какая роль кислорода для жизни на земле
Кислород (O, Oxygenium)
История кислорода
Открытие кислорода произошло дважды, во второй половине XVIII столетия с разницей в несколько лет. В 1771 году кислород получил швед Карл Шееле, нагревая селитру и серную кислоту. Полученный газ был назван «огненным воздухом». В 1774 английский химик Джозеф Пристли проводил процесс разложения оксида ртути в полностью закрытом сосуде и открыл кислород, но принял его за ингредиент воздуха. Только после того, как Пристли поделился своей находкой с французом Антуаном Лавуазье, стало понятно, что открыт новый элемент (calorizator). Пальма первенства данного открытия принадлежит Пристли потому, что Шееле опубликовал свой научный труд с описанием открытия лишь в 1777 году.
Общая характеристика кислорода
Кислород является элементом XVI группы II периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 8 и атомную массу 15,9994. Принято обозначать кислород символом О (от латинского Oxygenium – порождающий кислоту). В русском языке название кислород стало производным от кислоты, термина, который был введён М.В. Ломоносовым.
Нахождение в природе
Кислород является самым распространённым элементом по нахождению в земной коре и Мировом океане. Соединения кислорода (в основном – силикаты) составляют не менее 47% массы земной коры, кислород вырабатывается в процессе фотосинтеза лесами и всеми зелёными растениями, большая часть приходится на фитопланктон морских и пресных вод. Кислород – обязательная составная часть любых живых клеток, также находится в большинстве веществ органического происхождения.
Физические и химические свойства
Кислород – лёгкий неметалл, состоит в группе халькогенов, имеет высокую химическую активность. Кислород, как простое вещество, представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, имеет жидкое состояние – светло-голубая прозрачная жидкость и твёрдое – светло-синие кристаллы. Состоит из двух атомов кислорода (обозначается формулой О₂).
Полезные свойства кислорода и его влияние на организм
Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном.
Биологическая роль кислорода
Кислород – основа основ жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, является основным биогенным элементом. Находится в составе молекул всех важнейших веществ, которые отвечают за структуру и функции клеток (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты). Каждый живой организм содержит гораздо больше кислорода, чем какого-либо элемента (до 70%). Для примера, организм взрослого среднестатического человека массой 70 кг содержит 43 кг кислорода.
Кислород поступает в живые организмы (растения, животные и человек) благодаря органам дыхания и поступлению воды. Помня о том, что в организме человека самый главный орган дыхания – это кожа, становится понятно, сколько кислорода может получать человек, особенно летом на берегу водоёма. Определить потребность человека в кислороде достаточно сложно, ведь она зависит от многих факторов – возраст, пол, масса и поверхность тела, система питания, внешняя среда и т.д.
Применение кислорода в жизни
Кислород применяется практически повсеместно – от металлургии до производства ракетного топлива и взрывчатых веществ, применяемых для дорожных работах в горах; от медицины до пищевой промышленности.
В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как пропеллент и упаковочный газ.
Кислород и его роль в жизни на Земле
Все живые существа в природе, за исключением немногих микроорганизмов, при дыхании потребляют кислород.
Дыхание — одна из основных функций живого организма. Оно основано на поглощении кислорода из окружающей среды и возвращении в нее углекислого газа.
У небольших животных организмов, например дождевых червей, у которых отношение поверхности тела к их объему достаточно велико, дыхание совершается через покровы. Обязательным условием этого простейшего вида дыхания является постоянная влажность кожи. Кислород воздуха, растворяясь в жидкости, смачивающей кожу, проникает в организм путем диффузии.
У животных организмов с более энергичной жизнедеятельностью газовый обмен с внешней средой совершается через специальные органы дыхания. У большинства насекомых таким органом служат трахеи — система тонких трубок-капилляров, выходящих на поверхность кожи парными отверстиями — дыхальцами. Внутри эти трубки разветвляются, проникая во все части тела. При дыхании насекомого создается как бы всасывание и выталкивание газов из трахей, что обеспечивает постоянный приток кислорода в организм.
Дыхание у рыб осуществляется при помощи жабер, обладающих сильно развитой поверхностью. Жабры состоят из выростов, густо оплетенных кровеносными сосудами. Снаружи жабры защищены жаберными крышками. Рыбы всасывают воду через ротовое отверстие и, омывая жабры, выталкивают ее наружу из-под жаберных крышек. Растворенный в воде кислород диффузией проникает через тонкие пленки выростов жабер и, поглощаясь кровью, разносится по всему организму. Происходит окисление клеток. Образующийся углекислый газ захватывается кровью и через жабры уходит в воду.
Потребление кислорода человеком и большинством животных на земле происходит через легкие и частично через кожу. Человек начинает потреблять кислород с первого момента своего появления на свет. Первый вдох у новорожденного обычно происходит самопроизвольно, но иногда его приходится вызывать искусственно. Шлепком по телу младенца вызывают соответствующее раздражение дыхательных органов, которые после первого вдоха не прекращают своей работы до конца жизни.
Источник: В. Медведовский. Кислород. Государственное Издательство Детской литературы Министерства Просвещения РСФСР. Ленинград. Москва. 1953
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Круговорот кислорода в природе: схема, интересные факты
Круговорот кислорода: Pexels
Без кислорода на Земле не могли бы существовать живые организмы, не горел бы огонь, не ржавел бы металл. Мы используем его постоянно. Но почему же он не заканчивается? Потому что существует круговорот кислорода — процесс планетарного масштаба, который постоянно обеспечивает нас этим газом. Объясним, как он протекает и как кислород влияет на нашу жизнь.
Круговорот кислорода
Что такое кислород? Это один из самых распространенных химических элементов на Земле и неотъемлемая составляющая жизни на планете.
Кислород — это бесцветный газ, который присутствует повсюду и которым дышит человек. Вдыхая его, организм выделяет углекислый газ и так обеспечивает свою жизнедеятельность. Кроме этого, оксиген участвует во многих процессах:
Спичка горит благодаря кислороду: Unsplash
Кислород расходуется постоянно, почему же его запасы не иссякают? На самом деле он регулярно обновляется в природе, и этот процесс называют круговоротом.
Как происходит круговорот кислорода в природе? Он попадает в атмосферу из растений, воды и земной коры:
Газ, который пришел в атмосферу из биосферы, гидросферы и литосферы, снова участвует в жизненных процессах — поглощении живыми организмами, окислении. Американские исследователи определили, что понадобится около двух тысяч лет, чтобы использованный кислород восстановился в атмосфере — такова скорость его круговорота.
Схема круговорота кислорода: Wikimedia
Интересные факты о кислороде
Где находится кислород в природе? Как пишут в учебниках по химии, этим газом насыщены все стихии:
Кислород появился на Земле за миллиарды лет до нас. Согласно исследованию датских ученых, он был здесь еще 3,8 миллиарда лет назад. Хотя его концентрация в воздухе не всегда была такой высокой, как сейчас. Впрочем, выявить этот химический элемент ученым удалось только в XVIII веке.
Кто и когда открыл кислород? До 1774 года человечество не подозревало о его существовании. Открытию этого газа мы обязаны двум ученым:
Название кислорода — oxygenium — произошло от древнегреческого ‘рождающий кислоту’.
Кислород — то, чем мы дышим: Pexels
Какое значение имеет кислород? Этот бесцветный газ — залог жизни на планете Земля. Чтобы продемонстрировать его важность, предлагаем несколько фактов:
Кислород — бесценный ресурс, который восстанавливает себя сам. Но это не значит, что человек не должен влиять на этот процесс. Большинство оксигена приходит в атмосферу из деревьев. Уже сейчас из-за выхлопов и развития промышленности концентрация оксигена в воздухе падает. Вот почему нам всерьез стоит задуматься о состоянии экологии.
Узнавайте обо всем первыми
Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.
Роль кислорода и фосфора в жизни на Земле
На протяжении последних трех миллиардов лет земной истории органическая жизнь была готова к эволюционным прыжкам и даже взрывам. Ей не хватало малого – кислорода для дыхания и фосфора для развития.
Как только эти химические элементы оказались доступны в достаточном количестве – а произошло это в позднем протерозое, около 800 млн лет назад – биосфера, а за ней и вся планета буквально преобразились >>
Настоящее Бытие Земли
Доцент отделения наук о земле и атмосфере Технологического института Джорджии Крис Рейнхард (Chris Reinhard) и геохимик из Йельского университета Ной Планавски (Noah Planavsky) изучали докембрийские осадочные горные породы, сформировавшиеся в прибрежных районах мирового океана. Их задачей было оценить изменения в круговороте фосфора и ту роль, которую этот элемент играет в появлении современного биоразнообразия.
Двигаясь вверх по разрезу с рубежа 3,5 млрд лет, они обнаружили любопытную закономерность. “Основное изменение заключается в том, что фосфор становится намного более доступен в поверхностных водах океана, – рассказал Рейнхард. – Это изменение происходит примерно в то же время, что и появление кислорода в океане и атмосфере, и незадолго до появления животных”.
