بر خلاف سیارات گرم و سرد منظومه شمسی ما، سیاره زمین شرایطی دارد که به نوعی امکان زندگی را فراهم می کند. یکی از شرایط اصلی ترکیب جو است که به همه موجودات زنده اجازه می دهد آزادانه نفس بکشند و از تشعشعات مرگبار حاکم بر فضا محافظت می کند.
فضا از چه چیزی ساخته شده است
جو زمین از گازهای زیادی تشکیل شده است. این عمدتاً نیتروژن است که 77٪ را اشغال می کند. گازی که بدون آن زندگی روی زمین غیرقابل تصور است، حجم بسیار کمتری را اشغال می کند، محتوای اکسیژن موجود در هوا 21٪ از حجم کل جو است. 2% آخر مخلوطی از گازهای مختلف از جمله آرگون، دی اکسید کربن، هلیوم، نئون، کریپتون و غیره است.
جو زمین تا ارتفاع ۸ هزار کیلومتری بالا می رود. هوای قابل تنفس فقط در لایه پایینی جو یافت می شود.تروپوسفر، رسیدن به قطب - 8 کیلومتر، بالا، و بالای استوا - 16 کیلومتر. با افزایش ارتفاع، هوا رقیق تر می شود و اکسیژن بیشتری کاهش می یابد. برای در نظر گرفتن میزان اکسیژن موجود در هوا در ارتفاعات مختلف، مثالی می زنیم. در قله اورست (ارتفاع 8848 متر)، هوا این گاز را 3 برابر کمتر از سطح دریا نگه می دارد. بنابراین، فاتحان قله های مرتفع کوه - کوهنوردان - فقط با ماسک اکسیژن می توانند به قله آن صعود کنند.
اکسیژن شرط اصلی بقا در این سیاره است
در ابتدای پیدایش زمین، هوایی که آن را احاطه کرده بود، این گاز را در ترکیب خود نداشت. این برای زندگی ساده ترین - مولکول های تک سلولی که در اقیانوس شناور بودند کاملاً مناسب بود. آنها نیازی به اکسیژن نداشتند. این فرآیند حدود 2 میلیون سال پیش آغاز شد، زمانی که اولین موجودات زنده، در نتیجه واکنش فتوسنتز، شروع به انتشار دوزهای کمی از این گاز به دست آمده در نتیجه واکنش های شیمیایی، ابتدا به اقیانوس و سپس در جو کردند. زندگی در این سیاره تکامل یافت و اشکال مختلفی به خود گرفت که بیشتر آنها تا زمان ما باقی نمانده است. برخی از موجودات در نهایت با گاز جدید سازگار شدند.
آنها یاد گرفتند که چگونه از قدرت او به طور ایمن در داخل سلول استفاده کنند، جایی که به عنوان یک نیروگاه عمل می کرد تا انرژی را از غذا استخراج کنند. این روش استفاده از اکسیژن را تنفس می نامند و ما هر ثانیه این کار را انجام می دهیم. این نفس بود که بیشتر را ممکن کردموجودات پیچیده و مردم در طی میلیون‌ها سال، میزان اکسیژن موجود در هوا به سطح فعلی خود یعنی حدود 21 درصد افزایش یافته است. تجمع این گاز در اتمسفر به ایجاد لایه اوزون در ارتفاع 8 تا 30 کیلومتری از سطح زمین کمک کرد. در همان زمان، سیاره از اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش محافظت می شود. تکامل بیشتر اشکال حیات در آب و خشکی در نتیجه افزایش فتوسنتز به سرعت افزایش یافته است.
زندگی بی هوازی
اگرچه برخی از موجودات با افزایش سطح گاز آزاد شده سازگار شده اند، بسیاری از ساده ترین اشکال حیاتی که روی زمین وجود داشته اند ناپدید شده اند. موجودات دیگر با پنهان شدن از اکسیژن زنده ماندند. برخی از آنها امروزه در ریشه حبوبات زندگی می کنند و از نیتروژن هوا برای ساخت اسیدهای آمینه برای گیاهان استفاده می کنند. ارگانیسم کشنده بوتولیسم "پناهنده" دیگری از اکسیژن است. او بی سر و صدا در بسته های خلاء با مواد غذایی کنسرو شده زنده می ماند.
