Содержание
Атмосфера Земли медленно теряет кислород / Хабр
Тропосфера — нижний очень тонкий слой атмосферы высотой 8-18 км, в котором сосредоточено 80% массы атмосферы Земли
Важность атмосферного O2 для биологических и геохимических процессов на Земле чрезвычайно высока. Поэтому учёные давно изучают, как изменялось содержание кислорода в истории нашей планеты. Это можно понять из расчёта парциального давления O2 и N2 в общем атмосферном давлении.
Несмотря на долгую историю вопроса, у специалистов до сих пор нет единого мнения об изменении атмосферного давления на протяжении последних 500 млн лет. Расчёты отличаются до 0,2 атм (см. диаграмму внизу). Даже за последние несколько миллионов лет нет ясной картины, как именно менялось атмосферное давление, парциальное давление и, следовательно, концентрация O2.
Вопрос непростой, ведь кислород из атмосферы постоянно потребляют животные, растения и даже камни.
Группа учёных из Принстонского университета прояснила этот вопрос, изучив концентрацию воздушных пузырьков в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды.
Ледяной керн с глубины 1837 м с видимыми годовыми слоями
На сегодняшний день ледяные керны — самый надёжный и точный источник данных об атмосферном давлении. Максимальный возраст льда в кернах — 800 тыс. лет, поэтому исследования ограничены этим временным интервалом.
Добыча ледяных кернов на научной станции «Восток» в Антарктиде
Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности, за последние 800 000 лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.
На диаграмме слева показано, как отличаются результаты научного моделирования соотношения O2/N2 в атмосфере и парциального давления. На диаграмме справа — изменение парциального давления по результатам измерения воздушных пузырьков в ледяных кернах за 800 тыс.
лет
«Мы проделали эти измерения больше из интереса, чем для подтверждения теории, — сказал один из авторов научной работы Дэниель Столпер (Daniel Stolper). — Мы не знали, что получится: будет кислород увеличиваться с годами, уменьшаться или оставаться на постоянном уровне».
Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки. Нам нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать, в том числе, при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придётся повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.
На Земле тоже не было кислорода в первые пару миллиардов лет. Согласно наиболее вероятной теории, примерно 2,4 млрд лет назад уровень кислорода резко подскочил благодаря активности цианобактерий, известных также как сине-зелёные водоросли.
Этот период резкого изменения состава атмосферы с последующей перестройкой биосферы и глобальным гуронским оледенением в истории Земли известен как кислородная катастрофа.
Сине-зелёные водоросли — причина, по которой 2,4 млрд лет назад на Земле появился кислород в большом количестве и возникла более продвинутая жизнь
Такую же кислородную катастрофу можно устроить на Марсе.
Учёные ещё не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы. Одна из них — это происходит из-за увеличения скорости эрозии, в результате которой из почвы извлекается больше горных пород, которые окисляются и связывают больше кислорода. Другая теория связана с изменением климата: за последние несколько миллионов лет температура немного снизилась, несмотря на резкий рост в последние десятилетия. Из-за снижения температуры могла инициироваться цепочка экологических реакций, в результате которой больше кислорода стало растворяться и связываться в Мировом океане.
Пока что всё это лишь гипотезы, которые следует проверить.
В данный момент атмосфера Земли содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% углекислого газа и небольшие примеси других газов. В ней также постоянно изменяется концентрация водяного пара, который считается одним из основных парниковых газов. На уровне океана концентрация H2O в атмосфере составляет около 1%, а в среднем — около 0,4%. Общая масса атмосферы — 5,5×1018 кг, то есть 5,5 зеттаграммов или 5,5 петатонн.
Накопление кислорода в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка. 1. 3,85-2,45 млрд лет назад. 2. 2,45-1,85 млрд лет назад: начало производства кислорода и поглощение его океаном и породами морского дна. 3. 1,85-0,85 млрд лет назад: окисление горных пород на суше. 4. 0,85-0,54 млрд лет назад: все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере. 5. 0,54 млрд лет назад — настоящее время
Утечка кислорода из земной атмосферы происходит медленно.
