Acasă Reparație

Ar putea pământul să rămână fără oxigen? De unde vine oxigenul de pe Pământ? Cheia vieții pe Pământ

Spre deosebire de planetele calde și reci ale noastre sistem solar, pe planeta Pământ există condiții care fac posibilă viața într-o anumită formă. Una dintre principalele condiții este compoziția atmosferei, care oferă tuturor viețuitoarelor posibilitatea de a respira liber și le protejează de radiațiile mortale care domnesc în spațiu.

În ce constă atmosfera?

Atmosfera Pământului este formată din multe gaze. Practic care ocupă 77%. Gazul, fără de care viața pe Pământ este de neconceput, ocupă un volum mult mai mic; conținutul de oxigen din aer este egal cu 21% din volumul total al atmosferei. Ultimul 2% este un amestec de diferite gaze, inclusiv argon, heliu, neon, cripton și altele.

Atmosfera Pământului se ridică la o înălțime de 8 mii de km. Aerul potrivit pentru respirație se găsește doar în stratul inferior al atmosferei, în troposferă, care ajunge la 8 km în sus la poli și la 16 km deasupra ecuatorului. Pe măsură ce altitudinea crește, aerul devine mai subțire și cu atât lipsa de oxigen este mai mare. Pentru a lua în considerare care este conținutul de oxigen din aer la diferite altitudini, să dăm un exemplu. În vârful Everestului (înălțime 8848 m), aerul reține de 3 ori mai puțin acest gaz decât deasupra nivelului mării. Prin urmare, cuceritorii piscurilor muntoase înalte - alpiniștii - pot urca până la vârf doar în măști de oxigen.

Oxigenul este principala condiție de supraviețuire pe planetă

La începutul existenței Pământului, aerul care îl înconjura nu avea acest gaz în compoziția sa. Acesta a fost destul de potrivit pentru viața protozoarelor - molecule unicelulare care înotau în ocean. Nu aveau nevoie de oxigen. Procesul a început acum aproximativ 2 milioane de ani, când primele organisme vii, ca urmare a reacției de fotosinteză, au început să elibereze doze mici din acest gaz obținut ca urmare reacții chimice, mai întâi în ocean, apoi în atmosferă. Viața a evoluat pe planetă și a luat o varietate de forme, dintre care majoritatea nu au supraviețuit în timpurile moderne. Unele organisme s-au adaptat în cele din urmă să trăiască cu noul gaz.

Ei au învățat să-și valorifice puterea în siguranță în interiorul unei celule, unde a acționat ca o centrală pentru a extrage energie din alimente. Acest mod de a folosi oxigenul se numește respirație și o facem în fiecare secundă. Respirația a făcut posibilă apariția unor organisme și oameni mai complexe. De-a lungul a milioane de ani, conținutul de oxigen din aer a crescut la niveluri moderne - aproximativ 21%. Acumularea acestui gaz în atmosferă a contribuit la crearea stratului de ozon la o altitudine de 8-30 km de suprafața pământului. În același timp, planeta a primit protecție împotriva efectelor nocive ale razelor ultraviolete. Evoluția ulterioară a formelor de viață pe apă și pe pământ a crescut rapid ca urmare a creșterii fotosintezei.

Viața anaerobă

Deși unele organisme s-au adaptat la nivelurile tot mai mari de gaze eliberate, multe dintre cele mai simple forme de viață care existau pe Pământ au dispărut. Alte organisme au supraviețuit ascunzându-se de oxigen. Unii dintre ei trăiesc astăzi în rădăcinile leguminoaselor, folosind azotul din aer pentru a construi aminoacizi pentru plante. Botulismul organismului mortal este un alt refugiat de oxigen. Supraviețuiește cu ușurință în alimentele conservate ambalate în vid.

Ce nivel de oxigen este optim pentru viață?

