Hapnik ei tohi otsa saada. Teadlased on välja arvutanud aja, millal maakeral õhk otsa saab

Tempot ehmatavaks nimetada oleks aga liialdus.

Uurinud sadu tuhandeid aastaid Granlandi liustikes lõksus olnud õhumulle, leidsid teadlased, et selle aja jooksul oli Maa atmosfääris vähem hapnikku. Samas ei oska grupp spetsialiste eesotsas Daniel Stolperiga Princetoni ülikoolist veel kindlalt nimetada põhjust, miks üle 800 tuhande aasta on atmosfäär kaotanud rohkem hapnikku kui sisse saanud.

Teadlased rõhutavad, et hapniku kontsentratsioon õhus väheneb väga mõõdukas tempos – sadade aastatuhandete jooksul alates pleistotseenist on see vähenenud vaid 0,7 protsenti. Asjatundjate sõnul viisid nad ise mõõtmised läbi eelkõige uudishimust ega osanud ette ennustada, kas hapnikusisaldus õhus on selle aja jooksul muutunud ja kui, siis mis suunas. Mõõtmine ei näidanud just kõige eredamat, kuid täiesti selget trendi selle vähenemise suunas, märgivad teadlased.

Nagu eksperdid meenutavad, olid kauges minevikus meie planeedi hapnikutaseme kõikumised väga olulised. Paar miljardit aastat tagasi oletatakse, et seda materjali atmosfääris üldse ei olnud, kuid siis hakkasid sinivetikad seda vabastama, määrates sellega igaveseks evolutsiooni suuna planeedil. Seejärel hakkasid hapnikku tootma väga erinevad taimed ja veelgi hiljem osutus see vajalikuks keerukate loomade elu toetamiseks. Hapnikku ei tarbi mitte ainult elusolendid, vaid see "raisatakse" ka silikaatkivimite murenemise ajal. Samuti õnnestub teadlaste sõnul ligikaudu igal aastatuhandel kõik atmosfääri O-aatomid olla veemolekulides ja saada uuesti hapnikuks.

Teadlased kinnitasid, et olenemata nende avastatud nähtuse tegelikest põhjustest, hapnik Maal lähitulevikus kindlasti otsa ei saa. Sellegipoolest kipuvad eksperdid pidama saadud tulemusi veel üheks põhjuseks mõelda, kuidas täpselt planeeti inimtegevus mõjutab – tänapäeval tarbivad inimesed tuhandeid kordi rohkem hapnikku kui varem, kiirendades sellega juba looduses täheldatud selle koguse vähendamise protsessi.

Vaid 2,3 miljardit aastat tagasi ei sisaldanud Maad ümbritsev õhk absoluutselt hapnikku. Tollaste ürgsete eluvormide jaoks oli see asjaolu tõeline kingitus.

Ürgookeanis elanud üherakulised bakterid ei vajanud oma elutähtsate funktsioonide säilitamiseks hapnikku. Siis juhtus midagi.

Kuidas hapnik Maale ilmus?

Teadlased usuvad, et arenedes õppisid mõned bakterid veest vesinikku ekstraheerima. On teada, et vesi on vesiniku ja hapniku ühend, seega oli vesiniku ekstraheerimise reaktsiooni kõrvalprodukt hapniku moodustumine, selle vabanemine vette ja seejärel atmosfääri.

Aja jooksul on mõned organismid kohanenud elama uue gaasiga atmosfääris. Keha on leidnud viisi, kuidas kasutada hapniku hävitavat energiat ja kasutada seda toitainete kontrollitud lagundamiseks, mille käigus vabaneb energia, mida keha kasutab oma elutähtsate funktsioonide säilitamiseks.

Seotud materjalid:

Maa kese ja vahevöö

Seda hapniku kasutamise meetodit nimetatakse hingamiseks, mida me kasutame iga päev, ka tänapäeval. Hingamine on viis hapnikuohu tõrjumiseks: see võimaldas Maal areneda suurematele organismidele - mitmerakulistele, millel on juba keeruline struktuur. Lõppude lõpuks sünnitas evolutsioon inimese just hingamise tulekuga.

