على عكس الكواكب الساخنة والباردة في نظامنا الشمسي ، يتمتع كوكب الأرض بظروف تسمح للحياة بشكل ما. أحد الشروط الرئيسية هو تكوين الغلاف الجوي الذي يسمح لجميع الكائنات الحية بالتنفس بحرية ويحمي من الإشعاع المميت الذي يسود في الفضاء.
مما يتكون الجو
يتكون الغلاف الجوي للأرض من العديد من الغازات. وهو عبارة عن نيتروجين بشكل أساسي ، حيث يحتل 77٪. يحتل الغاز ، الذي بدونه لا يمكن تصور الحياة على الأرض ، حجمًا أصغر بكثير ، ويشكل محتوى الأكسجين في الهواء 21٪ من الحجم الإجمالي للغلاف الجوي. آخر 2٪ عبارة عن مزيج من غازات مختلفة ، بما في ذلك الأرجون وثاني أكسيد الكربون والهيليوم والنيون والكريبتون وغيرها.
يرتفع الغلاف الجوي للأرض إلى ارتفاع 8 آلاف كم. يوجد الهواء القابل للتنفس فقط في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي.التروبوسفير ، تصل عند القطبين - 8 كم ، أعلى ، وفوق خط الاستواء - 16 كم. مع زيادة الارتفاع ، يصبح الهواء أرق ويزيد الأكسجين في النفاد. للنظر في محتوى الأكسجين في الهواء على ارتفاعات مختلفة ، سنقدم مثالاً. في قمة إيفرست (ارتفاع 8848 م) ، يحتفظ الهواء بهذا الغاز 3 مرات أقل من مستوى سطح البحر. لذلك ، لا يمكن لغزاة قمم الجبال العالية - المتسلقون - الصعود إلى قمتها إلا بأقنعة الأكسجين.
الأكسجين هو الشرط الرئيسي للبقاء على الكوكب
في بداية وجود الأرض ، الهواء المحيط بها لم يكن يحتوي على هذا الغاز في تكوينه. كان هذا مناسبًا تمامًا لحياة أبسط - الجزيئات أحادية الخلية التي تطفو في المحيط. لم يكونوا بحاجة إلى أكسجين. بدأت العملية منذ حوالي مليوني عام ، عندما بدأت الكائنات الحية الأولى ، نتيجة تفاعل التمثيل الضوئي ، في إطلاق جرعات صغيرة من هذا الغاز التي تم الحصول عليها نتيجة للتفاعلات الكيميائية ، أولاً في المحيط ، ثم في الغلاف الجوي. تطورت الحياة على هذا الكوكب واتخذت أشكالًا متنوعة ، معظمها لم يدم حتى عصرنا. تكيفت بعض الكائنات الحية مع الحياة مع الغاز الجديد.
تعلموا كيفية استخدام قوته بأمان داخل الزنزانة ، حيث تعمل كمحطة طاقة ، من أجل استخلاص الطاقة من الطعام. هذه الطريقة في استخدام الأكسجين تسمى التنفس ، ونحن نفعل ذلك كل ثانية. كان التنفس هو الذي جعل من الممكن تحقيق المزيدالكائنات الحية المعقدة والناس. على مدى ملايين السنين ، ارتفع محتوى الأكسجين في الهواء إلى مستواه الحالي البالغ حوالي 21٪. ساهم تراكم هذا الغاز في الغلاف الجوي في تكوين طبقة الأوزون على ارتفاع 8-30 كم من سطح الأرض. في الوقت نفسه ، تلقى الكوكب الحماية من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية. زاد التطور الإضافي لأشكال الحياة على الماء وعلى الأرض بسرعة نتيجة لزيادة التمثيل الضوئي.
الحياة اللاهوائية
على الرغم من أن بعض الكائنات الحية قد تكيفت مع المستويات المتزايدة للغاز المنطلق ، فقد اختفى العديد من أبسط أشكال الحياة الموجودة على الأرض. نجت الكائنات الحية الأخرى عن طريق الاختباء من الأكسجين. يعيش بعضهم اليوم في جذور البقوليات ، مستخدمين النيتروجين الموجود في الهواء لبناء الأحماض الأمينية للنباتات. التسمم الغذائي المميت للكائن الحي هو "لاجئ" آخر من الأكسجين. يعيش بهدوء في عبوات مفرغة من الهواء تحتوي على طعام معلب.
