Atšķirībā no mūsu Saules sistēmas karstajām un aukstajām planētām, uz planētas Zeme ir apstākļi, kas ļauj kaut kādā veidā dzīvot. Viens no galvenajiem nosacījumiem ir atmosfēras sastāvs, kas ļauj visām dzīvajām būtnēm brīvi elpot un pasargā no nāvējošā starojuma, kas valda kosmosā.
No kā veidojas atmosfēra
Zemes atmosfēru veido daudzas gāzes. Tas galvenokārt ir slāpeklis, kas aizņem 77%. Gāze, bez kuras dzīvība uz Zemes nav iedomājama, aizņem daudz mazāku tilpumu, skābekļa saturs gaisā ir 21% no kopējā atmosfēras tilpuma. Pēdējie 2% ir dažādu gāzu, tostarp argona, oglekļa dioksīda, hēlija, neona, kriptona un citu gāzu maisījums.
Zemes atmosfēra paceļas līdz 8 tūkstošu km augstumam. Elpojošs gaiss ir atrodams tikai atmosfēras apakšējā slānī.troposfēra, sasniedzot polius - 8 km, uz augšu, un virs ekvatora - 16 km. Palielinoties augstumam, gaiss kļūst plānāks un skābekļa daudzums samazinās. Lai apsvērtu, kāds skābekļa saturs gaisā ir dažādos augstumos, mēs sniegsim piemēru. Everesta virsotnē (augstums 8848 m) gaiss satur šo gāzi 3 reizes mazāk nekā virs jūras līmeņa. Tāpēc augstu kalnu virsotņu iekarotāji – alpīnisti – var uzkāpt tās virsotnē tikai skābekļa maskās.
Skābeklis ir galvenais nosacījums izdzīvošanai uz planētas
Zemes pastāvēšanas sākumā gaisā, kas to ieskauj, šīs gāzes sastāvā nebija. Tas bija diezgan piemērots vienkāršāko - vienšūnas molekulu, kas peldēja okeānā, dzīvei. Viņiem nebija vajadzīgs skābeklis. Process sākās apmēram pirms 2 miljoniem gadu, kad pirmie dzīvie organismi fotosintēzes reakcijas rezultātā sāka izdalīt nelielas šīs ķīmisko reakciju rezultātā iegūtās gāzes devas vispirms okeānā, pēc tam atmosfērā. Dzīvība uz planētas attīstījās un ieguva dažādas formas, no kurām lielākā daļa līdz mūsdienām nav saglabājušās. Daži organismi beidzot pielāgojās dzīvei ar jauno gāzi.
Viņi iemācījās droši izmantot savu spēku kamerā, kur tā darbojās kā spēkstacija, lai iegūtu enerģiju no pārtikas. Šo skābekļa izmantošanas veidu sauc par elpošanu, un mēs to darām katru sekundi. Tā bija elpa, kas ļāva sasniegt vairāksarežģīti organismi un cilvēki. Miljonu gadu laikā skābekļa saturs gaisā ir strauji pieaudzis līdz pašreizējam līmenim, kas ir aptuveni 21%. Šīs gāzes uzkrāšanās atmosfērā veicināja ozona slāņa veidošanos 8–30 km augstumā no zemes virsmas. Tajā pašā laikā planēta saņēma aizsardzību pret ultravioleto staru kaitīgo ietekmi. Dzīvības formu turpmākā evolūcija uz ūdens un uz sauszemes ir strauji pieaugusi pastiprinātas fotosintēzes rezultātā.
Anaerobā dzīve
Lai gan daži organismi ir pielāgojušies pieaugošajam izdalāmo gāzu līmenim, daudzas no vienkāršākajām dzīvības formām, kas pastāvēja uz Zemes, ir pazudušas. Citi organismi izdzīvoja, slēpjoties no skābekļa. Daži no tiem mūsdienās dzīvo pākšaugu saknēs, izmantojot slāpekli no gaisa, lai veidotu aminoskābes augiem. Nāvējošs organisms botulisms ir vēl viens "bēglis" no skābekļa. Viņš mierīgi izdzīvo vakuuma iepakojumos ar konserviem.