Kust tuli Maalt hapnik?

Möödunud miljonite aastate jooksul on hapniku hulk Maal suurenenud 0,2 protsendilt praeguse 21 protsendini atmosfäärist. Kuid ookeanibakterid pole ainsad, kes atmosfääri hapnikusisalduse suurenemises süüdi on. Teadlased usuvad, et teine ​​hapnikuallikas oli kokkupõrked mandrid. Nende arvates paiskus kokkupõrke ja seejärel mandrite lahknemise käigus atmosfääri suures koguses hapnikku.

Seotud materjalid:

Maa saladused

Kuidas? Mandrite kokkupõrgete ja lahknemiste tagajärjel vajusid tohutud settekivimid merepõhja, kandes endaga kaasa suures koguses orgaanilist ainet. Kui seda ei juhtuks, kulutaks rohkem hapnikku nende orgaaniliste ainete seedimisele ja oksüdatsioonile. Kuna need muutusid oksüdatsioonile kättesaamatuks, tekkis hapniku säästmine ja selle maht atmosfääris suurenes.

Põgenemine hapniku eest

Mõned organismid on suutnud kohaneda ja isegi saada kasu hapniku olemasolust atmosfääris. Enamik organisme ei pidanud aga elutingimuste muutustele vastu ja surid välja. Mõned elusolendiliigid päästsid end hapniku eest varjudes sügavatesse pragudesse ja muudesse eraldatud kohtadesse. Paljud elavad tänapäeval õnnelikult kaunviljade juurtes, püüdes atmosfäärist lämmastikku ja kasutades seda aminohapete (valkude ehitusplokkide) sünteesimiseks taimedes.

Seotud materjalid:

Kas Maa võib aeglustada või peatada pöörlemise?

Botulismibakter on teine ​​hapnikupõgenik. Seda leidub lihas, kalas ja taimedes. Kui nende valmistamisel ei hävine botulismibatsill kõrge temperatuuriga toiduvalmistamise ajal, siis võib see loetletud toodetest valmistatud konservides intensiivselt paljuneda.

See juhtub seetõttu, et purkidele puudub õhu juurdepääs. Kui sööte botulismibatsillidega saastunud toitu, võite haigestuda ohtlikult.

Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.

• Kõige iidsemad olendid Maal...

Hapnikku seostatakse kõige sagedamini atmosfääriga. Atmosfäär on planeedi Maa skafander. Kui võrrelda, mis on inimese jaoks Maa peal elamiseks olulisem, siis võib proovida võrrelda ilma milleta ja kui kaua inimene elada ei saa. Seega võib inimene ilma toiduta elada umbes kuu aega; inimene võib elada nädal aega ilma veeta; aga ilma õhuta ei suuda inimene tundigi vastu pidada. Siiski ei tohiks selles punktis eksida, sest kõik meie kloostri komponendid on meile elutähtsad ja ilma nendeta pole mitte ainult meie areng, vaid ka elu ise võimatu.

Kust me saame hapnikku?

Sõna atmosfäär ise on kreeka päritolu ja koosneb sõnadest "atmos" - aur ja "sphaira" - kuul; see on planeedi skafand ja hapniku reservuaar. See keemiline element on organismis redoksreaktsioonide toimumiseks vajalik komponent ja lisaks täidab mitmeid kaitsefunktsioone.

Atmosfäär ulatub üle tuhande kilomeetri; jah, isegi sellisel kõrgusel tuvastatakse atmosfääri sisenevate gaaside jälgi. See pole üllatav, kuna Maa gravitatsioonivälja toime ulatub 10 Maa raadiuseni, mis on umbes 60 000 km.

Tuletagem meelde, et atmosfäär koosneb viiest põhisfäärist:

• Troposfäär (0-10 km).
• Stratosfäär (10-50 km).
• Mesosfäär (50-100 km).
• Termosfäär (100-800 km).
• Eksosfäär (800-1100 km).

