какое сейчас содержание кислорода в атмосфере
Кислород точно исчезнет: что будет с Землей без главного источника жизни
Моделирование климата Земли показывает, что более чем через миллиард лет количество кислорода в атмосфере нашей планеты уменьшится почти в 100 раз. Что ждет планету после?
Читайте «Хайтек» в
Атмосфера Земли
Атмосфера — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Толщина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.
Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая ее обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения и метеоритов.
Атмосфера есть у всех массивных тел — газовых гигантов и большинства планет земного типа в Солнечной системе, кроме Меркурия.
Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое. Она переходит в межпланетное пространство постепенно, в экзосфере, начинающейся на высоте 500–1000 км от поверхности Земли.
По определению, предложенному Международной авиационной федерацией, граница атмосферы и космоса проводится по линии Кармана, расположенной на высоте 100 км, выше которой авиационные полеты становятся полностью невозможными.
NASA использует в качестве границы атмосферы отметку в 122 км (400 000 футов), где «шаттлы» переключались с маневрирования с помощью двигателей на аэродинамическое маневрирование.
Атмосфера Земли возникла в результате двух процессов: испарения вещества космических тел при их падении на Землю и выделения газов при вулканических извержениях (дегазация земной мантии). С выделением океанов и появлением биосферы атмосфера изменялась за счет газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
История образования атмосферы
Согласно наиболее распространенной теории, атмосфера Земли на протяжении истории последней перебыла в трех различных составах. Первоначально она состояла из легких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера.
На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера. Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).
Кислород в атмосфере
Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа.
Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и другом.
По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.
Почему кислород исчезает из атмосферы?
Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности за последние 800 тыс. лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.
Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки.
Нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать в том числе при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придется повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.
Почему кислород исчезает?
Ученые еще не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы.
Кислород исчезнет полностью?
Да, по крайне мере к такому выводу пришли японский ученый из Университета Тохо Казуми Озаки и его американский коллега Кристофер Рейнхард из Технологического института Джорджии.
Специалисты смоделировали эволюцию атмосферы нашей планеты с учетом геологических, биологических и климатических факторов. В результате они выяснили, что земная атмосфера останется относительно стабильной еще около миллиарда лет, а после этого за несколько тысяч лет она превратится в практически бескислородную.
По мнению ученых, причина катастрофы будет заключаться в возросшей активности Солнца, из-за которой в атмосфере снизится содержание углекислого газа. Когда этот показатель дойдет до критической точки, на планете нарушится процесс фотосинтеза, и кислород перестанет поступать в атмосферу.
Биосфера не успеет адаптироваться к таким значительным изменениям среды. Мир примитивных анаэробных микробов, который сегодня скрывается в тени, снова возьмет верх.
Вывод авторов работы
Как Земля будет без кислорода?
Такое состояние уже было с нашей планетой до кислородной катастрофы.
Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной, неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена сообществ: анаэробные сообщества сменились аэробными, ограниченными ранее лишь «кислородными карманами». Анаэробные же сообщества, наоборот, оказались оттеснены в «анаэробные карманы» (образно говоря, «биосфера вывернулась наизнанку»).
В дальнейшем наличие молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана, существенно расширившего границы биосферы, и к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания.
Атмосфера Земли медленно теряет кислород
Тропосфера — нижний очень тонкий слой атмосферы высотой 8-18 км, в котором сосредоточено 80% массы атмосферы Земли
Важность атмосферного O2 для биологических и геохимических процессов на Земле чрезвычайно высока. Поэтому учёные давно изучают, как изменялось содержание кислорода в истории нашей планеты. Это можно понять из расчёта парциального давления O2 и N2 в общем атмосферном давлении.
Несмотря на долгую историю вопроса, у специалистов до сих пор нет единого мнения об изменении атмосферного давления на протяжении последних 500 млн лет. Расчёты отличаются до 0,2 атм (см. диаграмму внизу). Даже за последние несколько миллионов лет нет ясной картины, как именно менялось атмосферное давление, парциальное давление и, следовательно, концентрация O2.
Вопрос непростой, ведь кислород из атмосферы постоянно потребляют животные, растения и даже камни. Группа учёных из Принстонского университета прояснила этот вопрос, изучив концентрацию воздушных пузырьков в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды.
