Skirtingai nei karštosiose ir š altosiose mūsų Saulės sistemos planetose, Žemės planetoje yra sąlygos, leidžiančios tam tikra forma gyvuoti. Viena iš pagrindinių sąlygų yra atmosferos sudėtis, kuri leidžia visiems gyviems dalykams laisvai kvėpuoti ir apsaugo nuo mirtinos spinduliuotės, kuri karaliauja erdvėje.
Iš ko sukurta atmosfera
Žemės atmosferą sudaro daugybė dujų. Tai daugiausia azotas, kuris užima 77%. Dujos, be kurių neįsivaizduojama gyvybė Žemėje, užima daug mažesnį tūrį, deguonies kiekis ore sudaro 21% viso atmosferos tūrio. Paskutiniai 2 % yra įvairių dujų, įskaitant argoną, anglies dioksidą, helią, neoną, kriptoną ir kt., mišinys.
Žemės atmosfera pakyla į 8 tūkstančių km aukštį. Kvėpuojantis oras randamas tik apatiniame atmosferos sluoksnyje.troposfera, pasiekianti ašigalius – 8 km, aukštyn, o virš pusiaujo – 16 km. Didėjant aukščiui, oras plonėja, o deguonies išsenka. Norėdami apsvarstyti, koks deguonies kiekis ore yra skirtinguose aukščiuose, pateiksime pavyzdį. Everesto viršūnėje (8848 m aukštyje) ore šių dujų yra 3 kartus mažiau nei virš jūros lygio. Todėl aukštų kalnų viršūnių užkariautojai – alpinistai – gali kopti į jos viršūnę tik su deguonies kaukėmis.
Deguonis yra pagrindinė išlikimo planetoje sąlyga
Žemės egzistavimo pradžioje ją supusiame ore šių dujų nebuvo. Tai buvo gana tinkama paprasčiausių - vienaląsčių molekulių, plūduriuojančių vandenyne, gyvenimui. Jiems nereikėjo deguonies. Procesas prasidėjo maždaug prieš 2 milijonus metų, kai pirmieji gyvi organizmai dėl fotosintezės reakcijos pradėjo išleisti nedideles šių dujų, gautų cheminių reakcijų metu, dozes iš pradžių į vandenyną, paskui į atmosferą. Gyvybė planetoje išsivystė ir įgavo įvairias formas, kurių dauguma neišliko iki mūsų laikų. Kai kurie organizmai ilgainiui prisitaikė prie gyvenimo su naujomis dujomis.
Jie išmoko saugiai panaudoti jo galią kameroje, kur ji veikė kaip elektrinė, kad išgautų energiją iš maisto. Toks deguonies panaudojimo būdas vadinamas kvėpavimu, ir mes tai darome kas sekundę. Būtent kvėpavimas leido pasiekti daugiausudėtingi organizmai ir žmonės. Per milijonus metų deguonies kiekis ore smarkiai išaugo iki dabartinio maždaug 21 % lygio. Šių dujų kaupimasis atmosferoje prisidėjo prie ozono sluoksnio susidarymo 8–30 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. Tuo pačiu metu planeta buvo apsaugota nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio. Tolesnė gyvybės formų evoliucija vandenyje ir sausumoje sparčiai išaugo dėl padidėjusios fotosintezės.
Anaerobinis gyvenimas
Nors kai kurie organizmai prisitaikė prie didėjančio išmetamų dujų kiekio, daugelis paprasčiausių Žemėje egzistavusių gyvybės formų išnyko. Kiti organizmai išgyveno slėpdamiesi nuo deguonies. Kai kurie iš jų šiandien gyvena ankštinių augalų šaknyse, naudodami azotą iš oro, kad sukurtų aminorūgštis augalams. Mirtinas organizmas botulizmas – dar vienas „pabėgėlis“nuo deguonies. Jis tyliai išgyvena vakuuminėse pakuotėse su konservuotu maistu.
Koks yra optimalus deguonies lygis visam gyvenimui
Neišnešioti kūdikiai, kurių plaučiai dar nėra visiškai atsivėrę kvėpuoti, patenka į specialius inkubatorius. Juose deguonies kiekis ore yra didesnis pagal tūrį, o vietoj įprasto 21%, čia nustatytas 30-40% jo lygis. Maži vaikai, turintys rimtų kvėpavimo problemų, yra apsupti oro, kuriame yra 100% deguonies, kad būtų išvengta vaiko smegenų pažeidimo. Esant tokioms aplinkybėms, pagerėja hipoksijos būklės audinių deguonies režimas, normalizuojasi jų gyvybinės funkcijos. Betper didelis jo kiekis ore yra toks pat pavojingas kaip ir per mažas kiekis. Per didelis deguonies kiekis vaiko kraujyje gali pažeisti akių kraujagysles ir sukelti regėjimo praradimą. Tai rodo dujų savybių dvilypumą. Turime juo kvėpuoti, kad gyventume, tačiau jo perteklius kartais gali tapti nuodu kūnui.
Oksidacijos procesas
Kai deguonis susijungia su vandeniliu arba anglimi, įvyksta reakcija, vadinama oksidacija. Šis procesas sukelia organinių molekulių, kurios yra gyvybės pagrindas, irimą. Žmogaus kūne oksidacija vyksta taip. Raudonieji kraujo kūneliai surenka deguonį iš plaučių ir perneša jį po visą kūną. Vyksta mūsų valgomo maisto molekulių sunaikinimo procesas. Šio proceso metu išsiskiria energija, vanduo ir anglies dioksidas. Pastarąjį kraujo ląstelės išskiria atgal į plaučius, o mes iškvepiame į orą. Asmuo gali uždusti, jei negali kvėpuoti ilgiau nei 5 minutes.