ما هو مستوى الأكسجين الأمثل للحياة
الأطفال المولودين قبل الأوان ، والذين لم يتم فتح رئتيهم بالكامل بعد للتنفس ، يقعون في حاضنات خاصة. في نفوسهم ، يكون محتوى الأكسجين في الهواء أعلى من حيث الحجم ، وبدلاً من النسبة المعتادة التي تبلغ 21٪ ، يتم تحديد مستوى 30-40٪ هنا. الأطفال الصغار الذين يعانون من مشاكل التنفس الشديدة محاطون بالهواء مع مستويات أكسجين 100٪ لمنع تلف دماغ الطفل. يحسن التواجد في مثل هذه الظروف نظام الأكسجين للأنسجة التي تكون في حالة نقص الأكسجة ، ويعيد وظائفها الحيوية إلى طبيعتها. لكنالكثير منه في الهواء لا يقل خطورة عن القليل منه. يمكن أن يؤدي وجود الكثير من الأكسجين في دم الطفل إلى إتلاف الأوعية الدموية في العين والتسبب في فقدان البصر. هذا يدل على ازدواجية خصائص الغاز. يجب أن نتنفسه لنعيش ، لكن فائضه يمكن أن يصبح أحيانًا سمًا للجسم.
عملية الأكسدة
عندما يتحد الأكسجين مع الهيدروجين أو الكربون ، يحدث تفاعل يسمى الأكسدة. تؤدي هذه العملية إلى تحلل الجزيئات العضوية التي تشكل أساس الحياة. في جسم الإنسان ، تتم عملية الأكسدة على النحو التالي. تجمع خلايا الدم الحمراء الأكسجين من الرئتين وتحمله في جميع أنحاء الجسم. هناك عملية تدمير جزيئات الطعام الذي نأكله. تطلق هذه العملية الطاقة والماء وثاني أكسيد الكربون. هذه الأخيرة تفرزها خلايا الدم مرة أخرى إلى الرئتين ، ونزفرها في الهواء. قد يختنق الشخص بمنعه من التنفس لأكثر من 5 دقائق
التنفس
ضع في اعتبارك محتوى الأكسجين في الهواء المستنشق. يسمى الهواء الجوي الذي يدخل الرئتين من الخارج عند استنشاقه بالاستنشاق ، والهواء الذي يخرج عبر الجهاز التنفسي عند الزفير يسمى الزفير.
مزيج من الهواء ملأ الحويصلات الهوائية بما هو موجود في الشعب الهوائية. التركيب الكيميائي للهواء الذي يستنشقه الشخص السليم وزفيره في ظل الظروف الطبيعية عمليًايختلف ويتم التعبير عنه بأرقام مثل هذه.
محتوى الغاز (٪)
| - | الأكسجين | ثاني أكسيد الكربون | النيتروجين والغازات الأخرى |
| استنشاق الهواء | 20، 94 | 0، 03 | 79، 03 |
| هواء الزفير | 16، 3 | 4، 0 | 79، 7 |
| الهواء السنخي | 14، 2 | 5، 2 | 80، 6 |
الأكسجين هو المكون الرئيسي للهواء مدى الحياة. التغييرات في كمية هذا الغاز في الغلاف الجوي صغيرة. إذا كان البحر يحتوي على ما يصل إلى 20.99٪ أكسجين في الهواء ، فعندئذٍ حتى في هواء المدن الصناعية شديدة التلوث ، لا ينخفض مستواه عن 20.5٪. مثل هذه التغييرات لا تكشف عن آثارها على جسم الإنسان. تظهر الاضطرابات الفسيولوجية عندما تنخفض نسبة الأكسجين في الهواء إلى 16-17٪. في الوقت نفسه ، هناك نقص واضح في الأكسجين ، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في النشاط الحيوي ، ومع محتوى الأكسجين بنسبة 7-8٪ في الهواء ، فإن الموت ممكن.
