Ի տարբերություն մեր արեգակնային համակարգի տաք և սառը մոլորակների, Երկիր մոլորակն ունի այնպիսի պայմաններ, որոնք թույլ են տալիս ապրել որոշակի ձևով: Հիմնական պայմաններից մեկը մթնոլորտի բաղադրությունն է, որը թույլ է տալիս բոլոր կենդանի էակներին ազատ շնչել և պաշտպանում է տիեզերքում տիրող մահացու ճառագայթումից։
Ինչից է ստեղծված մթնոլորտը
Երկրի մթնոլորտը կազմված է բազմաթիվ գազերից: Հիմնականում դա ազոտ է, որը զբաղեցնում է 77%: Գազը, առանց որի կյանքը Երկրի վրա անհնար է պատկերացնել, շատ ավելի փոքր ծավալ է զբաղեցնում, օդում թթվածնի պարունակությունը կազմում է մթնոլորտի ընդհանուր ծավալի 21%-ը։ Վերջին 2%-ը տարբեր գազերի խառնուրդ է՝ ներառյալ արգոն, ածխածնի երկօքսիդ, հելիում, նեոն, կրիպտոն և այլն։
Երկրի մթնոլորտը բարձրանում է 8 հազար կմ բարձրության վրա։ Շնչող օդը հանդիպում է միայն մթնոլորտի ստորին շերտում։տրոպոսֆերա, հասնելով բևեռներին՝ 8 կմ, վերև, իսկ հասարակածից վեր՝ 16 կմ։ Բարձրության բարձրացման հետ օդը նոսրանում է, և թթվածինը սպառվում է: Հաշվի առնելու համար, թե ինչ թթվածնի պարունակություն է օդում տարբեր բարձրությունների վրա, մենք օրինակ բերենք. Էվերեստի գագաթնակետին (բարձրությունը 8848 մ) օդը պահում է այս գազը 3 անգամ ավելի քիչ, քան ծովի մակարդակից: Ուստի բարձր լեռնագագաթներ նվաճողները՝ լեռնագնացները, կարող են բարձրանալ դրա գագաթ միայն թթվածնային դիմակներով։
Թթվածինը մոլորակի վրա գոյատևման հիմնական պայմանն է
Երկրի գոյության սկզբում օդը, որը շրջապատում էր այն, իր բաղադրության մեջ այդ գազը չուներ: Սա բավականին հարմար էր ամենապարզ՝ օվկիանոսում լողացող միաբջիջ մոլեկուլների կյանքի համար: Նրանք թթվածնի կարիք չունեին։ Գործընթացը սկսվել է մոտ 2 միլիոն տարի առաջ, երբ առաջին կենդանի օրգանիզմները, ֆոտոսինթեզի ռեակցիայի արդյունքում, սկսել են քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ստացված այս գազի փոքր չափաբաժիններով արձակել նախ օվկիանոս, ապա՝ մթնոլորտ։ Կյանքը զարգացել է մոլորակի վրա և ստացել տարբեր ձևեր, որոնցից շատերը չեն պահպանվել մինչև մեր ժամանակները: Որոշ օրգանիզմներ ի վերջո հարմարվեցին կյանքին նոր գազով։
Նրանք սովորեցին, թե ինչպես անվտանգ օգտագործել նրա ուժը խցում, որտեղ այն գործում էր որպես էլեկտրակայան՝ սննդից էներգիա կորզելու համար: Թթվածնի օգտագործման այս եղանակը կոչվում է շնչառություն, և մենք դա անում ենք ամեն վայրկյան։ Շունչն էր, որ հնարավոր դարձրեց ավելինբարդ օրգանիզմներ և մարդիկ։ Միլիոնավոր տարիների ընթացքում օդում թթվածնի պարունակությունը բարձրացել է մինչև ներկայիս մակարդակը՝ մոտ 21%: Մթնոլորտում այդ գազի կուտակումը նպաստեց երկրի մակերևույթից 8–30 կմ բարձրության վրա օզոնային շերտի ստեղծմանը։ Միաժամանակ մոլորակը պաշտպանություն է ստացել ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների վնասակար ազդեցությունից։ Ջրի և ցամաքի վրա կյանքի ձևերի հետագա էվոլյուցիան արագորեն աճել է ֆոտոսինթեզի աճի արդյունքում:
Անաէրոբ կյանք
Չնայած որոշ օրգանիզմներ հարմարվել են արտազատվող գազի մակարդակի բարձրացմանը, Երկրի վրա գոյություն ունեցող կյանքի ամենապարզ ձևերից շատերը անհետացել են: Մյուս օրգանիզմները գոյատևեցին՝ թաքնվելով թթվածնից: Նրանցից ոմանք այսօր ապրում են լոբազգիների արմատներում՝ օգտագործելով օդի ազոտը՝ բույսերի համար ամինաթթուներ ստեղծելու համար: Մահացու օրգանիզմը բոտուլիզմը հերթական «փախստականն» է թթվածնից։ Նա հանգիստ գոյատևում է պահածոներով վակուումային փաթեթներում։