Ледяной керн с глубины 1837 м с видимыми годовыми слоями
На сегодняшний день ледяные керны — самый надёжный и точный источник данных об атмосферном давлении. Максимальный возраст льда в кернах — 800 тыс. лет, поэтому исследования ограничены этим временным интервалом.
Добыча ледяных кернов на научной станции «Восток» в Антарктиде
Оказалось, что в течение этого времени с Земли происходит довольно стабильная утечка кислорода со скоростью примерно 8,4 промилле за миллион лет. В частности, за последние 800 000 лет в атмосфере стало примерно на 0,7% меньше кислорода.
На диаграмме слева показано, как отличаются результаты научного моделирования соотношения O2/N2 в атмосфере и парциального давления. На диаграмме справа — изменение парциального давления по результатам измерения воздушных пузырьков в ледяных кернах за 800 тыс. лет
«Мы проделали эти измерения больше из интереса, чем для подтверждения теории, — сказал один из авторов научной работы Дэниель Столпер (Daniel Stolper). — Мы не знали, что получится: будет кислород увеличиваться с годами, уменьшаться или оставаться на постоянном уровне».
Уменьшение количества кислорода в атмосфере происходит довольно медленно. Вероятно, в ближайшие миллионы лет оно не угрожает человеческой жизни. Но информация о природе таких циклов очень важна для науки. Нам нужно знать, под влиянием каких факторов происходят изменения. Эту информацию можно использовать, в том числе, при терраформировании Марса, когда люди начнут заселение Красной планеты. Вероятно, нам придётся повышать количество кислорода в марсианской атмосфере.
На Земле тоже не было кислорода в первые пару миллиардов лет. Согласно наиболее вероятной теории, примерно 2,4 млрд лет назад уровень кислорода резко подскочил благодаря активности цианобактерий, известных также как сине-зелёные водоросли. Этот период резкого изменения состава атмосферы с последующей перестройкой биосферы и глобальным гуронским оледенением в истории Земли известен как кислородная катастрофа.
Сине-зелёные водоросли — причина, по которой 2,4 млрд лет назад на Земле появился кислород в большом количестве и возникла более продвинутая жизнь
Такую же кислородную катастрофу можно устроить на Марсе.
Учёные ещё не пришли к единому мнению, почему атмосфера Земли медленно теряет кислород. Есть две гипотезы. Одна из них — это происходит из-за увеличения скорости эрозии, в результате которой из почвы извлекается больше горных пород, которые окисляются и связывают больше кислорода. Другая теория связана с изменением климата: за последние несколько миллионов лет температура немного снизилась, несмотря на резкий рост в последние десятилетия. Из-за снижения температуры могла инициироваться цепочка экологических реакций, в результате которой больше кислорода стало растворяться и связываться в Мировом океане.
Пока что всё это лишь гипотезы, которые следует проверить.
В данный момент атмосфера Земли содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,039% углекислого газа и небольшие примеси других газов. В ней также постоянно изменяется концентрация водяного пара, который считается одним из основных парниковых газов. На уровне океана концентрация H2O в атмосфере составляет около 1%, а в среднем — около 0,4%. Общая масса атмосферы — 5,5×10 18 кг, то есть 5,5 зеттаграммов или 5,5 петатонн.
Накопление кислорода в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка. 1. 3,85-2,45 млрд лет назад. 2. 2,45-1,85 млрд лет назад: начало производства кислорода и поглощение его океаном и породами морского дна. 3. 1,85-0,85 млрд лет назад: окисление горных пород на суше. 4. 0,85-0,54 млрд лет назад: все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере. 5. 0,54 млрд лет назад — настоящее время
Утечка кислорода из земной атмосферы происходит медленно. Но учёные подчёркивают, что в их исследовании нет данных по изменению уровня кислорода за последние 200 лет, после начала Индустриальной революции, когда люди начали активно окислять углеводороды из земных недр, получая энергию от этой химической реакции и связывая большое количество кислорода из атмосферы. «Мы потребляем кислород в тысячу раз активнее, чем раньше, — говорит Дэниель Столпер. — Человечество полностью замкнуло [кислородный] цикл, сжигая тысячи тонн углерода… Это ещё одно свидетельство, что совместными усилиями люди способны значительно ускорить естественные процессы на Земле».
