Содержание
Ученые рассчитали, что через 80 лет на Земле полностью исчезнет кислород — «Ингушетия» — интернет-газета
Экология
Борис Терский
4
Жара. Люди в растерянности пытаются быстрее заскочить в помещения с кондиционерами, юркнуть в свои автомобили (в основном — иномарки), хранящие спасительную прохладу. «Какой-то воздух тяжелый, никак им не надышишься, — жалуется мне водитель маршрутки, в какой-то прострации стирая платком пот с лица. — Вроде и раньше, лет 10-15 назад, солнце припекало — мало не казалось. Но сегодня зной какой-то невыносимый!»…
Что же происходит? Ученые в один голос утверждают: атмосфера нашей планеты становится всё менее пригодной для дыхания живых существ. Без пищи человек может жить примерно месяц, без воды — неделю, без воздуха — минуты. Стремительно ухудшающееся состояние атмосферы Земли должно было бы стать главной заботой всего человечества.
Однако не стало. Никакого интереса к этой теме не наблюдается во всём мире. Тот же весельчак-балагур Трамп плюнул на эту проблему, считая ее надуманной. За последние 55 лет высота атмосферы уменьшилась со 101 км до 80 км, за это время безвозвратно выведено из атмосферы не менее 4,4% кислорода. Сегодня его остаётся не более 16%. Уровень кислорода в воздухе 10% и ниже смертелен для человека. Кислород из атмосферы убирают люди, переводя его в состояние воды и окислов. Основные процессы, уничтожающие кислород, — это сжигание углеводородов и производство металлов.
На Земле в течение суток сжигается более 3,5 миллиона тонн нефти и более 4 млрд м3 только учтённого природного газа. Помимо этого, сжигаются большие объёмы промышленного газа, ацетилена, угля, сланцев и всего, что горит. Для сжигания 1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода. Автомобиль, проехавший 500 км, «съедает» годовую дыхательную норму человека. Один автомобиль за 2 часа работы поглощает столько кислорода, сколько дерево выделяет за 2 года.
Самолёт, пролетевший 10 тыс. км, сжигает 30-50 т кислорода, что составляет суточное производство кислорода лесным массивом площадью 15-20 тыс. га. А теперь взгляните на карту полетов самолетов: эта «паутина» маршрутов плотно опутала планету и ни на день не выпускает ее из своих цепких объятий.
Уменьшение содержания кислорода в атмосфере — одна из возможных причин потепления климата. Атмосфера не является единственным источником кислорода. Например, водоёмы, дающие массу испарений, вызывают колебания состава воздуха и содержания кислорода. Но океаны забиты мусором, такие крупные течения, как Гольфстрим, деградируют.
Потери кислорода в атмосфере возмещаются растительностью суши и мирового океана, которые пока способны производить около 320 млрд тонн свободного кислорода. Однако потребление кислорода людьми растёт, а популяция растений на земле стремительно сокращается.
Фитопланктон — фабрика кислорода — в значительной мере убит токсинами, которые люди сбрасывают в моря.
Леса — «лёгкие» планеты, дают значительный прирост кислорода, но люди вырубили около 80% лесов, существовавших ещё 100 лет назад.
Динамика роста потребления кислорода создаёт реальную возможность его полного истощения на Земле. Кроме этого, выбросы в атмосферу миллиардов тонн химических соединений и твёрдых частиц и аэрозолей делают атмосферный воздух всё менее пригодным для дыхания.
Ученые рассчитали, что через 80 лет на Земле полностью исчезнет кислород.
Комментарии 4
Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком • Алексей Гиляров • Новости науки на «Элементах» • Науки о Земле, Химия, Экология
Заметное увеличение содержания свободного кислорода в атмосфере Земли 2,4 млрд лет назад, по-видимому, явилось результатом очень быстрого перехода от одного равновесного состояния к другому. Первый уровень соответствовал крайне низкой концентрации О2 — примерно в 100 000 раз ниже той, что наблюдается сейчас.
Второй равновесный уровень мог быть достигнут при более высокой концентрации, составляющей не менее чем 0,005 от современной. Содержание кислорода между двумя этими уровнями характеризуется крайней неустойчивостью. Наличие подобной «бистабильности» позволяет понять, почему в атмосфере Земли было так мало свободного кислорода в течение по крайней мере 300 млн лет после того, как его стали вырабатывать цианобактерии (синезеленые «водоросли»).
