На что влияет содержание кислорода в атмосфере кратко

Обновлено: 08.07.2024

Кислород играет очень большую роль в жизни нашей планеты* Он используется живыми организмами для дыхания, входит в состав органического вещества (белки, жиры, углеводы)* Озоновый слой атмосферы (О₃) задерживает опасную для существования жизни солнечную радиацию*

Содержание кислорода в составе атмосферы примерно равно 21%* Это второй по распространению газ в атмосфере после азота* В атмосфере он содержится в виде молекул О₂. Однако в верхних слоях атмосферы происходит разложение кислорода на атомы (процесс диссоциации) и на высоте примерно 200 км отношение атомарного кислорода к молекулярному становится примерно 1:10.

В верхних слоях атмосферы под воздействием солнечного излучения образуется озон (О₃). Озоновый слой атмосферы защищает живые организмы от действия губительного ультрафиолетового излучения.

Содержание свободного кислорода в атмосфере Земли указывает на установившийся баланс между производящими кислород организмами и процессами поглощения (окисление органики, деструкция вещества мертвых организмов). Обновление кислорода в атмосфере происходит за 3-4 тысячи лет.

Эволюция содержания кислорода в атмосфере.

В самом начале развития Земли свободного кислорода в атмосфере было очень мало. Он возникал в верхних слоях атмосферы в процессе фотодиссоциации углекислого газа и воды. Но практически весь образовавшийся кислород расходовался на окисление других газов и поглощался земной корой.

На определенном этапе развития Земли ее углекислая атмосфера перешла в азотно-кислородную. Содержание кислорода в атмосфере стало стремительно расти с появлением в океане автотрофных фотосинтезирующих организмов. Увеличение кислорода в атмосфере привело к окислению многих компонентов биосферы. Сначала кислород в докембрийских морях поглощался закисным железом, но после того, как содержание растворенного железа в океанах значительно уменьшилось, кислород стал накапливаться в гидросфере, а затем и в атмосфере Земли.

Роль биохимических процессов живого вещества биосферы в образовании кислорода все возрастала. С появлением растительного покрова на материках наступил современный этап в развитии атмосферы Земли. В атмосфере Земли установилось постоянное содержание свободного кислорода.

В настоящее время количество кислорода в атмосфере сбалансировано таким образом, что количество производимого кислорода равно количеству поглощаемого. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе.

Круговорот кислорода в природе.

Геохимический круговорот кислорода связывает газовую и жидкую оболочки с земной корой.

Его основные моменты:

выделение свободного кислорода при фотосинтезе,
окисление химических элементов,
поступление предельно окисленных соединений в глубокие зоны земной коры и их частичное восстановление, в том числе за счет соединений углерода,
вынос оксида углерода и воды на поверхность земной коры и
вовлечение их в реакцию фотосинтеза.

Рис. 1. Схема круговорота кислорода в несвязанном виде.

Статьи по теме "Атмосфера":

Воздействие атмосферы на организм человека с увеличением высоты.
Высота и границы атмосферы.
Физические свойства атмосферы.
Образование атмосферы. Первичная и вторичная атмосфера.
Состав современной атмосферы Земли. Общие данные.
Азот в составе атмосферы – содержание в атмосфере 78%.
Кислород в составе атмосферы - содержание в атмосфере 21%.
Углекислый газ в атмосфере.
Аргон в составе атмосферы - содержание в атмосфере 1%.
Вода в атмосфере.

Сегодня концентрация кислорода в атмосфере планеты составляет 20,946% по объему и 23,14% по массе, но так было не всегда, состав атмосферы постоянно изменялся на протяжении истории Земли. Что будет с планетой и человечеством при увеличении концентрации кислорода?

Ученые считают, что высокий уровень содержания кислорода был в каменноугольном и пермском периодах, насекомые того времени достигали огромных размеров, например размах крыльев древней стрекозы, меганевры, составлял 76 см, взмах крыльев древней мухи около 50 см, многоножки были до 180 см в дину. Количественные оценки содержания кислорода в атмосфере Земли того времени разнятся, возможно его концентрация составляла около 30%.

Если сегодня кислорода в атмосфере станет еще больше, чем в древности, то это приведет к гигантизму флоры и фауны, потомки современных насекомых и членистоногих станут чудовищами с огромными размерами, они станут представлять реальную опасность для потомков людей. Комары, дай им волю, смогут обескровить человека всего за несколько минут, тараканы станут размером с кошку, пауки будут заплетать многометровые сети и ловить в них крупных птиц или даже животных. Цветы превзойдут по высоте современные деревья, а самые высокие деревья будущего вершинами коснутся облаков.

Сила человека значительно возрастет, так как только десятую часть энергии человек получает от воды и пищи, остальную энергию человеку дает кислород при помощи 23 тысяч ежедневных вдохов. Рост и физическая сила человека немыслимо увеличатся, люди будут ставить новые спортивные рекорды и достижения. Улучшатся и умственные способности человека, так как мозг будет получать больше кислорода. Благодаря появлению огромного количества нейтрофилов человек станет невосприимчив к вирусам и почти всем болезням, будет иметь отличный иммунитет.