Таким образом, по данным исследователей, появление доступного для биологических систем фосфора непосредственно предшествовало расцвету жизни. “Последовательность событий определенно бросается в глаза”, – подчеркнул Рейнхард.
По итогам своих наблюдений Рейнхард и Планавски вместе с международной командой исследователей предположили, что именно нехватка фосфора и бескислородная атмосфера долгое время не позволяли развиваться фотосинтезирующим организмам. Когда же баланс в системе изменился и фосфор попал в прибрежные воды, на Земле стартовало бурное развитие жизни, в конечном итоге сформировавшее нынешнюю атмосферу и ландшафты.
Этот новый взгляд на факторы, позволившие живым организмам изменить атмосферу Земли, помогает заложить фундамент, опираясь на который ученые смогут прогнозировать наличие жизни на экзопланетах, а также лучше понимать, как химические взаимоотношения океана и атмосферы вызывают глобальные климатические изменения и влияют на колебания численности живых организмов.
Цианобактерия, мать кислорода
Сложные живые организмы, например животные, обладают активным метаболизмом и требуют большого количества кислорода для его поддержания. Эволюция животных немыслима без кислорода. Чтобы понять, почему нехватка биогенов могла препятствовать выработке кислорода, нам необходимо обратить внимание на очень необычную группу бактерий, известных под названием цианобактерии. Их можно назвать настоящими матерями кислорода на Земле.
“Причина появления кислорода, достаточного для дыхания, на нашей планете заключается в кислородном фотоcинтезе, – рассказывает Планавски. – Кислород – это отходы работы фотосинтезирующих клеток, например цианобактерий, перерабатывающих углекислый газ и воду в сахара”.
Фотосинтез – эволюционная сингулярность, он появился лишь однажды в истории Земли. Многие другие биологические прорывы происходили десятки и сотни раз в течении времени, например – переход от одноклеточных организмов к первичной многоклеточности. Однако ученые уверены, что кислородный фотосинтез появился лишь однажды, у цианобактерий, и все последующие фотосинтезирующие организмы лишь унаследовали этот механизм.
Именно цианобактериям, существующим уже более 2,5 млрд лет, сегодня наука приписывает основную роль в наполнение земной атмосферы кислородом. Но возникает вопрос: почему им понадобилось так много времени? Ответ, по мнению Рейнхарда и Планавски, кроется в дефиците биогенов – простых минеральных соединений, которыми бактерии питались. Например, фосфор, содержание которого в осадочных породах изучали ученые, присутствовал в океанах миллиарды лет, но большинство этого срока находился в связанном состоянии и в совершенно неподходящих для цианобактерий местах.
На протяжении геологических эпох железо, всегда в больших количествах присутствовавшее в океане, связывалось с фосфором и выпадало на дно вдали от мелководий, также называемых материковыми склонами, на которых, собственно, и обитали так нуждающиеся в нем цианобактерии. Кстати, этот древний химический механизм и сейчас активно используется для очистки вод, загрязненных фосфорсодержащими удобрениями.
В результате сформировалась глобальная геохимическая система с высоким содержанием железа и низкой доступностью фосфора и азота на океанических мелководьях, которая могла сохраняться в низкокислородном мире практически неограниченное время.
“Судя по всему, это была очень устойчивая планетарная система, но очевидно, что это не та система, в которой мы сейчас живем. Вопрос в том, как произошел переход от низкокислородного состояния к тому, в которым мы сейчас находимся”, – отмечает Планавски.
Фосфор как стартовый пистолет
800 млн лет назад что-то изменилось – цианобактерии и другие мелкие организмы стали получать больше фосфора, служащего основой для таких важных молекул, как ДНК и РНК. Бактерии стали более активными, начали быстрее размножаться, потреблять больше фосфора и создавать намного больше кислорода. “Фосфор не просто необходим для жизни, – говорит Планавски. – Фосфор регулирует количество жизни на нашей планете”.
Когда бактерии умирают, они опускается на дно моря, разлагаются и обогащают фосфором ил. А ил в конечном счете превращается в камень. “С увеличением биомассы увеличилось и содержание в ней фосфора, а значит его присутствие увеличилось и в осадочных породах, – говорит Рейнхард. – Для ученых такие пласты – как страницы в книге истории морского дна”.
Ученые листают их десятилетиями, собирая данные для своих гипотез. Рейнхард и Планавски пришлось изучить около 15 000 образцов.