В настоящее время атмосфера Земли на 20% состоит из свободного кислорода, который есть не что иное как побочный продукт фотосинтеза цианобактерий, водорослей и высших растений. Очень много кислорода выделяется тропическими лесами, которые в популярных изданиях нередко называют легкими планеты. При этом, правда, умалчивается, что за год тропические леса потребляют практически столько же кислорода, сколько образуют. Расходуется он на дыхание организмов, разлагающих готовое органическое вещество, — в первую очередь бактерий и грибов. Для того, чтобы кислород начал накапливаться в атмосфере, хотя бы часть образованного в ходе фотосинтеза вещества должна быть выведена из круговорота — например, попасть в донные отложения и стать недоступной для бактерий, разлагающих его аэробно, то есть с потреблением кислорода.
Суммарную реакцию оксигенного (то есть «дающего кислород») фотосинтеза можно записать как:
CO2 + H2O + hν → (CH2O) + O2,
где hν — энергия солнечного света, а (CH2O) — обобщенная формула органического вещества. Дыхание же — это обратный процесс, который можно записать как:
(CH2O) + O2 → CO2 + H2O.
При этом будет высвобождаться необходимая для организмов энергия. Однако аэробное дыхание возможно только при концентрации O2 не меньше чем 0,01 от современного уровня (так называемая точка Пастера). В анаэробных условиях органическое вещество разлагается путем брожения, а на завершающих стадиях этого процесса нередко образуется метан. Например, обобщенное уравнение метаногенеза через образование ацетата выглядит как:
2(СH2O) → CH3COOH → CH4 + CO2.
Если комбинировать процесс фотосинтеза с последующим разложением органического вещества в анаэробных условиях, то суммарное уравнение будет иметь вид:
CO2 + H2O + hν → 1/2 CH4 + 1/2 CO2 + O2.
Именно такой путь разложения органического вещества, видимо, был основным в древней биосфере.
Многие важные детали того, как установилось современное равновесие между поступлением кислорода в атмосферу и его изъятием, остаются невыясненными. Ведь заметное увеличение содержания кислорода, так называемое «Великое окисление атмосферы» (Great Oxidation), произошло только 2,4 млрд лет назад, хотя точно известно, что осуществляющие оксигенный фотосинтез цианобактерии были уже достаточно многочисленны и активны 2,7 млрд лет назад, а возникли они еще раньше — возможно, 3 млрд лет назад. Таким образом, в течение по крайней мере 300 миллионов лет деятельность цианобактерий не приводила к увеличению содержания кислорода в атмосфере.
Предположение о том, что в силу каких-то причин вдруг произошло радикальное увеличение чистой первичной продукции (то есть прироста органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза цианобактерий), критики не выдержало. Дело в том, что при фотосинтезе преимущественно потребляется легкий изотоп углерода 12С, а в окружающей среде возрастает относительное содержание более тяжелого изотопа 13С.
Соответственно, донные отложения, содержащие органическое вещество, должны быть обеднены изотопом 13С, который скапливается в воде и идет на образование карбонатов. Однако соотношение 12С и 13С в карбонатах и в органическом веществе отложений остается неизменным несмотря на радикальные изменения в концентрации кислорода в атмосфере. Значит, всё дело не в источнике О2, а в его, как выражаются геохимики, «стоке» (изъятии из атмосферы), который вдруг существенным образом сократился, что и привело к существенному увеличению количества кислорода в атмосфере.
Обычно считается, что непосредственно до «Великого окисления атмосферы» весь образующийся тогда кислород расходовался на окисление восстановленных соединений железа (а потом серы), которых на поверхности Земли было довольно много. В частности, тогда образовались так называемые «полосчатые железные руды». Но недавно Колин Гольдблатт, аспирант Школы наук об окружающей среде при Университете Восточной Англии (Норвич, Великобритания), совместно с двумя коллегами из того же университета пришли к выводу о том, что содержание кислорода в земной атмосфере может быть в одном из двух равновесных состояний: его может быть или очень мало — примерно в 100 тысяч раз меньше, чем сейчас, или уже довольно много (хотя с позиции современного наблюдателя мало) — не менее, чем 0,005 от современного уровня.
В предлагаемой модели они учли поступление в атмосферу как кислорода, так и восстановленных соединений, в частности обратив внимание на соотношение свободного кислорода и метана. Они отметили, что если концентрация кислорода превышает 0,0002 от современного уровня, то часть метана уже может окисляться бактериями метанотрофами согласно реакции:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Но остальной метан (а его довольно много, особенно при низкой концентрации кислорода) поступает в атмосферу.