Однако несмотря на все плюсы нашим потомкам при увеличении концентрации кислорода в атмосфере не суждено стать сверхлюдьми. Повышенное количество кислорода окислит окружающую среду, одновременно с повышенным атмосферным давлением создаст свободные радикалы, которые пагубны для человека, резко возрастет заболеваемость онкологией и сократиться средний возраст человека. Также у человека будет страдать зрение, а клетки могут утратить способность к размножению.

Окисление окружающей среды окажется гибельным для всего живого, не все организмы смогут приспособиться к новым условиям обитания, выжившие будут раньше стареть, все металлы гораздо быстрее окисляться, ржаветь, разрушаться. Планету охватят масштабные пожары, гореть при повышенном кислороде будет все и намного сильнее, чем сегодня горят леса Австралии, Сибири, Бразилии и Боливии.

Увеличение уровня кислорода в атмосфере планеты не так уж полезно для человека, но сегодня из-за деятельности человека происходит увеличение содержания углекислого газа, а содержание кислорода наоборот уменьшается, климат на Земле меняется на глазах и никто не знает каким он будет в далеком будущем через миллионы лет.

Ставьте лайки, подписывайтесь на канал, делитесь ссылками в социальных сетях, дальше будет интереснее.

Важность атмосферного O₂ для биологических и геохимических процессов на Земле чрезвычайно высока. Поэтому учёные давно изучают, как изменялось содержание кислорода в истории нашей планеты. Это можно понять из расчёта парциального давления O₂ и N₂ в общем атмосферном давлении.

Несмотря на долгую историю вопроса, у специалистов до сих пор нет единого мнения об изменении атмосферного давления на протяжении последних 500 млн лет. Расчёты отличаются до 0,2 атм (см. диаграмму внизу). Даже за последние несколько миллионов лет нет ясной картины, как именно менялось атмосферное давление, парциальное давление и, следовательно, концентрация O₂.

Вопрос непростой, ведь кислород из атмосферы постоянно потребляют животные, растения и даже камни. Группа учёных из Принстонского университета прояснила этот вопрос, изучив концентрацию воздушных пузырьков в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды.

Ледяной керн с глубины 1837 м с видимыми годовыми слоями

На сегодняшний день ледяные керны — самый надёжный и точный источник данных об атмосферном давлении. Максимальный возраст льда в кернах — 800 тыс. лет, поэтому исследования ограничены этим временным интервалом.

Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности, за последние 800 000 лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.

На диаграмме слева показано, как отличаются результаты научного моделирования соотношения O₂/N₂ в атмосфере и парциального давления. На диаграмме справа — изменение парциального давления по результатам измерения воздушных пузырьков в ледяных кернах за 800 тыс. лет

Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки. Нам нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать, в том числе, при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придётся повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.

На Земле тоже не было кислорода в первые пару миллиардов лет. Согласно наиболее вероятной теории, примерно 2,4 млрд лет назад уровень кислорода резко подскочил благодаря активности цианобактерий, известных также как сине-зелёные водоросли. Этот период резкого изменения состава атмосферы с последующей перестройкой биосферы и глобальным гуронским оледенением в истории Земли известен как кислородная катастрофа.

Сине-зелёные водоросли — причина, по которой 2,4 млрд лет назад на Земле появился кислород в большом количестве и возникла более продвинутая жизнь

Такую же кислородную катастрофу можно устроить на Марсе.

Учёные ещё не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы. Одна из них — это происходит из-за увеличения скорости эрозии, в результате которой из почвы извлекается больше горных пород, которые окисляются и связывают больше кислорода. Другая теория связана с изменением климата: за последние несколько миллионов лет температура немного снизилась, несмотря на резкий рост в последние десятилетия. Из-за снижения температуры могла инициироваться цепочка экологических реакций, в результате которой больше кислорода стало растворяться и связываться в Мировом океане.

Пока что всё это лишь гипотезы, которые следует проверить.

В данный момент атмосфера Земли содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% углекислого газа и небольшие примеси других газов. В ней также постоянно изменяется концентрация водяного пара, который считается одним из основных парниковых газов. На уровне океана концентрация H₂O в атмосфере составляет около 1%, а в среднем — около 0,4%. Общая масса атмосферы — 5,5×10 18 кг, то есть 5,5 зеттаграммов или 5,5 петатонн.

Накопление кислорода в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка. 1. 3,85-2,45 млрд лет назад. 2. 2,45-1,85 млрд лет назад: начало производства кислорода и поглощение его океаном и породами морского дна. 3. 1,85-0,85 млрд лет назад: окисление горных пород на суше. 4. 0,85-0,54 млрд лет назад: все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере. 5. 0,54 млрд лет назад — настоящее время

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….

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 случаев 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

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.

Планета Земля

Состав атмосферы Земли

Земная 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.

Состав атмосферы Земли

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.

Слои атмосферы Земли

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.

Интересное видео об атмосфере Земли

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: