Международная группа геологов обнаружила в Южной Африке древнейший из известных «кислородных карманов» - место, где уже 2,97 миллиарда лет назад, за 430 миллионов до кислородной революции, жили и выделяли кислород первые фотосинтезирующие организмы.
В атмосфере молодой Земли кислорода было очень мало; сегодняшние 20% этого газа в воздухе - результат деятельности фотосинтезирующих растений и бактерий. Первыми выделять кислород начали цианобактерии - одноклеточные фотосинтезирующие организмы. Сначала выделяемый ими кислород расходовался только на окисление горных пород, однако около 2,5 млрд лет этот процесс завершился, и кислород начал накапливаться в воздухе и растворяться в океане; это событие называют кислородной революцией (или катастрофой, поскольку в результате обогащения атмосферы кислорода погибли виды, приспособленные к жизни в восстановительной, а не окислительной атмосфере).
Скачок содержания кислорода в атмосфере древней Земли определяют по распределению изотопов серы в осадочных породах. Как выяснила в середине девяностых группа геохимиков из Калтеха, распределение изотопов серы резко изменилось после кислородной революции из-за появления озонового слоя, укрывшего Землю от солнечного ультрафиолета, который увеличивал реакционную способность легких изотопов серы и создавал так называемое независимое от массы распределение.
О деятельности первых фотосинтезирующих организмов до кислородной революции ученые узнают по составу осадочных пород, медленно накапливавшихся в «кислородных карманах». Это участки вблизи больших бактериальных матов, вокруг которых концентрация кислорода была ближе к современной, чем на всей остальной планете. Известно несколько таких «кислородных карманов» возрастом от 2,5 до 2,7 млрд лет; их находили на всех континентах, кроме Антарктиды. Помимо углерода (из углекислого газа), водорода и кислорода (из воды), им нужны другие элементы, такие как сера и азот. Цианобактерии получали серу, восстанавливая ее из сульфатов в почве. Породы, на которых жили и делились цианобактерии, как и породы, образовавшиеся после кислородной революции, характеризуются независимым от массы распределением изотопов серы.
В прошлом году международная группа геологов из Университета Тюбингена в Германии обнаружила на территории заповедника Понгола в ЮАР породу, распределение изотопов серы в которой говорит о высокой концентрации кислорода в атмосфере уже 2,97 миллиарда лет назад, задолго до того, как произошла кислородная революция. Распределение изотопов серы в породах формации Понгола делает понгольский «кислородный карман» древнейшим из известных на сегодняшний день.
Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного
образования детей Дворец детского (юношеского) творчества
Пушкинского района города Санкт-Петербурга
Государственное бюджетное образовательное учреждение средняя школа №530
с углубленным изучением предметов естественно-математического цикла
Пушкинского района города Санкт-Петербурга
ТЕМА РАБОТЫ:
«Источники кислорода на нашей планете»
Работу выполнила ученица 2б класса
ГБОУ школы № 530 с углубленным изучением
предметов естественно – математического цикла:
Комбурлей Ксения
Руководитель: Янсон Лина Викторовна,
учитель начальных классов
Санкт-Петербург - Пушкин
2016 год
Содержание
Введение………………………………………………………………………………... 3
Гипотеза, цель исследования…………………………………………………………. 4
Задачи……………………………………………………..……………………………. 4
Глава 1. Литературный обзор
В Мировом океане……………………………………………………………… 5 - 6
Что такое кислород?............................................................................................. 6 - 7
Фотосинтез …………………………….…………………………………………… 8
Глава 2. Практическая часть
Растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород. 9 - 11
Пути утилизации кислорода ……………………………………………… 12- 13
Описание основных поставщиков кислорода в атмосферу……………. 13 – 17
Выводы…………………………………………………………………………………. 17
Заключение ……………………………………………………………………………. 18
Список литературы……………………………………………………………………. 19
Введение
Часто мы слышим, что деревья являются главным источником кислорода на планете. Но так ли это? В своей исследовательской работе я попыталась узнать, действительно ли деревья являются основным источником кислорода или есть у него и другое происхождение.
