Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком. Кислород в атмосфере
Кислород в атмосфере - Интересные статьи
Состав атмосферы Земли
Кислород в атмосфереЗемная атмосфера — смесь многих газов. Основную ее часть составляет азот — 77 процентов, старый добрый кислород добавляет еще 21 процент, оставшиеся 2 процента состоят из смеси следов газов — аргона, двуокиси углерода, гелия, неона, криптона, ксенона, закиси азота, угарного газа и других. В атмосфере также содержится водяной пар в различных концентрациях. Наш любимый газ — кислород, так как мы живем благодаря этому газу.
Недоношенных детей, легкие которых недостаточно развиты, иногда помещают в кислородные емкости, в которых ребенок дышит смесью с повышенным содержанием кислорода. Вместо обычного 21 процента концентрация кислорода в такой емкости достигает 30 – 40 процентов. Если у ребенка тяжелые расстройства дыхания, то он дышит чистым кислородом во избежание повреждения клеток головного мозга.
Интересный факт: большой избыток кислорода во вдыхаемой газовой смеси так же опасен, как и его дефицит.
Опасность избытка кислорода и окисление
Избыток кислорода так же опасен, как и его недостаток. Большое количество кислорода в газовой смеси и большая концентрация его в крови могут разрушить клетки тканей глаз ребенка и стать причиной потери зрения. Этот факт подчеркивает двойственную природу кислорода. Чтобы жить, мы должны вдыхать кислород, но и сам кислород — яд для живых организмов. Когда кислород воздуха взаимодействует с другими элементами, такими, как водород и углерод, происходит реакция, называемая окислением. Окисление разрушает органические молекулы, которые составляют основу жизни. При обычной температуре кислород медленно реагирует с другими элементами, и выделяющееся при этом тепло столь незначительно, что мы его не ощущаем.
Температура и окисление
Однако реакции окисления стремительно ускоряются при повышении температуры. Чиркните спичкой о коробок. Трение между спичечной головкой и абразивной полоской на коробке нагревает головку спички. Реакция окисления в этом случае протекает быстро, и спичка стремительно вспыхивает пламенем. Вы видите свет и ощущаете тепло, выделившееся в ходе реакции окисления. В наших организмах окисление протекает не столь драматично. Красные кровяные клетки поглощают кислород из воздуха в легких и разносят его по всему организму. Кислород в живых клетках в строго контролируемых условиях намного медленнее и не так жарко, как в случае сгоревшей спички, окисляет пищу, которую мы едим. При таком окислении пища расщепляется, в результате освобождается энергия, и образуются вода и углекислый газ. Углекислый газ с кровью приносится в легкие и из них улетучивается в атмосферу с выдыхаемым воздухом.
Интересный факт: страницы книг желтеют, потому что они окисляются, то есть медленно сгорают.
Дышать достаточным количеством кислорода — безусловная жизненная необходимость. Огонь можно загасить толстым одеялом, перекрыв доступ кислорода к огню. Мы можем задохнуться, если по какой – то причине не будем вдыхать кислород больше пяти минут. Идеальный уровень кислорода во вдыхаемой газовой смеси — 21 процент, то есть тот, который мы имеем в атмосфере. Но даже и тогда кислород часто обнаруживает свой свирепый нрав. Например, сухая трава может вспыхнуть от одной искры. Равновесие кислорода и других газов поддерживается в природе жизненными циклами растений и животных. Животные при дыхании выдыхают углекислый газ, а растения поглощают его и взамен выделяют кислород.
Уровень кислорода
Нет, однако, никаких гарантий, что уровень кислорода останется на века таким же, как сейчас. Возрастает количество выбрасываемой в атмосферу двуокиси углерода. Источником ее является ископаемое жидкое топливо, например бензин, мазут, при сгорании которых образуется углекислый азот. В то же время леса, зеленые легкие Земли, уничтожаются все возрастающими темпами. За одну минуту вырубается несколько гектаров леса. Такое сочетание предопределяет уменьшение содержания кислорода в атмосфере, и ученые ломают голову над тем, как сократить наносимый ей ущерб.
Интересные статьи:
Рейтинг: 4.5/5. Из 27 голосов.
Please wait...
www.voprosy-kak-i-pochemu.ru
Содержание в воздухе кислорода: определение и значение
В отличие от горячих и холодных планет нашей Солнечной системы, на планете Земля существуют условия, которые дают возможность жизни в определенной форме. Одним из главных условий является состав атмосферы, который дает всему живому возможность свободно дышать и защищает от смертельного излучения, царящего в космосе.
Из чего состоит атмосфера
Атмосфера Земли состоит из множества газов. В основном это азот, который занимает 77 %. Газ, без которого немыслима жизнь на Земле, занимает гораздо меньший объем, содержание кислорода в воздухе равно 21 % от всего объема атмосферы. Последние 2 % - смесь различных газов, включая аргон, диоксид углерода, гелий, неон, криптон и другие.
Атмосфера Земли поднимается на высоту 8 тыс. км. Воздух, пригодный для дыхания, есть только в нижнем слое атмосферы, в тропосфере, достигающей на полюсах - 8 км, ввысь, а над экватором – 16 км. С увеличением высоты воздух становится более разреженным и тем больше ощутима нехватка кислорода. Чтобы рассмотреть, какое содержание кислорода в воздухе бывает на разной высоте, приведем пример. На пике Эвереста (высота 8848 м) воздух вмещает этого газа в 3 раза меньше, чем над уровнем моря. Поэтому покорители высокогорных вершин - альпинисты - могут подняться на его вершину только в кислородных масках.
Кислород – главное условие выживания на планете
В начале существования Земли воздух, который ее окружал, не имел этого газа в своем составе. Это вполне подходило для жизни простейших - одноклеточных молекул, которые плавали в океане. Им кислород не был нужен. Процесс начался примерно 2 млн лет назад, когда первые живые организмы в результате реакции фотосинтеза начали выделять малые дозы этого газа, полученного в результате химических реакций, сначала в океан, затем в атмосферу. Жизнь развилась на планете и приняла разнообразные формы, большинство из которых не дожили до наших времен. Некоторые организмы со временем приспособились к жизни с новым газом.