Но учёные подчёркивают, что в их исследовании нет данных по изменению уровня кислорода за последние 200 лет, после начала Индустриальной революции, когда люди начали активно окислять углеводороды из земных недр, получая энергию от этой химической реакции и связывая большое количество кислорода из атмосферы. «Мы потребляем кислород в тысячу раз активнее, чем раньше, — говорит Дэниель Столпер. — Человечество полностью замкнуло [кислородный] цикл, сжигая тысячи тонн углерода… Это ещё одно свидетельство, что совместными усилиями люди способны значительно ускорить естественные процессы на Земле».
Научная работа опубликована 23 сентября 2016 года в журнале Science (doi: 10.1126/science.aaf5445).
Ученые выяснили, когда в атмосфере Земли появился первый кислород
https://ria.ru/20210928/kislorod-1752195569.html
Ученые выяснили, когда в атмосфере Земли появился первый кислород
Ученые выяснили, когда в атмосфере Земли появился первый кислород — РИА Новости, 28.
09.2021
Ученые выяснили, когда в атмосфере Земли появился первый кислород
Используя современные методы генетических исследований, американские биологи вычислили время возникновения на Земле цианобактерий — фотосинтезирующих… РИА Новости, 28.09.2021
2021-09-28T22:00
2021-09-28T22:00
2021-09-28T22:00
наука
массачусетский технологический институт
земля — риа наука
биология
генетика
палеонтология
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/09/1c/1752180495_0:372:2048:1524_1920x0_80_0_0_babe6e6c1b0b5f42604a053a3bffb989.jpg
МОСКВА, 28 сен — РИА Новости. Используя современные методы генетических исследований, американские биологи вычислили время возникновения на Земле цианобактерий — фотосинтезирующих микроорганизмов, отвечающих за появления в атмосфере кислорода, ключевого фактора развития сложных форм жизни. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Превращение Земли из пустынной и неприспособленной для жизни планеты в гостеприимную для организмов среду ученые связывают с ключевым событием в ранней геологической истории — появлением в атмосфере Земли кислорода.Считается, что глобальное изменение атмосферы — кислородная революция, или Великое кислородное событие — произошло в самом начале протерозоя, около 2,45 млрд лет назад. Цианобактерии производили кислород и раньше, но до этого он полностью расходовался на окисление горных пород, растворенных в морской воде соединений и газов атмосферы.Как долго продолжался этот «подготовительный» этап, неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать время появления на Земле цианобактерий, что не так просто, так как они не сохраняются в виде окаменелостей. По косвенным данным — появлениям признаков окисления в породах — это произошло 2,7-2,8 миллиарда лет назад.Результаты исследования ученых Массачусетского технологического института (MIT) показывают, что цианобактерии, вероятнее всего, появились намного раньше.
Авторы разработали специальную технику генного анализа, с помощью которого установили, что все виды цианобактерий, живущие сегодня, восходят к общему предку, появившемуся примерно 2,9 миллиарда лет назад, а его предшественники отделились от других бактерий около 3,4 миллиарда лет назад. В это время, по мнению исследователей и возник процесс оксигенного фотосинтеза.Такой большой временной отрыв от Великого окислительного события ученые объясняют тем, что первоначально предки цианобактерий составляли лишь небольшую долю в биосистеме ранней Земли и количество производимого ими кислорода было незначительным.»В эволюции все всегда начинается с малого, — приводятся в пресс-релизе MIT слова ведущего автора статьи Грега Фурнье (Greg Fournier), доцента геобиологии Департамента Земли, атмосферы и планет. — Несмотря на то, что есть свидетельства раннего кислородного фотосинтеза, который является самым важным и действительно удивительным эволюционным нововведением на Земле, потребовались сотни миллионов лет, чтобы он по-настоящему заработал».