Доля кислорода в составе воздуха – 21 %. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза – процесса, протекающего в зеленых клетках листьев растений на свету. Из простых веществ, образуются сложные химические соединения, которые потом выделяются в кислород. Этот необходимый для жизни газ поднимается в атмосферу и потом равномерно распределяется по ней.
Лесов на нашей планете с каждым годом становится все меньше и меньше. Почему же мы не ощущаем нехватку кислорода? Недавно, смотря телепередачу, я услышала, что Мировой океан называют «легкими планеты». Мне стало интересно, причем здесь океан, если это огромное количество воды. Оказывается, в воде кислород вырабатывают в результате фотосинтеза живущие в толще воды фитопланктоны.
Я решила изучить различную литературу, интернет ресурсы, а также провести опыты и узнать, что же в действительности является основным источником кислорода на нашей планете.
Гипотеза
Возможно ли что кислород, вырабатываемый в водах Мирового океана в огромном количестве, поступает в атмосферу, а не только используется обитателями океана?
Цель исследовательской работы:
Выяснить, что является основным источником кислорода на нашей планете и почему Мировой океан называют «легкими планеты».
Задачи
Собрать информацию по интересующей теме.
Ознакомиться с процессом фотосинтеза – главным источником кислорода на Земле.
Найти ответ на вопрос:
Куда еще кроме дыхания используется кислород, и в каком количестве?
Изучить основные источники кислорода и провести сравнительный анализ.
Обобщить результаты работы и сделать выводы.
Глава 1. Литературный обзор
1.1 В Мировом океане
Всей своей поверхностью Мировой океан соприкасается с атмосферой. И естественно, что на рубеже этих стихий между ними происходит интенсивный обмен. В обоих направлениях перемещаются газы, влага и тепло. Ежедневно в атмосфере в виде паров находится около 13 тысяч кубических километров воды. Этот постоянный фонд влаги все время пополняется за счет испарения воды с поверхности океана и расходуется, выпадая на поверхность планеты в виде осадков.
Общая масса воды, которую океан отдает атмосфере, составляет около 355 тысяч кубических километров в год. Обратно же, из воздуха в море, возвращается только 320 тысяч кубических километров. Остальная вода (35 тысяч кубо-километров), прежде чем вернуться в океан, проходит сложный цикл на суше.
Таким образом, только одна десятая часть того огромного количества влаги, которое испаряется с поверхности Мирового океана, орошает леса и поля, а девять десятых циркулируют в замкнутой системе «море - атмосфера».
В нижних слоях атмосферы воздух состоит из 78 процентов азота и 21 процента кислорода (кроме того, в нем имеются инертные газы, водород и углекислота, в сумме составляющие 1 процент объема). Растворимость разных газов в воде неодинакова; там, кислород растворяется в ней значительно легче азота, поэтому объемное соотношение кислорода к азоту в океанических водах равно 1:2, а не 1:4, как в воздухе.
Кислород, растворенный в водах Мирового океане, полностью обеспечивает потребность морских организмов, за его счет происходит также окисление органических и минеральных продуктов. Тем не менее в воде постоянно имеются излишки кислорода, который улетучивается в атмосферу. Особенно обильно он поступает в атмосферу в местах произрастания морских растений, в первую очередь одноклеточных планктонных водорослей.
Ученые предполагают, что весь кислород воздушной оболочки нашей планеты образовался за счет фотосинтеза и его наличие в атмосфере поддерживается зелеными растениями. Как известно, в ХХ столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы, дающие немалую долю кислорода, синтезируемого наземной растительностью.
В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает. Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической деятельности. Относительное количество этого вещества в воздухе ничтожно и равно (по объему) 0,03 процента. Однако роль его в становлении глобальных климатических условий и для нормального развития жизни совершенно несоразмерна со столь малой величиной.
1.2 Что такое кислород?
Так что же такое кислород? Кислород – это невидимый газ, без вкуса, лишен запаха, газообразен при обычных условиях.
Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество со свойствами, которые, как мы теперь знаем, присущи кислороду.