Они научились использовать его силу безопасно внутри клетки, где она выступала в роли электростанции, для того чтобы добывать энергию из еды. Такой способ использования кислорода называется дыханием, и мы это делаем ежесекундно. Именно дыхание дало возможность для появления более сложных организмов и людей. За миллионы лет содержание в воздухе кислорода взлетело до современного уровня – около 21 %. Накопление этого газа в атмосфере способствовало созданию озонового слоя на высоте 8–30 км от поверхности земли. Вместе с этим планета получила защиту от пагубного действия ультрафиолетовых лучей. Дальнейшая эволюция жизненных форм на воде и на суше стремительно возросла в результате увеличения фотосинтеза.
Анаэробная жизнь
Хотя некоторые организмы адаптировались к повышающемуся уровню выделяемого газа, многие из простейших форм жизни, которые существовали на Земле, исчезли. Другие организмы выжили, прячась от кислорода. Некоторые из них сегодня живут в корнях бобовых, используя азот из воздуха для построения аминокислот для растений. Смертельный организм ботулизма – еще один "беженец" от кислорода. Он спокойно выживает в вакуумных упаковках с консервированными продуктами.
Какой кислородный уровень оптимален для жизни
Преждевременно рожденные малыши, легкие которых еще не полностью раскрыты для дыхания, попадают в специальные инкубаторы. В них содержание кислорода в воздухе по объему выше, и вместо обычных 21 % здесь установлен его уровень 30-40 %. Малыши, имеющие серьезные проблемы дыхания, окружаются воздухом со стопроцентным уровнем кислорода, чтобы предотвратить повреждение детского мозга. Нахождение в таких обстоятельствах совершенствует кислородный режим тканей, пребывающих в состоянии гипоксии, приводит в норму их жизненные функции. Но его чрезмерное количество в воздухе так же опасно, как и недостаток. Чрезмерное количество кислорода в крови ребенка может привести к повреждению кровеносных сосудов в глазах и спровоцировать утрату зрения. Это показывает двойственность свойств газа. Мы должны дышать им, чтобы жить, но его избыток иногда может стать отравой для организма.
Процесс окисления
При соединении кислорода с водородом или углеродом, совершается реакция, именуемая окислением. Этот процесс заставляет органические молекулы, являющиеся основанием жизни, распадаться. В человеческом организме окисление проходит следующим образом. Эритроциты крови собирают кислород из легких и разносят его по всему телу. Происходит процесс разрушения молекул еды, которую мы употребляем. Этот процесс освобождает энергию, воду и оставляет диосксид углерода. Последний выводится клетками крови обратно в легкие, и мы выдыхаем его в воздух. Человек может задохнуться, если ему помешать дышать дольше, чем 5 минут.
Дыхание
Рассмотрим содержание кислорода во вдыхаемом воздухе. Атмосферный воздух, попадающий извне в легкие при вдыхании, именуется вдыхаемым, а воздух, который выходит наружу через дыхательную систему при выдохе, - выдыхаемым.
Он представляет собой смесь воздуха, заполнявшего альвеолы, с тем, который находится в дыхательных путях. Химический состав воздуха, который здоровый человек вдыхает и выдыхает в естественных условиях, практически не меняется и выражается такими цифрами.
Содержание газов (в %)
Кислород | Углекислый газ | Азот и другие газы | |
Вдыхаемый воздух | 20,94 | 0,03 | 79,03 |
Выдыхаемый воздух | 16,3 | 4,0 | 79,7 |
Альвеолярный воздух | 14,2 | 5,2 | 80,6 |
Кислород – главная для жизни составляющая воздуха. Изменения количества этого газа в атмосфере невелики. Если у моря содержание в воздухе кислорода вмещает до 20,99 %, то даже в очень загрязненном воздухе индустриальных городов его уровень не падает ниже 20,5 %. Такие изменения не выявляют воздействия на человеческий организм. Физиологические нарушения проявляются тогда, когда процентное содержание кислорода в воздухе падает до 16-17 %. При этом наблюдается явная кислородная недостаточность, которая ведет к резкому падению жизнедеятельности, а при содержании в воздухе кислорода 7-8 % возможен летальный исход.
Атмосфера в разные эпохи
Состав атмосферы всегда оказывал воздействие на эволюцию. В разные геологические времена из-за природных катаклизмов наблюдались подъемы или падения уровня кислорода, и это влекло за собой изменение биосистемы. Примерно 300 миллионов лет назад содержание его в атмосфере поднялось до 35 %, при этом наблюдалось заселение планеты насекомыми гигантских размеров. Наибольшее вымирание живых существ в истории Земли случилось около 250 миллионов лет назад. Во время него более чем 90 % обитателей океана и 75 % жителей суши погибло. Одна из версий массового вымирания гласит, что виной тому оказалось низкое содержание в воздухе кислорода. Количество этого газа упало до 12 %, и это - в нижнем слое атмосферы до высоты 5300 метров. В нашу эпоху содержание кислорода в атмосферном воздухе доходит до 20,9 %, что на 0,7 % ниже, чем 800 тысяч лет назад. Эти цифры подтверждены учеными из Принстонского университета, которые исследовали пробы Гренландского и Атлантического льда, образовавшегося в то время. Замерзшая вода сберегла пузырьки воздуха, и этот факт помогает вычислить уровень кислорода в атмосфере.
Чему подчиняется уровень его в воздухе
Активное поглощение его из атмосферы может быть вызвано передвижением ледников. Отодвигаясь, они открывают гигантские площади органических пластов, потребляющих кислород. Еще одним поводом может быть остывание вод Мирового океана: его бактерии при пониженной температуре активнее поглощают кислород. Исследователи утверждают, что индустриальный скачок и вместе с ним сжигание огромного количества топлива особенного воздействия при этом не оказывают. Мировой океан охлаждается в течение 15 миллионов лет, и количество жизненно важного в атмосфере уменьшилось независимо от воздействия человека. Вероятно, на Земле совершаются некоторые природные процессы, ведущие к тому, что потребление кислорода становится выше его производства.
