, что, какими бы ни были истинные причины обнаруженного ими явления, в самом ближайшем будущем кислород на Земле точно не закончится. Тем не менее, полученные результаты специалисты склонны считать ещё одним поводом задуматься о том, как именно на планету влияют действия человека - сегодня люди потребляют в тысячу раз больше кислорода, чем ранее, тем самым ускоряя и без того наблюдаемый в природе процесс уменьшения его количества.

Всего лишь 2,3 миллиарда лет назад воздух, окружавший Землю, совершенно не содержал кислорода. Для тогдашних примитивных форм жизни это обстоятельство было сущим подарком.

Одноклеточные бактерии, обитавшие в первобытном океане, не нуждались в кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. Затем что – то произошло.

Как на Земле появился кислород?

Ученые считают, что по мере развития некоторые бактерии «научились» извлекать из воды водород. Известно, что вода - это соединение водорода и кислорода, поэтому побочным продуктом реакции извлечения водорода было образование кислорода, выделение его в воду, а за тем и в атмосферу.

Некоторые организмы с течением времени приспособились жить в атмосфере с новым газом. Организм нашел способ обуздывать разрушительную энергию кислорода и использовать ее для управляемого распада питательных веществ, в процессе которого выделяется энергия, используемая организмом для поддержания своей жизнедеятельности.

Материалы по теме:

Центр и мантия Земли

Такой способ применения кислорода называется дыханием, которым мы пользуемся ежедневно, и посей день. Дыхание - это способ отвести от себя кислородную угрозу: оно сделало возможным развитие на Земле более крупных организмов - многоклеточных, имеющих уже сложное строение. В конце концов, именно благодаря появлению дыхания эволюция породила человека.

Откуда появился кислород на Земле?

За миллионы прошедших лет количество кислорода на земле увеличилось с 0,2 процента до нынешнего 21 процента атмосферы. Но в увеличении кислорода в воздухе атмосферы виноваты не только бактерии океанов. Ученые считают, что другим источником кислорода были сталкивающиеся континенты. По их мнению, при столкновении, а затем при последующем расхождении континентов в атмосферу выделялись большие количества кислорода.

Материалы по теме:

Тайны Земли

Каким образом? В результате столкновений и расхождений континентов на морское дно опускались огромные осадочные породы, увлекавшие за собой большое количество органических веществ. Если бы этого не происходило, то кислорода было бы больше потрачено на переваривание и окисление этих органических веществ. Поскольку они стали недоступны окислению, то происходила своеобразная экономия кислорода, и его объем в атмосфере становился больше.

Побег от кислорода

Часть организмов сумела приспособиться и даже извлечь пользу из наличия в атмосфере кислорода. Однако большинство организмов не вынесло изменений условий жизни и вымерло. Некоторые виды живых существ спаслись тем, что спрятались от кислорода в глубокие щели и прочие укромные места. Многие и сегодня счастливо живут в корнях бобовых, улавливают из атмосферы газообразный азот и используют его для синтеза аминокислот (строительных блоков белка) растений.

Материалы по теме:

Может Земля замедлить вращение или остановиться?

Бактерия ботулизма - другой беглец от кислорода. Она содержится в мясе, рыбе, растениях. Если в процессе их приготовления, палочка ботулизма не уничтожена высокой температурой при варке, то она может затем интенсивно размножиться в консервах, которые приготовлены из перечисленных продуктов.

Это происходит потому, что в консервные банки нет доступа воздуха. Если употребить в пищу зараженные палочками ботулизма продукты, можно опасно заболеть.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

• Самые древние существа на Земле…

Кислород чаще всего ассоциируется с атмосферой. Атмосфера – это скафандр планеты Земля. Если сравнивать что человеку важнее для жизни на Земле, то можно попробовать сравнить без чего и как долго человек не сможет жить. Итак, без пищи человек может жить примерно месяц; без воды человек может протянуть неделю; а вот без воздуха человеку не протянуть и часа. Однако не стоит заблуждаться на сей счёт, поскольку все составляющие нашей обители нам жизненно необходимы и без них невозможно не только наше развитие, но и сама жизнь.

Откуда мы берём кислород

Само слово атмосфера греческого происхождения и состоит из «атмос» - пар и «сфайра» - шар, она представляет собой скафандр для планеты и является резервуаром кислорода. Этот химический элемент является необходимым компонентом для протекания в организме окислительно-восстановительных реакций и, кроме того, выполняет ряд защитных функций.

Атмосфера имеет протяжённость свыше тысячи километров; да, даже на такой высоте обнаруживают следы газов, входящих в атмосферу. Это неудивительно так как действие гравитационного поля Земли распространяется на 10 земных радиусов, а это около 60.000 км.

Напомним, что атмосфера состоит из пяти основных сфер:

• Тропосфера (0-10 км).
• Стратосфера (10-50 км).
• Мезосфера (50-100 км).
• Термосфера (100-800 км).
• Экзосфера (800-1100 км).

Впрочем, данное деление атмосферы не совсем точно отражает её содержимое. Так, например, название ионосфера присвоено слою атмосферы, который подвергается облучению примерно на высоте 80 км и обнаруживает большое число ионов и свободных электронов.

На всём своём протяжении атмосфера более-менее стабильна поскольку она состоит из газообразных продуктов, не вступающих в реакции при обычных условиях. Эта смесь и называется воздухом. В основном воздух состоит из азота (78%), кислорода (21%) и аргона (1%). Учёные также оценили, что масса атмосферы нашей планеты составляет 5*1015 тонн и, разумеется, что основная её часть находится «на дне» воздушного пятого океана.