Кислород открыли почти одновременно два выдающихся химика второй половины XVIII в. швед Карл Вильгельм Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Шееле получил кислород раньше, но его трактат «О воздухе и огне», содержавший информацию о кислороде, был опубликован позже, чем сообщение об открытии Пристли.
Кислород самый распространенный элемент на нашей планете. Он входит в состав воды (88,9%), а ведь она покрывает 2/3 поверхности земного шара, образуя его водную оболочку гидросферу. Кислород вторая по количеству и первая по значению для жизни составная часть воздушной оболочки Земли атмосферы, где на его долю приходится 21% (по объему) и 23,15% (по массе). Кислород входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры литосферы: из каждых 100 атомов земной коры на долю кислорода приходится 58 атомов.
Как вы уже знаете, обычный кислород существует в форме О 2 . Это газ без цвета, запаха и вкуса. В жидком состоянии кислород имеет светло-голубую окраску, в твердом - синюю. В воде газообразный кислород растворим лучше, чем азот и водород.
Кислород участвует и в процессах медленного окисления различных веществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чем реакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организме является источником энергии, за счет которой живет организм. Кислород для этой цели доставляется гемоглобином крови, который способен образовывать с ним непрочное соединение уже при комнатной температуре. Окисленный гемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составные части пищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая энергию, необходимую для деятельности организма.
Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных.
Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс - фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений.
1.4 Фотосинтез
Фотосинтез – это образование сахаров из воды и углекислого газа за счет энергии солнечного света, при котором выделяется «отход производства» - кислород, необходимый почти всем организмам для дыхания. При дыхании вновь образуется углекислый газ, нужный для фотосинтеза. Фотосинтез поддерживает баланс этих двух газов в атмосфере.
Солнечную энергию для фотосинтеза улавливает пигмент хлорофилл, придающий зеленый цвет траве и листьям. Этот пигмент играет в фотосинтезе главную роль.
У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах (пигментсодержащие и светоотражающие клетки), имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты. Фотосинтезирующие организмы располагаются в самом низу пищевой пирамиды, поэтому является источником пищи для всего живого на планете. Выделяющийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.
Глава 2. Практическая часть
2.1 Растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород.
Я решила провести опыты и доказать, что зеленые растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород.
Ход опыта:
Кладем в одну банку листья, сорванные с комнатного растения. Вытесняю при помощи свечки из банки кислород, т.е. в процессе горения в закрытой банке кислород превращается в углекислый газ, и свечка гаснет. Плотно закрываю банку крышкой.
Тоже проделываем с банкой без листьев
В результате опыта у меня остаются 2 закрытые банки, содержащие углекислый газ, при этом одна банка пустая, а в другой листья комнатного растения.
Банки плотно закрываем и оставляем на 2 дня, при этом они находятся под воздействием солнечного и искусственного света (свет ламп).
Через двое суток аккуратно приоткрываем банку с листьями (надо заметить, что на стенках банки образовалось небольшое кол-во влаги) и опускаем в нее горящую свечку. Свеча горит, значит, появился кислород, т.к. он необходим для горения.
Такой же опыт проделываем со второй банкой, свечка тухнет.
Вывод:
Воздух в банке с листьями, стоявшей на свету, изменился - в ней появился кислород;
Во второй банке изменений не произошло.
Итак, листья на свету вырабатывают кислород.
Тут у меня возникает вопрос: если на зиму на значительной части Земли деревья и кустарники сбрасывают листья, то почему мы не ощущаем недостатка кислорода?
Я продолжила свое исследование.
2.2 Пути утилизации кислорода
Изучая роль кислорода в атмосфере, я выяснила, что убыль молекулярного кислорода из атмосферы происходит не только в результате дыхания.
Человеку в сутки для дыхания нужно около 830 грамм кислорода, в год – 302, 95 кг кислорода. Одно дерево в среднем вырабатывает в день 2,5 кг кислорода, в год – 912,5 кг кислорода. Известно, что 50 кв. м зеленого леса поглощает за 1 час углекислого газа столько же, сколько выделяет при дыхании за 1 час один человек, т.е. 40 г.
