из воды, при помощи электролиза. Острая необходимость в этом еще долго не наступит, но при одном условии, если наши водоросли, растения, леса будут производить в достатке необходимый нам газ. Взрослый человек, если он не занят тяжелым физически трудом, расходует за свои годы кислорода примерно 300 килограммов. Если даже воспользоваться старыми подсчетами и взять за основу сумму веса воздуха тех ученых, то получается, что имеющегося кислорода без его генерирования будет достаточно для обеспечения жизни 3 400 000 000 000 людей, в то время, как в настоящем нас приблизительно 6 миллиардов.
Кислород чаще всего ассоциируется с атмосферой. Атмосфера – это скафандр планеты Земля. Если сравнивать что человеку важнее для жизни на Земле, то можно попробовать сравнить без чего и как долго человек не сможет жить. Итак, без пищи человек может жить примерно месяц; без воды человек может протянуть неделю; а вот без воздуха человеку не протянуть и часа. Однако не стоит заблуждаться на сей счёт, поскольку все составляющие нашей обители нам жизненно необходимы и без них невозможно не только наше развитие, но и сама жизнь.
Откуда мы берём кислород
Само слово атмосфера греческого происхождения и состоит из «атмос» - пар и «сфайра» - шар, она представляет собой скафандр для планеты и является резервуаром кислорода. Этот химический элемент является необходимым компонентом для протекания в организме окислительно-восстановительных реакций и, кроме того, выполняет ряд защитных функций.
Атмосфера имеет протяжённость свыше тысячи километров; да, даже на такой высоте обнаруживают следы газов, входящих в атмосферу. Это неудивительно так как действие гравитационного поля Земли распространяется на 10 земных радиусов, а это около 60.000 км.
Напомним, что атмосфера состоит из пяти основных сфер:
- Тропосфера (0-10 км).
- Стратосфера (10-50 км).
- Мезосфера (50-100 км).
- Термосфера (100-800 км).
- Экзосфера (800-1100 км).
Впрочем, данное деление атмосферы не совсем точно отражает её содержимое. Так, например, название ионосфера присвоено слою атмосферы, который подвергается облучению примерно на высоте 80 км и обнаруживает большое число ионов и свободных электронов.
На всём своём протяжении атмосфера более-менее стабильна поскольку она состоит из газообразных продуктов, не вступающих в реакции при обычных условиях. Эта смесь и называется воздухом. В основном воздух состоит из азота (78%), кислорода (21%) и аргона (1%). Учёные также оценили, что масса атмосферы нашей планеты составляет 5*1015 тонн и, разумеется, что основная её часть находится «на дне» воздушного пятого океана.
Однако атмосфера не является единственным источником воздуха и кислорода в частности. Например, огромные водные запасы, дающие массу испарений ежесекундно, вызывают колебания состава воздуха и, как результат, кислорода. Леса, которые часто называют «лёгкими» планеты, дают значительный массовый прирост кислородной составляющей атмосферы. Немаловажную роль в формировании состава воздуха и содержания кислорода в нём играет деятельность людей. Тот факт, что кислород входит в целый ряд веществ, находящихся в твёрдом и жидком состояниях, не имеет большого влияния на содержание кислорода в атмосфере.
Важным фактом является также и то, что кислород в атмосфере Земли был не всегда – он появился там примерно 2 млрд. лет тому назад вместе с появлением первых хлорофилловых организмов. Но только за последние 20 млн. лет концентрация кислорода в атмосфере стала примерно такой, как сейчас.
Может ли кончится кислород?
Существует ли реальная возможность полного истощения кислорода на Земле? Теоретически такая возможность существует, однако для паники нет никакого повода.
Сейчас уже широко известны основные «потребители» кислорода:
- Автомобиль, проехавший расстояние в 500 км «съедает» годовую дыхательную норму человека;
- Самолёт, пролетевший 10 тыс. км сжигает 30-50 т кислорода, что составляет суточную производственную норму лесного массива площадью 15-20 тыс. га
Уровень потребления кислорода на Земле огромен, однако экспериментальные измерения показывают, что за последние 100 лет количество атмосферного кислорода не уменьшилось. Потери кислорода в атмосфере возмещаются растительностью суши и мирового океана, которые пока способны производить около 320 миллиардов тонн свободного кислорода. Однако следует помнить, что потребление кислорода людьми растёт, а популяция растений на земле стремительно сокращается. Эти процессы пока никем не контролируемы.
Всё же рост потребления кислорода не представляет такой значительной угрозы как ежегодные выбросы в атмосферу объёмом около миллиарда тонн химических соединений, а также нескольких миллиардов тонн твёрдых частиц и различных аэрозолей. Другими словами, не недостаток кислорода, а избыток прочих выбрасываемых постоянно в атмосферу веществ, представляет основную угрозу для пригодности атмосферного воздуха к дыханию.