Ո՞րն է թթվածնի օպտիմալ մակարդակը կյանքի համար
Վաղաժամ ծնված երեխաները, որոնց թոքերը դեռ ամբողջությամբ բացված չեն շնչառության համար, ընկնում են հատուկ ինկուբատորներում։ Դրանցում օդում թթվածնի պարունակությունը ծավալով ավելի մեծ է, և սովորական 21%-ի փոխարեն այստեղ սահմանվում է դրա 30-40% մակարդակը։ Շնչառական լուրջ խնդիրներ ունեցող փոքրիկները շրջապատված են օդով 100% թթվածնի մակարդակով, որպեսզի կանխեն երեխայի ուղեղի վնասը: Նման հանգամանքներում գտնվելը բարելավում է հիպոքսիայի վիճակում գտնվող հյուսվածքների թթվածնային ռեժիմը և նորմալացնում նրանց կենսագործունեությունը։ Բայցօդում դրա չափազանց մեծ քանակությունը նույնքան վտանգավոր է, որքան քիչը: Երեխայի արյան մեջ չափազանց շատ թթվածին կարող է վնասել աչքերի արյունատար անոթները և հանգեցնել տեսողության կորստի: Սա ցույց է տալիս գազի հատկությունների երկակիությունը։ Մենք պետք է շնչենք այն, որպեսզի ապրենք, բայց դրա ավելցուկը երբեմն կարող է թույն դառնալ մարմնի համար։
Օքսիդացման գործընթաց
Երբ թթվածինը միանում է ջրածնի կամ ածխածնի հետ, տեղի է ունենում ռեակցիա, որը կոչվում է օքսիդացում: Այս գործընթացը հանգեցնում է օրգանական մոլեկուլների քայքայմանը, որոնք կյանքի հիմքն են: Մարդու մարմնում օքսիդացումն ընթանում է հետևյալ կերպ. Արյան կարմիր բջիջները թթվածին են հավաքում թոքերից և այն տեղափոխում ամբողջ մարմնով։ Գոյություն ունի սննդի մոլեկուլների ոչնչացման գործընթաց, որը մենք ուտում ենք: Այս գործընթացն ազատում է էներգիա, ջուր և ածխաթթու գազ: Վերջինս արյան բջիջների միջոցով հետ է արտազատվում թոքեր, իսկ մենք արտաշնչում ենք օդ։ Մարդը կարող է շնչահեղձ լինել, եթե խանգարեն շնչել 5 րոպեից ավելի:
Շնչառություն
Հաշվի առեք ներշնչվող օդում թթվածնի պարունակությունը: Մթնոլորտային օդը, որը ներշնչվելիս դրսից մտնում է թոքեր, կոչվում է ներշնչված, իսկ այն օդը, որը դուրս է գալիս շնչառական համակարգով, երբ արտաշնչվում է, կոչվում է արտաշնչված։
Օդի խառնուրդ է, որը լցրել է ալվեոլները շնչուղիներում գտնվողով: Օդի քիմիական բաղադրությունը, որը առողջ մարդը շնչում և արտաշնչում է բնական պայմաններում, գործնականումտատանվում է և արտահայտվում է այսպիսի թվերով։
Գազի պարունակություն (%)
| - | Թթվածին | Ածխածնի երկօքսիդ | Ազոտ և այլ գազեր |
| Նշված օդ | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| արտաշնչված օդ | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Ալվեոլային օդ | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Թթվածինը կյանքի համար օդի հիմնական բաղադրիչն է: Մթնոլորտում այս գազի քանակի փոփոխությունները փոքր են։ Եթե ծովն օդում պարունակում է մինչև 20,99% թթվածին, ապա նույնիսկ արդյունաբերական քաղաքների շատ աղտոտված օդում դրա մակարդակը չի իջնում 20,5%-ից: Նման փոփոխությունները չեն բացահայտում ազդեցությունը մարդու մարմնի վրա: Ֆիզիոլոգիական խանգարումներ են առաջանում, երբ օդում թթվածնի տոկոսը նվազում է մինչև 16-17%: Միաժամանակ նկատվում է հստակ թթվածնի պակաս, որը հանգեցնում է կենսագործունեության կտրուկ անկման, իսկ օդում 7-8% թթվածնի պարունակության դեպքում հնարավոր է մահ։
Մթնոլորտը տարբեր դարաշրջաններում