Количество углекислого газа, вырабатываемого всем Человечеством (6 млрд.) за 1 сутки и количество углекислого газа, который может поглотить весь лесной массив (4 млрд. га):
50 м 2 х 24 ч = 1200 м 2 - S леса, необходимая для поглощения углекислого газа, вырабатываемого 1 человеком в сутки.
1200 х 6 млрд. = га - S леса, необходимая для поглощения углекислого газа, вырабатываемого всем Человечеством за 1 сутки.
Вычисления приблизительные, т.к. различные источники дают разные данные.
Примерная площадь лесов на планете немного превышает 4 миллиарда гектаров или 30% суши. Но не все эти земли заняты деревьями - сюда входят также поляны, дороги, просеки. Именно леса занимают около 3 миллиарда га. На планете проживает более 6 миллиардов человек. При сжигании 1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода. Это примерно кислород, вырабатываемый одним деревом.
Один легковой автомобиль сжигает 1825 кг кислорода на каждые 100 км пути. Это примерно кислород, вырабатываемый 734 деревьями. Для сгорания 1 кг бензина требуется около 300 кг кислорода,
Если помножить эти цифры на 400 млн. единиц мирового парка автомобилей, можно представить себе степень угрозы, таящейся в чрезмерной автомобилизации.
Много кислорода выделяется тропическими лесами, которые часто называют «легкими планеты». При этом правда, умалчивается, что за год тропические леса потребляют практически столько же кислорода, сколько образуют. Расходуется он на дыхание организмов, разлагающих готовое органическое вещество, в первую очередь бактерий и грибов.
Таким образом, около 60 % кислорода расходуется, как это неудивительно, вовсе не на дыхание обитателей нашей планеты, а на разложение погибших организмов (гниение) и производственную деятельность человека.
Вывод: кислород не только дает нам возможность дышать полной грудью, но и выступает в роли своеобразной печки для сжигания мусора.
И так: на почётном 3 месте - наши любимые леса!
Да существует мнение, что "легкими планеты" являются леса, поскольку считается, что именно они - основные поставщики кислорода в атмосферу. Однако на самом деле это не так.
Никто не спорит, что леса, конечно же, надо сохранять и оберегать. Однако вовсе не из-за того, что они являются этими пресловутыми "легкими". Потому что на самом деле их вклад в обогащение нашей атмосферы кислородом практически равен нулю.
Как мы знаем, любое дерево не вечно, поэтому, когда, наступает время, оно умирает. Когда ствол лесного гиганта падает на землю, его организм разлагают тысячи грибов и бактерий в течение весьма длительного времени. Все они используют при этом кислород, который вырабатывается оставшимися в живых растениями. Согласно подсчетам исследователей, на подобную "уборку территории" уходит около восьмидесяти процентов "лесного" кислорода. Но оставшиеся 20 процентов кислорода вовсе не поступают в "общий атмосферный фонд", а также используются лесными жителями "на местах" в своих целях. Ведь животным, растениям, грибам и микроорганизмам тоже нужно дышать. Поскольку все леса, как правило, являются весьма густонаселенными зонами, этого остатка хватает только для того, что бы удовлетворить кислородные потребности лишь своих собственных обитателей. Для соседей (например, жителей городов, где собственной растительности мало) уже ничего не остается.
Кто же тогда находится на 2 месте?
На суше это, как ни странно торфяные болота.
Всем известно, когда на болоте погибают растения, их организмы не разлагаются, поскольку бактерии и грибы, делающие эту работу, не могут жить в болотной воде - там много природных антисептиков, выделяемых мхами.
Итак, отмершие части растений, не разлагаясь, опускаются на дно, образуя залежи торфа. А если нет разложения, то и кислород не тратится. Поэтому болота отдают в общий фонд около 50 процентов вырабатываемого ими кислорода (другую половину используют сами обитатели этих неприветливых, но весьма полезных мест). Тем не менее, взнос болот в общий "благотворительный фонд кислорода" не очень-то и велик, ведь их на Земле не так много.