Воздействие человека на состав атмосферы
Поговорим о влиянии человека на состав воздуха. Тот уровень, который мы сегодня имеем, идеально подходит для живых существ, содержание кислорода в воздухе составляет 21 %. Баланс его и других газов определяется жизненным циклом в природе: животные выдыхают диоксид углерода, растения используют его и выделяют кислород.
Но не существует гарантии, что такой уровень будет постоянным всегда. Повышается количество диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу. Это происходит из-за использования топлива человечеством. А оно, как известно, образовалось из окаменелостей органического происхождения и в воздух попадает диоксид углерода. А тем временем самые большие растения нашей планеты, деревья, уничтожаются с нарастающей скоростью. За минуту исчезают километры леса. Это значит, что часть кислорода в воздухе постепенно падает и ученые уже сейчас бьют тревогу. Земная атмосфера - не безграничная кладовая и кислород в нее извне не поступает. Он все время вырабатывался вместе с развитием Земли. Нужно постоянно помнить, что этот газ производится растительностью в процессе фотосинтеза за счет потребления углекислого газа. И любое существенное уменьшение растительности в виде уничтожения лесов, неотвратимо снижает попадание кислорода в атмосферу, тем самым, нарушая его баланс.
fb.ru
концентрация и норма кислорода, какую он выполняет роль
Воздух – это естественная смесь различных газов. Больше всего в нем содержатся такие элементы, как азот (около 77%) и кислород, менее 2% составляют аргон, углекислый газ и прочие инертные газы.
Кислород, или О2 – второй элемент периодической таблицы и важнейший компонент, без которого вряд ли бы существовала жизнь на планете. Он участвует в разнообразных процессах, от которых зависит жизнедеятельность всего живого.
...
Вконтакте
Google+
Мой мир
Состав воздуха
О2 выполняет функцию окислительных процессов в человеческом теле, которые позволяют выделить энергию для нормальной жизнедеятельности. В состоянии покоя человеческий организм требует около 350 миллилитров кислорода, при тяжелых физических нагрузках это значение возрастает в три-четыре раза.
Сколько процентов кислорода в воздухе, которым мы дышим? Норма равна 20,95%. Выдыхаемый воздух содержит меньшее количество О2 – 15,5-16%. Состав выдыхаемого воздуха также включает углекислый газ, азот и другие вещества. Последующее понижение процентного содержания кислорода приводит к нарушению работы, а критическое значение 7-8% вызывает летальный исход.
Содержание прочих элементов в воздухе в различных условиях представлено в таблице ниже.
| Кислород, % | Углекислый газ, % | Азот и другие элементы, % | |
| Вдыхаемый воздух | 20,95 | 0,03 | 79,02 |
| Выдыхаемый воздух | 16,3 | 4 | 79,7 |
| Альвеолярный воздух | 14,5 | 5 | 80,5 |
Из таблица можно понять, например, что в выдыхаемом воздухе содержится очень много азота и дополнительных элементов, а вот О2 всего 16,3%. Содержание кислорода во вдыхаемом воздухе примерно составляет 20,95%.
Важно понять, что представляет собой такой элемент, как кислород. О2– наиболее распространенный на земле химический элемент, который не имеет цвета, запаха и вкуса. Он выполняет важнейшую функцию окисления в атмосфере.
Без восьмого элемента периодической таблицы нельзя добыть огонь. Сухой кислород позволяет улучшить электрические и защитные свойства пленок, уменьшать их объемный заряд.
Содержится этот элемент в следующих соединениях:
- Силикаты – в них присутствует примерно 48% О2.
- Вода (морская и пресная) – 89%.
- Воздух – 21%.
- Другие соединения в земной коре.
Воздух содержит в себе не только газообразные вещества, но и пары и аэрозоли, а также различные загрязняющие примеси. Это может быть пыль, грязь, другой различный мелкий мусор. В нем содержатся микробы, которые могут вызывать различные заболевания. Грипп, корь, коклюш, аллергены и прочие болезни – это лишь малый список негативных последствий, которые появляются при ухудшении качества воздуха и повышении уровня болезнетворных бактерий.
Процентное соотношение воздуха – это количество всех элементов, которые входят в его состав. Показать наглядно, из чего состоит воздух, а также процент кислорода в воздухе удобнее на диаграмме.
Диаграмма отображает, какого газа содержится больше в воздухе. Значения, приведенные на ней, будут немного отличаться для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Диаграмма — соотношение воздуха.
Выделяют несколько источников, из которых образуется кислород:
- Растения. Еще из школьного курса биологии известно, что растения выделяют кислород при поглощении углекислого газа.
- Фотохимическое разложение водяных паров. Процесс наблюдается под действием солнечного излучения в верхнем слое атмосферы.
- Перемешивание потоков воздуха в нижних атмосферных слоях.
Функции кислорода в атмосфере и для организма
Для человека огромное значение имеет так называемое парциальное давление, которое мог бы производить газ, если бы занимал весь занимаемый объем смеси. Нормальное парциальное давление на высоте 0 метров над уровнем моря составляет 160 миллиметров ртутного столба. Увеличение высоты вызывает уменьшение парциального давления. Этот показатель важен, так как от него зависит поступление кислорода во все важные органы и в кровяную систему.
Кислород нередко используется для лечения различных заболеваний. Кислородные баллоны, ингаляторы помогают органам человека нормально функционировать при наличии кислородного голодания.
Важно ! На состав воздуха влияют многие факторы, соответственно, может меняться процент кислорода. Негативная экологическая ситуация приводит к ухудшению качества воздуха. В мегаполисах и крупных городских поселениях пропорция углекислого газа (СО2) будет больше, чем в небольших поселениях или на лесных и заповедных территориях. Большое влияние оказывает и высота – процентное содержание кислорода будет меньше в горах. Можно рассмотреть следующий пример – на горе Эверест, которая достигает высоты 8,8 км, концентрация кислорода в воздухе будет ниже в 3 раза, чем в низине. Для безопасного пребывания на высокогорных вершинах требуется использовать кислородные маски.