Что такое озон
Как уже говорилось, газовый состав меняется от одного слоя атмосферы к другому. Кислород вблизи земной поверхности существует в виде двухатомных молекул, а вот в разреженных слоях атмосферы он подвергается диссоциации на атомы под действием солнечной радиации. Таким образом, где то на высоте 40 км содержание атомарного кислорода уже значительно, а на высотах 120-150 км молекулы O2 практически отсутствуют.
На относительно невысоком расстоянии от земной поверхности - около 20-35 км атомарный кислород, будучи достаточно активным, образует с молекулярным кислородом трёхатомные молекулы озона O3. Это высота озонового слоя Земли. Важность его в том, что он защищает поверхность Земли, задерживая ультрафиолетовые лучи. Сами по себе молекулы озона непрозрачны для ультрафиолетовой радиации Солнца и почти полностью поглощают ей. С другой стороны озоновый слой задерживает около пятой части инфракрасного теплового излучения с Земной поверхности, обеспечивая таким образом стабильный тепловой режим для всего живого.
Примечательно, что озоновый слой появился примерно 500-400 млн. лет тому назад и с тех самых пор природное равновесие жизни на Земле поддерживается благодаря ему. Озон в долевом отношении составляет миллионные доли всего воздуха планеты, но этого достаточно для поддержания условий, пригодных для жизни.
Основными «врагами», или разрушителями, озонового слоя являются фреоны, газообразные загрязнители холодильной промышленности, парфюмерного производства, а также ряда других отраслях человеческой деятельности. Основными производителями фреонов являются:
- Европа – 40%.
- США – 35%
- Япония – 10%
- СНГ – 12%.
Влияние фреона вблизи поверхности практически отсутствует, здесь он – инертный газ. Когда же он, испаряясь, достигает озонового слоя, то он становится атомарным газом под воздействием солнечной радиации в виде ультрафиолетового излучения, а затем вступает в реакцию с озоном. Получаемый в ходе этой реакции монооксид хлора и молекулярный кислород не выполняют роли поглотителей ультрафиолетовых лучей и они доходят до Земли.
Люди давно уже знают про существование «озоновых дыр» и пока что сложно сказать что-либо определённое об их происхождении; однако достоверно известно, что, например, в Антарктиде не только вдвое меньше озона в атмосфере, там в сотни раз выше нормы концентрация монооксида хлора.
Что предпринимается
Дебаты по кислороду и, в особенности, по озону продолжаются. На сегодняшний день к достижениям человечества можно отнести подписание ряда протоколов: от Венской конвенции 1985 г. об охране озонового слоя странами-производителями фреона до недавнего Киотского соглашения 2009 года. Это последнее международное соглашение подписано 181 страной мира, на которые приходится свыше 61% всех выбросов в атмосферу в мире.
В отношении шагов по сохранению атмосферы и её озонового слоя в частности можно сказать, что достаточно активно ведётся работа по уменьшению выбросов фреона в атмосферу (утилизация отработанного фреона, замещение фреона сжатым воздухом в аэрозольных упаковках и т.д.). С другой стороны, проводятся многочисленные кампании по сбережению лесов и предотвращению загрязнения мирового океана, которые уже приобрели статус международных.
Ни для кого не секрет насколько полезен фитопланктон для экологии. Немаловажную роль играет он и в атмосфере. Ведь именно ему мы обязаны выделением кислорода в воздух. Помимо этого, он состоит в основании пищевой пирамиды, и, по сути, кормит все море.
Ученые рассчитали, что через 80 лет на полностью исчезнет кислород. Сотрудники университета в Мичигане, высчитали, что в 2100 году окончательно прекратит свое существование фитопланктон - основной источник кислорода. Причина тому - глобальное потепление.
В результате многочисленных анализов 130 видов фитопланктона выяснили, что в водах приполярного края и морях умеренных поясов фитопланктон размножается лучше. Так как температура там выше, чем среднегодичная, которая характерна для его обитания.
Тропический планктон, наоборот, хорошо размножается при среднегодичной или даже более низкой температуре. Получается, что именно тропический фитопланктон окажется более чувствительным к глобальному потеплению.
До сих пор ученые всего мира не осведомлены до конца, как фитопланктон распределяется по мировым водам, и как будет себя вести во время глобального потепления.
В результате, примерно через 80 лет по подсчетам специалистов, тропический фитопланктон, который составляет значительную часть Мирового океана, будет вытеснен к полюсам или вовсе вымрет. При обоих исходах гибель фитопланктона станет большим ударом для морских экосистем. Однако, все же есть надежда, что фитопланктону как-то удастся приспособиться к новым условиям.
