W przeciwieństwie do gorących i zimnych planet naszego Układu Słonecznego, planeta Ziemia ma warunki, które umożliwiają życie w jakiejś formie. Jednym z głównych warunków jest skład atmosfery, który pozwala wszystkim żywym istotom swobodnie oddychać i chroni przed śmiercionośnym promieniowaniem panującym w kosmosie.
Z czego zbudowana jest atmosfera
Ziemska atmosfera składa się z wielu gazów. To głównie azot, który zajmuje 77%. Gaz, bez którego życie na Ziemi jest nie do pomyślenia, zajmuje znacznie mniejszą objętość, zawartość tlenu w powietrzu wynosi 21% całkowitej objętości atmosfery. Ostatnie 2% to mieszanina różnych gazów, w tym argonu, dwutlenku węgla, helu, neonu, kryptonu i innych.
Ziemska atmosfera wznosi się na wysokość 8 tys. km. Powietrze do oddychania znajduje się tylko w dolnej warstwie atmosfery.troposfera, sięgająca na biegunach – 8 km, w górę, a powyżej równika – 16 km. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze staje się rzadsze, a tlen zostaje wyczerpany. Aby zastanowić się, jaka zawartość tlenu w powietrzu jest na różnych wysokościach, podamy przykład. Na szczycie Everestu (wysokość 8848 m) powietrze zawiera ten gaz 3 razy mniej niż nad poziomem morza. Dlatego zdobywcy wysokich szczytów górskich - wspinacze - mogą wspinać się na jego szczyt tylko w maskach tlenowych.
Tlen jest głównym warunkiem przetrwania na planecie
Na początku istnienia Ziemi otaczające ją powietrze nie zawierało tego gazu w swoim składzie. To było całkiem odpowiednie dla życia najprostszych - jednokomórkowych cząsteczek, które unosiły się w oceanie. Nie potrzebowali tlenu. Proces ten rozpoczął się około 2 miliony lat temu, kiedy to pierwsze żywe organizmy, w wyniku reakcji fotosyntezy, zaczęły uwalniać niewielkie dawki tego gazu otrzymanego w wyniku reakcji chemicznych, najpierw do oceanu, a następnie do atmosfery. Życie ewoluowało na planecie i przybierało różne formy, z których większość nie dotrwała do naszych czasów. Niektóre organizmy w końcu przystosowały się do życia z nowym gazem.
Nauczyli się, jak bezpiecznie używać jego mocy w celi, gdzie działała jak elektrownia, w celu wydobywania energii z pożywienia. Ten sposób używania tlenu nazywamy oddychaniem i robimy to w każdej sekundzie. To właśnie oddech umożliwił więcejzłożone organizmy i ludzi. Przez miliony lat zawartość tlenu w powietrzu gwałtownie wzrosła do obecnego poziomu około 21%. Akumulacja tego gazu w atmosferze przyczyniła się do powstania warstwy ozonowej na wysokości 8–30 km od powierzchni Ziemi. W tym samym czasie planeta otrzymała ochronę przed szkodliwym działaniem promieni ultrafioletowych. Dalsza ewolucja form życia na wodzie i na lądzie gwałtownie wzrosła w wyniku zwiększonej fotosyntezy.
Życie beztlenowe
Chociaż niektóre organizmy przystosowały się do rosnącego poziomu uwalnianego gazu, wiele z najprostszych form życia, jakie istniały na Ziemi, zniknęło. Inne organizmy przeżyły, ukrywając się przed tlenem. Niektóre z nich żyją dziś w korzeniach roślin strączkowych, wykorzystując azot z powietrza do budowy aminokwasów dla roślin. Zatrucie jadem kiełbasianym to kolejny „uchodźca” przed tlenem. Po cichu przetrwa w opakowaniach próżniowych z konserwami.
Jaki jest optymalny poziom tlenu na całe życie
Niemowlęta urodzone przedwcześnie, których płuca nie są jeszcze w pełni otwarte do oddychania, trafiają do specjalnych inkubatorów. W nich zawartość tlenu w powietrzu jest wyższa objętościowo, a zamiast zwykłych 21% ustawia się tutaj jego poziom 30-40%. Maluchy z poważnymi problemami z oddychaniem są otoczone powietrzem o 100% zawartości tlenu, aby zapobiec uszkodzeniu mózgu dziecka. Przebywanie w takich okolicznościach poprawia reżim tlenowy tkanek znajdujących się w stanie niedotlenienia i normalizuje ich funkcje życiowe. Aleza dużo w powietrzu jest tak samo niebezpieczne, jak za mało. Zbyt dużo tlenu we krwi dziecka może uszkodzić naczynia krwionośne w oczach i spowodować utratę wzroku. To pokazuje dwoistość właściwości gazu. Aby żyć, musimy nim oddychać, ale jego nadmiar może czasem stać się trucizną dla organizmu.
Proces utleniania
Gdy tlen łączy się z wodorem lub węglem, zachodzi reakcja zwana utlenianiem. Proces ten powoduje rozpad cząsteczek organicznych, które są podstawą życia. W ludzkim ciele utlenianie przebiega w następujący sposób. Czerwone krwinki zbierają tlen z płuc i przenoszą go po całym ciele. Zachodzi proces niszczenia cząsteczek jedzenia, które spożywamy. Proces ten uwalnia energię, wodę i dwutlenek węgla. Ten ostatni jest wydalany przez komórki krwi z powrotem do płuc, a my wydychamy go do powietrza. Osoba może się udusić, jeśli nie będzie mogła oddychać przez ponad 5 minut.