“В первую подборку вошли только 600 образцов”, – вспоминает Планавски. “Но тенденция была заметна уже тогда. Скачок фосфора был ясен как белый день. А по мере роста базы данных этот феномен лишь подтвердился”, – добавляет Рейнхард.
Первый след фосфора на прибрежных мелководьях отразился в сланцевой летописи как выстрел из стартового пистолета в гонке биоразнообразия. Пока удалось лишь установить сам факт этого выстрела, а что стало причиной для него – задача новых исследований.
Какая роль кислорода для жизни на земле
В предыдущем материале мы получили понимание, откуда человек получает энергию для жизни – из биосферы. Для понимания процессов работы антиоксидантной системы, которая также имеет большую функциональность в оздоровлении организма, следует разобраться со значением кислорода для здоровья и жизни человека.
Если рассматривать воздух по его составляющим, то мы увидим, что среди того, что мы вдыхаем имеет в своем составе следующее:
Химические элементы с различными способностями притягивают к себе дополнительные электроны, зависит эта способность от положения какого либо элемента в таблице Менделеева. Это притяжение, называется электроотрицательность, выражают его условные единицы, и чем они выше, тем больше способность притяжения электронов.
Когда два отличных атома будут взаимодействовать друг с другом, парочка электронов будет смещаться к наиболее электроотрицательному атому. Кислород один из самых электроотрицательных элементов. Он также самый востребованный на Земле компонент.
Кислород делится на две формы существования это кислород (О2) и озон (Оз). Представляет собой бесцветный газ, с отсутствием запаха, выступает жизненно нужным веществом.
Взаимодействуя с каждым элементом периодической таблицы, создает огромное количество соединений.
Кислород – необходимый компонент для обеспечения человека энергией жизни
Земля в своей атмосфере хранит свободный кислород. Связанный кислород хранит земная кора, также пресная вода и морская. Кислородом обеспечивается дыхательный процесс, далее, после окисления органических соединений, образует углекислый газ и воду, в процессе чего высвобождается энергия.
Иначе говоря, мы получаем энергию, ежеминутно требующуюся в нашей жизнедеятельности, которая является результатом расщепления съеденной нами пищи. Расщепление пищи идет под воздействием вдыхаемого кислорода.
Теперь кислород и физиология.
Сложнейший комплекс происходящих в организме изменений на физическом, биологическом и физиологическом уровнях, при которых организм получает и превращает вещества и энергию, и постоянно обменивает их в окружающей среде и есть ОБМЕН ВЕЩЕСТВ и энергии. Этот процесс лежит в основе преобразования энергии из свободной, поступившей
со сложными органическими соединениями, в электрическую, механическую и тепловую. Взаимоотношения между обменами жиров, углеводов и белков, сопровождаемые биохимическими процессами, которые регулируют гормоны, позволяют максимально снабдить энергией наши клетки.
А вы знаете, что вес человека на 62% наполнен кислородом?
Например, если ваш вес 70 кг, то 43 кг из него это кислород. Приведу вам интересный факт, за
сутки мы с вами съедаем кислорода в количестве 2 кг и 900 граммов вдыхаем с воздухом. Кто не знает, информация для вас – Оз (озон), как кислородная форма, токсичен.
Кому не нужен кислород для жизни?
Пища приносит организму электроны и протоны водорода. Протоны, например, попадают с пищей в органических кислотах, а электроны поставляются металлами с переменной валентностью и витаминами в частности С и Е. Биологическое окисление получает необходимый субстрат, состоящий из глюкозы, в нее, в свою очередь, преобразуются легко усваиваемые пищевые углеводы.
Проще говоря, электроны поставляет кислород, а протоны водород. Совместно протоны и электроны создают ковалентные связи (биосинтез молекулы). Жизненно-необходимые элементы организма (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.) также наполнены кислородом. Дыхание без него бессмысленно, окисление жиров, белков, аминокислот, углеводов и прочих биохимических процессов тоже невозможно без кислорода.
Днем, когда мы бодры, то расходуем большое количество кислорода. В наш организм он попадает естественным путем, вдыхается легкими. Дальше, драгоценный биокомпонент, поступивший в кровь, начинает поглощать гемоглобин, преобразуя его в оксигемоглобин, и затем он распределяется по всем нашим составляющим (тканям и органам). Но еще
он попадает и в связанном виде, когда мы пьем воду. Получив кислород, ткани расходуют его на процесс метаболизма, для окисления различных элементов. Дальнейший путь кислорода направлен на его метаболизм до СО2 (углерода диоксида) и Н2О (воды) и в итоге он выводится организмом – почками и легкими.