Մթնոլորտի կազմը միշտ ազդել է էվոլյուցիայի վրա: Տարբեր երկրաբանական ժամանակներում բնական աղետների հետևանքով նկատվել են թթվածնի մակարդակի բարձրացում կամ անկում, ինչը հանգեցրել է կենսահամակարգի փոփոխության։ Մոտավորապես 300 միլիոն տարի առաջ, դրա պարունակությունը մթնոլորտումբարձրացավ մինչև 35%, մինչդեռ մոլորակը բնակեցված էր հսկայական չափերի միջատներով: Երկրի պատմության մեջ կենդանի էակների ամենամեծ անհետացումը տեղի է ունեցել մոտ 250 միլիոն տարի առաջ: Դրա ընթացքում մահացել է օվկիանոսի ավելի քան 90%-ը և ցամաքի բնակիչների 75%-ը։ Զանգվածային ոչնչացման վարկածներից մեկն ասում է, որ դրա մեղավորն օդում թթվածնի ցածր պարունակությունն էր: Այդ գազի քանակությունը նվազել է մինչև 12% և գտնվում է մթնոլորտի ստորին հատվածում մինչև 5300 մետր բարձրության վրա։ Մեր դարաշրջանում թթվածնի պարունակությունը մթնոլորտային օդում հասնում է 20,9%-ի, ինչը 0,7%-ով ցածր է, քան 800 հազար տարի առաջ։ Այս թվերը հաստատում են Փրինսթոնի համալսարանի գիտնականները, ովքեր ուսումնասիրել են Գրենլանդիայի և Ատլանտյան օվկիանոսի սառույցի նմուշները, որոնք գոյացել են այդ ժամանակ։ Սառած ջուրը փրկեց օդային փուչիկները, և այս փաստն օգնում է հաշվարկել մթնոլորտում թթվածնի մակարդակը։
Ինչին է ենթարկվում դրա մակարդակը օդում
Մթնոլորտից դրա ակտիվ կլանումը կարող է պայմանավորված լինել սառցադաշտերի տեղաշարժով: Երբ նրանք հեռանում են, նրանք բացահայտում են օրգանական շերտերի հսկայական տարածքներ, որոնք սպառում են թթվածին: Մեկ այլ պատճառ կարող է լինել օվկիանոսների ջրերի սառեցումը. դրա բակտերիաները ցածր ջերմաստիճանում ավելի ակտիվորեն կլանում են թթվածինը: Հետազոտողները պնդում են, որ արդյունաբերական թռիչքը և դրա հետ մեկտեղ հսկայական քանակությամբ վառելիքի այրումը հատուկ ազդեցություն չի ունենում։ Համաշխարհային օվկիանոսները սառչում են արդեն 15 միլիոն տարի, և մթնոլորտում կենսական նյութերի քանակը նվազել է՝ անկախ մարդու ազդեցությունից։ Հավանական է, որ Երկրի վրա տեղի են ունենում որոշ բնական գործընթացներ, որոնք հանգեցնում են թթվածնի սպառման փաստինդառնում է ավելի բարձր, քան իր արտադրությունը։
Մարդու ազդեցությունը մթնոլորտի կազմության վրա
Խոսենք օդի բաղադրության վրա մարդու ազդեցության մասին։ Այն մակարդակը, որն այսօր ունենք, իդեալական է կենդանի էակների համար, օդում թթվածնի պարունակությունը 21% է: Նրա և այլ գազերի հավասարակշռությունը որոշվում է բնության կյանքի ցիկլով. կենդանիները արտաշնչում են ածխաթթու գազ, բույսերն օգտագործում են այն և թթվածին թողարկում։
Բայց ոչ մի երաշխիք չկա, որ այս մակարդակը միշտ մշտական կլինի: Մթնոլորտ արտանետվող ածխաթթու գազի քանակն ավելանում է։ Դա պայմանավորված է մարդկության կողմից վառելիքի օգտագործմամբ։ Եվ այն, ինչպես գիտեք, առաջացել է օրգանական ծագման բրածոներից, և ածխաթթու գազը մտնում է օդ: Մինչդեռ մեր մոլորակի ամենամեծ բույսերը՝ ծառերը, աճող տեմպերով ոչնչացվում են։ Անտառի կիլոմետրերը անհետանում են մեկ րոպեում. Սա նշանակում է, որ օդում թթվածնի մի մասն աստիճանաբար նվազում է, և գիտնականներն արդեն ահազանգում են։ Երկրի մթնոլորտը անսահման մառան չէ, և թթվածինը դրսից չի մտնում այնտեղ: Այն մշակվել է ամբողջ ժամանակ Երկրի զարգացմանը զուգընթաց։ Պետք է անընդհատ հիշել, որ այս գազը արտադրվում է բուսականությամբ՝ ֆոտոսինթեզի գործընթացում ածխաթթու գազի սպառման պատճառով։ Իսկ բուսականության ցանկացած զգալի կրճատում՝ անտառահատումների տեսքով, անխուսափելիորեն նվազեցնում է թթվածնի ներթափանցումը մթնոլորտ՝ դրանով իսկ խախտելով դրա հավասարակշռությունը։