Bebelușii născuți prematur, ai căror plămâni nu sunt încă complet deschisi pentru a respira, ajung în incubatoare speciale. În ele, conținutul de oxigen din aer este mai mare în volum, iar în loc de 21% obișnuit, nivelul său este setat la 30-40%. Bebelușii cu probleme severe de respirație sunt înconjurați de aer cu un nivel de oxigen de 100% pentru a preveni deteriorarea creierului copilului. Aflarea în astfel de circumstanțe îmbunătățește regimul de oxigen al țesuturilor aflate în stare de hipoxie și normalizează funcțiile lor vitale. Dar prea mult în aer este la fel de periculos ca și prea puțin. Oxigenul excesiv în sângele unui copil poate deteriora vasele de sânge din ochi și poate provoca pierderea vederii. Aceasta arată dualitatea proprietăților gazului. Trebuie să o respirăm pentru a trăi, dar excesul său poate deveni uneori otravă pentru organism.

Procesul de oxidare

Când oxigenul se combină cu hidrogenul sau carbonul, are loc o reacție numită oxidare. Acest proces determină dezintegrarea moleculelor organice care stau la baza vieții. În corpul uman, oxidarea are loc după cum urmează. Celulele roșii colectează oxigenul din plămâni și îl transportă în tot corpul. Există un proces de distrugere a moleculelor alimentelor pe care le consumăm. Acest proces eliberează energie, apă și lasă în urmă dioxid de carbon. Acesta din urmă este excretat de celulele sanguine înapoi în plămâni și îl expirăm în aer. O persoană se poate sufoca dacă este împiedicată să respire mai mult de 5 minute.

Suflare

Să luăm în considerare conținutul de oxigen din aerul inspirat, care intră în plămâni din exterior când este inhalat, se numește inhalat, iar aerul care iese prin sistemul respirator atunci când este expirat se numește expirat.

Este un amestec de aer care umplea alveolele cu cel din tractul respirator. Compoziție chimică Aerul pe care o persoană sănătoasă îl inspiră și expiră în condiții naturale practic nu se schimbă și este exprimat în astfel de numere.

Oxigenul este componenta principală a aerului pentru viață. Modificările cantității acestui gaz în atmosferă sunt mici. Dacă conținutul de oxigen din aerul din apropierea mării ajunge până la 20,99%, atunci nici în aerul foarte poluat al orașelor industriale nivelul său nu scade sub 20,5%. Astfel de modificări nu dezvăluie un impact asupra corpul uman. Tulburările fiziologice apar atunci când procentul de oxigen din aer scade la 16-17%. În acest caz, există una evidentă care duce la o scădere bruscă a activității vitale, iar atunci când conținutul de oxigen din aer este de 7-8%, moartea este posibilă.

Atmosferă în diferite epoci

Compoziția atmosferei a influențat întotdeauna evoluția. La diferite momente geologice, din cauza dezastrelor naturale, s-au observat creșteri sau scăderi ale nivelului de oxigen, iar acest lucru a presupus modificări ale biosistemului. Cu aproximativ 300 de milioane de ani în urmă, conținutul său în atmosferă a crescut la 35%, iar planeta a fost colonizată de insecte de dimensiuni gigantice. Cea mai mare extincție a viețuitoarelor din istoria Pământului a avut loc acum aproximativ 250 de milioane de ani. În timpul acesteia, au murit peste 90% dintre locuitorii oceanului și 75% dintre locuitorii pământului. O versiune a extincției în masă spune că vinovatul a fost nivelul scăzut de oxigen din aer. Cantitatea acestui gaz a scăzut la 12%, iar acesta se află în stratul inferior al atmosferei până la o altitudine de 5300 de metri. În epoca noastră, conținutul de oxigen în aerul atmosferic ajunge la 20,9%, ceea ce este cu 0,7% mai mic decât acum 800 de mii de ani. Aceste cifre au fost confirmate de oamenii de știință de la Universitatea Princeton, care au examinat mostre din Groenlanda și Gheață atlantică, format la acea vreme. Apa înghețată a păstrat bulele de aer, iar acest fapt ajută la calcularea nivelului de oxigen din atmosferă.

Ce determină nivelul său în aer?

Absorbția sa activă din atmosferă poate fi cauzată de mișcarea ghețarilor. Pe măsură ce se îndepărtează, dezvăluie zone gigantice de straturi organice care consumă oxigen. Un alt motiv poate fi răcirea apelor Oceanului Mondial: bacteriile sale la temperaturi mai scăzute absorb oxigenul mai activ. Cercetătorii susțin că saltul industrial și, odată cu acesta, arderea unor cantități uriașe de combustibil nu au un impact deosebit. Oceanele lumii s-au răcit de 15 milioane de ani, iar cantitatea de substanțe care susțin viața din atmosferă a scăzut indiferent de impactul uman. Probabil că pe Pământ au loc unele procese naturale care duc la un consum de oxigen mai mare decât producția sa.