Куда активнее участвуют в "кислородной благотворительности" микроскопические океанические водоросли, совокупность которых ученые называют фитопланктоном.
Эти существа настолько малы, что простым глазом их разглядеть практически невозможно.
Однако их общее количество весьма велико, счет идет на миллионы миллиардов. Весь мировой фитопланктон вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем нужно ему самому для дыхания.
И 1 место присуждается именно им!
Как я и предполагала, излишки улетучивается в атмосферу.
Чтобы проверить своё предположение я решила провести опыт , для чего взяла водные растения с водой из аквариума, и поместил в банку вместе с маленькими улитками.
Свеча горела в закрытой банке 15 секунд, израсходовав кислород, она погасла.
Отверстие в крышке я залепила пластилином и оставила банку на окне.
Через 2 дня.
Улитки остались живы, а свеча прогорела 5 секунд.
Вывод:
В банке из воды и углекислого газа благодаря растению снова появился кислород – часть использовали улитки, а часть потратилась на горение. Вот так, значит, происходит и в природе – газообмен между океаном и атмосферой!
Всей своей поверхностью Мировой океан соприкасается с атмосферой. И естественно, что на рубеже этих стихий между ними происходит интенсивный обмен. В обоих направлениях перемещаются газы, влага и тепло. Растения Мирового океана (занимающего площадь около 360 млн. км2) по приблизительным подсчетам способны ежегодно превращать в органическое вещество 20-155 млрд. т углерода. При этом они используют всего 0,11% падающей на поверхность Земли солнечной энергии.
Что касается затрат кислорода на разложение трупов, то в океане они весьма низки - примерно 20 процентов от общей выработки. Происходит это из-за того, что мертвые организмы сразу же поедаются падальщиками, которых в морской воде живет великое множество. Тех, в свою очередь, после смерти съедят другие падальщики, и так далее, то есть трупы в воде практически никогда не залеживаются. Те же останки, на которые уже ни для кого не представляют особого интереса, падают на дно, где мало кто живет, и разлагать их просто некому (так образуется всем известный ил), то есть и в данном случае кислород не расходуется.
Итак, Мировой океан занимает 70% суши и поставляет в атмосферу около 40 процентов того кислорода, которое произвел фитопланктон. Именно этот запас и расходуется в тех областях, где кислорода вырабатывается очень мало. К последним, кроме городов и деревень относятся пустыни, степи и луга, а также горы.
Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической
деятельности.
Вывод:
кислород, растворенный в водах Мирового океана, полностью обеспечивает потребность морских организмов, за его счет происходит также окисление органических и минеральных продуктов.
излишки кислорода улетучиваются в атмосферу. Особенно обильно он поступает в атмосферу в местах произрастания морских растений, в первую очередь одноклеточных планктонных водорослей.
океан удаляет излишки углекислого газа из атмосферы.
Заключение.
Как известно, в 21 столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы. В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает. Так что, как это ни странно, род человеческий живет и здравствует на Земле именно за счет микроскопических "кислородных фабрик", плавающих по поверхности океана. Их так же следует называть "легкими планеты". И всячески оберегать от нефтяных загрязнений, отравлений тяжелыми металлами и т. п., поскольку, если они вдруг прекратят свою деятельность, нам с вами будет просто нечем дышать.
Список литературы
Валери Ле Дю «Мир моря». Москва: Махаон,2005 г.
Монин А С. История Земли. Л.: Наука, 1977..
Пимон М. Р. «Тайны моря». Москва: Махаон, 2006 г.
Степанов В. Н. Природа Мирового океана. М.: Просвещение, 1982.
Тарасов В.И. "Гидросфера": Учебное пособие. Уссурийский госпединститут, 2004г.
Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л.: Гидрометеоиздат,1974
Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
Энциклопедия знатока «Зелёная планета». Москва, «Махаон»-2006
Энциклопедия для детей. Москва «Махаон»- 2013
Энциклопедия для школьников. Москва «Махаон»- 2011
Фотосинтез – Википедия.
Мировой океан – Википедия.
Кислород – Википедия.
На Земле находится 49,4% кислорода, который встречается либо в свободном виде в воздухе, либо в связанном (вода, соединения и минералы).