Kuid selline atmosfääri jaotus ei kajasta täpselt selle sisu. Näiteks nimetatakse ionosfääriks atmosfäärikihti, mida kiiritatakse ligikaudu 80 km kõrgusel ja milles on palju ioone ja vabu elektrone.

Kogu oma pikkuses on atmosfäär enam-vähem stabiilne, kuna koosneb gaasilistest saadustest, mis tavatingimustes ei reageeri. Seda segu nimetatakse õhuks. Õhk koosneb peamiselt lämmastikust (78%), hapnikust (21%) ja argoonist (1%). Teadlaste hinnangul on meie planeedi atmosfääri mass 5 * 1015 tonni ja loomulikult asub selle põhiosa viienda ookeani õhu põhjas.

Kuid atmosfäär ei ole ainus õhu ja eriti hapniku allikas. Näiteks tohutud veevarud, mis tekitavad igas sekundis palju aurustumist, põhjustavad õhu ja selle tulemusena hapniku koostise kõikumisi. Metsad, mida sageli nimetatakse planeedi "kopsudeks", suurendavad oluliselt atmosfääri hapnikukomponenti. Inimtegevus mängib olulist rolli õhu koostise ja hapnikusisalduse kujundamisel selles. Asjaolu, et hapnik esineb paljudes ainetes tahkes ja vedelas olekus, ei mõjuta oluliselt hapnikusisaldust atmosfääris.

Oluline fakt on ka see, et hapnikku ei olnud Maa atmosfääris alati olemas – see tekkis sinna umbes 2 miljardit aastat tagasi esimeste klorofülli organismide ilmumisega. Kuid alles viimase 20 miljoni aasta jooksul on hapniku kontsentratsioon atmosfääris muutunud ligikaudu samaks kui praegu.

Kas meil võib hapnik otsa saada?

Kas on reaalne võimalus hapniku täielikuks ammendumiseks Maal? Teoreetiliselt on selline võimalus olemas, kuid paanikaks pole põhjust.

Peamised hapniku "tarbijad" on nüüdseks laialt teada:

• 500 km läbinud auto "sööb" inimese aastase hingamissageduse;
• 10 tuhat km lendav lennuk põletab 30-50 tonni hapnikku, mis on 15-20 tuhande hektari suuruse metsaala päevane tootmisnorm.

Hapnikutarbimise tase Maal on tohutu, kuid eksperimentaalsed mõõtmised näitavad, et õhuhapniku hulk pole viimase 100 aasta jooksul vähenenud. Hapniku kadu atmosfääris kompenseerib maa ja ookeanide taimestik, mis on seni võimeline tootma umbes 320 miljardit tonni vaba hapnikku. Siiski tuleb meeles pidada, et inimeste hapnikutarbimine kasvab ja taimepopulatsioon maakeral väheneb kiiresti. Neid protsesse ei kontrolli veel keegi.

Ometi ei kujuta hapnikutarbimise suurenemine endast nii olulist ohtu kui aastased umbes miljardi tonni keemiliste ühendite heide, aga ka mitu miljardit tonni tahkeid osakesi ja erinevaid aerosoole. Ehk siis mitte hapnikupuudus, vaid pidevalt atmosfääri paisatavate ainete liig ei kujuta endast peamist ohtu atmosfääriõhu hingavusele.

Mis on osoon

Nagu juba mainitud, muutub gaasi koostis ühest atmosfäärikihist teise. Maapinna lähedal asuv hapnik eksisteerib kaheaatomiliste molekulide kujul, kuid atmosfääri haruldastes kihtides dissotsieerub see päikesekiirguse mõjul aatomiteks. Seega kuskil 40 km kõrgusel on aatomihapniku sisaldus juba märkimisväärne ja 120-150 km kõrgusel O2 molekule praktiliselt pole.

Maapinnast suhteliselt väikesel kaugusel - umbes 20-35 km kaugusel - moodustab aatomhapnik, olles üsna aktiivne, molekulaarse hapnikuga kolmeaatomilisi osoonimolekule O3. See on Maa osoonikihi kõrgus. Selle tähtsus seisneb selles, et see kaitseb Maa pinda, blokeerides ultraviolettkiired. Osoonimolekulid ise on Päikese ultraviolettkiirgusele läbipaistmatud ja neelavad selle peaaegu täielikult. Teisest küljest hoiab osoonikiht kinni umbes viiendiku Maa pinnalt tulevast infrapuna-soojuskiirgusest, tagades seega stabiilse soojusrežiimi kõigile elusolenditele.

