Za razliku od toplih i hladnih planeta našeg Sunčevog sistema, planeta Zemlja ima uslove koji omogućavaju život u nekom obliku. Jedan od glavnih uslova je sastav atmosfere, koji omogućava svim živim bićima da slobodno dišu i štiti od smrtonosnog zračenja koje vlada svemirom.
Od čega je napravljena atmosfera
Zemljina atmosfera je sastavljena od mnogih gasova. To je uglavnom azot, koji zauzima 77%. Gas, bez kojeg je život na Zemlji nezamisliv, zauzima mnogo manju zapreminu, sadržaj kiseonika u vazduhu je 21% ukupne zapremine atmosfere. Posljednjih 2% je mješavina raznih plinova, uključujući argon, ugljični dioksid, helijum, neon, kripton i druge.
Zemljina atmosfera diže se na visinu od 8 hiljada km. Vazduh koji se može disati nalazi se samo u donjem sloju atmosfere.troposfere, dosežući na polovima - 8 km, gore, a iznad ekvatora - 16 km. Kako se visina povećava, zrak postaje rijeđi i kisik se više troši. Da bismo razmotrili koliki je sadržaj kisika u zraku na različitim visinama, dat ćemo primjer. Na vrhu Everesta (nadmorska visina 8848 m), vazduh drži ovog gasa 3 puta manje nego iznad nivoa mora. Stoga se osvajači visokih planinskih vrhova - penjači - na njegov vrh mogu popeti samo u maskama za kiseonik.
Kiseonik je glavni uslov za opstanak na planeti
Na početku postojanja Zemlje, vazduh koji ju je okruživao nije imao ovaj gas u svom sastavu. Ovo je bilo sasvim prikladno za život najjednostavnijih - jednoćelijskih molekula koji su plutali okeanom. Nije im trebao kiseonik. Proces je započeo prije oko 2 miliona godina, kada su prvi živi organizmi, kao rezultat reakcije fotosinteze, počeli ispuštati male doze ovog plina dobivenog kao rezultat kemijskih reakcija, prvo u ocean, zatim u atmosferu. Život je evoluirao na planeti i poprimio različite oblike, od kojih većina nije preživjela do našeg vremena. Neki organizmi su se na kraju prilagodili životu sa novim gasom.
Naučili su kako da bezbedno koriste njegovu snagu unutar ćelije, gde je delovala kao elektrana, kako bi izvukli energiju iz hrane. Ovaj način korištenja kisika zove se disanje, a mi to radimo svake sekunde. Dah je omogućio višesloženih organizama i ljudi. Tokom miliona godina, sadržaj kiseonika u vazduhu je naglo porastao na sadašnji nivo od oko 21%. Akumulacija ovog gasa u atmosferi doprinela je stvaranju ozonskog omotača na visini od 8-30 km od površine zemlje. U isto vrijeme, planeta je dobila zaštitu od štetnog djelovanja ultraljubičastih zraka. Dalja evolucija životnih oblika na vodi i na kopnu brzo se povećala kao rezultat povećane fotosinteze.
Anaerobni život
Iako su se neki organizmi prilagodili rastućem nivou gasa koji se oslobađa, mnogi od najjednostavnijih oblika života koji su postojali na Zemlji su nestali. Drugi organizmi su preživjeli skrivajući se od kisika. Neki od njih danas žive u korijenu mahunarki, koristeći dušik iz zraka za izgradnju aminokiselina za biljke. Smrtonosni organizam botulizam je još jedna "izbjeglica" od kiseonika. Tiho preživljava u vakuum paketima sa konzerviranom hranom.
Koji je optimalni nivo kiseonika za život
Prerano rođene bebe, čija pluća još nisu potpuno otvorena za disanje, padaju u posebne inkubatore. Kod njih je zapreminski veći sadržaj kiseonika u vazduhu, a umesto uobičajenih 21%, ovde je postavljen njegov nivo od 30-40%. Mališani s teškim problemima s disanjem okruženi su zrakom sa 100% nivoa kisika kako bi se spriječilo oštećenje djetetovog mozga. Boravak u takvim okolnostima poboljšava oksigenaciju tkiva koja su u stanju hipoksije i normalizuje njihove vitalne funkcije. Alipreviše toga u vazduhu jednako je opasno kao i premalo. Previše kisika u krvi djeteta može oštetiti krvne sudove u očima i uzrokovati gubitak vida. Ovo pokazuje dualnost svojstava gasa. Moramo ga disati da bismo živjeli, ali njegov višak ponekad može postati otrov za tijelo.
Proces oksidacije
Kada se kiseonik spoji sa vodonikom ili ugljenikom, dešava se reakcija koja se zove oksidacija. Ovaj proces uzrokuje raspadanje organskih molekula koji su osnova života. U ljudskom tijelu oksidacija se odvija na sljedeći način. Crvena krvna zrnca skupljaju kisik iz pluća i prenose ga po cijelom tijelu. Dolazi do procesa uništavanja molekula hrane koju jedemo. Ovaj proces oslobađa energiju, vodu i ugljični dioksid. Ovo potonje krvne ćelije izlučuju natrag u pluća, a mi ga izdišemo u zrak. Osoba se može ugušiti ako je spriječena da diše duže od 5 minuta.