Impactul uman asupra compoziției atmosferei

Să vorbim despre influența umană asupra compoziției aerului. Nivelul pe care îl avem astăzi este ideal pentru ființe vii; conținutul de oxigen din aer este de 21%. Echilibrul dintre acesta și alte gaze este determinat de ciclul de viață din natură: animalele expiră dioxid de carbon, plantele îl folosesc și eliberează oxigen.

Dar nu există nicio garanție că acest nivel va fi întotdeauna constant. Cantitatea de dioxid de carbon eliberată în atmosferă este în creștere. Acest lucru se datorează utilizării de către omenire a combustibilului. Și, după cum știți, s-a format din fosile de origine organică și dioxidul de carbon intră în aer. Între timp, cele mai mari plante de pe planeta noastră, copacii, sunt distruse într-un ritm din ce în ce mai mare. Într-un minut, kilometri de pădure dispar. Aceasta înseamnă că o parte din oxigenul din aer scade treptat, iar oamenii de știință trag deja un semnal de alarmă. Atmosfera pământului nu este un depozit nelimitat și oxigenul nu intră în ea din exterior. A fost dezvoltat constant odată cu dezvoltarea Pământului. Trebuie să ne amintim întotdeauna că acest gaz este produs de vegetație în timpul procesului de fotosinteză prin consum dioxid de carbon. Și orice scădere semnificativă a vegetației sub formă de distrugere a pădurilor reduce inevitabil intrarea oxigenului în atmosferă, perturbând astfel echilibrul acesteia.

Cu doar 2,3 miliarde de ani în urmă, aerul din jurul Pământului nu conținea absolut deloc oxigen. Pentru formele primitive de viață din acea vreme, această împrejurare era un adevărat dar.

Bacteriile unicelulare care trăiau în oceanul primordial nu aveau nevoie de oxigen pentru a-și menține funcțiile vitale. Apoi sa întâmplat ceva.

Cum a apărut oxigenul pe Pământ?

Oamenii de știință cred că, pe măsură ce s-au dezvoltat, unele bacterii au „învățat” să extragă hidrogenul din apă. Se știe că apa este un compus de hidrogen și oxigen, deci un produs secundar al reacției de extracție a hidrogenului a fost formarea oxigenului, eliberarea acestuia în apă și apoi în atmosferă.

De-a lungul timpului, unele organisme s-au adaptat să trăiască într-o atmosferă cu noul gaz. Corpul a găsit o modalitate de a valorifica energia distructivă a oxigenului și de a o folosi pentru defalcare controlată nutrienți, timp în care se eliberează energie care este folosită de organism pentru a-și menține funcțiile vitale.

Materiale conexe:

Ce este stratul de ozon și de ce este dăunătoare distrugerea lui?

Această metodă de utilizare a oxigenului se numește respirație, pe care o folosim în fiecare zi, chiar și astăzi. Respirația este o modalitate de a evita amenințarea oxigenului: a făcut-o posibila dezvoltare pe Pământ există organisme mai mari - multicelulare, având deja o structură complexă. La urma urmei, prin apariția respirației, evoluția a dat naștere omului.

De unde a venit oxigenul de pe Pământ?

De-a lungul milioanelor de ani care au trecut, cantitatea de oxigen de pe pământ a crescut de la 0,2 la sută la actualul 21 la sută din atmosferă. Dar bacteriile oceanice nu sunt singurele vinovate pentru creșterea oxigenului din atmosferă. Oamenii de știință cred că o altă sursă de oxigen au fost continentele care se ciocnesc. În opinia lor, în timpul coliziunii și apoi în timpul divergenței ulterioare a continentelor, cantități mari de oxigen au fost eliberate în atmosferă.