Kāds ir optimālais skābekļa līmenis dzīvei
Priekšlaicīgi dzimuši mazuļi, kuru plaušas vēl nav pilnībā atvērtas elpošanai, nonāk īpašos inkubatoros. Tajos skābekļa saturs gaisā ir lielāks pēc tilpuma, un parastā 21% vietā šeit ir noteikts 30-40% līmenis. Mazus bērnus ar smagiem elpošanas traucējumiem ieskauj gaiss ar 100% skābekļa līmeni, lai novērstu bērna smadzeņu bojājumus. Atrodoties šādos apstākļos, uzlabojas skābekļa režīms audiem, kas atrodas hipoksijas stāvoklī, un normalizējas to dzīvības funkcijas. Betpārāk daudz tā gaisā ir tikpat bīstams kā pārāk maz. Pārāk daudz skābekļa bērna asinīs var sabojāt acu asinsvadus un izraisīt redzes zudumu. Tas parāda gāzes īpašību dualitāti. Mums tas ir jāelpo, lai dzīvotu, bet tā pārpalikums dažkārt var kļūt par indi ķermenim.
Oksidācijas process
Kad skābeklis savienojas ar ūdeņradi vai oglekli, notiek reakcija, ko sauc par oksidāciju. Šis process izraisa organisko molekulu, kas ir dzīvības pamatā, sadalīšanos. Cilvēka organismā oksidēšanās notiek šādi. Sarkanās asins šūnas savāc skābekli no plaušām un pārnes to pa visu ķermeni. Notiek pārtikas, ko mēs ēdam, molekulu iznīcināšanas process. Šis process atbrīvo enerģiju, ūdeni un oglekļa dioksīdu. Pēdējais ar asins šūnām tiek izvadīts atpakaļ plaušās, un mēs to izelpojam gaisā. Ja cilvēks nevar elpot ilgāk par 5 minūtēm, cilvēks var nosmakt.
Elpošana
Ņemiet vērā skābekļa saturu ieelpotajā gaisā. Atmosfēras gaisu, kas ieelpojot iekļūst plaušās no ārpuses, sauc par ieelpotu, bet gaisu, kas izelpojot iziet cauri elpošanas sistēmai, sauc par izelpotu.
Tas ir gaisa maisījums, kas piepildīja alveolas ar to, kas atrodas elpceļos. Gaisa ķīmiskais sastāvs, ko vesels cilvēks dabiskos apstākļos ieelpo un izelpo, ir praktiskiatšķiras un ir izteikts ar šādiem skaitļiem.
Gāzes saturs (%)
| - | Skābeklis | Oglekļa dioksīds | Slāpeklis un citas gāzes |
| Ieelpotais gaiss | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Izelpots gaiss | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Alveolārais gaiss | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Skābeklis ir galvenā gaisa sastāvdaļa dzīvībai. Šīs gāzes daudzuma izmaiņas atmosfērā ir nelielas. Ja jūrā gaisā ir līdz 20,99% skābekļa, tad pat ļoti piesārņotajā industriālo pilsētu gaisā tās līmenis nenoslīd zem 20,5%. Šādas izmaiņas neatklāj ietekmi uz cilvēka ķermeni. Fizioloģiski traucējumi parādās, kad skābekļa procentuālais daudzums gaisā nokrītas līdz 16-17%. Tajā pašā laikā ir skaidrs skābekļa deficīts, kas izraisa strauju dzīvības aktivitātes kritumu, un ar skābekļa saturu gaisā 7-8% ir iespējama nāve.