Характеристика кислорода
На нашей планете газ кислород распространен больше всех других химических элементов. И это неудивительно, ведь он входит в состав:
- горных пород,
- воды,
- атмосферы,
- живых организмов,
- белков, углеводов и жиров.
Кислород активный газ и поддерживает горение.
Физические свойства
В атмосфере кислород содержится в бесцветном газообразном виде. Он не имеет запаха, малорастворим в воде и других растворителях. У кислорода прочные молекулярные связи, из-за которых он химически малоактивен.
Если кислород нагревать, он начинает окислять и реагировать с большинством неметаллов и металлов. Например, железо, этот газ медленно окисляет и вызывает его ржавление.
При снижении температуры (-182,9°С), и нормальном давлении газообразный кислород переходит в другое состояние (жидкое) и приобретает бледно-синий цвет. Если температуру еще снижать (до -218,7°С) газ затвердеет и изменится до состояния синих кристаллов.
В жидком и твердом состояниях кислород приобретает синий цвет и обладает магнитными свойствами.
Древесный уголь является активным поглотителем кислорода.
Химические свойства
Почти во время всех реакций кислорода с другими веществами образуется и выделяется энергия, сила которой может зависеть от температуры. Например, при обычных температурах этот газ медленно реагирует с водородом, а при температуре выше 550°С возникает реакция со взрывом.
Кислород - активный газ, который входит в реакцию с большинством металлов, кроме платиновых и золота. Сила и динамика взаимодействия, во время которого образуются оксиды, зависит от присутствия в металле примесей, состояния его поверхности и измельчения. Некоторые металлы, во время связи с кислородом, кроме основных оксидов образуют амфотерные и кислотные оксиды. Оксиды золота и платиновых металлов возникают во время их разложения.
Кислород кроме металлов, так же активно взаимодействует практически со всеми химическими элементами (кроме галогенов).
В молекулярном состоянии кислород более активен и эту особенность используют при отбеливании различных материалов.
Роль и значение кислорода в природе
Зеленые растения вырабатывают больше всего кислорода на Земле, причем основная масса производится водными растениями. Если кислорода в воде выработалась больше, то избыток уйдет в воздух. А если меньше, то наоборот, недостающее количество будет дополнено из воздуха.
Морская и пресная вода содержит 88,8 % кислорода (по массе), а в атмосфере его 20,95 % по объёму. В земной коре больше 1500 соединений имеют в составе кислород.
Из всех газов, входящих в состав атмосферы, больше всего важен для природы и человека кислород. Он есть в каждой живой клетке и необходим всем живым организмам для дыхания. Недостаток кислорода в воздухе сразу отражается на жизнедеятельности. Без кислорода невозможно дышать, а значит жить. Человек во время дыхания за 1 мин. в среднем его потребляет 0,5 дм3. Если в воздухе его станет меньше до 1/3 его части, то он потеряет сознание, до 1/4 части — он умрет.
Дрожжи и некоторые бактерии могут жить без кислорода, но теплокровные животные, умирают при его недостатке через несколько минут.
Круговорот кислорода в природе
Круговоротом кислорода в природе называется обмен им между атмосферой и океанами, между животными и растениями во время дыхания, а так же в процессе химического горения.
На нашей планете важный источник кислорода - растения, в которых проходит уникальный процесс фотосинтеза. Во время него происходит выделение кислорода.
В верхней части атмосферы тоже образуется кислород, вследствие разделения воды под действием Солнца.
Как происходит круговорот кислорода в природе?
Во время дыхания животных, людей и растений, а так же горения любого топлива тратится кислород и образуется углекислый газ. Потом углекислым газом питаются растения, которые в процессе фотосинтеза снова вырабатывают кислород.
Таким образом, его содержание в воздухе атмосферы поддерживается и не заканчивается.
Области применения кислорода
В медицине во время операций и опасных для жизни заболеваний больным дают дышать чистым кислородом, чтобы облегчить их состояние и ускорить выздоровление.