Россияне спутали погодную гипоксию с коронавирусом
Чем опасно пониженное содержание кислорода в воздухе
По центральным регионам России гуляет «погодная гипоксия», влияние которой на организм люди могут принять за симптомы коронавируса. Как не спутать одну напасть с другой и уберечься от дефицита кислорода в атмосфере, мы выяснили с помощью специалистов.
Если устойчивый к погодным капризам человек в условиях пониженного содержания кислорода в воздухе ощутит легкую головную боль и небольшой спад настроения, то метеопата в этих же обстоятельствах свалит с ног мигрень или паническая атака. Врачи предупреждают, что в такие периоды возрастает и риск передачи инфекционных заболеваний, поэтому людных мест лучше избегать.
В состоянии гипоксемии, вызванной погодными факторами, ощущения примерно такие же, хотя легкие в полном порядке. Но, не имея информации о метеочувствительности, впечатлительные люди могут поддаться панике. Тем более что кислородное голодание почти всегда сопровождается приступами психологической нестабильности — тревоги и мнительности.
Условия для низкого содержания кислорода в воздухе обычно возникают при влажно-прохладной погоде — при повышенной влажности воздуха, сопровождаемой перепадами атмосферного давления, противостоянием воздушных масс и ветром (в нашей полосе такая «многослойная» погода чаще всего случается именно поздней весной, когда почти летнее потепление то и дело сменяется резкими похолоданиями и дождями). Признаки кислородной недостаточности у здоровых людей появляются, если содержание кислорода в воздухе падает до 14 % (при 9 % уже не исключены серьезные сбои в функционировании организма). Обычно о таких опасных периодах предупреждают синоптики.
К затрудненному дыханию может привести также нагрузка на сосуды, вызванная перепадами атмосферного давления. Также вероятны приступы стенокардии (учащенного сердцебиения), колебания артериального давления, слабость, быстрая утомляемость, рассеянное внимание, ноющая головная, суставная и мышечная боль, головокружение и общее депрессивное состояние. Самая «невинная» реакция организма на гипоксемию — обычная сонливость, самая коварная — обморок с потерей сознания.
По мнению медиков, в группе риска по остроте реакции на нехватку кислорода в воздухе — пожилые люди, имеющие «букет» обусловленных возрастом хронических заболеваний, офисные работники, чей иммунитет подорван стрессами, сидячей работой и перегрузкой зрительных отделов головного мозга, а также лица, ослабленные перенесенным ковидом.
Медики напоминают, что самое главное при гипоксемии — не паниковать и не курить, это еще усугубит дискомфорт. Если у вас нет повышенной температуры, утраты обоняния и вкуса и сухого кашля, это, скорее всего, не вирус. Посмотрите метеорологический прогноз на предмет содержания кислорода в атмосфере. Если оно понижено, то отмените до его стабилизации прием чая, кофе, алкоголя, сладкой газировки и тяжелой и жирной пищи — то есть, пищу и напитки, влияющие на артериальное давление.
Если у вас нет аллергии на цветение, выйдите в лесопарковую зону и медленно прогуляйтесь, совершая длинные глубокие вдохи. Если вы аллергик, то постарайтесь расслабиться дома — выпейте маленькими глотками большой стакан простой воды комнатной температуры, полежите в не слишком горячей ванне, заварите себе успокоительный травяной сбор (валериана, хмель и пр.) и постарайтесь поспать.
Каково содержание кислорода в воздухе: процентный состав и норма
Воздух – это естественная смесь различных газов. Больше всего в нем содержатся такие элементы, как азот (около 77%) и кислород, менее 2% составляют аргон, углекислый газ и прочие инертные газы.
Кислород, или О2 – второй элемент периодической таблицы и важнейший компонент, без которого вряд ли бы существовала жизнь на планете. Он участвует в разнообразных процессах, от которых зависит жизнедеятельность всего живого….
Состав воздуха
О2 выполняет функцию окислительных процессов в человеческом теле, которые позволяют выделить энергию для нормальной жизнедеятельности. В состоянии покоя человеческий организм требует около 350 миллилитров кислорода, при тяжелых физических нагрузках это значение возрастает в три-четыре раза.
Сколько процентов кислорода в воздухе, которым мы дышим? Норма равна 20,95%. Выдыхаемый воздух содержит меньшее количество О2 – 15,5-16%. Состав выдыхаемого воздуха также включает углекислый газ, азот и другие вещества. Последующее понижение процентного содержания кислорода приводит к нарушению работы, а критическое значение 7-8% вызывает летальный исход.