Состав воздуха изменялся с течением лет. Эволюционные процессы, природные катаклизмы привели к изменениям в биосфере, поэтому уменьшился процент кислорода, необходимый для нормальной работы биоорганизмов. Можно рассмотреть несколько исторических этапов:
- Доисторическая эпоха. В это время концентрация кислорода в атмосфере составляла около 36%.
- 150 лет назад О2 занимал 26% от общего воздушного состава.
- В настоящее время концентрация кислорода в воздухе составляет чуть менее 21%.
Последующее развитие окружающего мира может привести к дальнейшему изменению состава воздуха. На ближайшее время маловероятно, что концентрация О2 может быть ниже 14%, так как это вызовет нарушение работы организма.
Изменение содержания кислорода в воздухе на потяжении нескольких веков.
К чему приводит недостаток кислорода
Малое поступление чаще всего наблюдается в душном транспорте, плохо проветриваемом помещении или на высоте. Понижение уровня содержания кислорода в воздухе может вызвать негативное влияние на организм. Происходит истощение механизмов, наибольшему влиянию подвергается нервная система. Причин, по которым организм страдает от гипоксии, можно выделить несколько:
- Кровяная нехватка. Вызывается при отравлении угарным газом. Подобная ситуация понижает кислородную составляющую крови. Это опасно тем, что кровь прекращает доставить кислород к гемоглобину.
- Циркуляторная нехватка. Она возможна при диабете, сердечной недостаточности. В такой ситуации ухудшается или становится невозможным транспорт крови.
- Гистотоксические факторы, влияющие на организм, могут вызвать потерю способности поглощать кислород. Возникает при отравлении ядами или из-за воздействия тяжелых металлов.
По ряду симптомов можно понять, что организму требуется О2. В первую очередь повышается частота дыхания. Также увеличивается частота сердечных сокращений. Эти защитные функции призваны поставить кислород в легкие и обеспечить им кровь и ткани.
Недостаток кислорода вызывает головные боли, повышенную сонливость, ухудшение концентрации. Единичные случаи не так страшны, их довольно просто подкорректировать. Для нормализации дыхательной недостаточности врач выписывает бронхорасширяющие лекарства и другие средства. Если же гипоксия принимает тяжелые формы, такие как потеря координации человека или даже коматозное состояние, то лечение усложняется.
Если обнаружены симптомы гипоксии, важно незамедлительно обратиться к доктору и не заниматься самолечением, так как применение того или иного лекарственного средства зависит от причин нарушения. Для легких случаем помогает лечение кислородными масками и подушками, кровяная гипоксия требует переливания крови, а корректировка циркулярных причин возможна только при операции на сердце или сосуды.
Невероятное путешествие кислорода по нашему организму
Содержание кислорода
Заключение
Кислород – важнейшая составляющая воздуха, без которой невозможно осуществление многих процессов на Земле. Воздушный состав менялся в течение десятков тысяч лет из-за эволюционных процессов, но в настоящее время количество кислорода в атмосфере достигло значения в 21%. Качество воздуха, которым дышит человек, влияет на его здоровье, поэтому необходимо следить за его чистотой в помещении и постараться сократить загрязнение окружающей среды.
uchim.guru
Содержание кислорода в атмосфере Земли менялось скачком
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 + h3O + hν → (Ch3O) + O2,где hν — энергия солнечного света, а (Ch3O) — обобщенная формула органического вещества. Дыхание же — это обратный процесс, который можно записать как: (Ch3O) + O2 → CO2 + h3O.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(Сh3O) → Ch4COOH → Ch5 + CO2.Если комбинировать процесс фотосинтеза с последующим разложением органического вещества в анаэробных условиях, то суммарное уравнение будет иметь вид: CO2 + h3O + hν → 1/2 Ch5 + 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: Ch5 + 2O2 → CO2 + 2h3O.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.
elementy.ru
Кислород в атмосфере - Справочник химика 21
Потенциал кислородного электрода принимает более положительное значение с увеличением давления кислорода и уменьшением pH. Зависимость потенциала кислородного электрода от pH представлена на рис. 66. По уравнению (Х.14) можно рассчитать потенциал кислородного электрода при любых значениях pH и давлении кислорода. Например, при pH 7,0 и давлении кислорода в атмосфере (от стандартного давления) 0,21 получаем [c.194]
Нахождение в природе. Содержание кислорода в атмосфере, гидросфере и литосфере различно. В тропосфере, являющейся нижним слоем атмосферы, содержится 23,01 вес. % в воде океанов, по данным Вернадского и Гольдшмидта, — 85,89 вес. % (в чистой воде, не содержащей растворенных примесей, содержание кислорода повышается до 88,89 вес. % ) в литосфере — твердой оболочке земной коры — содержание кислорода достигает 52,8 вес. %. [c.556]В некоторых случаях пылеобразующие технологические процессы проводят в среде чистого инертного газа (азоте), тогда как для предупреждения взрывов пыли обрабатываемого материала допустимо содержание кислорода в атмосфере 10% (об.) и более. Часты случаи, когда технологические процессы проводят в воздушной среде, с которой мелкодисперсные материалы образуют легковоспламеняющиеся и взрывающиеся смеси. Поэтому при выборе инертного газа следует в каждом конкретном случае учитывать свойства пылегазовых смесей. [c.283]
На одном заводе при пуске блоки разделения воздуха БР-9М. были выведены на режим со сбросом кислорода в атмосферу через глушитель, предназначенный для сброса кислорода. Поэтому вблизи места выброса газа создалась, зона с повышенной концентрацией кислорода в атмосферном воздухе. В этой зоне оказался посторонний человек, одежда которого воспламенилась от горящей папиросы. Одежда воспламенилась также на рабочем, прибывшем для оказания помощи пострадавшему. В результате два человека получили термические ожоги разной степени. [c.381]
Для жизни растений непрерывно требуется диоксид углерода - побочный продукт дыхания животных. С помощью фотосинтеза в зеленых растениях диоксид углерода соединяется с водой, образуя в результате глюкозу и газообразный кислород (этот вопрос обсуждался в гл. IV). Таким образом, фотосинтез и дыхание уравновешивают друг друга - и концентрация кислорода в атмосфере остается постоянной (рис. VI.2), [c.372]