Без баллонов с кислородом альпинисты не поднимаются в горы, а аквалангисты не погружаются на глубину морей и океанов.
Кислород широко применяется в разных видах промышленности и производства:
- для обрезки и сварки различных металлов
- для получения очень высоких температур на заводах
- для получения разнообразных химических соединений. для ускорения плавления металлов.
Так же широко кислород применяется в космической индустрии и авиации.
Не одно столетие между учеными длятся дебаты о реальном источнике кислорода на Земле. По предварительным данным первую половину жизни планета Земля вообще была без кислорода. Большая часть ученых выдвигает теорию о том, что 2,4 млрд лет назад кислород на Земле был незначительным. Кислородом наша атмосфера наполнялась постепенно.
Как на Земле появился кислород? Считается, что основной источник кислорода на Земле - цианобактерии. Это фотосинтезирующий микроб, который порождает кислород. И благодаря цианобактерии произошел резкий скачек содержания кислорода в атмосфере. Но когда и благодаря чему появились эти микробы пока до конца не известно. Также до конца еще не понятно как именно происходил процесс наполнения атмосферы Земли кислородом. Известно, что это было сочетание резкого глобального похолодания, зарождение новых видов, и появление новых минеральных пород. Как заявил Доминик Папине (специалист института Карнеги, Вашингтон), учение пока не в силах четко определить, что было причиной, а что следствием. Многое произошло практически одновременно и по этой причине так много разных несостыковок и противоречий. Чтобы больше прояснить геологическую сторону этого вопроса, Доминик Папине детально изучает процесс образование железа, а также осадочных пород, что формируются на самом дне древних морей.
Его исследования направлены на особые минералы. Эти минералы содержаться именно в образованиях железа, и они вполне могут быть связаны с возникновением жизни древних микробов и их смерти. Минералы железа, которые находятся довольно на дне морей – самый большой источник железной руды. И это не просто материал для изготовления стали. По словам геологов именно в нем скрыта богатая история зарождения жизни на планете Земле.
А происхождение этого источника до сих пор остается большой загадкой. Ученые выяснили, что для его формирования нужна помощь особых микроэлементов, но, правда, пока неизвестно каких именно. Эти морские организмы простые одноклеточные, но к сожалению никакой информации они не оставили после себя. И исследователи не могут теперь узнать, какими именно они были, и что из себя представляли.
Предполагают, что строителем таких железных минералов была именно цианобактерия. Кислород, который выходил из нее окислял железо в морях и океанах еще далеко до того как произошел великий кислородный взрыв. Но остается не ясным одно. Цианобактерия, появилась на планете Земля задолго до накопления кислорода. Выходит, что прошли сотни миллионов лет, перед тем как наша атмосфера наполнилась кислородом?
Возможно ответ в сложном переплетении биологии и геологии. Кислород, который выдыхала цианобактерия, мог разрушаться метаном. А при взаимодействии двух этих газов формируются вода и углекислый газ. Ученые отметили, что кислород никак не может накапливаться в среде богатой на метан. Метаногены вырабатывали метан и перекрывали все пути к накоплению кислорода на планете и еще нагревали Землю в результате парникового эффекта. А после того как планета Земля наполнилась кислородом количество данных организмов сократилось.
Существует мнение, что "легкими планеты" являются леса, поскольку считается, что именно они — основные поставщики кислорода в атмосферу. Однако на самом деле это не так. Главные производители кислорода живут в океане. Этих малышей невозможно увидеть без помощи микроскопа. Но все живые организмы Земли зависят от их жизнедеятельности.
Никто не спорит, что леса, конечно же, надо сохранять и оберегать. Однако вовсе не из-за того, что они являются этими пресловутыми "легкими". Потому что на самом деле их вклад в обогащение нашей атмосферы кислородом практически равен нулю.
Никто не будет отрицать тот факт, что кислородную атмосферу Земли создали и продолжают поддерживать именно растения. Это случилось потому, что они научились создавать органические вещества из неорганических, используя при этом энергию солнечного света (как мы помним из школьного курса биологии, подобный процесс называется фотосинтез). В результате этого процесса листья растений выделяют свободный кислород как побочный продукт производства. Этот необходимый нам газ поднимается в атмосферу и потом равномерно распределяется по ней.