Обычно для того, чтобы проследить изменения генов какой-то группы микроорганизмов на протяжении эволюционной истории, палеобиологи используют метод молекулярных часов, основанный на анализе генетических последовательности современных микробов. Затем, применяя приемы моделирования для оценки скорости генетических изменений, вычисляют время начала эволюции. Но датировка методом молекулярных часов ограничена качеством древних окаменелостей и выбранной моделью, которая может давать разные оценки возраста, в зависимости от предполагаемой скорости изменений.Авторы исследования соединили технику молекулярных часов с анализом горизонтального переноса генов — независимым методом, который не полагается на окаменелости или предположения о скорости. Это позволило им точнее определить время появления на Земле первых организмов, способных превращать свет и воду в энергию, выделяя при этом кислород.
https://ria.ru/20210902/genom-1748384434.html
https://ria.ru/20210823/chetveronogie-1746918562.
html
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/09/1c/1752180495_0:13:2048:1549_1920x0_80_0_0_6b89640f77b3f44ab4119ce446d9ec14.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
массачусетский технологический институт, земля — риа наука, биология, генетика, палеонтология
Наука, Массачусетский технологический институт, Земля — РИА Наука, биология, генетика, палеонтология
МОСКВА, 28 сен — РИА Новости. Используя современные методы генетических исследований, американские биологи вычислили время возникновения на Земле цианобактерий — фотосинтезирующих микроорганизмов, отвечающих за появления в атмосфере кислорода, ключевого фактора развития сложных форм жизни. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Превращение Земли из пустынной и неприспособленной для жизни планеты в гостеприимную для организмов среду ученые связывают с ключевым событием в ранней геологической истории — появлением в атмосфере Земли кислорода.
Считается, что глобальное изменение атмосферы — кислородная революция, или Великое кислородное событие — произошло в самом начале протерозоя, около 2,45 млрд лет назад. Цианобактерии производили кислород и раньше, но до этого он полностью расходовался на окисление горных пород, растворенных в морской воде соединений и газов атмосферы.
Как долго продолжался этот «подготовительный» этап, неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать время появления на Земле цианобактерий, что не так просто, так как они не сохраняются в виде окаменелостей. По косвенным данным — появлениям признаков окисления в породах — это произошло 2,7-2,8 миллиарда лет назад.
Результаты исследования ученых Массачусетского технологического института (MIT) показывают, что цианобактерии, вероятнее всего, появились намного раньше. Авторы разработали специальную технику генного анализа, с помощью которого установили, что все виды цианобактерий, живущие сегодня, восходят к общему предку, появившемуся примерно 2,9 миллиарда лет назад, а его предшественники отделились от других бактерий около 3,4 миллиарда лет назад.
В это время, по мнению исследователей и возник процесс оксигенного фотосинтеза.
2 сентября 2021, 18:00Наука
Ученые определили генетические отличия человека от других млекопитающих
Такой большой временной отрыв от Великого окислительного события ученые объясняют тем, что первоначально предки цианобактерий составляли лишь небольшую долю в биосистеме ранней Земли и количество производимого ими кислорода было незначительным.
«В эволюции все всегда начинается с малого, — приводятся в пресс-релизе MIT слова ведущего автора статьи Грега Фурнье (Greg Fournier), доцента геобиологии Департамента Земли, атмосферы и планет. — Несмотря на то, что есть свидетельства раннего кислородного фотосинтеза, который является самым важным и действительно удивительным эволюционным нововведением на Земле, потребовались сотни миллионов лет, чтобы он по-настоящему заработал».
Обычно для того, чтобы проследить изменения генов какой-то группы микроорганизмов на протяжении эволюционной истории, палеобиологи используют метод молекулярных часов, основанный на анализе генетических последовательности современных микробов.
Затем, применяя приемы моделирования для оценки скорости генетических изменений, вычисляют время начала эволюции. Но датировка методом молекулярных часов ограничена качеством древних окаменелостей и выбранной моделью, которая может давать разные оценки возраста, в зависимости от предполагаемой скорости изменений.
Авторы исследования соединили технику молекулярных часов с анализом горизонтального переноса генов — независимым методом, который не полагается на окаменелости или предположения о скорости. Это позволило им точнее определить время появления на Земле первых организмов, способных превращать свет и воду в энергию, выделяя при этом кислород.
23 августа 2021, 18:00Наука
Ученые выяснили, когда на Земле появились первые четвероногие
жизненно важных признаков планеты
Новости
| 12 сентября 2016 г.