سطح بهینه اکسیژن برای زندگی چقدر است
نوزادان نارس که هنوز ریه هایشان برای تنفس کامل باز نشده است، در انکوباتورهای مخصوص می افتند. در آنها، محتوای اکسیژن موجود در هوا از نظر حجمی بیشتر است و به جای 21٪ معمول، سطح آن 30-40٪ در اینجا تنظیم شده است. کودکان نوپا با مشکلات شدید تنفسی توسط هوا با سطح اکسیژن 100% احاطه شده اند تا از آسیب به مغز کودک جلوگیری شود. قرار گرفتن در چنین شرایطی باعث بهبود رژیم اکسیژن بافت هایی می شود که در حالت هیپوکسی هستند و عملکردهای حیاتی آنها را عادی می کند. ولیمقدار زیاد آن در هوا به همان اندازه که کم آن خطرناک است. اکسیژن بیش از حد در خون کودک می تواند به رگ های خونی چشم آسیب برساند و باعث کاهش بینایی شود. این دوگانگی خواص گاز را نشان می دهد. برای زنده ماندن باید آن را تنفس کنیم، اما زیاده روی آن گاهی اوقات می تواند سمی برای بدن شود.
فرایند اکسیداسیون
وقتی اکسیژن با هیدروژن یا کربن ترکیب می شود، واکنشی به نام اکسیداسیون رخ می دهد. این فرآیند باعث می شود مولکول های آلی که اساس زندگی هستند، از بین بروند. در بدن انسان، اکسیداسیون به شرح زیر انجام می شود. گلبول‌های قرمز خون، اکسیژن را از ریه‌ها جمع‌آوری می‌کنند و آن را در سراسر بدن حمل می‌کنند. روند تخریب مولکول های غذایی که می خوریم وجود دارد. این فرآیند انرژی، آب و دی اکسید کربن آزاد می کند. دومی توسط سلول های خونی دوباره به ریه ها دفع می شود و ما آن را به هوا بازدم می کنیم. اگر فرد بیش از 5 دقیقه از تنفس منع شود، ممکن است خفه شود.
تنفس
محتوای اکسیژن موجود در هوای استنشاقی را در نظر بگیرید. هوای اتمسفری که هنگام دم از خارج وارد ریه ها می شود، دمی و هوایی که هنگام بازدم از طریق دستگاه تنفسی خارج می شود، بازدم نامیده می شود.
مخلوطی از هوا است که آلوئول ها را با چیزی که در مجاری تنفسی است پر کرده است. ترکیب شیمیایی هوایی که یک فرد سالم در شرایط طبیعی استنشاق و بازدم می کند عملا استمتفاوت است و در اعدادی مانند این بیان می شود.
محتوای گاز (بر حسب درصد)
| - | اکسیژن | دی اکسید کربن | نیتروژن و سایر گازها |
| هوای استنشاقی | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| هوای بازدم | 16, 3 | 4، 0 | 79, 7 |
| هوای آلوئولی | 14، 2 | 5، 2 | 80, 6 |
اکسیژن جزء اصلی هوا برای زندگی است. تغییرات در مقدار این گاز در جو اندک است. اگر دریا تا 20.99٪ اکسیژن در هوا داشته باشد، حتی در هوای بسیار آلوده شهرهای صنعتی، سطح آن به زیر 20.5٪ نمی رسد. چنین تغییراتی اثراتی را بر بدن انسان آشکار نمی کند. اختلالات فیزیولوژیکی زمانی ظاهر می شوند که درصد اکسیژن هوا به 16-17 درصد کاهش یابد. در عین حال، کمبود واضح اکسیژن وجود دارد که منجر به کاهش شدید فعالیت حیاتی می شود و با اکسیژن 7-8٪ در هوا، مرگ امکان پذیر است.