Содержание прочих элементов в воздухе в различных условиях представлено в таблице ниже.
| Кислород, % | Углекислый газ, % | Азот и другие элементы, % | |
| Вдыхаемый воздух | 20,95 | 0,03 | 79,02 |
| Выдыхаемый воздух | 16,3 | 4 | 79,7 |
| Альвеолярный воздух | 14,5 | 5 | 80,5 |
Из таблица можно понять, например, что в выдыхаемом воздухе содержится очень много азота и дополнительных элементов, а вот О2 всего 16,3%. Содержание кислорода во вдыхаемом воздухе примерно составляет 20,95%.
Важно понять, что представляет собой такой элемент, как кислород. О2– наиболее распространенный на земле химический элемент, который не имеет цвета, запаха и вкуса. Он выполняет важнейшую функцию окисления в атмосфере.
Без восьмого элемента периодической таблицы нельзя добыть огонь. Сухой кислород позволяет улучшить электрические и защитные свойства пленок, уменьшать их объемный заряд.
Содержится этот элемент в следующих соединениях:
Воздух содержит в себе не только газообразные вещества, но и пары и аэрозоли, а также различные загрязняющие примеси. Это может быть пыль, грязь, другой различный мелкий мусор. В нем содержатся микробы, которые могут вызывать различные заболевания. Грипп, корь, коклюш, аллергены и прочие болезни – это лишь малый список негативных последствий, которые появляются при ухудшении качества воздуха и повышении уровня болезнетворных бактерий.
Процентное соотношение воздуха – это количество всех элементов, которые входят в его состав. Показать наглядно, из чего состоит воздух, а также процент кислорода в воздухе удобнее на диаграмме.
Диаграмма отображает, какого газа содержится больше в воздухе. Значения, приведенные на ней, будут немного отличаться для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Диаграмма соотношение воздуха.
Выделяют несколько источников, из которых образуется кислород:
Функции кислорода в атмосфере и для организма
Для человека огромное значение имеет так называемое парциальное давление, которое мог бы производить газ, если бы занимал весь занимаемый объем смеси. Нормальное парциальное давление на высоте 0 метров над уровнем моря составляет 160 миллиметров ртутного столба. Увеличение высоты вызывает уменьшение парциального давления. Этот показатель важен, так как от него зависит поступление кислорода во все важные органы и в кровяную систему.
Кислород нередко используется для лечения различных заболеваний. Кислородные баллоны, ингаляторы помогают органам человека нормально функционировать при наличии кислородного голодания.
Состав воздуха изменялся с течением лет. Эволюционные процессы, природные катаклизмы привели к изменениям в биосфере, поэтому уменьшился процент кислорода, необходимый для нормальной работы биоорганизмов. Можно рассмотреть несколько исторических этапов:
Последующее развитие окружающего мира может привести к дальнейшему изменению состава воздуха. На ближайшее время маловероятно, что концентрация О2 может быть ниже 14%, так как это вызовет нарушение работы организма.
Изменение содержания кислорода в воздухе на потяжении нескольких веков.
К чему приводит недостаток кислорода
Малое поступление чаще всего наблюдается в душном транспорте, плохо проветриваемом помещении или на высоте. Понижение уровня содержания кислорода в воздухе может вызвать негативное влияние на организм. Происходит истощение механизмов, наибольшему влиянию подвергается нервная система. Причин, по которым организм страдает от гипоксии, можно выделить несколько:
По ряду симптомов можно понять, что организму требуется О2. В первую очередь повышается частота дыхания. Также увеличивается частота сердечных сокращений. Эти защитные функции призваны поставить кислород в легкие и обеспечить им кровь и ткани.
Недостаток кислорода вызывает головные боли, повышенную сонливость, ухудшение концентрации. Единичные случаи не так страшны, их довольно просто подкорректировать. Для нормализации дыхательной недостаточности врач выписывает бронхорасширяющие лекарства и другие средства. Если же гипоксия принимает тяжелые формы, такие как потеря координации человека или даже коматозное состояние, то лечение усложняется.