Oamenii de știință din China, SUA și Franța au găsit o nouă metodă de urmărire a conținutului de oxigen al bulelor de aer conținute în gheață polară. Datorită acestui fapt, ei au putut stabili că conținutul acestui gaz în atmosfera Pământului în ultimii 800.000 de ani a scăzut cu 0,7 la sută. Motivul unui astfel de eveniment ar putea fi scăderea temperaturii care a avut loc pe Pământ în ultimele milioane de ani. Cea corespunzătoare a fost publicată în revistă Ştiinţă.

Cercetătorii au decis să afle cum s-a schimbat cantitatea de oxigen din atmosfera planetei în ultimii 800.000 de ani, comparând modul în care s-a schimbat raportul dintre oxigen și azot în probele de gheață din Groenlanda și Antarctica. Această metodă a fost folosită de oamenii de știință pentru prima dată. Din păcate, pentru epocile anterioare noua metodă nu este aplicabilă, deoarece bulele de aer sunt înregistrate în ghețari numai dacă procesul de creștere a masei ghețarilor este în desfășurare. În ultimii 800.000 de ani, ghețarii din Groenlanda și Antarctica au crescut în general, dar înainte de aceasta dimensiunea lor a fost stabilă sau în scădere timp de multe milioane de ani.

S-a dovedit că au avut loc schimbări semnificative în conținutul de oxigen de pe Pământ în ultimii 0,8 milioane de ani. Concentrația sa a scăzut cu 0,7 la sută. Deși aceasta poate părea o mică schimbare, este de fapt o schimbare destul de mare. Pentru ca un astfel de proces să aibă loc, legarea oxigenului trebuia să fie mai activă decât producția sa de către plante cu aproximativ 1,7-2,0 la sută. Și acest lucru este echivalent cu miliarde de tone de gaz pe an, iar ce anume a fost responsabil pentru legarea acestuia rămâne neclar.

Autorii lucrării au propus o ipoteză conform căreia legarea accelerată a oxigenului s-a produs datorită răcirii generale a climei planetei în ultimele câteva milioane de ani. După cum observă cercetătorii, pe măsură ce temperatura scade, cantitatea de oxigen care se poate dizolva într-o unitate de volum de apă de mare crește brusc. Pe fundul oceanelor, oxigenul este legat treptat de sedimentele marine care conțin carbon. În acest caz, o răcire generală a climei poate duce la legarea unor volume importante de oxigen pe fundul mării. Conform calculelor, este pe termen lung și după aceea gazul pierdut din atmosferă nu se mai întoarce acolo.

Dacă un astfel de proces ar fi durat câteva zeci de milioane de ani, conținutul de oxigen din aer ar fi putut scădea mult mai semnificativ, cu zeci de procente față de nivelul actual. Aceasta corespunde condițiilor la altitudini de câțiva kilometri. Dacă această ipoteză este corectă, încălzirea globală continuă ar putea crește concentrația de oxigen din aer.

În prezent, știința nu are o înțelegere clară a modului în care concentrația de oxigen s-a schimbat în ultimele sute de milioane de ani. Se știe doar că în urmă cu 800 de milioane de ani era suficient pentru respirația animalelor mari, cum ar fi oamenii, deși jumătate mai mult decât în prezent. În ultimii 500 de milioane de ani, clima planetei a fost în general semnificativ mai caldă decât în prezent. Prin urmare, un număr de cercetători admit că în cea mai mare parte a acestei perioade a existat mai mult oxigen în aer decât acum. În acest caz, metabolismul animalelor terestre ar putea fi mai activ decât tipic pentru vremea noastră.

Oamenii de știință găsesc din ce în ce mai multe dovezi că au existat condiții pentru viață pe Marte în trecut. Oamenii de știință planetari britanici au stabilit că în urmă cu miliarde de ani Planeta Roșie nu avea mai puțin oxigen decât Pământul. Studiul realizat de oamenii de știință de la Universitatea Oxford a fost publicat în revista Nature.

