За разлика от горещите и студените планети на нашата слънчева система, планетата Земя има условия, които позволяват живот под някаква форма. Едно от основните условия е съставът на атмосферата, който позволява на всички живи същества да дишат свободно и предпазва от смъртоносната радиация, която царува в космоса.
От какво е направена атмосферата
Земната атмосфера е изградена от много газове. Това е основно азот, който заема 77%. Газът, без който животът на Земята е немислим, заема много по-малък обем, съдържанието на кислород във въздуха е 21% от общия обем на атмосферата. Последните 2% са смес от различни газове, включително аргон, въглероден диоксид, хелий, неон, криптон и други.
Земната атмосфера се издига на височина от 8 хиляди км. Дишащият въздух се намира само в долния слой на атмосферата.тропосфера, достигаща при полюсите - 8 km, нагоре, и над екватора - 16 km. С увеличаване на надморската височина въздухът става по-разреден и толкова повече кислород се изчерпва. За да разгледаме какво е съдържанието на кислород във въздуха на различни височини, ще дадем пример. На върха на Еверест (височина 8848 m) въздухът задържа този газ 3 пъти по-малко, отколкото над морското равнище. Затова покорителите на високи планински върхове - алпинистите - могат да се изкачат до върха му само с кислородни маски.
Кислородът е основното условие за оцеляване на планетата
В началото на съществуването на Земята въздухът, който я заобикаляше, не е имал този газ в състава си. Това беше доста подходящо за живота на най-простите - едноклетъчни молекули, които плуваха в океана. Нямаха нужда от кислород. Процесът започва преди около 2 милиона години, когато първите живи организми, в резултат на реакцията на фотосинтезата, започват да отделят малки дози от този газ, получен в резултат на химични реакции, първо в океана, след това в атмосферата. Животът еволюира на планетата и приема различни форми, повечето от които не са оцелели до нашето време. Някои организми в крайна сметка се приспособиха към живота с новия газ.
Те се научиха как да използват безопасно силата му в клетката, където тя действаше като електроцентрала, за да извличат енергия от храната. Този начин на използване на кислорода се нарича дишане и го правим всяка секунда. Именно дъхът направи възможно повечесложни организми и хора. В продължение на милиони години съдържанието на кислород във въздуха е нараснало до сегашното си ниво от около 21%. Натрупването на този газ в атмосферата допринесе за създаването на озоновия слой на височина 8–30 km от земната повърхност. В същото време планетата получи защита от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи. По-нататъшната еволюция на формите на живот във водата и на сушата се е увеличила бързо в резултат на засилената фотосинтеза.
Анаеробен живот
Въпреки че някои организми са се адаптирали към нарастващите нива на отделяния газ, много от най-простите форми на живот, съществували на Земята, са изчезнали. Други организми са оцелели, криейки се от кислород. Някои от тях днес живеят в корените на бобовите растения, като използват азот от въздуха за изграждане на аминокиселини за растенията. Смъртоносният организъм ботулизъм е поредният "бежанец" от кислорода. Той тихо оцелява във вакуумни опаковки с консерви.
Какво е оптималното ниво на кислород за живот
Преждевременно родените бебета, чиито бели дробове все още не са напълно отворени за дишане, попадат в специални кувьози. При тях съдържанието на кислород във въздуха е по-високо по обем и вместо обичайните 21% тук е зададено нивото му от 30-40%. Малките деца с тежки проблеми с дишането са заобиколени от въздух със 100% нива на кислород, за да се предотврати увреждане на мозъка на детето. Попадането в такива условия подобрява кислородния режим на тъканите, които са в състояние на хипоксия, и нормализира жизнените им функции. Нотвърде много от него във въздуха е също толкова опасно, колкото и твърде малко. Твърде много кислород в кръвта на детето може да увреди кръвоносните съдове в очите и да причини загуба на зрението. 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.
Процес на окисление
Когато кислородът се комбинира с водород или въглерод, протича реакция, наречена окисление. Този процес кара органичните молекули, които са в основата на живота, да се разпадат. В човешкото тяло окисляването протича по следния начин. Червените кръвни клетки събират кислород от белите дробове и го пренасят по цялото тяло. Има процес на разрушаване на молекулите на храната, която ядем. Този процес освобождава енергия, вода и въглероден диоксид. Последният се отделя от кръвните клетки обратно в белите дробове, а ние го издишваме във въздуха. Човек може да се задуши, ако не може да диша за повече от 5 минути.
