Σε αντίθεση με τους ζεστούς και κρύους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, ο πλανήτης Γη έχει συνθήκες που επιτρέπουν τη ζωή σε κάποια μορφή. Μία από τις βασικές προϋποθέσεις είναι η σύνθεση της ατμόσφαιρας, η οποία επιτρέπει σε όλα τα ζωντανά να αναπνέουν ελεύθερα και προστατεύει από τη θανατηφόρα ακτινοβολία που βασιλεύει στο διάστημα.
Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα
Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από πολλά αέρια. Είναι κυρίως άζωτο, το οποίο καταλαμβάνει το 77%. Το αέριο, χωρίς το οποίο η ζωή στη Γη είναι αδιανόητη, καταλαμβάνει πολύ μικρότερο όγκο, η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο είναι 21% του συνολικού όγκου της ατμόσφαιρας. Το τελευταίο 2% είναι ένα μείγμα από διάφορα αέρια, όπως αργό, διοξείδιο του άνθρακα, ήλιο, νέον, κρυπτό και άλλα.
Η ατμόσφαιρα της Γης ανεβαίνει σε ύψος 8 χιλιάδων χιλιομέτρων. Ο αναπνεύσιμος αέρας βρίσκεται μόνο στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας.τροπόσφαιρα, φτάνοντας στους πόλους - 8 km, πάνω και πάνω από τον ισημερινό - 16 km. Καθώς το υψόμετρο αυξάνεται, ο αέρας γίνεται πιο αραιός και τόσο περισσότερο εξαντλείται το οξυγόνο. Για να εξετάσουμε ποια είναι η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο σε διαφορετικά ύψη, θα δώσουμε ένα παράδειγμα. Στην κορυφή του Έβερεστ (υψόμετρο 8848 m), ο αέρας συγκρατεί αυτό το αέριο 3 φορές λιγότερο από ό,τι πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Επομένως, οι κατακτητές των ψηλών βουνοκορφών - ορειβάτες - μπορούν να ανέβουν στην κορυφή του μόνο με μάσκες οξυγόνου.
Το οξυγόνο είναι η κύρια προϋπόθεση για την επιβίωση στον πλανήτη
Στην αρχή της ύπαρξης της Γης, ο αέρας που την περιέβαλλε δεν είχε αυτό το αέριο στη σύνθεσή του. Αυτό ήταν αρκετά κατάλληλο για τη ζωή των απλούστερων - μονοκύτταρων μορίων που επέπλεαν στον ωκεανό. Δεν χρειάζονταν οξυγόνο. Η διαδικασία ξεκίνησε πριν από περίπου 2 εκατομμύρια χρόνια, όταν οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί, ως αποτέλεσμα της αντίδρασης της φωτοσύνθεσης, άρχισαν να απελευθερώνουν μικρές δόσεις αυτού του αερίου που ελήφθη ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων, πρώτα στον ωκεανό και μετά στην ατμόσφαιρα. Η ζωή εξελίχθηκε στον πλανήτη και πήρε ποικίλες μορφές, οι περισσότερες από τις οποίες δεν έχουν επιβιώσει μέχρι την εποχή μας. Ορισμένοι οργανισμοί προσαρμόστηκαν τελικά στη ζωή με το νέο αέριο.
Έμαθαν πώς να χρησιμοποιούν τη δύναμή του με ασφάλεια μέσα στο κελί, όπου λειτουργούσε ως μονάδα παραγωγής ενέργειας, προκειμένου να εξάγουν ενέργεια από τα τρόφιμα. Αυτός ο τρόπος χρήσης του οξυγόνου ονομάζεται αναπνοή και το κάνουμε κάθε δευτερόλεπτο. Ήταν η ανάσα που έκανε εφικτά για περισσότεραπολύπλοκους οργανισμούς και ανθρώπους. Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο έχει εκτοξευθεί στα ύψη στο σημερινό της επίπεδο περίπου 21%. Η συσσώρευση αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα συνέβαλε στη δημιουργία του στρώματος του όζοντος σε ύψος 8–30 km από την επιφάνεια της γης. Ταυτόχρονα, ο πλανήτης έλαβε προστασία από τις βλαβερές συνέπειες των υπεριωδών ακτίνων. Η περαιτέρω εξέλιξη των μορφών ζωής στο νερό και στην ξηρά έχει αυξηθεί γρήγορα ως αποτέλεσμα της αυξημένης φωτοσύνθεσης.
Αναερόβια ζωή
Αν και ορισμένοι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί στα αυξανόμενα επίπεδα του αερίου που απελευθερώνεται, πολλές από τις απλούστερες μορφές ζωής που υπήρχαν στη Γη έχουν εξαφανιστεί. Άλλοι οργανισμοί επιβίωσαν κρυμμένοι από το οξυγόνο. Μερικά από αυτά σήμερα ζουν στις ρίζες των οσπρίων, χρησιμοποιώντας άζωτο από τον αέρα για την κατασκευή αμινοξέων για τα φυτά. Ο θανατηφόρος οργανισμός αλλαντίαση είναι ένας ακόμη «πρόσφυγας» από το οξυγόνο. Επιβιώνει ήσυχα σε συσκευασίες κενού με κονσέρβες.