Oamenii de știință găsesc din ce în ce mai multe dovezi că Marte avea condiții locuibile în trecut.
mars.nasa.gov

Oamenii de știință planetari au studiat rocile antice din craterul marțian Gusev colectate de roverul Spirit. După ce au determinat proporția de oxizi și sulf din ele, au ajuns la concluzia că cantitatea lor depășește ceea ce este conținut în meteoriții de aceeași origine. Acest lucru i-a surprins pe cercetători, deoarece meteoriții s-au format mult mai târziu decât rocile de pe Planeta Roșie. Dacă mineralele analizate au fost acum aproximativ 3,7 miliarde de ani, atunci meteoriții aveau o vechime de 180-1400 de milioane de ani. Acest lucru i-a determinat pe oamenii de știință planetar să creadă că rocile au absorbit oxigen în timpul contactului cu Marte cu miliarde de ani în urmă.

În plus, oamenii de știință au descoperit că proporția de oxigen din rocile marțiane era comparabilă cu cea conținută în bazalții de pe Pământul tânăr. "Rezultatele cercetării indică faptul că învelișul de aer al lui Marte s-a îmbogățit cu oxigen în urmă cu 4 miliarde de ani, cu mult înainte ca procese similare să aibă loc pe Pământ. Această cantitate de oxigen a apărut pe Pământ în urmă cu 2,5 miliarde de ani", citează omul de știință Bernard Wooda din Daily Mail. „Oxigenul a dat acestei planete culoarea sa specifică. Tindem să credem că Marte a fost o planetă caldă și umedă cu mult înainte ca Pământul să dobândească aceste proprietăți”, a spus Wood.

NASA a alcătuit o panoramă care arată o „pasăre marțiană în zbor”

NASA a alcătuit o panoramă care arată o „pasăre marțiană în zbor”
mars.nasa.gov

Între timp, agenția spațială americană NASA a pregătit o panoramă de înaltă calitate, cu posibilitatea de a studia în detaliu rocile Planetei Roșii. Panorama publicată pe site-ul departamentului a fost alcătuită din 900 de imagini cu o „masă” totală de 1,3 miliarde de pixeli.

În fotografie puteți vedea „obiecte strălucitoare”
mars.nasa.gov

Imaginile au fost realizate de roverul Curiosity în perioada 5 octombrie - 16 noiembrie 2012. Roverul a filmat cu trei camere în regiunea Rocknest de la fundul craterului Gale, unde colectează mostre de praf și roci, relatează CBS.

Dreptunghi sculptat în piatră
mars.nasa.gov

Când te apropii de fotografie, poți vedea „obiecte strălucitoare”, așa cum sunt etichetate în panoramă, „un dreptunghi sculptat în piatră” și chiar „o pasăre marțiană în zbor”. "Este cu siguranță ciudat. Dar arată ca o pasăre în zbor", spune legenda.

Roverul Curiosity a aterizat pe suprafața lui Marte pe 6 august 2012. Există 10 instrumente științifice instalate la bordul dispozitivului, concepute pentru cercetări geologice și geochimice detaliate, studierea atmosferei și clima planetei, căutarea apei și a urmelor acesteia, materie organică. Instrumentele sunt concepute pentru a determina dacă Marte a fost odată locuibil și dacă există locuri pe el care sunt potrivite pentru viață acum.

Cu doar 2,3 miliarde de ani în urmă, aerul din jurul Pământului nu conținea absolut deloc oxigen. Pentru formele primitive de viață din acea vreme, această împrejurare era un adevărat dar.

Bacteriile unicelulare care trăiau în oceanul primordial nu aveau nevoie de oxigen pentru a-și menține funcțiile vitale. Apoi sa întâmplat ceva.

Cum a apărut oxigenul pe Pământ?

De-a lungul timpului, unele organisme s-au adaptat să trăiască într-o atmosferă cu noul gaz. Organismul a găsit o modalitate de a valorifica energia distructivă a oxigenului și de a o folosi pentru descompunerea controlată a nutrienților, care eliberează energia pe care organismul o folosește pentru a-și menține funcțiile vitale.

Materiale conexe:

Oxigenul în atmosferă

Această metodă de utilizare a oxigenului se numește respirație, pe care o folosim în fiecare zi, chiar și astăzi. Respirația este o modalitate de a alunga amenințarea oxigenului: a făcut posibilă dezvoltarea pe Pământ a unor organisme mai mari - multicelulare, având deja o structură complexă. La urma urmei, prin apariția respirației, evoluția a dat naștere omului.