Дишане
Помислете за съдържанието на кислород във вдишвания въздух. Атмосферният въздух, който влиза в белите дробове отвън при вдишване, се нарича вдишван, а въздухът, който излиза през дихателната система при издишване, се нарича издишен.
Това е смес от въздух, който изпълни алвеолите с това, което е в дихателните пътища. Химичният състав на въздуха, който здравият човек вдишва и издишва при естествени условия, е практическиварира и се изразява в числа като това.
Съдържание на газ (в %)
| - | Кислород | Въглероден диоксид | Азот и други газове |
| Вдишван въздух | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Издишан въздух | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Алвеоларен въздух | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Кислородът е основният компонент на въздуха за цял живот. Промените в количеството на този газ в атмосферата са малки. Ако морето съдържа до 20,99% кислород във въздуха, то дори в много замърсен въздух на индустриалните градове нивото му не пада под 20,5%. Такива промени не разкриват ефект върху човешкото тяло. Физиологичните нарушения се появяват, когато процентът на кислород във въздуха падне до 16-17%. В същото време има ясен дефицит на кислород, което води до рязък спад на жизнената активност, а при съдържание на кислород от 7-8% във въздуха е възможна смърт.
Атмосфера в различни епохи
Съставът на атмосферата винаги е оказвал влияние върху еволюцията. В различни геоложки периоди, поради природни бедствия, са наблюдавани повишения или спадове на нивото на кислорода, което води до промяна в биосистемата. Преди приблизително 300 милиона години съдържанието му в атмосфератанарасна до 35%, докато планетата беше обитавана от насекоми с гигантски размери. Най-голямото изчезване на живи същества в историята на Земята се случи преди около 250 милиона години. По време на него загиват над 90% от жителите на океана и 75% от жителите на сушата. Една от версиите за масовото изчезване казва, че за това е виновно ниското съдържание на кислород във въздуха. Количеството на този газ е спаднало до 12% и се намира в долните слоеве на атмосферата до височина от 5300 метра. В нашата ера съдържанието на кислород в атмосферния въздух достига 20,9%, което е с 0,7% по-ниско от преди 800 хиляди години. Тези цифри се потвърждават от учени от Принстънския университет, които са изследвали образци от ледовете на Гренландия и Атлантическия океан, образували се по това време. Замръзналата вода спаси въздушните мехурчета и този факт помага да се изчисли нивото на кислород в атмосферата.
На какво се подчинява нивото му във въздуха
Активното му усвояване от атмосферата може да бъде причинено от движението на ледниците. Докато се отдалечават, те разкриват огромни области от органични слоеве, които консумират кислород. Друга причина може да бъде охлаждането на водите на океаните: бактериите му абсорбират кислород по-активно при ниски температури. Изследователите твърдят, че индустриалният скок и с него изгарянето на огромно количество гориво нямат особено въздействие. Световните океани се охлаждат от 15 милиона години и количеството жизненоважна материя в атмосферата е намаляло, независимо от човешкото въздействие. Вероятно на Земята протичат някои естествени процеси, водещи до факта, че консумацията на кислородстава по-високо от производството му.
Човешкото въздействие върху състава на атмосферата
Нека поговорим за човешкото въздействие върху състава на въздуха. Нивото, което имаме днес, е идеално за живи същества, съдържанието на кислород във въздуха е 21%. Балансът между него и другите газове се определя от жизнения цикъл в природата: животните издишват въглероден диоксид, растенията го използват и отделят кислород.
Но няма гаранция, че това ниво винаги ще бъде постоянно. Количеството въглероден диоксид, отделен в атмосферата, се увеличава. Това се дължи на използването на гориво от човечеството. И той, както знаете, се е образувал от вкаменелости от органичен произход и въглеродният диоксид навлиза във въздуха. Междувременно най-големите растения на нашата планета, дърветата, се унищожават с нарастваща скорост. Километри гора изчезват за минута. Това означава, че част от кислорода във въздуха постепенно спада и учените вече бият тревога. Земната атмосфера не е безграничен килер и кислородът не влиза в нея отвън. Той се е развивал през цялото време заедно с развитието на Земята. Трябва постоянно да се помни, че този газ се произвежда от растителността в процеса на фотосинтеза поради консумацията на въглероден диоксид. И всяко значително намаляване на растителността под формата на обезлесяване неизбежно намалява навлизането на кислород в атмосферата, като по този начин нарушава нейния баланс.
