Кислород в атмосфере
• Кислород – 8 -й элемент Периодической таблицы (заряд ядра 8), химический символ – O, относительная атомная масса (атомный вес) 16. Валентность кислорода в соединениях равна двум, наиболее распространенная степень окисления -2. Молекула кислорода О 2 , молекулярная масса (молекулярный вес) 32 а. е. м. Молярная масса 32 г/моль.
• В атмосфере Земли кислород находится в свободном (не связанном) состоянии: здесь его 21 % по объему или 23 % по массе. • Толщина земной атмосферы составляет несколько сотен километров. Разумеется, уже в 100 км от поверхности Земли атмосфера очень разрежена, тем не менее, ее состав определяется с помощью спутников. Если взять глобус диаметром 35 см и представить вокруг него двухсантиметровый слой, то мы получим некоторое понятие о масштабах земной атмосферы. Ее объем составляет более чем 4· 1018 м 3. Огромное количество кислорода (86 - 89 % по массе с учетом растворенных в воде солей) содержит гидросфера Земли – моря и океаны.
• • • Преобладание кислорода среди других элементов в атмосфере и земной коре нашей планеты не может оказаться случайным. Вероятно, это явление связано с возникновением и развитием жизни. В атмосфере молодой Земли кислорода практически не было. Основная масса первичной атмосферы приходилась на диоксид углерода CO 2. Оставшуюся часть составляли газы, которые и сейчас выделяются из недр при вулканической деятельности. Главным образом это пары воды (Н 2 О), хлористый водород (HCl), монооксид углерода (СО), азот (N 2), сероводород (H 2 S) и другие. Основная масса кислорода в атмосфере планеты возникла только после появления на Земле первых фотосинтезирующих одноклеточных организмов – прокариот, известных под названием сине-зеленые водоросли. Процесс этот начался около 2 млрд. лет тому назад (см. рис. 6 -1). Под действием солнечного света (отсюда название – фотосинтез) прокариоты усваивали из углекислого газа углерод и кислород. Из воды они усваивали только водород, одновременно выделяя в атмосферу свободный кислород в качестве побочного продукта жизнедеятельности. Прокариоты не нуждались в свободном кислороде – такой тип бескислородного "дыхания" называется анаэробным. Возможно, кислород нужен был прокариотам и как средство борьбы с анаэробными бактериями-конкурентами. Кислород накапливался в атмосфере и реагировал с элементами и их соединениями, находящимися на поверхности и в атмосфере молодой Земли.
Кислородная катастрофа • Кислородная катастрофа (кислородная революция) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее в самом начале протерозоя, около 2, 4 млрд лет назад (период сидерий). Результатом Кислородной катастрофы стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Предположение о кислородной катастрофе было сделано на основе изучения резкого изменения характера осадконакопления.
Содержание • В среднем 20%. Над городами до 16%. Самое низкое содержание кислорода на планете в период расцвета динозавров 10%. В океанах содержание зависит от температуры. На экваторе и в зоне теплых течений кислорода почти нет и это океанические пустыни (температура выше 30 градусов)
Запасы • • КИСЛОРОДА ХВАТИТ НАДОЛГО Масса атмосферы внушительна - примерно 5· 1015 тонн, на долю кислорода приходится 1, 5· 1015 тонн (вместе с растворенным в морской воде). В наше время единственный источник кислорода атмосферы - фотосинтез зеленых растений. Все другие земные процессы, освобождающие О 2, ничтожно малы. За огромный период развития жизни на Земле установилось своеобразное равновесие между выделением кислорода растениями и его связыванием в геохимических и биохимических процессах. Кислород биосферы полностью обновляется примерно за 2000 лет. С каждым годом все больше кислорода тратится на сжигание горючих ископаемых: лишь за последние двадцать лет сгорело 70% нефти от всего ее количества, добытого за все время эксплуатации человеком земных недр (33· 109 тонн); угля соответственно было сожжено 37% (125· 109 тонн), а горючий газ практически весь был добыт за последние 20 лет (примерно 1· 109 тонн). Для сжигания всего этого топлива потребовалось около (250300)· 109 тонн кислорода. Иными словами, человек израсходовал на сжигание лишь 0, 02% кислорода атмосферы. Это ничтожно мало по сравнению с природными процессами, поглощающими кислород, - окислением железа, серы, марганца и органического материала. Выходит, что при современных темпах роста добычи горючих ископаемых и сохранении нынешнего растительного покрова кислорода атмосферы хватит на многие сотни тысяч лет. (Кстати, убывание запасов самих горючих ископаемых почувствуется скоро - примерно в 2200 году. ) Вывод о том, что человечеству кислорода хватит надолго, подтверждают и систематические измерения концентрации кислорода в воздухе, которые начались в 1910 году. Точность этих измерений весьма высока, ошибка составляет лишь ± 0, 006%. Так вот, эти данные говорят о том, что за последние пятьдесят лет содержание кислорода практически не изменилось, его концентрация в атмосфере прежняя - 20, 9488± 0, 0017%. Это совсем не означает, однако, что нам не надо заботиться о сохранении растительного покрова Земли, всемерном расширении лесов - поставщиков кислорода.