Утрыманне ў паветры кіслароду: вызначэнне і значэнне

У адрозненне ад гарачых і халодных планет нашай Сонечнай сістэмы, на планеце Зямля існуюць ўмовы, якія даюць магчымасць жыцця ў пэўнай форме. Адным з галоўных умоў з'яўляецца склад атмасферы, які дае ўсяму жывому магчымасць свабодна дыхаць і абараняе ад смяротнага выпраменьвання, панавальнага ў космасе.

З чаго складаецца атмасфера

Атмасфера Зямлі складаецца з мноства газаў. У асноўным гэта азот, які займае 77%. Газ, без якога неймаверная жыццё на Зямлі, займае значна меншы аб'ём, утрыманне кіслароду ў паветры роўна 21% ад усяго аб'ёму атмасферы. Апошнія 2% - сумесь розных газаў, уключаючы аргон, дыяксід вугляроду, гелій, неон, крыптон і іншыя.

Атмасфера Зямлі падымаецца на вышыню 8 тыс. Км. Паветра, прыдатны для дыхання, ёсць толькі ў ніжнім пласце атмасферы, у трапасферы, якая дасягае на канцавоссях - 8 км, на вышыню, а над экватарам - 16 км. З павелічэннем вышыні паветра становіцца больш разрэджаным і тым больш адчувальная недахоп кіслароду. Каб разгледзець, якое ўтрыманне кіслароду ў паветры бывае на рознай вышыні, прывядзем прыклад. На піку Эверэста (вышыня 8848 м) паветра месціць гэтага газу ў 3 разы менш, чым над узроўнем мора. Таму заваёўнікі высакагорных вяршыняў - альпіністы - могуць падняцца на яго вяршыню толькі ў кіслародных масках.

Кісларод - галоўная ўмова выжывання на планеце

На пачатку існавання Зямлі паветра, які яе атачаў, не меў гэтага газу ў сваім складзе. Гэта цалкам падыходзіла для жыцця найпростых - аднаклетачных малекул, якія плавалі ў акіяне. Ім кісларод ня быў патрэбны. Працэс пачаўся прыкладна 2 млн гадоў таму, калі першыя жывыя арганізмы ў выніку рэакцыі фотасінтэзу пачалі выдзяляць малыя дозы гэтага газу, атрыманага ў выніку хімічных рэакцый, спачатку ў акіян, затым у атмасферу. Жыццё развілася на планеце і прыняла разнастайныя формы, большасць з якіх не дажылі да нашых часоў. Некаторыя арганізмы з часам прыстасаваліся да жыцця з новым газам.

Яны навучыліся выкарыстоўваць яго сілу бяспечна ўнутры клеткі, дзе яна выступала ў ролі электрастанцыі, для таго каб здабываць энергію з ежы. Такі спосаб выкарыстання кіслароду называецца дыханнем, і мы гэта робім штосекундна. Менавіта дыханне дало магчымасць для з'яўлення больш складаных арганізмаў і людзей. За мільёны гадоў ўтрыманне ў паветры кіслароду ўзляцела да сучаснага ўзроўню - каля 21%. Назапашванне гэтага газу ў атмасферы спрыяла стварэнню азонавага пласта на вышыні 8-30 км ад паверхні зямлі. Разам з гэтым планета атрымала абарону ад згубнага дзеяння ўльтрафіялетавых прамянёў. Далейшая эвалюцыя жыццёвых формаў на вадзе і на сушы імкліва ўзрасла ў выніку павелічэння фотасінтэзу.

анаэробная жыццё

Хоць некаторыя арганізмы адаптаваліся да павышае ўзроўні які выдаткоўваецца газу, многія з найпростых формаў жыцця, якія існавалі на Зямлі, зніклі. Іншыя арганізмы выжылі, хаваючыся ад кіслароду. Некаторыя з іх сёння жывуць у каранях бабовых, выкарыстоўваючы азот з паветра для пабудовы амінакіслот для раслін. Смяротны арганізм батулізму - яшчэ адзін "бежанец" ад кіслароду. Ён спакойна выжывае ў вакуумных ўпакоўках з кансерваванай прадуктамі.

