Erinev alt meie päikesesüsteemi kuumadest ja külmadest planeetidest on planeedil Maa tingimused, mis võimaldavad mingil kujul elu. Üks peamisi tingimusi on atmosfääri koostis, mis võimaldab kõigil elusolenditel vab alt hingata ja kaitseb kosmoses valitseva surmava kiirguse eest.
Millest õhkkond koosneb
Maa atmosfäär koosneb paljudest gaasidest. See on peamiselt lämmastik, mis moodustab 77%. Gaas, ilma milleta pole elu Maal mõeldav, on palju väiksema mahuga, hapnikusisaldus õhus on 21% atmosfääri kogumahust. Viimased 2% on segu erinevatest gaasidest, sealhulgas argoon, süsinikdioksiid, heelium, neoon, krüptoon ja teised.
Maa atmosfäär tõuseb 8 tuhande km kõrgusele. Hingavat õhku leidub ainult atmosfääri alumises kihis.troposfäär, ulatudes poolustele - 8 km, ülespoole ja ekvaatorist kõrgemale - 16 km. Kõrguse kasvades õhk hõreneb ja hapnik tühjeneb. Et kaaluda, milline on õhu hapnikusisaldus erinevatel kõrgustel, toome näite. Everesti tipus (kõrgus 8848 m) hoiab õhk seda gaasi 3 korda vähem kui merepinnast kõrgemal. Seetõttu saavad kõrgete mäetippude vallutajad - mägironijad - selle tippu ronida ainult hapnikumaskides.
Hapnik on planeedil ellujäämise peamine tingimus
Maa eksisteerimise alguses ei olnud seda ümbritsevas õhus seda gaasi koostises. See oli üsna sobiv kõige lihtsamate – ookeanis hõljuvate üherakuliste molekulide eluks. Nad ei vajanud hapnikku. Protsess sai alguse umbes 2 miljonit aastat tagasi, kui esimesed elusorganismid hakkasid fotosünteesi reaktsiooni tulemusena eraldama väikeseid annuseid seda keemiliste reaktsioonide tulemusena saadud gaasi esm alt ookeani, seejärel atmosfääri. Elu arenes planeedil ja võttis mitmesuguseid vorme, millest enamik pole meie ajani säilinud. Mõned organismid kohanesid lõpuks uue gaasiga eluga.
Nad õppisid oma jõudu ohutult kasutama rakus, kus see toimis elektrijaamana, et ammutada toidust energiat. Sellist hapniku kasutamise viisi nimetatakse hingamiseks ja me teeme seda iga sekund. See oli hingeõhk, mis võimaldas enamatkeerulised organismid ja inimesed. Miljonite aastate jooksul on hapnikusisaldus õhus hüppeliselt tõusnud praegusele tasemele, mis on umbes 21%. Selle gaasi akumuleerumine atmosfääri aitas kaasa osoonikihi tekkele 8–30 km kõrgusel maapinnast. Samal ajal sai planeet kaitset ultraviolettkiirte kahjulike mõjude eest. Eluvormide edasine areng vees ja maismaal on suurenenud fotosünteesi tulemusena kiiresti kasvanud.
Anaeroobne elu
Kuigi mõned organismid on eralduva gaasi taseme tõusuga kohanenud, on paljud Maal eksisteerinud lihtsamad eluvormid kadunud. Teised organismid jäid ellu hapniku eest peitu pugedes. Mõned neist elavad tänapäeval kaunviljade juurtes, kasutades õhust saadavat lämmastikku taimede jaoks aminohapete tootmiseks. Surmav organism botulism on veel üks "pagulane" hapniku eest. Ta elab vaikselt konservidega vaakumpakendis.
Milline on eluks optimaalne hapnikutase
Enneaegselt sündinud lapsed, kelle kopsud pole veel täielikult hingamiseks avatud, satuvad spetsiaalsetesse inkubaatoritesse. Nendes on hapnikusisaldus õhus mahu järgi suurem ja siin on tavapärase 21% asemel seatud selle tase 30-40%. Tõsiste hingamisprobleemidega väikelapsi ümbritseb 100% hapnikusisaldusega õhk, et vältida lapse ajukahjustusi. Sellistes oludes olemine parandab hüpoksiaseisundis kudede hapnikurežiimi ja normaliseerib nende elutähtsaid funktsioone. Agaliiga palju seda õhus on sama ohtlik kui liiga vähe. Liiga palju hapnikku lapse veres võib kahjustada silmade veresooni ja põhjustada nägemise kaotust. See näitab gaasi omaduste duaalsust. Elamiseks peame seda hingama, kuid selle liig võib mõnikord muutuda kehale mürgiks.
Oksüdatsiooniprotsess
Kui hapnik ühineb vesiniku või süsinikuga, toimub reaktsioon, mida nimetatakse oksüdatsiooniks. See protsess põhjustab elu aluseks olevate orgaaniliste molekulide lagunemise. Inimkehas toimub oksüdatsioon järgmiselt. Punased verelibled koguvad kopsudest hapnikku ja kannavad seda kogu kehas. Toimub söödava toidu molekulide hävitamise protsess. See protsess vabastab energiat, vett ja süsinikdioksiidi. Viimane eritub vererakkudega tagasi kopsudesse ja me hingame selle õhku välja. Inimene võib lämbuda, kui ta ei suuda enam kui 5 minutit hingata.