Воздух в основном состоит из газа
Воздух окружает нас повсюду, но мы его не видим. Так что же такое воздух? Это смесь разных газов.
Воздух в атмосфере Земли состоит примерно из 78 процентов азота и 21 процента кислорода. В воздухе также есть небольшое количество других газов, таких как углекислый газ, неон и водород.
Воздух — это не просто газ
Хотя воздух в основном состоит из газа, он также содержит множество мельчайших частиц. Эти частицы в воздухе называются аэрозолями. Некоторые аэрозоли, такие как пыль и пыльца, улавливаются естественным путем, когда дует ветер. Но воздух также может нести частицы, вызывающие загрязнение воздуха, такие как сажа, дым и другие загрязняющие вещества от выхлопных газов автомобилей и электростанций. Когда в воздухе слишком много частиц, растениям и животным может быть трудно дышать.
Воздух важен для живых существ
Людям нужно дышать, как и многим другим животным и растениям! Дыхание является частью процесса, называемого дыханием. При дыхании живое существо поглощает из воздуха кислород и выделяет углекислый газ. Этот процесс дает животным и растениям энергию, чтобы есть, расти и жить!
Углекислый газ в воздухе может быть как хорошим, так и плохим
Когда люди и животные дышат, мы выделяем газ без запаха, называемый двуокисью углерода, или CO 2 .
Растения используют этот газ вместе с солнечным светом для производства пищи — процесс, называемый фотосинтезом. В этом процессе растения тоже выделяют кислород! Однако большое количество CO 2 также образуется, когда автомобили и электростанции сжигают уголь, нефть и бензин. CO 2 также является наиболее важным фактором глобального потепления, вызванного деятельностью человека.
Воздух также удерживает воду
В жаркий душный летний день вы, наверное, слышали слово «влажный». Но что это значит? Относительная влажность – это количество воды, которое может удерживать воздух перед дождем. Влажность обычно измеряется в процентах, поэтому самый высокий уровень относительной влажности — непосредственно перед дождем — составляет 100%. Влажность воздуха измеряется прибором, называемым психрометром.
Воздух меняется, когда вы поднимаетесь, поднимаетесь, поднимаетесь
Воздух кажется легким, но его много давит на поверхность Земли.
Это называется давлением воздуха. Вы испытываете высокое атмосферное давление на уровне моря, потому что вся атмосфера давит на вас. Когда вы находитесь на вершине горы, на вас давит меньше воздуха и давление ниже. Это изменение давления может привести к тому, что ваши уши будут лопаться, когда вы взлетаете в самолете или едете в гору.
Воздух — это защитная подушка
На Земле нам очень повезло, что у нас есть атмосфера, наполненная воздухом. Воздух в нашей атмосфере действует как изоляция, не давая Земле становиться слишком холодной или слишком горячей. Озон, еще один вид газа в воздухе, также защищает нас от слишком большого количества солнечного света. Воздух в атмосфере также может защитить нас от метеоритов. Когда метеороиды соприкасаются с нашей атмосферой, они трутся о воздух и часто сгорают на мелкие кусочки, прежде чем достигнут Земли.
В воздухе есть жизнь
Многие живые существа живут в почве и воде. Но знаете ли вы, что живые организмы можно встретить и в воздухе? Эти крошечные микробные организмы называются биоаэрозолями.
Хотя эти микробы не умеют летать, они могут преодолевать большие расстояния по воздуху — с помощью ветра, дождя или даже чихания!
Воздух может двигаться быстро и далеко
Даже в очень тихий день воздух вокруг нас всегда движется. Но когда дует сильный ветер, этот воздух действительно может уйти! Самый быстрый порыв ветра, когда-либо зарегистрированный на Земле, достигал скорости 253 мили в час. А когда ветер уносит семена, пыль и другие частицы, он может унести их за много миль от их первоначального дома!