Oddychanie
Rozważ zawartość tlenu we wdychanym powietrzu. Powietrze atmosferyczne, które dostaje się do płuc z zewnątrz podczas wdychania, nazywane jest wdychaniem, a powietrze, które wychodzi przez układ oddechowy podczas wydychania, nazywane jest wydychaniem.
Jest to mieszanina powietrza, która wypełnia pęcherzyki płucne tym, co znajduje się w drogach oddechowych. Skład chemiczny powietrza wdychanego i wydychanego przez zdrową osobę w warunkach naturalnych jest praktyczniezmienia się i jest wyrażony w liczbach w ten sposób.
Zawartość gazu (w %)
| - | Tlen | Dwutlenek węgla | Azot i inne gazy |
| Wdychane powietrze | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Wydychane powietrze | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Powietrze pęcherzykowe | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Tlen jest głównym składnikiem powietrza na całe życie. Zmiany ilości tego gazu w atmosferze są niewielkie. Jeśli morze zawiera do 20,99% tlenu w powietrzu, to nawet w bardzo zanieczyszczonym powietrzu miast przemysłowych jego poziom nie spada poniżej 20,5%. Takie zmiany nie ujawniają wpływu na organizm człowieka. Zaburzenia fizjologiczne pojawiają się, gdy zawartość tlenu w powietrzu spada do 16-17%. Jednocześnie występuje wyraźny niedobór tlenu, który prowadzi do gwałtownego spadku aktywności życiowej, a przy zawartości tlenu 7-8% w powietrzu możliwa jest śmierć.
Atmosfera w różnych epokach
Kompozycja atmosfery zawsze wpływała na ewolucję. W różnych okresach geologicznych, na skutek klęsk żywiołowych, obserwowano wzrosty lub spadki poziomu tlenu, co pociągało za sobą zmianę w biosystemie. Około 300 milionów lat temu jego zawartość w atmosferzewzrosła do 35%, podczas gdy planetę zamieszkiwały owady gigantycznych rozmiarów. Największe wyginięcie żywych istot w historii Ziemi miało miejsce około 250 milionów lat temu. W jej trakcie zginęło ponad 90% mieszkańców oceanu i 75% mieszkańców lądu. Jedna z wersji masowego wymierania mówi, że winna była niska zawartość tlenu w powietrzu. Ilość tego gazu spadła do 12% i znajduje się w niższej atmosferze do wysokości 5300 metrów. W naszych czasach zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym sięga 20,9%, czyli o 0,7% mniej niż 800 tysięcy lat temu. Liczby te potwierdzają naukowcy z Princeton University, którzy zbadali próbki lodu Grenlandii i Atlantyku, które powstały w tym czasie. Zamarznięta woda uratowała pęcherzyki powietrza, a fakt ten pomaga obliczyć poziom tlenu w atmosferze.
Jaki jest jego poziom w powietrzu
Aktywne pochłanianie go z atmosfery może być spowodowane ruchem lodowców. Oddalając się, odsłaniają rozległe obszary warstw organicznych, które zużywają tlen. Innym powodem może być ochłodzenie wód oceanów: ich bakterie aktywniej absorbują tlen w niskich temperaturach. Naukowcy przekonują, że skok przemysłowy, a wraz z nim spalenie ogromnej ilości paliwa, nie ma specjalnego wpływu. Oceany na świecie ochładzają się od 15 milionów lat, a ilość życiodajnej materii w atmosferze zmniejszyła się niezależnie od wpływu człowieka. Jest prawdopodobne, że na Ziemi zachodzą pewne naturalne procesy, które prowadzą do tego, że zużycie tlenustaje się wyższa niż jego produkcja.
Wpływ człowieka na skład atmosfery
Porozmawiajmy o wpływie człowieka na skład powietrza. Poziom, który mamy dzisiaj jest idealny dla żywych istot, zawartość tlenu w powietrzu wynosi 21%. Bilans tego i innych gazów jest determinowany przez cykl życiowy w przyrodzie: zwierzęta wydychają dwutlenek węgla, rośliny go wykorzystują i uwalniają tlen.
Ale nie ma gwarancji, że ten poziom będzie zawsze stały. Ilość dwutlenku węgla uwalnianego do atmosfery wzrasta. Wynika to ze zużycia paliwa przez ludzkość. A jak wiadomo, powstał ze skamielin pochodzenia organicznego, a dwutlenek węgla przedostaje się do powietrza. Tymczasem największe rośliny na naszej planecie, drzewa, są niszczone w coraz szybszym tempie. Kilometry lasu znikają w ciągu minuty. Oznacza to, że część tlenu w powietrzu stopniowo spada, a naukowcy już biją na alarm. Atmosfera ziemska nie jest nieograniczoną spiżarnią i tlen nie dostaje się do niej z zewnątrz. Rozwijał się cały czas wraz z rozwojem Ziemi. Należy stale pamiętać, że gaz ten wytwarzany jest przez roślinność w procesie fotosyntezy w wyniku zużycia dwutlenku węgla. A każda znacząca redukcja wegetacji w postaci wylesiania nieuchronnie zmniejsza wnikanie tlenu do atmosfery, tym samym zaburzając jej równowagę.