Atmosfēra dažādos laikmetos
Atmosfēras sastāvs vienmēr ir ietekmējis evolūciju. Dažādos ģeoloģiskos laikos dabas katastrofu dēļ tika novērots skābekļa līmeņa paaugstināšanās vai kritums, kas izraisīja izmaiņas biosistēmā. Apmēram pirms 300 miljoniem gadu tā saturs atmosfērāpieauga līdz 35%, savukārt planētu apdzīvoja gigantiska izmēra kukaiņi. Lielākā dzīvo būtņu izmiršana Zemes vēsturē notika pirms aptuveni 250 miljoniem gadu. Tās laikā gāja bojā vairāk nekā 90% okeāna un 75% sauszemes iedzīvotāju. Viena masveida izmiršanas versija vēsta, ka pie vainas bija zemais skābekļa saturs gaisā. Šīs gāzes daudzums samazinājies līdz 12% un tā atrodas atmosfēras lejasdaļā līdz 5300 metru augstumam. Mūsu laikmetā skābekļa saturs atmosfēras gaisā sasniedz 20,9%, kas ir par 0,7% zemāks nekā pirms 800 tūkstošiem gadu. Šos skaitļus apstiprina Prinstonas universitātes zinātnieki, kas pārbaudīja tajā laikā veidojušās Grenlandes un Atlantijas ledus paraugus. Sasalis ūdens izglāba gaisa burbuļus, un šis fakts palīdz aprēķināt skābekļa līmeni atmosfērā.
Kam pakļaujas tā līmenis gaisā
Aktīvu tā absorbciju no atmosfēras var izraisīt ledāju kustība. Atkāpjoties, tie atklāj plašas organisko slāņu platības, kas patērē skābekli. Vēl viens iemesls var būt okeānu ūdeņu atdzišana: tā baktērijas aktīvāk absorbē skābekli zemā temperatūrā. Pētnieki apgalvo, ka rūpnieciskajam lēcienam un līdz ar to milzīga daudzuma degvielas sadedzināšanai nav īpašas ietekmes. Pasaules okeāni atdziest 15 miljonus gadu, un dzīvībai svarīgo vielu daudzums atmosfērā ir samazinājies neatkarīgi no cilvēka ietekmes. Iespējams, ka uz Zemes notiek daži dabiski procesi, kas noved pie tā, ka skābekļa patēriņškļūst augstāks par tā ražošanas apjomu.
Cilvēka ietekme uz atmosfēras sastāvu
Parunāsim par cilvēka ietekmi uz gaisa sastāvu. Līmenis, kāds mums ir šodien, ir ideāls dzīvām būtnēm, skābekļa saturs gaisā ir 21%. Tā un citu gāzu līdzsvaru nosaka dzīves cikls dabā: dzīvnieki izelpo oglekļa dioksīdu, augi to izmanto un izdala skābekli.
Bet nav garantijas, ka šis līmenis vienmēr būs nemainīgs. Pieaug atmosfērā izdalītā oglekļa dioksīda daudzums. Tas ir saistīts ar to, ka cilvēce izmanto degvielu. Un tas, kā zināms, veidojies no organiskas izcelsmes fosilijām un gaisā nokļūst oglekļa dioksīds. Tikmēr lielākie augi uz mūsu planētas, koki, tiek iznīcināti arvien straujāk. Meža kilometri pazūd minūtē. Tas nozīmē, ka daļa gaisā esošā skābekļa pamazām krītas un zinātnieki jau izsauc trauksmi. Zemes atmosfēra nav neierobežots pieliekamais un skābeklis tajā neieplūst no ārpuses. Tas ir attīstījies visu laiku līdz ar Zemes attīstību. Pastāvīgi jāatceras, ka šo gāzi rada veģetācija fotosintēzes procesā oglekļa dioksīda patēriņa dēļ. Un jebkurš būtisks veģetācijas samazinājums mežu izciršanas veidā neizbēgami samazina skābekļa iekļūšanu atmosfērā, tādējādi izjaucot tās līdzsvaru.