Ученые затрудняются сказать, почему у некоторых видов планктона не оказалось способов приспособления к новому температурному режиму, тем более, что северные виды фитопланктона должны не плохо адаптироваться к суровым условиям. Помимо этого, исследователи не исключают того, что у морских водорослей возможно была такая возможность, но по истечении времени она была израсходована. Это позволяет все же надеяться, что планктон все же будет способен приспособиться к меняющимся климатическим условиям. Задача на ближайшее будущее как раз состоит в том, чтобы выяснить с какой скоростью фитопланктон будет приспосабливаться к изменениям в природе.
Атмосфера Земли не имеет четких ограничений. Внешние слои простираются до нескольких тысяч километров. но 90% ее массы сосредоточено в 16-километровом приземном слое.
Несмотря на отсутствие точных геометрических границ между атмосферой и пространством, это может быть определено физическим термином . Физической границей атмосферы является высота, на которой воздух еще достаточно плотный. чтобы зарегистрироваться порядке физические явления, имеющие отношение к земле, а нее пространстве.
Физические свойства атмосферы неоднородны - не только вертикальные; но и горизонтальные. С увеличением высоты изменяется состав и количество других его свойств и параметров. Есть несколько подразделений в атмосфере, например температура разделения.
В качестве основы принято брать среднее изменение температуры воздуха с высотой в восхождении (г = - дТ 1 дг). По их разным знаками (изменение температуры по высоте. состав атмосферы и наличие заряженных частиц) в атмосфере разделена на пять основных слоев называются полями. Между каждый переход имеет тонкий слой, называемый перерывов. Их имена в зависимости от их расположения; как это тропосферы выше тропопаузы, и т.д.
Воздух, который образует земная атмосфера представляет собой смесь различных газов. Газы, которые не вступают в химическую реакцию друг с другом, называется механической смессью. В состав воздуха у поверхности земли установлена с большей точностью. Помимо основных газов - азота, кислорода и аргона смеси, участвующих е механических и других газообразных примесей с гораздо меньшими концентрациями. В состав воздуха не то же самое на разных высотах.
До высоты около 800 км в атмосфере преобладает азот и кислород. Более 400 км начали увеличивать содержание легких газов - гелия в начале: а затем водород. 800 км выше основного содержания в атмосфере в основном водорода.
Чистый план можно предположить, что примерно до 200 км воздуха; окружающего является тонким и равномерным покрытием их физических характеристик. С ростом выше поверхностная плотность уменьшается неравномерность плотности приводит к неравномерному распределению массы атмосферы. Около половины таблицы в слоях до 5 км над поверхностью Земли; на высоте 30 км составляет около 99 процентов содержится. Выше 35 км атмосферная масса составляет менее 1%л. Тем не менее; есть ряд процессов и явлений. которые возникают в результате прямого воздействия солнечной радиации. На самом деле это 1°/л промежуточное звено, отзывчивые солнечной радиации и передавать их в нижние слои атмосферы.
Впрочем, назвать темпы пугающими было бы преувеличением
Изучив пузырьки воздуха, на протяжении сотен тысяч лет запертых в ледниках Гранландии, ученые выяснили, что за это время в атмосфере Земли стало меньше кислорода. При этом группа специалистов под руководством Дэниела Столпера из Принстонского университета пока не может с уверенностью назвать причину, по которой за 800 тысяч лет атмосфера потеряла больше кислорода, чем приобрела.
Исследователи подчёркивают, концентрация кислорода в воздухе уменьшается уменьшается весьма умеренными темпами - за сотни тысячелетий со времён плейстоцена она снизилась всего на 0,7 процента. Как сообщают специалисты, сами они проводили измерение, в первую очередь, из любопытства, и заранее не могли предсказать, изменилось ли содержание кислорода в воздухе за это время и если да, то в какую сторону. Измерение показало не самую яркую, но абсолютно чёткую тенденцию к его снижению, отмечают исследователи.
Как напоминают специалисты, в далёком прошлом колебания уровня кислорода на нашей планете были весьма значительными. Пару миллиардов лет назад, как предполагается, этот материал в атмосфере не был представлен вовсе, но затем его начали выделять цианобактерии, тем самым навсегда задав направление эволюции на планете. Впоследствии кислород стали производить самые разнообразные растения, а ещё позднее он оказался необходим для поддержания жизни сложных животных. Кислород не только потребляется живыми существами, но и «тратится» при выветривании силикатных пород. Также, по словам учёных, примерно каждое тысячелетие все атомы О в атмосфере успевают побывать в молекулах воды и вновь стать кислородом.
Учёные заверили, что, какими бы ни были истинные причины обнаруженного ими явления, в самом ближайшем будущем кислород на Земле точно не закончится. Тем не менее, полученные результаты специалисты склонны считать ещё одним поводом задуматься о том, как именно на планету влияют действия человека - сегодня люди потребляют в тысячу раз больше кислорода, чем ранее, тем самым ускоряя и без того наблюдаемый в природе процесс уменьшения его количества.