Ποιο είναι το βέλτιστο επίπεδο οξυγόνου για τη ζωή
Τα πρόωρα γεννημένα μωρά, των οποίων οι πνεύμονες δεν έχουν ακόμη ανοίξει πλήρως για να αναπνεύσουν, πέφτουν σε ειδικές θερμοκοιτίδες. Σε αυτά, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα είναι υψηλότερη κατ' όγκο και αντί για το συνηθισμένο 21%, το επίπεδό του 30-40% ορίζεται εδώ. Τα νήπια με σοβαρά αναπνευστικά προβλήματα περιβάλλονται από αέρα με 100% επίπεδα οξυγόνου για να αποφευχθεί η βλάβη στον εγκέφαλο του παιδιού. Η ύπαρξη σε τέτοιες συνθήκες βελτιώνει το καθεστώς οξυγόνου των ιστών που βρίσκονται σε κατάσταση υποξίας και ομαλοποιεί τις ζωτικές τους λειτουργίες. Αλλάπάρα πολύ από αυτό στον αέρα είναι εξίσου επικίνδυνο με πολύ λίγο. Το πολύ οξυγόνο στο αίμα ενός παιδιού μπορεί να βλάψει τα αιμοφόρα αγγεία στα μάτια και να προκαλέσει απώλεια όρασης. Αυτό δείχνει τη δυαδικότητα των ιδιοτήτων του αερίου. Πρέπει να το αναπνεύσουμε για να ζήσουμε, αλλά η περίσσεια του μπορεί μερικές φορές να γίνει δηλητήριο για το σώμα.
Διαδικασία οξείδωσης
Όταν το οξυγόνο συνδυάζεται με υδρογόνο ή άνθρακα, λαμβάνει χώρα μια αντίδραση που ονομάζεται οξείδωση. Αυτή η διαδικασία προκαλεί την αποσύνθεση των οργανικών μορίων που αποτελούν τη βάση της ζωής. Στο ανθρώπινο σώμα, η οξείδωση προχωρά ως εξής. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια συλλέγουν οξυγόνο από τους πνεύμονες και το μεταφέρουν σε όλο το σώμα. Υπάρχει μια διαδικασία καταστροφής των μορίων της τροφής που τρώμε. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει ενέργεια, νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Το τελευταίο εκκρίνεται από τα αιμοσφαίρια πίσω στους πνεύμονες και το εκπνέουμε στον αέρα. Ένα άτομο μπορεί να πνιγεί εάν δεν του επιτραπεί να αναπνεύσει για περισσότερο από 5 λεπτά.
Αναπνοή
Λάβετε υπόψη την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον εισπνεόμενο αέρα. Ο ατμοσφαιρικός αέρας που εισέρχεται στους πνεύμονες από το εξωτερικό όταν εισπνέεται ονομάζεται εισπνεόμενος και ο αέρας που βγαίνει μέσω του αναπνευστικού συστήματος όταν εκπνέεται ονομάζεται εκπνεόμενος.
Είναι ένα μείγμα αέρα που γέμιζε τις κυψελίδες με αυτό που βρίσκεται στους αεραγωγούς. Η χημική σύσταση του αέρα που εισπνέει και εκπνέει ένας υγιής άνθρωπος υπό φυσικές συνθήκες είναι πρακτικάποικίλλει και εκφράζεται σε αριθμούς όπως αυτός.
Περιεκτικότητα αερίου (σε %)
| - | Οξυγόνο | διοξείδιο του άνθρακα | Άζωτο και άλλα αέρια |
| Εισπνεόμενος αέρας | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| εκπνεόμενος αέρας | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Κυψελικός αέρας | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Το οξυγόνο είναι το κύριο συστατικό του αέρα για τη ζωή. Οι αλλαγές στην ποσότητα αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα είναι μικρές. Εάν η θάλασσα περιέχει έως και 20,99% οξυγόνο στον αέρα, τότε ακόμη και στον πολύ μολυσμένο αέρα των βιομηχανικών πόλεων, η στάθμη της δεν πέφτει κάτω από το 20,5%. Τέτοιες αλλαγές δεν αποκαλύπτουν επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα. Οι φυσιολογικές διαταραχές εμφανίζονται όταν το ποσοστό οξυγόνου στον αέρα πέσει στο 16-17%. Ταυτόχρονα, υπάρχει σαφής έλλειψη οξυγόνου, η οποία οδηγεί σε απότομη πτώση της ζωτικής δραστηριότητας και με περιεκτικότητα 7-8% σε οξυγόνο στον αέρα, είναι πιθανός ο θάνατος.