По данным различных институтов, таким образом, на нашей планете ежегодно выбрасывается в атмосферу около 145 млрд тонн кислорода. При этом большая часть его расходуется, как это не удивительно, вовсе не на дыхание обитателей нашей планеты, а на разложение погибших организмов или, попросту говоря, на гниение (примерно 60 процентов от используемого живыми существами). Так что, как видите, кислород не только дает нам возможность дышать полной грудью, но и выступает в роли своеобразной печки для сжигания мусора.
Как мы знаем, любое дерево не вечно, поэтому, когда, наступает время, оно умирает. Когда ствол лесного гиганта падает на землю, его организм разлагают тысячи грибов и бактерий в течение весьма длительного времени. Все они используют при этом кислород, который вырабатывается оставшимися в живых растениями. Согласно подсчетам исследователей, на подобную "уборку территории" уходит около восьмидесяти процентов "лесного" кислорода.
Но оставшиеся 20 процентов кислорода вовсе не поступают в "общий атмосферный фонд", а также используются лесными жителями "на местах" в своих целях. Ведь животным, растениям, грибам и микроорганизмам тоже нужно дышать (без участия кислорода, как мы помним, многие живые существа не смогли бы получать из пищи энергию). Поскольку все леса, как правило, являются весьма густонаселенными зонами, этого остатка хватает только для того, что бы удовлетворить кислородные потребности лишь своих собственных обитателей. Для соседей (например, жителей городов, где собственной растительности мало) уже ничего не остается.
Кто же тогда является на нашей планете основным поставщиком этого необходимого для дыхания газа? На суше это, как ни странно… торфяные болота. Всем известно, когда на болоте погибают растения, их организмы не разлагаются, поскольку бактерии и грибы, делающие эту работу, не могут жить в болотной воде — там много природных антисептиков, выделяемых мхами.
Итак, отмершие части растений, не разлагаясь, опускаются на дно, образуя залежи торфа. А если нет разложения, то и кислород не тратится. Поэтому болота отдают в общий фонд около 50 процентов вырабатываемого ими кислорода (другую половину используют сами обитатели этих неприветливых, но весьма полезных мест).
Тем не менее взнос болот в общий "благотворительный фонд кислорода" не очень-то и велик, ведь их на Земле не так много. Куда активнее участвуют в "кислородной благотворительности" микроскопические океанические водоросли, совокупность которых ученые называют фитопланктоном. Эти существа настолько малы, что простым глазом их разглядеть практически невозможно. Однако их общее количество весьма велико, счет идет на миллионы миллиардов.
Весь мировой фитопланктон вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем нужно ему самому для дыхания. Хватает для того, что бы обеспечить полезным газом и всех остальных обитателей вод, и в атмосферу попадает немало. Что касается затрат кислорода на разложение трупов, то в океане они весьма низки — примерно 20 процентов от общей выработки.
Происходит это из-за того, что мертвые организмы сразу же поедаются падальщиками, которых в морской воде живет великое множество. Тех, в свою очередь, после смерти съедят другие падальщики, и так далее, то есть трупы в воде практически никогда не залеживаются. Те же останки, на которые уже ни для кого не представляют особого интереса, падают на дно, где мало кто живет, и разлагать их просто некому (так образуется всем известный ил), то есть и в данном случае кислород не расходуется.
Итак, океан поставляет в атмосферу около 40 процентов того кислорода, которое произвел фитопланктон. Именно этот запас и расходуется в тех областях, где кислорода вырабатывается очень мало. К последним, кроме городов и деревень относятся пустыни, степи и луга, а также горы.
Так что, как это ни странно, род человеческий живет и здравствует на Земле именно за счет микроскопических "кислородных фабрик", плавающих по поверхности океана. Именно их-то и следует называть "легкими планеты". И всячески оберегать от нефтяных загрязнений, отравлений тяжелыми металлами и т. п., поскольку, если они вдруг прекратят свою деятельность, нам с вами будет просто нечем дышать.