Tähelepanuväärne on, et osoonikiht tekkis ligikaudu 500-400 miljonit aastat tagasi ja sellest ajast alates on elu loomulik tasakaal Maal säilinud tänu sellele. Osoon moodustab miljondikosa kogu planeedi õhust, kuid sellest piisab eluks sobivate tingimuste säilitamiseks.

Osoonikihi peamised "vaenlased" või hävitajad on freoonid, gaasilised saasteained külmutustööstusest, parfüümide tootmisest ja paljudest muudest inimtegevuse sektoritest. Peamised freoonide tootjad on:

• Euroopa – 40%.
• USA – 35%
• Jaapan – 10%
• SRÜ – 12%.

Freooni mõju pinna lähedal praktiliselt puudub, siin on see inertgaas. Kui see aurustub ja jõuab osoonikihini, muutub see päikesekiirguse mõjul ultraviolettkiirguse kujul aatomigaasiks ja reageerib seejärel osooniga. Selle reaktsiooni käigus saadud kloormonoksiid ja molekulaarne hapnik ei toimi ultraviolettkiirte neelajana ja need jõuavad Maale.

Inimesed on “osooniaukude” olemasolust ammu teadnud ja nende päritolu kohta on siiani raske midagi kindlat öelda; aga on usaldusväärselt teada, et näiteks Antarktikas pole atmosfääris mitte ainult poole vähem osooni, vaid seal on kloormonooksiidi kontsentratsioon tavalisest sadu kordi kõrgem.

Mida tehakse

Arutelu hapniku ja eriti osooni üle jätkub. Praeguseks on inimkonna saavutuste hulka kuulunud mitmete protokollide allkirjastamine: alates 1985. aasta Viini konventsioonist osoonikihi kaitsmise kohta freooni tootvate riikide poolt kuni hiljutise 2009. aasta Kyoto lepinguni. Sellele viimasele rahvusvahelisele lepingule on alla kirjutanud 181 riiki, mis annavad üle 61% kogu maailma heitkogustest.

Atmosfääri ja eelkõige selle osoonikihi säilitamise sammude osas võib öelda, et üsna aktiivne töö käib freooniheitmete vähendamiseks atmosfääri (kasutatud freooni taaskasutamine, freooni asendamine suruõhuga aerosoolpakendites jne. .). Teisalt viiakse läbi arvukalt kampaaniaid juba rahvusvahelise staatuse omandanud metsade säästmiseks ja maailmamere reostuse vältimiseks.

Pole saladus, kui kasulik on fütoplankton keskkonnale. Samuti mängib see olulist rolli atmosfääris. Lõppude lõpuks oleme just temale võlgu hapniku vabanemise eest õhku. Lisaks on see toidupüramiidi põhjas ja toidab tegelikult kogu merd.

Teadlased on välja arvutanud, et 80 aasta pärast kaob hapnik täielikult. Michigani ülikooli töötajad on välja arvutanud, et aastal 2100 lakkab lõplikult olemast fütoplankton, peamine hapnikuallikas. Selle põhjuseks on globaalne soojenemine.

130 fütoplanktoni liigi arvukate analüüside tulemusena selgus, et polaarala vetes ja parasvöötme meredes sigib fütoplankton paremini. Kuna sealne temperatuur on elupaigale omaselt aasta keskmisest kõrgem.

Troopiline plankton, vastupidi, paljuneb hästi aasta keskmisel või isegi madalamal temperatuuril. Selgub, et globaalse soojenemise suhtes on tundlikum just troopiline fütoplankton.

Siiani ei ole teadlased üle kogu maailma täielikult teadlikud sellest, kuidas fütoplankton maailma vetes jaotub ja kuidas see globaalse soojenemise ajal käitub.