الجو في عصور مختلفة
لقد أثر تكوين الغلاف الجوي دائمًا على التطور. في أوقات جيولوجية مختلفة ، بسبب الكوارث الطبيعية ، لوحظ ارتفاع أو انخفاض في مستوى الأكسجين ، مما أدى إلى تغيير في النظام الحيوي. منذ ما يقرب من 300 مليون سنة ، محتواه في الغلاف الجويارتفعت إلى 35٪ ، بينما كان يسكن الكوكب حشرات ضخمة الحجم. حدث أكبر انقراض للكائنات الحية في تاريخ الأرض منذ حوالي 250 مليون سنة. خلال ذلك ، مات أكثر من 90٪ من سكان المحيط و 75٪ من سكان الأرض. تقول إحدى نسخ الانقراض الجماعي أن السبب في ذلك هو انخفاض محتوى الأكسجين في الهواء. وقد انخفضت كمية هذا الغاز إلى 12٪ وهو موجود في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي يصل ارتفاعه إلى 5300 متر. في عصرنا ، يصل محتوى الأكسجين في الهواء الجوي إلى 20.9٪ ، وهو أقل بنسبة 0.7٪ عما كان عليه قبل 800 ألف عام. تم تأكيد هذه الأرقام من قبل العلماء في جامعة برينستون الذين فحصوا عينات من غرينلاند وجليد المحيط الأطلسي الذي تشكل في ذلك الوقت. حفظ الماء المتجمد فقاعات الهواء وهذه الحقيقة تساعد في حساب مستوى الأكسجين في الغلاف الجوي.
ماذا يطيع مستواها في الهواء
الامتصاص النشط له من الغلاف الجوي قد يكون بسبب حركة الأنهار الجليدية. عندما يبتعدون ، يكشفون عن مساحات شاسعة من الطبقات العضوية التي تستهلك الأكسجين. قد يكون سبب آخر هو تبريد مياه المحيطات: تمتص بكتيريا المحيطات الأكسجين بشكل أكثر نشاطًا في درجات الحرارة المنخفضة. ويقول الباحثون إن القفزة الصناعية ومعها حرق كمية هائلة من الوقود ليس لها تأثير خاص. تم تبريد محيطات العالم لمدة 15 مليون سنة ، وانخفضت كمية المادة الحيوية في الغلاف الجوي بغض النظر عن تأثير الإنسان. من المحتمل أن تحدث بعض العمليات الطبيعية على الأرض ، مما يؤدي إلى حقيقة أن استهلاك الأكسجينيصبح أعلى من إنتاجه.
تأثير الإنسان على تكوين الغلاف الجوي
لنتحدث عن تأثير الإنسان على تكوين الهواء. المستوى الذي لدينا اليوم مثالي للكائنات الحية ، محتوى الأكسجين في الهواء هو 21٪. يتم تحديد توازنه والغازات الأخرى من خلال دورة الحياة في الطبيعة: الحيوانات تزفر ثاني أكسيد الكربون ، والنباتات تستخدمه وتطلق الأكسجين.
لكن ليس هناك ما يضمن أن هذا المستوى سيكون دائمًا ثابتًا. تتزايد كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة في الغلاف الجوي. هذا يرجع إلى استخدام البشر للوقود. وهي ، كما تعلم ، تكونت من أحافير ذات أصل عضوي ودخل ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء. وفي الوقت نفسه ، يتم تدمير أكبر النباتات على كوكبنا ، الأشجار ، بمعدل متزايد. كيلومترات من الغابات تختفي في دقيقة واحدة. هذا يعني أن جزءًا من الأكسجين الموجود في الهواء يتساقط تدريجياً وأن العلماء يدقون ناقوس الخطر بالفعل. الغلاف الجوي للأرض ليس مخزنًا غير محدود ولا يدخله الأكسجين من الخارج. لقد تم تطويره طوال الوقت جنبًا إلى جنب مع تطور الأرض. يجب أن نتذكر باستمرار أن هذا الغاز ينتج عن طريق الغطاء النباتي في عملية التمثيل الضوئي بسبب استهلاك ثاني أكسيد الكربون. وأي انخفاض كبير في الغطاء النباتي في صورة إزالة الغابات يقلل حتما من دخول الأكسجين إلى الغلاف الجوي ، وبالتالي يخل بتوازنه.
