Za razliku od toplih i hladnih planeta našeg Sunčevog sustava, planet Zemlja ima uvjete koji omogućuju život u nekom obliku. Jedan od glavnih uvjeta je sastav atmosfere, koji svim živim bićima omogućuje slobodno disanje i štiti od smrtonosnog zračenja koje vlada svemirom.
Od čega je napravljena atmosfera
Zemljina atmosfera je sastavljena od mnogih plinova. To je uglavnom dušik, koji zauzima 77%. Plin, bez kojeg je život na Zemlji nezamisliv, zauzima puno manji volumen, sadržaj kisika u zraku je 21% ukupnog volumena atmosfere. Posljednjih 2% je mješavina raznih plinova, uključujući argon, ugljični dioksid, helij, neon, kripton i druge.
Zemljina atmosfera diže se na visinu od 8 tisuća km. Zrak koji se može disati nalazi se samo u donjem sloju atmosfere.troposfera, doseže na polovima - 8 km, gore, a iznad ekvatora - 16 km. Kako se visina povećava, zrak postaje rijeđi i kisik se više troši. Da bismo razmotrili koliki je sadržaj kisika u zraku na različitim visinama, dat ćemo primjer. Na vrhu Everesta (nadmorska visina 8848 m), zrak drži ovaj plin 3 puta manje nego iznad razine mora. Stoga se osvajači visokih planinskih vrhova - penjači - na njegov vrh mogu popeti samo u maskama s kisikom.
Kisik je glavni uvjet za opstanak na planeti
Na početku postojanja Zemlje, zrak koji ju je okruživao nije imao ovaj plin u svom sastavu. To je bilo sasvim prikladno za život najjednostavnijih - jednostaničnih molekula koje su plutale oceanom. Nije im trebao kisik. Proces je započeo prije oko 2 milijuna godina, kada su prvi živi organizmi, kao rezultat reakcije fotosinteze, počeli ispuštati male doze ovog plina dobivenog kao rezultat kemijskih reakcija, prvo u ocean, a zatim u atmosferu. Život je evoluirao na planeti i poprimio razne oblike, od kojih većina nije preživjela do našeg vremena. Neki su se organizmi na kraju prilagodili životu s novim plinom.
Naučili su kako sigurno koristiti njegovu snagu unutar ćelije, gdje je djelovala kao elektrana, kako bi izvukli energiju iz hrane. Ovakav način korištenja kisika zove se disanje, a mi to činimo svake sekunde. Bio je to dah koji je omogućio višesloženih organizama i ljudi. Tijekom milijuna godina, sadržaj kisika u zraku je naglo porastao na sadašnju razinu od oko 21%. Akumulacija tog plina u atmosferi pridonijela je stvaranju ozonskog omotača na visini od 8-30 km od površine zemlje. U isto vrijeme, planet je dobio zaštitu od štetnih učinaka ultraljubičastih zraka. Daljnja evolucija oblika života na vodi i na kopnu brzo se povećala kao rezultat povećane fotosinteze.
Anaerobni život
Iako su se neki organizmi prilagodili rastućoj razini ispuštenog plina, mnogi od najjednostavnijih oblika života koji su postojali na Zemlji su nestali. Drugi su organizmi preživjeli skrivajući se od kisika. Neki od njih danas žive u korijenu mahunarki, koristeći dušik iz zraka za izgradnju aminokiselina za biljke. Smrtonosni organizam botulizam je još jedna "izbjeglica" od kisika. Tiho preživljava u vakuum paketima s konzerviranom hranom.
Koja je optimalna razina kisika za život
Prerano rođene bebe, čija pluća još nisu potpuno otvorena za disanje, padaju u posebne inkubatore. Kod njih je volumen kisika u zraku veći, a umjesto uobičajenih 21%, ovdje je postavljena njegova razina od 30-40%. Mala djeca s teškim problemima s disanjem okružena su zrakom sa 100% razine kisika kako bi se spriječilo oštećenje djetetovog mozga. U takvim okolnostima poboljšava se kisikov režim tkiva koja su u stanju hipoksije i normaliziraju se njihove vitalne funkcije. Alipreviše toga u zraku jednako je opasno kao i premalo. Previše kisika u krvi djeteta može oštetiti krvne žile u očima i uzrokovati gubitak vida. To pokazuje dualnost svojstava plina. Moramo ga disati da bismo živjeli, ali njegov višak ponekad može postati otrov za tijelo.
Proces oksidacije
Kada se kisik spoji s vodikom ili ugljikom, događa se reakcija koja se zove oksidacija. Ovaj proces uzrokuje propadanje organskih molekula koje su osnova života. U ljudskom tijelu oksidacija se odvija na sljedeći način. Crvene krvne stanice skupljaju kisik iz pluća i prenose ga po cijelom tijelu. Dolazi do procesa uništavanja molekula hrane koju jedemo. Ovaj proces oslobađa energiju, vodu i ugljični dioksid. Ovo posljednje krvne stanice izlučuju natrag u pluća, a mi ga izdišemo u zrak. Osoba se može ugušiti ako je spriječena disati dulje od 5 minuta.