Ядовитый газообразный моноксид углерода образуется, когда топливо (например, бензин) горит в присутствии недостаточного количества кислорода. В атмосфере СО в конце концов превращается в СО2. Автомобильные каталитические конвертеры разрабатывались, чтобы ускорить это превращение [c.380]Наша атмосфера содержит приблизительно 21% кислорода. Желательно ли увеличение содержания кислорода в атмосфере Объясните. [c.395]
На крупных танкерах рекомендуется снизить содержание кислорода в атмосфере танков до 5% (об.). Для этого могут быть использованы выхлопные газы двигателей (содержание кислорода не более 2,5—4,5% об.) (по решению международной морской организации прн ООН система иопользования инерт- [c.177]
При температуре ниже 1025° С (особенно при более высоком содержании кислорода в атмосфере) образуется черная окись меди СиО. [c.254]
Железо интенсивно разрушается в расплавленной соли при контакте с кислородом, в атмосфере азота скорость коррозии снижает ся В 10 раз. В расплавленной соли не рекомендуется применять золото, плотину, ниобий и тантал. [c.836]
Накопление кислорода в атмосфере и повышенно содержания озона способствует поглощению атмосферой опасного для клеток ультрафиолета н расширило возможности распространения жизни. Несомненно, существуют и иные факторы, делающие кислородные формы жизни более развитыми. [c.372]
Одной из важнейших задач современной химии является охрана окружающей среды. Рост и развитие промышленного и сельскохозяйственного производств сильно влияют на окружающую среду. Это выражается в истощении почв, загрязнении атмосферы и природных вод, уменьшении площади зеленых массивов, регулирующих содержание кислорода в атмосфере и сохраняющих реки, а также в сокращении отдельных видов растительного и животного мира. В этой связи перед химией стоит задача создания новых безотходных технологических процессов, осуществляемых по замкнутому циклу. Эта задача предусматривается в X пятилетием плане развития народного хозяйства СССР. Осуществление таких технологических процессов, полностью использующих природные богатства и не дающих вредных отходов производства, загрязняющих окружающую среду, возможно только при широком использовании физико-химических, химических и биологических процессов. [c.8]
Асфиксия вызывается прекращением подачи воздуха в легкие, например, когда человек захлебнулся или утонул, или когда он засыпан каким-либо сыпучим материалом, или же в случае нехватки кислорода в атмосфере. Наибольшая часть случаев асфиксии происходит в ограниченных объемах. [c.441]
При повышенной концентрации кислорода в атмосфере возможны следующие эффекты [c.444]
Смешение облаков, содержащих избыток кислорода, с воздухом, который также содержит кислород, сохраняет избыток кислорода в атмосфере. Например, при смешении 50% кислорода и 50% воздуха образуется смесь, содержащая в своем составе более 50% кислорода. Концентрацию кислорода в таком случае можно вычислить по формуле [c.445]
Внимание - Сжатый газ вьюокого давления. Снижает парциальное давление кислорода в атмосфере. [c.40]
Из уравнения (2) видно, что озон образуется в процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода. В атмосфере озон образуется при грозовых разрядах и под действием ультрафиолетового излучения Солнца. [c.312]
Если емкость газовой бюретки—100 см — оказывается недостаточной, необходимо отделить краном 5 реактор от бюретки, быстро вытеснить кислород в атмосферу, снова соединить бюретку с реактором и продолжать отсчеты. [c.290]
Если вместимость газовой бюретки мала, быстро вытесняют кислород в атмосферу, отделяя краном 3 реактор от бюретки, затем снова соединяют с реактором и продолжают отсчеты. [c.155]
Это выражается в истощении почв, загрязнении атмосферы и природных вод, уменьшении площади зеленых массивов, регулирующих содержание кислорода в атмосфере и сохраняющих реки, а также в сокращении отдельных видов растительного и животного мира. В этой связи перед химией стоит задача создания новых безотходных технологических процессов, осуществляемых по замкнутому циклу. Эта задача предусматривается в планах развития народного хозяйства СССР. Осуществление технологических процессов, полностью использующих природные богатства и не дающих вредных отходов производства, загрязняющих окружающую среду, возможно только при широком использовании физико-химических, химических и биологических процессов. [c.8]
Разная кристаллическая структура алмаза, графита и карбина обусловливает различие их физико-химических свойств. Алмаз химически очень стоек. На него действуют лишь фтор и кислород, в атмосфере которых при температуре выше 800 °С он сгорает с образованием тетрафторида и диоксида углерода. Графит менее стоек. В атмосфере кислорода он сравнительно легко горит с образованием диоксида углерода. Сажа и уголь — это разновидности графита, неупорядоче1Шые графитовые структуры. [c.287]
В силу двухвалентности атомы кислорода образуют прочную двухатомную молекулу с двойной связью между атомами. При комнатной температуре молекулы кислорода на атомы практически не распадаются. Для превращения молекул кислорода в атомы необходимо затратить энергию, равную 500 кДж/моль. Поэтому при обычных условиях молекулярный кислород, в атмосфере которого мы живем, высокой химической активностью не отличается, хотя некоторые вещества, например гемоглобин крови, с ним взаимодействуют и при таких условиях. [c.163]
Из элементов подгруппы кислорода наиболее распространен в природе кислород. В оболочке земного шара содержится кислорода много больше, чем любого другого элемента периодической системы. Учитывая содержащиеся в земной коре соли кислородных кислот (главным образом алюмосиликаты) и оксиды, воду океанов и свободный кислород в атмосфере, можно сказать, что на долю кислорода приходится около половины общей массы оболочки земного шара. [c.138]
Алмаз химически чрезвычайно стоек. На него действуют лишь фтор и кислород, в атмосфере которых он сгорает при температуре [c.192]