Вся система находится в неравновесном состоянии с точки зрения термодинамики. Основной же механизм восстановления нарушенного равновесия — окисление метана в верхних слоях атмосферы гидроксильным радикалом (см. Колебания метана в атмосфере: человек или природа — кто кого, «Элементы», 06.10.2006). Гидроксильный радикал, как известно образуется в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения. Но если кислорода в атмосфере много (по меньшей мере 0,005 от современного уровня), то в верхних ее слоях образуется озоновый экран, хорошо защищающий Землю от жестких ультрафиолетовых лучей и вместе с тем мешающий физико-химическому окислению метана.
Авторы приходят к несколько парадоксальному выводу о том, что само по себе существование оксигенного фотосинтеза не является достаточным условием ни для того, чтобы сформировалась богатая кислородом атмосфера, ни для того, чтобы возник озоновый экран. Данное обстоятельство следует учитывать в тех случаях, когда мы пытаемся найти признаки существования жизни на других планетах основываясь на результатах обследования их атмосферы.
Источник: Colin Goldblatt, Timothy M. Lenton, Andrew J. Watson. Bistability of atmospheric oxygen and the Great Oxidation // Nature. 2006. V. 443. P. 683-686.
Алексей Гиляров
См. также:
Новая модель объясняет, почему в атмосфере Земли так медленно накапливался кислород, «Элементы», 10.08.2005.
Кислород в древней атмосфере: «железное» доказательство подвергнуто сомнению, «Элементы», 27.10.2005.
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 индексом 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.
Атмосфера | Национальное географическое общество
Посмотрите вверх. Путь вверх. Облака, которые вы видите в небе, ветер, качающий деревья или флаг на школьном дворе, даже солнечный свет, который вы чувствуете на своем лице, — все это результат земной атмосферы.
Земная атмосфера простирается от поверхности планеты до высоты 10 000 километров (6 214 миль). После этого атмосфера сливается с пространством. Не все ученые согласны с тем, где находится фактическая верхняя граница атмосферы, но они могут согласиться с тем, что основная часть атмосферы расположена близко к поверхности Земли — на расстоянии от восьми до 15 километров (от пяти до девяти миль).
Хотя кислород необходим для большей части жизни на Земле, большая часть земной атмосферы не состоит из кислорода. Атмосфера Земли состоит примерно из 78 процентов азота, 21 процента кислорода, 0,9 процента аргона и 0,1 процента других газов.
Оставшиеся 0,1 процента составляют следовые количества углекислого газа, метана, водяного пара и неона.
Атмосфера делится на пять разных слоев в зависимости от температуры. Слой, ближайший к поверхности Земли, — это тропосфера, простирающаяся примерно от семи до 15 километров (от пяти до 10 миль) от поверхности. Тропосфера самая толстая на экваторе и намного тоньше на Северном и Южном полюсах. Большая часть массы всей атмосферы содержится в тропосфере — примерно от 75 до 80 процентов. Большая часть водяного пара в атмосфере вместе с частицами пыли и пепла находится в тропосфере, что объясняет, почему большая часть земных облаков расположена в этом слое. Температура в тропосфере понижается с высотой.
Стратосфера — следующий слой от поверхности Земли. Он простирается от вершины тропосферы, называемой тропопаузой, до высоты примерно 50 километров (30 миль). Температура в стратосфере увеличивается с высотой. Высокая концентрация озона, молекулы, состоящей из трех атомов кислорода, составляет озоновый слой стратосферы.
Этот озон поглощает часть поступающего солнечного излучения, защищая жизнь на Земле от потенциально вредного ультрафиолетового (УФ) света, и отвечает за повышение температуры на высоте.
Верхняя часть стратосферы называется стратопаузой. Выше этого находится мезосфера, которая достигает примерно 85 километров (53 мили) над поверхностью Земли. С высотой температура в мезосфере снижается. На самом деле самые низкие температуры в атмосфере наблюдаются в верхней части мезосферы — около -90°C (-130°F). Атмосфера здесь тонкая, но все же достаточно плотная, чтобы метеоры сгорали при прохождении через мезосферу, создавая то, что мы называем «падающими звездами». Верхняя граница мезосферы называется мезопаузой.
Термосфера расположена над мезопаузой и простирается примерно на 600 километров (372 мили). О термосфере известно немногое, за исключением того, что температура увеличивается с высотой. Солнечное излучение делает верхние области термосферы очень горячими, достигая температуры до 2000°C (3600°F).