Съдържание на кислород във въздуха: определяне и значение

За разлика от горещите и студени планети на нашата слънчева система, на планетата Земя съществуват условия, които позволяват живота в определена форма. Едно от основните условия е съставът на атмосферата, който дава на всички живи същества възможност да дишат свободно и да ги предпазват от смъртоносната радиация, която цари в космоса.

От какво се състои атмосферата?

Земната атмосфера се състои от много газове. в основата си това е азот, който заема 77%. Газът, без който животът на Земята е немислим, изисква много по-малък обем, а съдържанието на кислород във въздуха е 21% от общия обем на атмосферата. Последният 2% е смес от различни газове, включително аргон, въглероден диоксид, хелий, неон, криптон и др.

Атмосферата на Земята се издига на височина от 8 000 км. Въздух, подходящ за дишане, е само в по-ниската атмосфера, в тропосферата, достигаща полюсите - на 8 километра, нагоре и над екватора - на 16 километра. При увеличаване на надморската височина въздухът става по-рядък и се усеща повече дефицит на кислород. За да видите какво кислородно съдържание във въздуха е на различни височини, нека да дадем пример. На върха на връх Еверест (височина 8848 м), въздухът съдържа този газ 3 пъти по-малко от надморска височина. Ето защо завоевателите на високите планински върхове - алпинисти - могат да се изкачат на върха само в кислородни маски.

Кислородът е основното условие за оцеляване на планетата

В началото на съществуването на Земята въздухът, който го заобикаля, нямаше този газ в състава му. Това е идеално пригодено за живота на най-простите - едноклетъчни молекули, които се носели в океана. Те нямаха нужда от кислород. Процесът започва приблизително 2 Ма, когато първите живите организми в резултат на реакция фотосинтеза започва да излъчва малки дози от газове, получени от химични реакции, първата в океана, и след това в атмосферата. Животът се е развил на планетата и е придобил различни форми, повечето от които не са оцелели до наши дни. Някои организми в крайна сметка се адаптират към живота с нов газ.

Те се научили как безопасно да използват силата си в клетката, където действа като електроцентрала, за да извлече енергия от храната. Този начин на използване на кислород се нарича дишане и го правим всяка секунда. Това дишане дава възможност за появата на по-сложни организми и хора. В продължение на милиони години съдържанието на кислород във въздуха е нараснало до сегашното ниво - около 21%. Натрупването на този газ в атмосферата допринесе за създаването на озоновия слой на надморска височина от 8 до 30 км от земната повърхност. Заедно с това планетата получава защита от вредните ефекти на ултравиолетовите лъчи. По-нататъшното развитие на формите на живот във водата и на сушата бързо се увеличи в резултат на повишената фотосинтеза.

Анаеробен живот

Въпреки че някои организми се адаптират към нарастващото ниво на освободен газ, много от най-простите форми на живот, съществували на Земята, са изчезнали. Други организми оцеляват, като се крият от кислорода. Някои от тях сега живеят в корените на бобовите растения, като използват азот от въздуха, за да изграждат аминокиселини за растенията. Смъртоносният организъм на ботулизма е друг "бежанец" от кислород. Той тихичко оцелява във вакуумни опаковки с консервирана храна.

Кое ниво на кислород е оптимално за живота

Преждевременно родени бебета, чиито бели дробове все още не са напълно отворени за дишане, навлизат в специални инкубатори. В тях съдържанието на кислород във въздуха е по-голямо, а вместо обичайните 21%, нивото му е 30-40%. Бебетата с тежки проблеми с дишането са заобиколени от въздух със 100% кислород, за да се предотврати увреждането на мозъка на детето. При такива обстоятелства подобряваме кислородния режим на тъканите, които са в състояние на хипоксия, нормализира техните жизнени функции. Но прекомерното му количество във въздуха е също толкова опасно, колкото и дефекта. Прекаленият кислород в кръвта на детето може да доведе до увреждане на кръвоносните съдове в очите и да доведе до загуба на зрение. Това показва двойствеността на свойствата на газа. Трябва да го дишаме, за да живеем, но излишъкът му понякога може да се превърне в отрова за тялото.

Окислителният процес

Когато кислородът се комбинира с водород или въглерод, се извършва реакция, наречена окисление. Този процес кара органичните молекули, които са основата на живота, да се разпадат. В човешкото тяло окислението протича по следния начин. Еритроцитите от кръвта събират кислород от белите дробове и го носят в тялото. Има процес на унищожаване на хранителните молекули, които използваме. Този процес освобождава енергия, вода и оставя въглероден диоксид. Последният се отстранява от кръвните клетки обратно в белите дробове и ние издишваме въздуха. Човек може да се задуши, ако спира дишането си повече от 5 минути.