На высоте около 200 км ионы 0+ становятся основной формой существования свободного кислорода в атмосфере. [c.319]
В далекую геологическую эпоху образования земной коры господствующие тогда условия (высокая температура и недостаток кислорода в атмосфере) благоприятствовали образованию соединений серы только одного определенного типа, а именно продуктов ее непосредственного взаимодействия с металлами. В результате ко времени появления на земной поверхности жидкой воды вся или почти вся сера была связана в виде сульфидов. В соответствии с приводимой ниже схемой круговорота серы действие воды и углекислого газа на расположенные близко к поверхности земли [c.603]
Жидкий кислород практически нетоксичен (неядовит). Выделяющиеся пары кислорода способствуют только освежению атмосферы. Кратковременное соприкосновение жидкого кислорода с открытыми частями тела также не представляет особой опасности — образующийся газообразный слой кислорода предупреждает обмораживание кожи. Однако необходимо следить за тем, чтобы вблизи хранилищ жидкого кислорода в атмосфере не скапливались горючие газы, так как соединение горючих газов с парами кислорода может привести к образованию взрывчатых смесей. [c.37]
Кислород — самый распространенный элемент земной коры. В атмосфере его содержится около 23% по массе, в составе воды — 89, в человеческом организме — 65, в песке — 53%. Если подсчитать количество кислорода в атмосфере, гидросфере и доступной для исследования части литосферы, то на долю кислорода приходится 50% их общей массы. Свободный кислород содержится главным образом в атмосфере (10 т). В результате окислительных процессов (и в первую очередь процессов дыхания и тления) свободный кислород постоянно переходит в связанное состояние, обусловливая тем самым свой круговорот. В современную геологическую эпоху в круговороте кислород связывается главным образом с двумя элементами — углеродом и кремнием. [c.605]
Меченые атомы помогли разрешить проблему, волновавшую исследователей в течение почти 200 лет,— проблему механизма фотосинтеза. До недавнего времени считалось, что диоксид углерода, поглощаемый растениями из воздуха, разлагается в них (при помощи солнечного света) на углерод и кислород. В дальнейшем предполагали превращение углерода в углеводы и выделение кислорода в атмосферу. Методом меченых атомов было установлено, что диоксид углерода усваивается растением целиком, а кислород (выделяемый в атмосферу) растение берет из воды. Эти данные явились одной из главных отправных точек для пересмотра старых теорий фотосинтеза и создания новых взглядов на его природу. [c.413]
Единственный известный процесс, который мог вызвать увеличение концентрации кислорода от до 1 САУ, — это фотосинтез. Фотосинтез является предметом рассмотрения разд. 8.3 сейчас необходимо лишь отметить, что процесс включает потребление диоксида углерода и воды с сопутствующим выделением кислорода. Весь современный атмосферный Ог прошел через процесс фотосинтеза за время в несколько сотен лет. Этот временной интервал предельно короток по геологическим стандартам, а фотосинтез несомненно является эффективным источником Ог. Накопление кислорода в атмосфере зависит от скорости производства Ог (в основном благодаря фотосинтезу) в количествах, превышающих скорость потерь (в результате окисления, дыхания и т. д.). На первых этапах возрастания концентрации Ог от уровня САУ фотосинтез (при современной производительности) должен был протекать на поверхности, составляющей несколько процентов от поверхности континентов, прежде чем появился положительный баланс вклада в атмосферный кислород. [c.212]
Предбиологические концентрации кислорода в атмосфере важны в двух аспектах. Органические молекулы подвержены термо- и фотоокислению и не имеют тенденции к накоплению в больших концентрациях в окислительных атмосферных условиях. Поэтому низкие предбиологические концентрации кислорода представляются важными для накопления органических предшественников жизни. Живые организмы смогли выработать механизмы, которые защищают от окислительного разложения но они продолжают оставаться фотохимически чувствительными к коротковолновому УФ-излучению. Такие характерные для живых клеток макромолекулы, как белки и нуклеиновые кислоты, разрушаются под действием УФ-излучения с дли- [c.212]
Жизнь на Земле существует по крайней мере столько же, сколько и самые ранние осадочные породы, ископаемые микроорганизмы в которых свидетельствуют об обильной жизни 3,5 млрд. лет назад (3,5-Юэ лет). Первоначальный вклад кислорода в атмосферу давали утерявшие ядро бактериальные клетки. Клетки животных, растений и грибов имеют ядро, но нуждаются в кислороде в относительно больших количествах. Произошла революция, когда кислород стал более доступным в атмосфере и появились ядерные клетки, а затем животная н растительная жизнь. Дыхание и широкомасштабный фотосинтез стали важными процессами на этой стадии, вероятно, когда концентрация кислорода составила примерно 10 САУ в некоторый момент времени между 2,0 и 0,57 млрд. лет назад, захватывая начало кембрийского периода (0,57 млрд. лет назад). С началом кембрийского периода сложность форм жизни, как известно, стала быстро возрастать, и были заложены основы всех современных ветвей организмов. Развитые, уже не микроскопические, формы жизни были найдены на берегу (на [c.213]
Вода, являющаяся в жидком состоянии истинной колыбелью и средой всего живого, одновременно под действием световых квант, приходящих с солнца, отдает свой водород в состав углеводов, а кислород в атмосферу. В этом смысле мы, люди, поистине можем себя считать детьми солнца и воды, хотя, конечно, для жизни необходимы и азот, и фосфор, и железо, и ряд других элементов, не говоря уже об углероде. [c.350]
В воде содержится около 89"(i кислорода по весу, в организме человека— около 65%, в песке — около 53%. Общее количество кислорода в атмосфере достигает до 10 яг при всей огромности этой величины она составляет не более 0,0001 общего содержания кислорода в земной коре. [c.17]
Физические факторы, как тепло и свет, имеют так л е значительное влияние на образование с гол. В этом нет ничего удивительного, если всшмиить, что оно вызывается окислением, и обратиться к главе, посвян1енной окислению углеводородов. Кроме того время мксиозиции, содержание кислорода в атмосфере, окружающей дан- ный образец, его перемешивание— все это служит ускорителями при смолообразовании. [c.312]
Алмаз химически чрезвычайно стоек. На него действуют лии1ь фтор и кислород, в атмосфере которых он сгорает при температуре свыше 800°С с образованием фторида и оксида углерода (IV). Окисление алмаза происходит при высоких температурах, а также ири действии иа него таких сильных окислителей, как хлораты, перхлораты, нитраты, перманганаты и др. Металлы, кислоты, тце-лочи на алмаз ие действуют. [c.352]
Серьезная авария, связанная с избытком кислорода в атмосфере, произошла на судостроительном заводе 23 сентября 1976 г. в Уолсенде (Великобритания), где шла постройка ракетоносца "HMS Glasgow". Сразу после начала утренней смены разразился очень сильный пожар, который унес жизни восьми человек. Последующее официальное расследование показало, что во время ночной смены началась утечка кислорода из линий подачи кислорода и к моменту начала аварии в атмосфере трюма строящегося корабля создалась высокая концентрация кислорода [H SE,1977J. [c.446]
Подготовленную бомбу соединяют медной трубкой высокого давления с редуктором кислородного баллона и закрепляют гайками. После продувки кислородом (для вытеснения из нее воздуха) бомбу с продуктом наполняют кислородом до давления 2 кПсм (наполняют медленно, не меньше чем 3 мин.), осторожно открывают входной вентиль и медленно выпускают кислород в атмосферу. Только после этого бомбу вновь наполняют кислородом до давления 7,5 кПсм , перекрывают игольчатым клапаном входной вентиль и разъединяют с кислородподводящей трубкой. Все эти операции проводят при комнатной температуре. [c.567]
Полагают, что иребиотическая, или примитивная, атмосфера Земли в период происхождения жизни обладала сильно восстановительными свойствами кислород в атмосфере отсутствовал. Свободный кислород появился много позднее, в основном как продукт фотосинтеза, проводимого зелеными растениями [42], Эта восстанавливаюи1ая атмосфера содержала такие газы, как СН , МНз, N2, СО, СО2, Н2 и водяные пары. Сейчас существует много доказательств того, что реакции между этими молекулами и неорганическими компонентами протекали под воздействием энергии ультрафиолетовых лучей, электрических разрядов, тепловой, радиации, а также других форм энергии, таких, как ударные волны. [c.181]
Расчеты Беркпера и Маршалла и работы Юри показали, однако, что фотодиссоциация воды могла поднять содержание кислорода в атмосфере не более чем на 10 долю его современного уровня. Дело в том, что фотодиссоциация воды вызывается светом с длинами волн 150—200 нм. Это излучение хорошо поглощается оксидом углерода (IV) и кислородом. Следовательно, накопление кислорода, который в атмосфере поднимается выше пара воды, автоматически прекращает ее фотодиссоциацию. Поэтому более вероятно предположение, что весь кислород атмосферы возник биогенным путем. [c.372]
Изменения концентрации углекислого газа и кислорода в атмосфере оказывают существенное влияние на жизнь в биосфере. Особое значение для фотосинтеза и климата имеет колебание концентрации СОг. Лабораторными и полевыми опытами было установлено, что современное содержание СОг в атмосфере но крайней мере в 10 раз меньше той концентрации, при которой достигается наивысшая продуктивность фотосинтеза. Имеются данные, свидетельствующие о том, что в далеком прошлом концентрация СО2 в атмосфере достигала 0,4% и определялась в основном интепсивной вулканической деягельностью. Именно в этот период и климат был очень теплым. Большую роль в эволюции-атмосферы сыграло и ослабление вулканической деятельности, что привело к уменьшению массы углекислого газа и соответственно к появлению полярных оледенений. [c.612]
НОЙ ВОЛНЫ меньше 290 нм. В нашей атмосфере сам кислород способен отфильтровывать солнечное излучение с длинами волн меньше 230 нм. Для диапазона длин волн между 230 и 290 нм необходимо представить другой заш,итный механизм. К счастью, в нашей атмосфере существует подходящий поглотитель, что позволяет организмам жить на суше в условиях большей или меньшей открытости отфильтрованным лучам Солнца. Этим поглотителем является озон, Оз, образующийся фотохимическим путем из Ог (см. разд. 8.2.2). Количество озона Б атмосфере и его распределение по высоте зависят от концентрации предшественника — кислорода и поэтому существенно изменяются в ходе эволюции атмосферы. Концентрации озона контролируются также скоростями процессов убыли этих молекул. Убыль регулируется каталитическими циклами с участием других следовых газов атмосферы, таких, как оксиды азота, которые сами, по крайней мере частично, имеют биологическое происхождение (см. с. 219). Мы уже отмечали, что появление кислорода в атмосфере Земли обусловлено в основном биологическими источниками. Теперь мы видим, что озон, необходимый в качестве фильтра для защиты жизни, присутствует в концентрации, определяемой не только генерируемым в ходе биологических процессов кислородом, но и возникающими в ходе биологических процессов следовыми газами, играющими роль в его деструкции. Такие наблюдения привели Ловлока к идее Геи (в древнегреческой мифологии — богиня земли), согласно которой климат, состав поверхности и атмосферы Земли поддерживаются на оптимальном уровне самой биосферой. [c.213]
Развитие промышленности, энергетики и транспорт требует большого расхода кислорода. По подсчетам уче ных к середине следующего столетия промышленное по требление кислорода приблизится к количеству кислоро да, получающемуся на планете в результате фотосинте за, осуществляемого растениями. Это опасная грань, та как вслед за нею можно ожидать понижения содержг ния кислорода в атмосфере. [c.508]
chem21.info
Атмосфера Земли теряет кислород — National Geographic Россия
Количество кислорода в атмосфере напрямую влияет на эволюцию. В различные геологические эпохи из-за природных катаклизмов происходило изменение его уровня, и это приводило к перестройке экосистем. Например, около 300 миллионов лет назад концентрация кислорода в атмосфере составляла около 35%, и эти условия хорошо подходили для жизни гигантских насекомых.
В настоящее время уровень атмосферного кислорода достигает 20,9%, что на 0,7% меньше, чем было 800 тысяч лет назад. Такие данные получены геохимиками из Принстонского университета на основе исследований проб льда из Гренландии и Антарктиды, сформировавшихся в тот период. Замерзая, вода сохранила пузырьки воздуха, и их анализ позволяет делать вывод о концентрации кислорода в атмосфере.
В публикации по итогам исследования ученые говорят о том, что причины для паники пока нет: снижение слишком мало, чтобы оказать заметное влияние на современные экосистемы. Более важным является вопрос о причинах: они пока неизвестны.
Процесс более активного поглощения кислорода из атмосферы может быть следствием движения ледников. Отступая, они обнажают большие площади органических пород, впитывающих кислород. Еще одной причиной может служить охлаждение вод Мирового океана: его микроорганизмы при более низкой температуре активнее потребляют кислород.
Ученые подчеркивают, что промышленная революция и, соответственно, сжигание большого количества топлива, заметного влияния на эти процессы не оказала: Мировой океан остывает на протяжении последних 15 миллионов лет, и кислорода в атмосфере стало меньше независимо от деятельности человека. Более того: теоретически, при снижении уровня кислорода в атмосфере должен возрастать уровень углекислого газа, но его показатель за 800 тысяч лет остался почти неизменным.
Очевидно, что на планете происходят какие-то природные процессы, которые приводят к тому, что поглощение кислорода превышает его выработку. Узнайте о наличии кислорода в космосе.
www.nat-geo.ru
Атмосфера земли теряет кислород
Ученые не могут понять, почему атмосфера нашей планеты теряет кислород. Специалисты говорят о постоянном изменении уровня кислорода.
Но не стоит серьезно волноваться: за последние 800 000 лет уровень кислорода снизился на 0,7 процента, сообщает hi-news.ru.
«Мы провели анализ больше из-за интереса, нежели из-за каких-то ожиданий», — говорит геолог Дэниель Столпер из Принстонского университета.
«Мы не знали, будет ли уровень кислорода больше, меньше или останется на прежней отметке. Но, как выяснилось, существует весьма четкая тенденция».
Атмосферный уровень кислорода серьезно изменялся на протяжении всей истории Земли, однако получить какие-то конкретные цифры оказалось весьма сложной задачей даже для ученых. Нам известно, что в течение нескольких первых миллиардов лет в атмосфере нашей планеты вообще не было никакого кислорода. Затем, благодаря развитию крошечных водорослей — цианобактерий, — в небе постепенно стал скапливаться кислород, что впоследствии вызвало настоящий апокалипсис для бескислородных форм жизни.
С развитием и распространением жизни кислород продолжал накапливаться в нашей атмосфере до тех пор, пока его объем не стал достаточным для поддержания сложных форм жизни. За последние несколько сотен миллионов лет существенных изменений в кислородном уровне не было, поэтому жизнь в буквальном смысле процветала.
Если отбросить исторический аспект, то единственное, что известно ученым, так это то, что уровень кислорода очень динамический. Животные, например, и мы потребляем кислород каждую секунду. Поддерживать его уровень в атмосфере помогают растения, которые его производят в результате процесса, известного как фотосинтез. В это сложно поверить, но даже силикатные породы (если рассматривать вопрос в более длительном временном аспекте) «потребляют» кислород.
«Каждую тысячу лет или около того весь запас кислорода в нашей атмосфере превращается в воду, а затем опять в кислород. Но при этом каждый раз часть кислорода утрачивается», — говорит Столпер.
Проблема в том, что при достаточном количестве времени небольшая утечка может превратиться в очень серьезную катастрофу. Катастрофу мирового масштаба, способную изменить уровень обитаемости планеты. Поэтому Столпер, а также Джон Хиггинс и несколько их коллег из Принстонского университета решили выяснить, можно ли измерить этот уровень утечки.
Для решения этого вопроса ученые обратились к информации о самых крупных местах содержания огромных запасов кислорода на нашей планете. Речь идет о ледяных шапках Гренландии и Антарктиды, в которых содержатся заточенные пузырьки кислорода, представляющие собой своеобразные снимки нашей атмосферы за последние несколько миллионов лет. Изучив соотношение изотопов кислорода и азота в этих пузырьках, ученые смогли высчитать следующее: уровень кислорода за последние 800 000 лет снизился на 0,7 процента.
В опубликованной на днях в научном журнале Science статье ученые предложили несколько возможных объяснений. Геологическая история показывает, что скорость эрозийных процессов несколько увеличилась. В свою очередь, более резкие окислительные процессы свежих отложений атмосферой потребовали повышенного потребления кислорода. Долгоиграющие климатические изменения тоже могли сыграть свою роль. Если не брать в расчет вызванное деятельностью человека недавнее глобальное потепление, средняя температура нашей планеты за последние несколько миллионов лет постоянно снижалась.
«С понижением температуры в океанах растворимость кислорода повышается, потому что в этом случае для окисления органического углерода [в океане] требуется потребление большего объема кислорода, что в конечном итоге снижает отдаваемый объем кислорода в атмосферу», — говорит ученый.
Столпер добавляет, что могут быть и другие объяснения наблюдаемого спада, и выяснение истинной причины может оказаться довольно сложной задачей. Однако знание того, что именно регулирует кислородный цикл, действительно стоит тех усилий, что потребуются. В конце концов это знание может помочь нам понять то, что именно делает обитаемую планету обитаемой. На фоне поиска новых экзопланет эта информация может оказаться бесценной для науки.
Следует отметить, что анализ Столпера исключает один весьма важный аспект: последние 200 лет развития человеческой промышленности.
«Мы потребляем кислород в тысячу раз больше, чем раньше. Человечество серьезно сократило цикличность кислорода путем сжигания миллионов и миллиардов тонн углеродов», — комментирует ученый.
И хотя Столпер успокаивает, что в ближайшем будущем наша планета не утратит критический запас чистого воздуха для дыхания, «все это является очередным индикатором и доказательством нашей коллективной способности влиять на многие естественные процессы, происходящие на Земле, заметно их ускоряя во вред самим себе».
www.nerealno.info