Если обнаружены симптомы гипоксии, важно незамедлительно обратиться к доктору и не заниматься самолечением, так как применение того или иного лекарственного средства зависит от причин нарушения. Для легких случаев помогает лечение кислородными масками и подушками, кровяная гипоксия требует переливания крови, а корректировка циркулярных причин возможна только при операции на сердце или сосуды.
Невероятное путешествие кислорода по нашему организму
Заключение
Кислород – важнейшая составляющая воздуха, без которой невозможно осуществление многих процессов на Земле. Воздушный состав менялся в течение десятков тысяч лет из-за эволюционных процессов, но в настоящее время количество кислорода в атмосфере достигло значения в 21%. Качество воздуха, которым дышит человек, влияет на его здоровье, поэтому необходимо следить за его чистотой в помещении и постараться сократить загрязнение окружающей среды.
Роль кислорода для здоровья человека
Менее чем 200 лет назад земная атмосфера содержала 40% кислорода. Сегодня кислорода в воздухе содержится только 21%
— В городском парке 20,8%
— В лесу 21,6%
— На берегу моря 21,9%
— В квартире и офисе менее 20%
Учёные доказали, что снижение кислорода на 1% приводит к снижению работоспособности на 30%.
Недостаток кислорода является результатом работы автомобилей, промышленных выбросов и загрязнений. В городе кислорода на 1% меньше, чем в лесу.
Но самым большим виновником в недостатке кислорода являемся мы сами. Построив тёплые и герметичные дома, живя в квартирах с пластиковыми окнами мы оградили себя от поступления свежего воздуха. При каждом выдохе снижая концентрацию кислорода и увеличивая количество углекислого газа. Нередко содержание кислорода в офисе 18%, в квартире 19%.
Качество воздуха, необходимого для поддержания жизненных процессов всех живых организмов на Земле,
определяется содержанием в нем кислорода.
Зависимость качества воздуха от процентного содержания в нем кислорода.
Уровень комфортного содержания кислорода в воздухе
Зона 3-4: ограничена законодательно утвержденным стандартом минимального содержания кислорода в воздухе для помещений (20,5%) и «эталоном» свежего воздуха (21%). Для городского воздуха нормальным считается содержание кислорода 20,8%.
Благоприятный уровень содержания кислорода в воздухе
Зона 1-2: такой уровень содержания кислорода характерен для экологически чистых районов, лесных массивов. Содержание кислорода в воздухе на берегу океана может достигать 21,9%
Недостаточный уровень содержания кислорода в воздухе
Зано 5-6: ограничена минимально допустимым уровнем содержания кислорода, когда человек может находиться без дыхательного аппарата (18%).
Пребывание человека в помещениях с таким воздухом сопровождается быстрой утомляемостью, сонливостью, снижением умственной активности, головными болями.
Длительное пребывание в помещениях с такой атмосферой опасно для здоровья.
Опасно низкий уровень содержания кислорода в воздухе
Внешние признаки кислородного голодания (гипоксии)
— ухудшение цвета кожи
— быстрая утомляемость, снижение умственной, физической и сексуальной активности
— депрессия, раздражительность,нарушение сна
— головные боли
Длительное пребывание в помещении с недостаточным уровнем содержания кислорода может привести к более серьезным проблемам со здоровьем, т.к. кислород отвечает за все обменные процессы организма, то следствием его недостатка становятся:
— нарушение обмена веществ
Правильно организованная система вентиляции жилых и рабочих помещений может стать залогом хорошего здоровья.
Роль кислорода для здоровья человека. Кислород:
— повышает умственную работоспособность;
— повышает устойчивость организма к стрессам и повышенным нервным нагрузкам;
— поддерживает уровень кислорода в крови;
— улучшает согласованность работы внутренних органов;
— способствует снижению веса. Регулярное потребление кислорода в сочетании с двигательной активностью, приводит к активному расщеплению жиров;
— нормализуется сон: он становится более глубоким и продолжительным, уменьшается период засыпания и двигательной активности
Кислород влияет на нашу жизнь, и чем его больше, тем наша жизнь полна красок и разнообразна.
Можно купить кислородный баллон или бросить всё и уехать жить в лес. Если Вам это недоступно, проветривайте каждый час квартиру, офис. Мешают сквозняки, пыль, шум установите вентиляцию, которая будет снабжать Вас свежим воздухом, очищать от выхлопных газов.
Сделайте всё, чтобы свежий воздух был в Вашем доме и Вы увидите изменения в Вашей жизни.