Hingamine
Võtke arvesse sissehingatava õhu hapnikusisaldust. Atmosfääriõhku, mis sissehingamisel väljastpoolt kopsudesse siseneb, nimetatakse sissehingamiseks ja õhku, mis väljub väljahingamisel läbi hingamiselundite, nimetatakse väljahingatuks.
See on õhu segu, mis täitis alveoolid hingamisteedes oleva õhuga. Õhu keemiline koostis, mida terve inimene looduslikes tingimustes sisse- ja välja hingab, on praktiliseltvarieerub ja seda väljendatakse sellistes numbrites.
Gaasisisaldus (%)
| - | Hapnik | Süsinikdioksiid | Lämmastik ja muud gaasid |
| Sissehingatav õhk | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Väljahingatav õhk | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Alveolaarne õhk | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Hapnik on õhu põhikomponent kogu eluks. Selle gaasi koguse muutused atmosfääris on väikesed. Kui mere õhus on hapnikku kuni 20,99%, siis isegi tööstuslinnade väga saastunud õhus ei lange selle tase alla 20,5%. Sellised muutused ei avalda mõju inimkehale. Füsioloogilised häired ilmnevad siis, kui hapniku protsent õhus langeb 16-17%-ni. Samal ajal on selge hapnikupuudus, mis toob kaasa elutegevuse järsu languse ja 7-8% hapnikusisaldusega õhus on surm võimalik.
Atmosfäär erinevatel ajastutel
Atmosfääri koostis on alati evolutsiooni mõjutanud. Erinevatel geoloogilistel aegadel täheldati loodusõnnetuste tõttu hapnikutaseme tõusu või langust, millega kaasnes muutus biosüsteemis. Umbes 300 miljonit aastat tagasi, selle sisaldus atmosfääristõusis 35%-ni, samal ajal kui planeeti asustasid hiiglasliku suurusega putukad. Maa ajaloo suurim elusolendite väljasuremine toimus umbes 250 miljonit aastat tagasi. Selle käigus suri üle 90% ookeani elanikest ja 75% maismaa elanikest. Üks massilise väljasuremise versioon ütleb, et süüdi oli õhu madal hapnikusisaldus. Selle gaasi kogus on langenud 12%-ni ja seda on atmosfääri madalamates kihtides kuni 5300 meetri kõrguseni. Meie ajastul ulatub atmosfääriõhu hapnikusisaldus 20,9%, mis on 0,7% madalam kui 800 tuhat aastat tagasi. Neid arve kinnitavad Princetoni ülikooli teadlased, kes uurisid sel ajal tekkinud Gröönimaa ja Atlandi ookeani jääproove. Külmunud vesi päästis õhumullid ja see asjaolu aitab arvutada hapniku taset atmosfääris.
Millele selle tase õhus järgib
Selle aktiivset neeldumist atmosfäärist võib põhjustada liustike liikumine. Kui nad eemalduvad, paljastavad nad tohutud alad orgaanilisi kihte, mis tarbivad hapnikku. Teine põhjus võib olla ookeanide vete jahtumine: selle bakterid imavad madalatel temperatuuridel hapnikku aktiivsem alt. Teadlased väidavad, et tööstushüpe ja sellega koos suure kütusekoguse põletamine erilist mõju ei avalda. Maailma ookeanid on jahtunud 15 miljonit aastat ja elutähtsa aine hulk atmosfääris on vähenenud sõltumata inimmõjust. On tõenäoline, et Maal toimuvad mõned looduslikud protsessid, mis toovad kaasa hapnikutarbimisemuutub selle toodangust kõrgemaks.
Inimese mõju atmosfääri koostisele
Räägime inimese mõjust õhu koostisele. Tase, mis meil täna on, on elusolenditele ideaalne, hapnikusisaldus õhus on 21%. Selle ja teiste gaaside tasakaalu määrab looduses kulgev elutsükkel: loomad hingavad välja süsihappegaasi, taimed kasutavad seda ära ja eraldavad hapnikku.
Kuid pole mingit garantiid, et see tase on alati konstantne. Atmosfääri paisatava süsihappegaasi hulk suureneb. See on tingitud kütuse kasutamisest inimkonna poolt. Ja see, nagu teate, tekkis orgaanilise päritoluga fossiilidest ja süsinikdioksiid satub õhku. Samal ajal hävitatakse meie planeedi suurimaid taimi, puid, üha kiiremini. Kilomeetrid metsa kaovad minutiga. See tähendab, et osa õhus olevast hapnikust hakkab tasapisi langema ja teadlased löövad juba häirekella. Maa atmosfäär ei ole piiritu sahver ja hapnik ei sisene sinna väljastpoolt. Seda on kogu aeg arendatud koos Maa arenguga. Pidev alt tuleb meeles pidada, et seda gaasi toodab taimestik fotosünteesi käigus süsihappegaasi tarbimise tõttu. Ja iga märkimisväärne taimestiku vähenemine metsade raadamise näol vähendab paratamatult hapniku sattumist atmosfääri, rikkudes seeläbi selle tasakaalu.