Які кіслародны ўзровень аптымальны для жыцця

Заўчасна народжаныя малыя, лёгкія якіх яшчэ не цалкам раскрыты для дыхання, трапляюць у спецыяльныя інкубатары. У іх утрыманне кіслароду ў паветры па аб'ёме вышэй, і замест звычайных 21% тут усталяваны яго ўзровень 30-40%. Малышы, якія маюць сур'ёзныя праблемы дыхання, навакольнага паветра са стопрацэнтным узроўнем кіслароду, каб прадухіліць пашкоджанне дзіцячага мозгу. Знаходжанне ў такіх абставінах ўдасканальвае кіслародны рэжым тканін, якія знаходзяцца ў стане гіпаксіі, прыводзіць у норму іх жыццёвыя функцыі. Але яго празмернае колькасць у паветры гэтаксама небяспечна, як і недахоп. Празмернае колькасць кіслароду ў крыві дзіцяці можа прывесці да пашкоджання крывяносных сасудаў у вачах і справакаваць страту гледжання. Гэта паказвае дваістасць уласцівасцяў газу. Мы павінны дыхаць ім, каб жыць, але яго лішак часам можа стаць атрутай для арганізма.

працэс акіслення

Пры злучэнні кіслароду з вадародам або вугляродам, здзяйсняецца рэакцыя, названая акісленнем. Гэты працэс прымушае арганічныя малекулы, якія з'яўляюцца падставай жыцця, распадацца. У чалавечым арганізме акісленне праходзіць наступным чынам. Эрытрацыты крыві збіраюць кісларод з лёгкіх і разносяць яго па ўсім целе. Адбываецца працэс разбурэння малекул ежы, якую мы ўжываем. Гэты працэс вызваляе энергію, ваду і пакідае диосксид вугляроду. Апошні выводзіцца клеткамі крыві назад у лёгкія, і мы выдыхаем яго ў паветра. Чалавек можа задыхнуцца, калі яму перашкодзіць дыхаць даўжэй, чым 5 хвілін.

дыханне

Разгледзім ўтрыманне кіслароду ць ўдыхаюць паветры. Атмасфернае паветра, які трапляе звонку ў лёгкія пры ўдыханні, называецца удыхальным, а паветра, які выходзіць вонкі праз дыхальную сістэму пры выдыху, - выдыханым.

Ён уяўляе сабой сумесь паветра, запаўняюць альвеолы, з тым, які знаходзіцца ў дыхальных шляхах. Хімічны склад паветра, які здаровы чалавек удыхае і выдыхае ў натуральных умовах, практычна не змяняецца і выяўляецца такімі лічбамі.

Змест газаў (у%)

Кісларод - галоўная для жыцця складнік паветра. Змены колькасці гэтага газу ў атмасферы невялікія. Калі ў мора ўтрыманне ў паветры кіслароду месціць да 20,99%, то нават у вельмі забруджаным паветры індустрыяльных гарадоў ягоных ўзровень не падае ніжэй 20,5%. Такія змены не выяўляюць ўздзеяння на чалавечы арганізм. Фізіялагічныя парушэнні праяўляюцца тады, калі працэнтнае ўтрыманне кіслароду ў паветры падае да 16-17%. Пры гэтым назіраецца відавочная кіслародная недастатковасць, якая вядзе да рэзкага падзення жыццядзейнасці, а пры ўтрыманні ў паветры кіслароду 7-8% магчымы смяротны зыход.