дъх

Помислете за съдържанието на кислород във вдишвания въздух. Атмосферният въздух, който влиза отвън в белите дробове при вдишване, се нарича вдишван, а въздухът, който издишва през дихателната система при издишване, се издишва.

Това е смес от въздух, пълнещ алвеолите, с този, който се намира в дихателните пътища. Химическият състав на въздуха, който здравият човек вдишва и издишва при природни условия, практически не се променя и се изразява в такива цифри.

Съдържанието на газовете (в%)

Кислородът е основният компонент на въздуха за цял живот. Промените в количеството на този газ в атмосферата са малки. Ако съдържанието на кислород във въздуха е до 20,99%, дори и в силно замърсения въздух на индустриалните градове, неговото ниво не намалява под 20,5%. Такива промени не разкриват ефект върху човешкото тяло. Физиологичните нарушения се появяват, когато процентът на кислорода във въздуха пада до 16-17%. В този случай има ясен недостиг на кислород, който води до рязък спад на жизнената активност и когато съдържанието на кислород във въздуха е 7-8%, е възможно смъртоносно излизане.

Атмосферата в различни епохи

Съставът на атмосферата винаги е повлиял на еволюцията. В различни геоложки времена, поради природни бедствия, имаше възходи и падения на нивото на кислорода и това доведе до промяна в биосистемата. Преди около 300 милиона години съдържанието му в атмосферата се е повишило до 35%, докато планетата е била населена от гигантски насекоми. Най-голямото изчезване на живи същества в историята на Земята се е случило преди около 250 милиона години. По време на него повече от 90% от жителите на океана и 75% от жителите на земята умряха. Една от версиите за масово измиране казва, че причината за това е ниското съдържание на кислород във въздуха. Количеството на този газ падна до 12%, а това - в долната атмосфера до надморска височина от 5300 метра. В нашата ера, съдържанието на кислород в атмосферния въздух достига 20.9%, което е с 0.7% по-малко от преди 800 хиляди години. Тези цифри се потвърждават от учените от Принстънския университет, които по това време са изследвали пробите от Гренландия и Атлантическия лед. Замразената вода е спестила въздушни мехурчета и този факт помага да се изчисли нивото на кислорода в атмосферата.

Какво е нивото му във въздуха

Активното му поглъщане от атмосферата може да бъде причинено от движението на ледници. Като се отдалечават, те отварят гигантски участъци от органични слоеве, които консумират кислород. Друга причина може да бъде охлаждането на водите на Световния океан: неговите бактерии при по-ниска температура активно абсорбират кислорода. Изследователите твърдят, че един промишлен скок и с него изгарянето на огромно количество гориво не оказва особено въздействие. Световният океан е охлаждан в продължение на 15 милиона години, а количеството жизнено важно в атмосферата е намаляло, независимо от излагането на човека. Вероятно на Земята се извършват някои естествени процеси, което води до факта, че потреблението на кислород става по-високо от нейното производство.

Излагане на човека на атмосферния състав

Нека да говорим за влиянието на човека върху състава на въздуха. Нивото, което имаме днес, е идеално за живите същества, съдържанието на кислород във въздуха е 21%. Балансът на неговите и други газове се определя от жизнения цикъл в природата: животните издишват въглероден диоксид, растенията го използват и освобождават кислород.

Но няма гаранция, че това ниво винаги ще бъде постоянно. Увеличава количеството отделен въглероден диоксид в атмосферата. Това се дължи на използването на гориво от човечеството. И както е известно, то е образувано от вкаменелости от органичен произход и въглероден диоксид навлиза във въздуха. Междувременно най-големите растения на нашата планета, дървета, се унищожават с нарастваща скорост. След минута километри от гората изчезнат. Това означава, че известно количество кислород във въздуха постепенно пада и учените вече сигнализират за тревога. Атмосферата на Земята не е безгранична килерка и от нея не влиза кислород. Тя се развиваше заедно с развитието на Земята. Необходимо е постоянно да се помни, че този газ се получава от растителността в процеса на фотосинтезата, дължащ се на потреблението на въглероден диоксид. И всяко значително намаляване на растителността под формата на унищожаване на горите неизбежно намалява навлизането на кислород в атмосферата, като по този начин нарушава равновесието.