З чого складається атмосфера
Атмосфера Землі складається з безлічі газів. В основному це азот, який займає 77 %. Газ, без якого неможливе життя на Землі, займає значно менший обсяг, зміст кисню в повітрі дорівнює 21 % від всього об'єму атмосфери. Останні 2 % - суміш різних газів, включаючи аргон, двоокис вуглецю, гелій, неон, криптон і інші.
Кисень – головна умова виживання на планеті
На початку існування Землі повітря, який її оточував, не мав цього газу у своєму складі. Це цілком підходило для життя найпростіших - одноклітинних молекул, які плавали в океані. Їм кисень не був потрібен. Процес почався приблизно 2 млн років тому, коли перші живі організми в результаті реакції фотосинтезу почали виділяти малі дози цього газу, отриманого в результаті хімічних реакцій, спочатку в океан, потім в атмосферу. Життя розвинулася на планеті і прийняла різноманітні форми, більшість з яких не дожили до наших часів. Деякі організми з часом пристосувалися до життя з новим газом.
Анаеробна життя
Хоча деякі організми адаптувались до повишающемуся рівнем виділюваного газу, багато з найпростіших форм життя, які існували на Землі, зникли. Інші організми вижили, ховаючись від кисню. Деякі з них сьогодні живуть на коренях бобових, використовуючи азот з повітря для побудови амінокислот для рослин. Смертельний організм ботулізму – ще один "біженець" від кисню. Він спокійно виживає у вакуумних упаковках з консервованими продуктами.
Який кисневий рівень оптимальний для життя
Передчасно народжені малюки, легкі яких ще не повністю розкриті для дихання, потрапляють у спеціальні інкубатори. В них вміст кисню в повітрі за обсягом вище, і замість звичайних 21 % тут встановлено його рівень 30-40 %. Малюки, які мають серйозні проблеми дихання, окружаются повітрям зі стовідсотковим рівнем кисню, щоб запобігти пошкодженню дитячого мозку. Знаходження в таких обставинах удосконалює кисневий режим тканин, які перебувають у стані гіпоксії, приводить в норму їх життєві функції. Але його надмірна кількість в повітрі так само небезпечно, як і недолік. Надмірна кількість кисню у крові дитини може призвести до пошкодження кровоносних судин в очах і спровокувати втрату зору. Це показує подвійність властивостей газу. Ми повинні дихати їм, щоб жити, але його надлишок іноді може стати отрутою для організму.
Процес окислення
При з'єднанні кисню з воднем або вуглецем, відбувається реакція, іменована окисленням. Цей процес змушує органічні молекули, що є основою життя, розпадатися. У людському організмі окислення проходить наступним чином. Еритроцити крові збирають кисень з легенів і розносять його по всьому тілу. Відбувається процес руйнування молекул їжі, яку ми вживаємо. Цей процес звільняє енергію, воду і залишає диосксид вуглецю. Останній виводиться клітинами крові назад у легені, і ми видихаємо його в повітря. Чоловік може задихнутися, якщо йому перешкодити дихати довше, ніж 5 хвилин.Дихання
Розглянемо зміст кисню у вдихуваному повітрі. Атмосферне повітря, що потрапляє ззовні в легені при вдиханні, іменується вдихуваним, а повітря, що виходить назовні через дихальну систему при видиху, - що видихається.
Зміст газів (в %)
-
Кисень
Вуглекислий газ
Азот та інші гази
Вдихуване повітря
2094
003
7903
Видихуване повітря
163
40
797
Альвеолярний повітря
142
52
806
Кисень – головна для життя складова повітря. Зміни кількості цього газу в атмосфері невеликі. Якщо у моря вміст у повітрі кисню вміщує до 2099 %, то навіть у дуже забрудненому повітрі індустріальних міст його рівень не падає нижче 205 %. Такі зміни не виявляють впливу на людський організм. Фізіологічні порушення проявляються тоді, коли процентний вміст кисню в повітрі падає до 16-17 %. При цьому спостерігається явна киснева недостатність, яка веде до різкого падіння життєдіяльності, а при вмісті в повітрі кисню 7-8 % можливий летальний результат.
Атмосфера в різні епохи
Склад атмосфери завжди чинив вплив на еволюцію. У різні геологічні часи з-за природних катаклізмів спостерігалися підйоми або падіння рівня кисню, і це тягло за собою зміну біосистеми. Приблизно 300 мільйонів років тому вміст його в атмосфері піднялася до 35 %, при цьому спостерігалося заселення планети комахами гігантських розмірів. Найбільше вимирання живих істот в історії Землі сталося близько 250 мільйонів років тому. Під час нього більш ніж 90 % мешканців океану і 75 % мешканців суші загинуло. Одна з версій масового вимирання свідчить, що виною тому виявилося низький вміст у повітрі кисню. Кількість цього газу впав до 12 %, і це - в нижньому шарі атмосфери до висоти 5300 метрів. В нашу епоху вміст кисню в атмосферному повітрі доходить до 209 %, що на 07 % нижче, ніж 800 тисяч років тому. Ці цифри підтверджені вченими з Прінстонського університету, які досліджували проби Гренландського і Атлантичного льоду, що утворився в той час. Замерзла вода зберегла бульбашки повітря, і цей факт допомагає обчислити рівень кисню в атмосфері.Чому підпорядковується рівень його в повітрі
Активне поглинання його з атмосфери може бути викликано пересуванням льодовиків. Відсуваючи, вони відкривають гігантські площі органічних пластів, які споживають кисень. Ще одним приводом може бути остигання вод Світового океану: його бактерії при зниженій температурі активніше поглинають кисень. Дослідники стверджують, що індустріальний стрибок і разом з ним спалювання величезної кількості палива особливого впливу при цьому не роблять. Світовий океан охолоджується протягом 15 мільйонів років, і кількість життєво важливого в атмосфері зменшилася незалежно від впливу людини. Ймовірно, на Землі відбуваються деякі природні процеси, що ведуть до того, що споживання кисню стає вище його виробництва.Вплив людини на склад атмосфери
Поговоримо про вплив людини на склад повітря. Той рівень, який ми сьогодні маємо, ідеально підходить для живих істот, вміст кисню в повітрі складає 21 %. Баланс його та інших газів визначається життєвим циклом в природі: тварини видихають діоксид вуглецю, рослини використовують його і виділяють кисень.