Disanje
Uzmite u obzir sadržaj kisika u udahnutom zraku. Atmosferski zrak koji ulazi u pluća izvana kada se udahne naziva se udahnutim, a zrak koji izlazi kroz dišni sustav kada se izdahne naziva se izdahnutim.
To je mješavina zraka koja je ispunila alveole onim što je u dišnim putevima. Kemijski sastav zraka koji zdrava osoba u prirodnim uvjetima udiše i izdiše je praktičkivarira i izražava se u brojevima kao što je ovaj.
Sadržaj plina (u %)
| - | kisik | Ugljični dioksid | Dušik i drugi plinovi |
| Udahnuti zrak | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Izdahnuti zrak | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Alveolarni zrak | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Kisik je glavna komponenta zraka za život. Promjene u količini ovog plina u atmosferi su male. Ako more sadrži i do 20,99% kisika u zraku, onda ni u vrlo zagađenom zraku industrijskih gradova njegova razina ne pada ispod 20,5%. Takve promjene ne otkrivaju učinke na ljudsko tijelo. Fiziološki poremećaji nastaju kada postotak kisika u zraku padne na 16-17%. Istodobno postoji jasan nedostatak kisika, što dovodi do naglog pada vitalne aktivnosti, a uz sadržaj kisika od 7-8% u zraku moguća je smrt.
Atmosfera u različitim epohama
Sastav atmosfere oduvijek je utjecao na evoluciju. U različitim geološkim razdobljima, uslijed prirodnih katastrofa, uočeni su porasti ili padovi razine kisika, što je za sobom povlačilo promjenu u biosustavu. Prije otprilike 300 milijuna godina, njegov sadržaj u atmosferiporastao na 35%, dok su planet nastanjivali kukci divovske veličine. Najveće izumiranje živih bića u povijesti Zemlje dogodilo se prije oko 250 milijuna godina. Tijekom njega umrlo je više od 90% stanovnika oceana i 75% stanovnika kopna. Jedna verzija masovnog izumiranja kaže da je za to kriv nizak sadržaj kisika u zraku. Količina ovog plina pala je na 12% i nalazi se u nižim slojevima atmosfere do visine od 5300 metara. U našoj eri sadržaj kisika u atmosferskom zraku doseže 20,9%, što je 0,7% manje nego prije 800 tisuća godina. Ove brojke potvrđuju znanstvenici sa Sveučilišta Princeton koji su ispitivali uzorke grenlandskog i atlantskog leda koji je nastao u to vrijeme. Smrznuta voda spasila je mjehuriće zraka, a ta činjenica pomaže izračunati razinu kisika u atmosferi.
Čemu odgovara njegova razina u zraku
Aktivna apsorpcija istog iz atmosfere može biti uzrokovana kretanjem ledenjaka. Udaljavajući se, otkrivaju ogromna područja organskih slojeva koji troše kisik. Drugi razlog može biti hlađenje voda oceana: njegove bakterije aktivnije apsorbiraju kisik na niskim temperaturama. Istraživači tvrde da industrijski skok, a time i izgaranje ogromne količine goriva, nemaju poseban utjecaj. Svjetski oceani hlade se 15 milijuna godina, a količina vitalne tvari u atmosferi se smanjila bez obzira na ljudski utjecaj. Vjerojatno se na Zemlji odvijaju neki prirodni procesi koji dovode do činjenice da se potrošnja kisikapostaje veća od svoje proizvodnje.
Ljudski utjecaj na sastav atmosfere
Razgovarajmo o ljudskom utjecaju na sastav zraka. Razina koju imamo danas je idealna za živa bića, sadržaj kisika u zraku je 21%. Ravnoteža njega i ostalih plinova određena je životnim ciklusom u prirodi: životinje izdišu ugljični dioksid, biljke ga koriste i oslobađaju kisik.
Ali ne postoji jamstvo da će ova razina uvijek biti konstantna. Količina ugljičnog dioksida koji se oslobađa u atmosferu raste. To je zbog korištenja goriva od strane čovječanstva. A on je, kao što znate, nastao od fosila organskog podrijetla i ugljični dioksid ulazi u zrak. U međuvremenu, najveće biljke na našem planetu, drveće, sve se brže uništavaju. Kilometri šume nestaju u minuti. To znači da dio kisika u zraku postupno opada i znanstvenici već alarmiraju. Zemljina atmosfera nije neograničena ostava i kisik u nju ne ulazi izvana. Razvijala se cijelo vrijeme zajedno s razvojem Zemlje. Treba stalno imati na umu da ovaj plin proizvodi vegetacija u procesu fotosinteze zbog potrošnje ugljičnog dioksida. A svako značajno smanjenje vegetacije u obliku krčenja šuma neizbježno smanjuje ulazak kisika u atmosferu, čime se narušava njezina ravnoteža.