Загрязнение воздуха может разрушить ваши планы на отдых
Загрязнение воздуха измеряется с помощью индекса качества воздуха или AQI. Чем ниже AQI, тем чище воздух. Однако, если вы находитесь на улице, когда AQI превышает 100, это примерно то же самое, что целый день дышать выхлопными газами автомобиля! Вещи, которые вызывают плохое качество воздуха, — это лесные пожары и города с интенсивным автомобильным движением. Если AQI выше 100, вам не следует проводить слишком много времени на улице.
Атмосферный кислород — Энергетическое образование
Энергетическое образование
Меню навигации
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рис. 1. Парциальное давление кислорода в атмосфере по сравнению с миллиардами лет назад. Измерить уровень кислорода миллиарды лет назад сложно, поэтому на графике показан диапазон прогнозируемых значений. Верхняя кривая представляет собой уровень наибольшего предположения в данный момент времени, а нижняя кривая представляет наилучшее предположение о нижнем пределе содержания кислорода в атмосфере. [1] Граница между областью один и областью два является великим событием оксигенации (GOE).
Рис.
2. Состав атмосферы Земли в зависимости от времени. [2]
Атмосферный кислород относится к содержанию молекулярного кислорода O 2 в атмосфере; особенно в тропосфере, которая позволяет жизни процветать. Атмосферный кислород — самая важная потребность человека, даже более важная, чем пища).
На рисунках 1 и 2 показано изменение O 2 над геологической историей Земли. Хотя, возможно, это и не пиковое значение, которое наблюдалось 10 миллионов лет назад, уровень содержания кислорода в атмосфере (~ 21%) достаточно высок, чтобы позволить экологическим системам Земли (и людям) процветать. [1] Значительные уровни O 2 в космическом масштабе очень редки! [3] Кислород вступает в химическую реакцию практически со всем, поэтому наличие такого большого количества кислорода в атмосфере означает, что его необходимо непрерывно производить. Кислород вырабатывается в результате фотосинтеза, но если бы он когда-нибудь остановился, химические реакции заставили бы все это исчезнуть довольно быстро.
Если бы химическая сигнатура молекулярного кислорода была обнаружена на другой планете, это было бы верным признаком жизни, поскольку молекулярного кислорода не существовало бы, если бы его не создала жизнь.
В древнем прошлом Земли миллиарды лет назад развился фотосинтез, в результате которого высвободился O 2 . Этот кислород не остался в виде O 2 , а сразу же вступил в реакцию с горными породами, эффективно «заржавев планету». Эта ржавчина позволила образоваться многим оксидам в минералах, но после определенного момента (примерно через 1 миллиард лет) ржавчина прекратилась, потому что все химические реакции произошли. Это позволило произойти «великому кислородному событию» (GOE), см. линию между областями 1 и 2 на рисунке 1. Это позволило уровням кислорода в атмосфере вырасти до значительных уровней. Этот процесс полностью преобразовал Землю и, вероятно, является самым значительным воздействием, которое жизнь оказала на окружающую среду. На рисунке 2 показано, как со временем изменились газы, составляющие атмосферу Земли.
Сегодня атмосферный кислород необходим для существования высших форм жизни (живых организмов с множеством клеток). Кроме того, ископаемое топливо может сгорать из-за атмосферного кислорода. Углерод в ископаемом топливе, как и уголь, реагирует с кислородом в атмосфере с образованием углекислого газа. Кислород в атмосфере «бесплатен» для всех. Отсутствие большого количества O 2 под водой — вот что делает подводные лодки трудными для питания (они не могут сжигать ископаемое топливо без O 2 ), а недостаток O 2 в космосе требует, чтобы космические миссии использовали другие первичные источники энергии, такие как радиоизотопные тепловые генераторы или солнечная энергия.
Для получения дополнительной информации об истории кислорода см. книгу Дональда Кэнфилда: «Кислород: история четырех миллиардов лет». [3] Научную статью на эту тему см.: «Насыщение кислородом атмосферы и океанов» Генриха Холланда. [1]
Для дальнейшего чтения
- Периодическая таблица элементов
- Кислород
- Атмосфера
- Ископаемое топливо
- Естественные и антропогенные изменения климата
- Или выберите случайную страницу
Ссылки
- ↑ 1.