Однако атмосфера не является единственным источником воздуха и кислорода в частности. Например, огромные водные запасы, дающие массу испарений ежесекундно, вызывают колебания состава воздуха и, как результат, кислорода. Леса, которые часто называют «лёгкими» планеты, дают значительный массовый прирост кислородной составляющей атмосферы. Немаловажную роль в формировании состава воздуха и содержания кислорода в нём играет деятельность людей. Тот факт, что кислород входит в целый ряд веществ, находящихся в твёрдом и жидком состояниях, не имеет большого влияния на содержание кислорода в атмосфере.

Важным фактом является также и то, что кислород в атмосфере Земли был не всегда – он появился там примерно 2 млрд. лет тому назад вместе с появлением первых хлорофилловых организмов. Но только за последние 20 млн. лет концентрация кислорода в атмосфере стала примерно такой, как сейчас.

Может ли кончится кислород?

Существует ли реальная возможность полного истощения кислорода на Земле? Теоретически такая возможность существует, однако для паники нет никакого повода.

Сейчас уже широко известны основные «потребители» кислорода:

• Автомобиль, проехавший расстояние в 500 км «съедает» годовую дыхательную норму человека;
• Самолёт, пролетевший 10 тыс. км сжигает 30-50 т кислорода, что составляет суточную производственную норму лесного массива площадью 15-20 тыс. га

Уровень потребления кислорода на Земле огромен, однако экспериментальные измерения показывают, что за последние 100 лет количество атмосферного кислорода не уменьшилось. Потери кислорода в атмосфере возмещаются растительностью суши и мирового океана, которые пока способны производить около 320 миллиардов тонн свободного кислорода. Однако следует помнить, что потребление кислорода людьми растёт, а популяция растений на земле стремительно сокращается. Эти процессы пока никем не контролируемы.

Всё же рост потребления кислорода не представляет такой значительной угрозы как ежегодные выбросы в атмосферу объёмом около миллиарда тонн химических соединений, а также нескольких миллиардов тонн твёрдых частиц и различных аэрозолей. Другими словами, не недостаток кислорода, а избыток прочих выбрасываемых постоянно в атмосферу веществ, представляет основную угрозу для пригодности атмосферного воздуха к дыханию.

Что такое озон

Как уже говорилось, газовый состав меняется от одного слоя атмосферы к другому. Кислород вблизи земной поверхности существует в виде двухатомных молекул, а вот в разреженных слоях атмосферы он подвергается диссоциации на атомы под действием солнечной радиации. Таким образом, где то на высоте 40 км содержание атомарного кислорода уже значительно, а на высотах 120-150 км молекулы O2 практически отсутствуют.

На относительно невысоком расстоянии от земной поверхности - около 20-35 км атомарный кислород, будучи достаточно активным, образует с молекулярным кислородом трёхатомные молекулы озона O3. Это высота озонового слоя Земли. Важность его в том, что он защищает поверхность Земли, задерживая ультрафиолетовые лучи. Сами по себе молекулы озона непрозрачны для ультрафиолетовой радиации Солнца и почти полностью поглощают ей. С другой стороны озоновый слой задерживает около пятой части инфракрасного теплового излучения с Земной поверхности, обеспечивая таким образом стабильный тепловой режим для всего живого.

Примечательно, что озоновый слой появился примерно 500-400 млн. лет тому назад и с тех самых пор природное равновесие жизни на Земле поддерживается благодаря ему. Озон в долевом отношении составляет миллионные доли всего воздуха планеты, но этого достаточно для поддержания условий, пригодных для жизни.

Основными «врагами», или разрушителями, озонового слоя являются фреоны, газообразные загрязнители холодильной промышленности, парфюмерного производства, а также ряда других отраслях человеческой деятельности. Основными производителями фреонов являются:

• Европа – 40%.
• США – 35%
• Япония – 10%
• СНГ – 12%.

Влияние фреона вблизи поверхности практически отсутствует, здесь он – инертный газ. Когда же он, испаряясь, достигает озонового слоя, то он становится атомарным газом под воздействием солнечной радиации в виде ультрафиолетового излучения, а затем вступает в реакцию с озоном. Получаемый в ходе этой реакции монооксид хлора и молекулярный кислород не выполняют роли поглотителей ультрафиолетовых лучей и они доходят до Земли.

Люди давно уже знают про существование «озоновых дыр» и пока что сложно сказать что-либо определённое об их происхождении; однако достоверно известно, что, например, в Антарктиде не только вдвое меньше озона в атмосфере, там в сотни раз выше нормы концентрация монооксида хлора.

Что предпринимается

Дебаты по кислороду и, в особенности, по озону продолжаются. На сегодняшний день к достижениям человечества можно отнести подписание ряда протоколов: от Венской конвенции 1985 г. об охране озонового слоя странами-производителями фреона до недавнего Киотского соглашения 2009 года. Это последнее международное соглашение подписано 181 страной мира, на которые приходится свыше 61% всех выбросов в атмосферу в мире.

В отношении шагов по сохранению атмосферы и её озонового слоя в частности можно сказать, что достаточно активно ведётся работа по уменьшению выбросов фреона в атмосферу (утилизация отработанного фреона, замещение фреона сжатым воздухом в аэрозольных упаковках и т.д.). С другой стороны, проводятся многочисленные кампании по сбережению лесов и предотвращению загрязнения мирового океана, которые уже приобрели статус международных.