Disanje
Uzmite u obzir sadržaj kiseonika u udahnutom vazduhu. Atmosferski vazduh koji ulazi u pluća izvana kada se udiše naziva se udahnutim, a vazduh koji izlazi kroz respiratorni sistem kada se izdahne naziva se izdahnutim.
To je mješavina zraka koja je ispunila alveole onim što je u disajnim putevima. Hemijski sastav vazduha koji zdrava osoba udiše i izdiše u prirodnim uslovima je praktičnovarira i izražava se u brojevima kao što je ovaj.
Sadržaj gasa (u %)
| - | Oxygen | Ugljični dioksid | Azot i drugi gasovi |
| Udahnuti zrak | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Izdahnuti zrak | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Alveolarni zrak | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Kiseonik je glavna komponenta vazduha za život. Promjene u količini ovog plina u atmosferi su male. Ako more sadrži i do 20,99% kisika u zraku, onda čak ni u vrlo zagađenom zraku industrijskih gradova njegov nivo ne pada ispod 20,5%. Takve promjene ne otkrivaju efekte na ljudski organizam. Fiziološki poremećaji nastaju kada procenat kiseonika u vazduhu padne na 16-17%. Istovremeno, postoji jasan nedostatak kiseonika, što dovodi do naglog pada vitalne aktivnosti, a sa sadržajem kiseonika od 7-8% u vazduhu, moguća je smrt.
Atmosfera u različitim epohama
Sastav atmosfere je oduvek uticao na evoluciju. U različitim geološkim vremenima, usled prirodnih katastrofa, primećeni su porasti ili padovi nivoa kiseonika, što je za sobom povlačilo i promene u biosistemu. Prije otprilike 300 miliona godina, njegov sadržaj u atmosferiporastao na 35%, dok su planetu naseljavali insekti gigantske veličine. Najveće izumiranje živih bića u istoriji Zemlje dogodilo se prije oko 250 miliona godina. Tokom njega je umrlo više od 90% stanovnika okeana i 75% stanovnika kopna. Jedna verzija masovnog izumiranja kaže da je za to kriv nizak sadržaj kisika u zraku. Količina ovog gasa je pala na 12% i nalazi se u nižim slojevima atmosfere do visine od 5300 metara. U našoj eri, sadržaj kiseonika u atmosferskom vazduhu dostiže 20,9%, što je 0,7% manje nego pre 800 hiljada godina. Ove brojke potvrđuju naučnici sa Univerziteta Princeton koji su ispitivali uzorke grenlandskog i atlantskog leda koji su se tada formirali. Zamrznuta voda spasila je mjehuriće zraka, a ova činjenica pomaže da se izračuna nivo kiseonika u atmosferi.
Čemu odgovara njegov nivo u zraku
Aktivna apsorpcija istog iz atmosfere može biti uzrokovana kretanjem glečera. Kako se udaljavaju, otkrivaju ogromna područja organskih slojeva koji troše kisik. Drugi razlog može biti hlađenje voda oceana: njegove bakterije aktivnije apsorbiraju kisik na niskim temperaturama. Istraživači tvrde da industrijski skok, a time i sagorijevanje ogromne količine goriva, nemaju poseban utjecaj. Svjetski okeani hlade se 15 miliona godina, a količina vitalne materije u atmosferi se smanjila bez obzira na ljudski uticaj. Vjerovatno se na Zemlji odvijaju neki prirodni procesi koji dovode do toga da se troši kisikpostaje veći od njegove proizvodnje.
Ljudski uticaj na sastav atmosfere
Hajde da razgovaramo o ljudskom uticaju na sastav vazduha. Nivo koji imamo danas je idealan za živa bića, sadržaj kiseonika u vazduhu je 21%. Ravnoteža njega i drugih plinova određena je životnim ciklusom u prirodi: životinje izdišu ugljični dioksid, biljke ga koriste i oslobađaju kisik.
Ali ne postoji garancija da će ovaj nivo uvijek biti konstantan. Količina ugljičnog dioksida koji se oslobađa u atmosferu raste. To je zbog upotrebe goriva od strane čovječanstva. A on je, kao što znate, nastao od fosila organskog porijekla i ugljični dioksid ulazi u zrak. U međuvremenu, najveće biljke na našoj planeti, drveće, sve se brže uništavaju. Kilometri šume nestaju za minut. To znači da dio kiseonika u zraku postepeno opada i naučnici već dižu uzbunu. Zemljina atmosfera nije neograničena ostava i kiseonik u nju ne ulazi izvana. Razvijala se cijelo vrijeme zajedno sa razvojem Zemlje. Mora se stalno imati na umu da ovaj plin proizvodi vegetacija u procesu fotosinteze zbog potrošnje ugljičnog dioksida. I svako značajno smanjenje vegetacije u obliku krčenja šuma neizbježno smanjuje ulazak kisika u atmosferu, narušavajući time njenu ravnotežu.