Kvėpavimas
Atkreipkite dėmesį į deguonies kiekį įkvepiamame ore. Atmosferos oras, kuris įkvėpus patenka į plaučius iš išorės, vadinamas įkvėptu, o oras, kuris iškvepiant išeina per kvėpavimo sistemą, vadinamas iškvepiamu.
Tai oro mišinys, pripildęs alveoles tuo, kas yra kvėpavimo takuose. Oro, kurį sveikas žmogus natūraliomis sąlygomis įkvepia ir iškvepia, cheminė sudėtis yra praktiškai tokiaskiriasi ir išreiškiamas tokiais skaičiais.
Dujų kiekis (%)
| - | Deguonis | Anglies dioksidas | Azotas ir kitos dujos |
| Įkvepiamo oro | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Iškvėpuojamas oras | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Alveolinis oras | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Deguonis yra pagrindinis gyvenimo komponentas. Šių dujų kiekio atmosferoje pokyčiai nedideli. Jei jūros ore deguonies yra iki 20,99%, tai net ir labai užterštoje pramoninių miestų ore jo lygis nenukrenta žemiau 20,5%. Tokie pokyčiai neatskleidžia poveikio žmogaus organizmui. Fiziologiniai sutrikimai atsiranda, kai deguonies procentas ore sumažėja iki 16-17%. Tuo pačiu metu yra aiškus deguonies trūkumas, dėl kurio smarkiai sumažėja gyvybinė veikla, o kai ore yra 7–8 % deguonies, galima mirti.
Įvairių epochų atmosfera
Atmosferos sudėtis visada turėjo įtakos evoliucijai. Skirtingu geologiniu laiku dėl stichinių nelaimių buvo stebimas deguonies lygio kilimas arba kritimas, o tai lėmė biosistemos pokyčius. Maždaug prieš 300 milijonų metų jo kiekis atmosferojeišaugo iki 35%, tuo tarpu planetoje gyveno milžiniško dydžio vabzdžiai. Didžiausias gyvų būtybių išnykimas Žemės istorijoje įvyko maždaug prieš 250 mln. Jo metu žuvo daugiau nei 90% vandenyno ir 75% sausumos gyventojų. Viena iš masinio išnykimo versijų sako, kad dėl to k altas mažas deguonies kiekis ore. Šių dujų kiekis sumažėjo iki 12% ir yra žemutiniuose atmosferos sluoksniuose iki 5300 metrų aukščio. Mūsų eroje deguonies kiekis atmosferos ore siekia 20,9%, tai yra 0,7% mažesnis nei prieš 800 tūkst. Šiuos skaičius patvirtina Prinstono universiteto mokslininkai, ištyrę tuo metu susiformavusio Grenlandijos ir Atlanto ledo pavyzdžius. Užšalęs vanduo išsaugojo oro burbuliukus, o šis faktas padeda apskaičiuoti deguonies lygį atmosferoje.
Kam paklūsta jo lygis ore
Aktyvią jo absorbciją iš atmosferos gali sukelti ledynų judėjimas. Tolstant jie atskleidžia didžiulius organinių sluoksnių plotus, kurie sunaudoja deguonį. Kita priežastis gali būti vandenynų vandenų atšalimas: jo bakterijos aktyviau pasisavina deguonį esant žemai temperatūrai. Mokslininkai teigia, kad pramonės šuolis ir kartu su juo didžiulio kuro kiekio deginimas ypatingos įtakos neturi. Pasaulio vandenynai vėsta 15 milijonų metų, o gyvybiškai svarbių medžiagų kiekis atmosferoje sumažėjo nepaisant žmogaus poveikio. Tikėtina, kad Žemėje vyksta kai kurie natūralūs procesai, lemiantys deguonies suvartojimątampa didesnis nei jo gamyba.
Žmogaus poveikis atmosferos sudėčiai
Pakalbėkime apie žmogaus įtaką oro sudėčiai. Šiandieninis lygis yra idealus gyvoms būtybėms, deguonies kiekis ore yra 21%. Jo ir kitų dujų balansą lemia gyvavimo ciklas gamtoje: gyvūnai iškvepia anglies dvideginį, augalai jį naudoja ir išskiria deguonį.
Tačiau nėra jokios garantijos, kad šis lygis visada bus pastovus. Didėja į atmosferą išmetamo anglies dioksido kiekis. Taip yra dėl to, kad žmonija naudoja kurą. O jis, kaip žinia, susidarė iš organinės kilmės fosilijų ir į orą patenka anglies dvideginio. Tuo tarpu didžiausi mūsų planetos augalai – medžiai – naikinami vis sparčiau. Kilometrai miško išnyksta per minutę. Tai reiškia, kad dalis ore esančio deguonies palaipsniui krenta ir mokslininkai jau skambina pavojaus varpais. Žemės atmosfera nėra beribis sandėliukas ir deguonis į ją nepatenka iš išorės. Jis buvo kuriamas visą laiką kartu su Žemės vystymusi. Reikia nuolat atsiminti, kad šias dujas gamina augalija fotosintezės procese dėl anglies dioksido suvartojimo. Ir bet koks reikšmingas augmenijos sumažėjimas dėl miškų naikinimo neišvengiamai sumažina deguonies patekimą į atmosferą ir taip pažeidžia jos pusiausvyrą.