اتمسفر در دوره های مختلف
ترکیب جو همیشه بر تکامل تأثیر داشته است. در زمان های مختلف زمین شناسی، به دلیل بلایای طبیعی، افزایش یا کاهش سطح اکسیژن مشاهده شد و این امر منجر به تغییر در سیستم زیستی شد. تقریباً 300 میلیون سال پیش، محتوای آن در جوبه 35٪ افزایش یافت، در حالی که این سیاره توسط حشرات با اندازه های غول پیکر زندگی می کرد. بزرگترین انقراض موجودات زنده در تاریخ زمین حدود 250 میلیون سال پیش اتفاق افتاد. در طی آن بیش از 90 درصد از ساکنان اقیانوس و 75 درصد از ساکنان خشکی جان خود را از دست دادند. یکی از نسخه های انقراض دسته جمعی می گوید که محتوای کم اکسیژن در هوا مقصر بوده است. میزان این گاز به 12 درصد کاهش یافته است و تا ارتفاع 5300 متری در پایین جو قرار دارد. در عصر ما، محتوای اکسیژن در هوای جو به 20.9٪ می رسد که 0.7٪ کمتر از 800 هزار سال پیش است. این ارقام توسط دانشمندان دانشگاه پرینستون که نمونه هایی از یخ های گرینلند و اقیانوس اطلس را که در آن زمان تشکیل شده بودند، مورد بررسی قرار دادند. آب یخ زده حباب های هوا را نجات داد و این واقعیت به محاسبه سطح اکسیژن در جو کمک می کند.
سطح آن در هوا چه چیزی را رعایت می کند
جذب فعال آن از جو ممکن است در اثر حرکت یخچال ها ایجاد شود. همانطور که آنها دورتر می شوند، مناطق وسیعی از لایه های آلی را نشان می دهند که اکسیژن مصرف می کنند. دلیل دیگر ممکن است خنک شدن آب اقیانوس ها باشد: باکتری های آن در دماهای پایین اکسیژن را فعال تر جذب می کنند. محققان استدلال می کنند که جهش صنعتی و همراه با آن سوزاندن مقدار زیادی سوخت تأثیر خاصی ندارد. اقیانوس های جهان به مدت 15 میلیون سال در حال خنک شدن بوده اند و میزان مواد حیاتی جو بدون توجه به تأثیر انسان کاهش یافته است. این احتمال وجود دارد که برخی از فرآیندهای طبیعی در زمین در حال وقوع است که منجر به مصرف اکسیژن می شودبیشتر از تولید آن می شود.
تاثیر انسان بر ترکیب جو
بیایید در مورد تأثیر انسان بر ترکیب هوا صحبت کنیم. سطحی که امروز داریم برای موجودات زنده ایده آل است، میزان اکسیژن موجود در هوا 21٪ است. تعادل آن و سایر گازها توسط چرخه زندگی در طبیعت تعیین می شود: حیوانات دی اکسید کربن را بازدم می کنند، گیاهان از آن استفاده می کنند و اکسیژن آزاد می کنند.
اما هیچ تضمینی وجود ندارد که این سطح همیشه ثابت باشد. میزان دی اکسید کربن آزاد شده در جو در حال افزایش است. این به دلیل استفاده انسان از سوخت است. و همانطور که می دانید از فسیل هایی با منشاء آلی تشکیل شده و دی اکسید کربن وارد هوا می شود. در همین حال، بزرگترین گیاهان سیاره ما، درختان، با سرعت فزاینده ای در حال نابودی هستند. کیلومترها جنگل در یک دقیقه ناپدید می شود. این بدان معناست که بخشی از اکسیژن هوا به تدریج در حال کاهش است و دانشمندان در حال به صدا درآمدن زنگ خطر هستند. جو زمین انباری بی حد و حصر نیست و اکسیژن از بیرون وارد آن نمی شود. این همیشه همراه با توسعه زمین توسعه یافته است. باید مدام به خاطر داشت که این گاز توسط پوشش گیاهی در فرآیند فتوسنتز به دلیل مصرف دی اکسید کربن تولید می شود. و هر گونه کاهش قابل توجه پوشش گیاهی به شکل جنگل زدایی به طور اجتناب ناپذیری باعث کاهش ورود اکسیژن به جو می شود و در نتیجه تعادل آن را به هم می زند.