Атмасфера ў розныя эпохі

Склад атмасферы заўсёды аказваў уздзеянне на эвалюцыю. У розныя геалагічныя часы з-за прыродных катаклізмаў назіраліся ўздымы або падзення ўзроўню кіслароду, і гэта цягнула за сабой змяненне биосистемы. Прыкладна 300 мільёнаў гадоў таму ўтрыманне яго ў атмасферы паднялося да 35%, пры гэтым назіралася засяленне планеты казуркамі гіганцкіх памераў. Найбольшая выміранне жывых істот у гісторыі Зямлі адбылося каля 250 мільёнаў гадоў таму. Падчас яго больш чым 90% насельнікаў акіяна і 75% жыхароў сушы загінула. Адна з версій масавага вымірання абвяшчае, што віной таму аказалася нізкае ўтрыманне ў паветры кіслароду. Колькасць гэтага газу ўпала да 12%, і гэта - у ніжнім пласце атмасферы да вышыні 5300 метраў. У нашу эпоху ўтрыманне кіслароду ў атмасферным паветры даходзіць да 20,9%, што на 0,7% ніжэй, чым 800 тысяч гадоў таму. Гэтыя лічбы пацверджаны навукоўцамі з Прынстанскага ўніверсітэта, якія даследавалі пробы Грэнландскага і Атлантычнага лёду, што ўтварыўся ў той час. Змёрзлая вада зберагла бурбалкі паветра, і гэты факт дапамагае вылічыць ўзровень кіслароду ў атмасферы.

Чаму падпарадкоўваецца ўзровень яго ў паветры

Актыўны паглынанне яго з атмасферы можа быць выклікана перамяшчэннем леднікоў. Адсоўваючыся, яны адкрываюць гіганцкія плошчы арганічных пластоў, спажывальных кісларод. Яшчэ адным падставай можа быць астуджэнне вод Сусветнага акіяна: яго бактэрыі пры паніжанай тэмпературы больш актыўна паглынаюць кісларод. Даследнікі сцвярджаюць, што індустрыяльны скачок і разам з ім спальванне велізарнай колькасці паліва асаблівага ўздзеяння пры гэтым не аказваюць. Сусветны акіян астуджаецца на працягу 15 мільёнаў гадоў, і колькасць жыццёва важнага ў атмасферы зменшылася незалежна ад уздзеяння чалавека. Верагодна, на Зямлі здзяйсняюцца некаторыя прыродныя працэсы, вядучыя да таго, што спажыванне кіслароду становіцца вышэй яго вытворчасці.

Ўздзеянне чалавека на склад атмасферы

Пагаворым пра ўплыў чалавека на склад паветра. Той узровень, які мы сёння маем, ідэальна падыходзіць для жывых істот, утрыманне кіслароду ў паветры складае 21%. Баланс яго і іншых газаў вызначаецца жыццёвым цыклам у прыродзе: жывёлы выдыхаюць дыяксід вугляроду, расліны выкарыстоўваюць яго і вылучаюць кісларод.

Але не існуе гарантыі, што такі ўзровень будзе пастаянным заўсёды. Павышаецца колькасць дыяксіду вугляроду, выкіданага у атмасферу. Гэта адбываецца з-за выкарыстання паліва чалавецтвам. А яно, як вядома, ўтварылася з закамянеласцяў арганічнага паходжання і ў паветра трапляе дыяксід вугляроду. А тым часам самыя вялікія расліны нашай планеты, дрэвы, знішчаюцца з усё большай хуткасьцю. За хвіліну знікаюць кіламетры лесу. Гэта значыць, што частка кіслароду ў паветры паступова падае і навукоўцы ўжо зараз б'юць трывогу. Зямная атмасфера - ня бязмежная камора і кісларод у яе звонку не паступае. Ён увесь час выпрацоўваўся разам з развіццём Зямлі. Трэба ўвесь час памятаць, што гэты газ вырабляецца расліннасцю ў працэсе фотасінтэзу за кошт спажывання вуглякіслага газу. І любое істотнае памяншэнне расліннасці ў выглядзе знішчэння лясоў, няўхільна зніжае трапленне кіслароду ў атмасферу, тым самым, парушаючы яго баланс.