Ατμόσφαιρα σε διαφορετικές εποχές
Η σύνθεση της ατμόσφαιρας πάντα επηρέαζε την εξέλιξη. Σε διαφορετικούς γεωλογικούς χρόνους, λόγω φυσικών καταστροφών, παρατηρήθηκαν αυξήσεις ή πτώσεις στο επίπεδο του οξυγόνου και αυτό συνεπαγόταν αλλαγή στο βιοσύστημα. Πριν από περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια, το περιεχόμενό του στην ατμόσφαιραανήλθε στο 35%, ενώ ο πλανήτης κατοικούνταν από έντομα γιγαντιαίου μεγέθους. Η μεγαλύτερη εξαφάνιση έμβιων όντων στην ιστορία της Γης συνέβη πριν από περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκειά του πέθαναν πάνω από το 90% των κατοίκων του ωκεανού και το 75% των κατοίκων της ξηράς. Μια εκδοχή της μαζικής εξαφάνισης λέει ότι φταίει η χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα. Η ποσότητα αυτού του αερίου έχει πέσει στο 12% και βρίσκεται στη χαμηλότερη ατμόσφαιρα έως και σε ύψος 5300 μέτρων. Στην εποχή μας, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον ατμοσφαιρικό αέρα φτάνει το 20,9%, το οποίο είναι 0,7% χαμηλότερο από ό,τι πριν από 800 χιλιάδες χρόνια. Τα στοιχεία αυτά επιβεβαιώνονται από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον που εξέτασαν δείγματα του πάγου της Γροιλανδίας και του Ατλαντικού που σχηματίστηκαν εκείνη την εποχή. Το παγωμένο νερό έσωσε τις φυσαλίδες αέρα και αυτό το γεγονός βοηθά στον υπολογισμό του επιπέδου του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα.
Τι υπακούει το επίπεδό του στον αέρα
Η ενεργή απορρόφησή του από την ατμόσφαιρα μπορεί να προκληθεί από την κίνηση των παγετώνων. Καθώς απομακρύνονται, αποκαλύπτουν τεράστιες περιοχές οργανικών στρωμάτων που καταναλώνουν οξυγόνο. Ένας άλλος λόγος μπορεί να είναι η ψύξη των υδάτων των ωκεανών: τα βακτήρια του απορροφούν το οξυγόνο πιο ενεργά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι το βιομηχανικό άλμα και μαζί του η καύση τεράστιας ποσότητας καυσίμου δεν έχει ιδιαίτερο αντίκτυπο. Οι ωκεανοί του κόσμου ψύχονται για 15 εκατομμύρια χρόνια και η ποσότητα της ζωτικής ύλης στην ατμόσφαιρα έχει μειωθεί ανεξάρτητα από την ανθρώπινη επίδραση. Είναι πιθανό ότι ορισμένες φυσικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα στη Γη, που οδηγούν στο γεγονός ότι η κατανάλωση οξυγόνουγίνεται υψηλότερο από την παραγωγή του.
Ανθρώπινη επίδραση στη σύνθεση της ατμόσφαιρας
Ας μιλήσουμε για την ανθρώπινη επίδραση στη σύνθεση του αέρα. Το επίπεδο που έχουμε σήμερα είναι ιδανικό για ζωντανά όντα, η περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο είναι 21%. Η ισορροπία του και των άλλων αερίων καθορίζεται από τον κύκλο ζωής στη φύση: τα ζώα εκπνέουν διοξείδιο του άνθρακα, τα φυτά το χρησιμοποιούν και απελευθερώνουν οξυγόνο.
Αλλά δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι αυτό το επίπεδο θα είναι πάντα σταθερό. Η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα αυξάνεται. Αυτό οφείλεται στη χρήση καυσίμων από την ανθρωπότητα. Και, όπως γνωρίζετε, σχηματίστηκε από απολιθώματα οργανικής προέλευσης και το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στον αέρα. Εν τω μεταξύ, τα μεγαλύτερα φυτά στον πλανήτη μας, τα δέντρα, καταστρέφονται με αυξανόμενο ρυθμό. Χιλιόμετρα δάσους εξαφανίζονται σε ένα λεπτό. Αυτό σημαίνει ότι μέρος του οξυγόνου στον αέρα πέφτει σταδιακά και οι επιστήμονες κρούουν ήδη τον κώδωνα του κινδύνου. Η ατμόσφαιρα της γης δεν είναι ένα απεριόριστο ντουλάπι και το οξυγόνο δεν εισέρχεται από έξω. Αναπτύχθηκε συνεχώς μαζί με την ανάπτυξη της Γης. Πρέπει να θυμόμαστε συνεχώς ότι αυτό το αέριο παράγεται από τη βλάστηση στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης λόγω της κατανάλωσης διοξειδίου του άνθρακα. Και οποιαδήποτε σημαντική μείωση της βλάστησης με τη μορφή αποψίλωσης των δασών αναπόφευκτα μειώνει την είσοδο οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, διαταράσσοντας έτσι την ισορροπία της.