Selle tulemusena surutakse ekspertide hinnangul umbes 80 aasta pärast poolustele või sureb välja troopiline fütoplankton, mis moodustab olulise osa maailma ookeanist. Mõlema tulemuse korral oleks fütoplanktoni surm mere ökosüsteemidele suur löök. Siiski on veel lootust, et fütoplankton suudab kuidagi uute tingimustega kohaneda.

Teadlastel on raske öelda, miks mõnel planktoniliigil ei olnud võimalusi uue temperatuurirežiimiga kohanemiseks, eriti kuna põhjapoolsed fütoplanktoni liigid peaksid karmide tingimustega hästi kohanema. Lisaks ei välista teadlased võimalust, et merevetikatel võis selline võimalus olla, kuid aja jooksul kulus see ära. See lubab siiski loota, et plankton suudab endiselt muutuvate kliimatingimustega kohaneda. Lähituleviku ülesanne on just nimelt välja selgitada, millise kiirusega fütoplankton looduses toimuvate muutustega kohaneb.

Maa atmosfääril pole selgeid piiranguid. Väliskihid ulatuvad mitme tuhande kilomeetrini. kuid 90% selle massist on koondunud 16-kilomeetrisesse pinnakihti.
Kuigi atmosfääri ja ruumi vahel pole täpset geomeetrilist piiri, saab seda määratleda füüsikaliste terminite abil. Atmosfääri füüsiline piir on kõrgus, mille juures õhk on veel üsna tihe. registreerida maa ja selle ruumiga seotud füüsikaliste nähtuste järjekorda.

Atmosfääri füüsikalised omadused on heterogeensed – mitte ainult vertikaalsed; aga ka horisontaalselt. Kõrguse suurenedes muutub selle muude omaduste ja parameetrite koostis ja kogus. Atmosfääris on mitu jaotust, näiteks eraldustemperatuur.

Aluseks on tavaks võtta keskmine õhutemperatuuri muutus koos kõrgusega tõusul (r = - dT 1 dg). Vastavalt nende erinevatele tunnustele (temperatuuri muutumine kõrgusega, atmosfääri koostis ja laetud osakeste olemasolu) jaguneb atmosfäär viieks peamiseks kihiks, mida nimetatakse väljadeks. Iga ülemineku vahel on õhuke kiht, mida nimetatakse pausideks. Nende nimed põhinevad nende asukohal; kuidas on troposfäär tropopausi kohal jne.

Maa atmosfääri moodustav õhk on erinevate gaaside segu. Gaase, mis omavahel keemiliselt ei reageeri, nimetatakse mehaaniliseks seguks. Õhu koostis maapinnal määratakse suurema täpsusega. Lisaks peamistele gaasidele – lämmastiku, hapniku ja argooni segudele on seal ka palju väiksema kontsentratsiooniga mehaanilisi ja muid gaasilisi lisandeid. Õhu koostis ei ole erinevatel kõrgustel ühesugune.

Kuni umbes 800 km kõrguseni domineerivad atmosfääris lämmastik ja hapnik. Üle 400 km hakkas kerggaaside – alguses heelium: ja siis vesiniku sisaldus suurenema. 800 km kõrgusel atmosfääri põhisisaldusest on peamiselt vesinik.

Puhta plaanina võib eeldada kuni ligikaudu 200 km õhku; ümbritsev on nende füüsikaliste omaduste õhuke ja ühtlane kate. Pinna tiheduse kasvades tiheduse ebaühtlus väheneb, mis toob kaasa atmosfäärimassi ebaühtlase jaotumise. Umbes pool lauda on kihtidena kuni 5 km kõrgusel Maa pinnast; 30 km kõrgusel on umbes 99 protsenti sees. Üle 35 km on atmosfääri mass alla 1%l. Sellegipoolest; On mitmeid protsesse ja nähtusi. mis tekivad otsese päikesekiirgusega kokkupuute tagajärjel. Tegelikult on see 1°/l vaheühend, mis reageerib päikesekiirgusele ja edastab selle madalamasse atmosfääri.