Откуда на Земле кислород? Откуда берется кислород

На Земле находится 49,4% кислорода, который встречается либо в свободном виде в воздухе, либо в связанном (вода, соединения и минералы).

Характеристика кислорода

На нашей планете газ кислород распространен больше всех других химических элементов. И это неудивительно, ведь он входит в состав:

горных пород,
воды,
атмосферы,
живых организмов,
белков, углеводов и жиров.

Кислород активный газ и поддерживает горение.

Физические свойства

В атмосфере кислород содержится в бесцветном газообразном виде. Он не имеет запаха, малорастворим в воде и других растворителях. У кислорода прочные молекулярные связи, из-за которых он химически малоактивен.

Если кислород нагревать, он начинает окислять и реагировать с большинством неметаллов и металлов. Например, железо, этот газ медленно окисляет и вызывает его ржавление.

При снижении температуры (-182,9°С), и нормальном давлении газообразный кислород переходит в другое состояние (жидкое) и приобретает бледно-синий цвет. Если температуру еще снижать (до -218,7°С) газ затвердеет и изменится до состояния синих кристаллов.

В жидком и твердом состояниях кислород приобретает синий цвет и обладает магнитными свойствами.

Древесный уголь является активным поглотителем кислорода.

Химические свойства

Почти во время всех реакций кислорода с другими веществами образуется и выделяется энергия, сила которой может зависеть от температуры. Например, при обычных температурах этот газ медленно реагирует с водородом, а при температуре выше 550°С возникает реакция со взрывом.

Кислород - активный газ, который входит в реакцию с большинством металлов, кроме платиновых и золота. Сила и динамика взаимодействия, во время которого образуются оксиды, зависит от присутствия в металле примесей, состояния его поверхности и измельчения. Некоторые металлы, во время связи с кислородом, кроме основных оксидов образуют амфотерные и кислотные оксиды. Оксиды золота и платиновых металлов возникают во время их разложения.

Кислород кроме металлов, так же активно взаимодействует практически со всеми химическими элементами (кроме галогенов).

В молекулярном состоянии кислород более активен и эту особенность используют при отбеливании различных материалов.

Роль и значение кислорода в природе

Зеленые растения вырабатывают больше всего кислорода на Земле, причем основная масса производится водными растениями. Если кислорода в воде выработалась больше, то избыток уйдет в воздух. А если меньше, то наоборот, недостающее количество будет дополнено из воздуха.

Морская и пресная вода содержит 88,8 % кислорода (по массе), а в атмосфере его 20,95 % по объёму. В земной коре больше 1500 соединений имеют в составе кислород.

Из всех газов, входящих в состав атмосферы, больше всего важен для природы и человека кислород. Он есть в каждой живой клетке и необходим всем живым организмам для дыхания. Недостаток кислорода в воздухе сразу отражается на жизнедеятельности. Без кислорода невозможно дышать, а значит жить. Человек во время дыхания за 1 мин. в среднем его потребляет 0,5 дм3. Если в воздухе его станет меньше до 1/3 его части, то он потеряет сознание, до 1/4 части — он умрет.

Дрожжи и некоторые бактерии могут жить без кислорода, но теплокровные животные, умирают при его недостатке через несколько минут.

Круговорот кислорода в природе

Круговоротом кислорода в природе называется обмен им между атмосферой и океанами, между животными и растениями во время дыхания, а так же в процессе химического горения.

На нашей планете важный источник кислорода - растения, в которых проходит уникальный процесс фотосинтеза. Во время него происходит выделение кислорода.

В верхней части атмосферы тоже образуется кислород, вследствие разделения воды под действием Солнца.

Как происходит круговорот кислорода в природе?

Во время дыхания животных, людей и растений, а так же горения любого топлива тратится кислород и образуется углекислый газ. Потом углекислым газом питаются растения, которые в процессе фотосинтеза снова вырабатывают кислород.

Таким образом, его содержание в воздухе атмосферы поддерживается и не заканчивается.

Области применения кислорода

В медицине во время операций и опасных для жизни заболеваний больным дают дышать чистым кислородом, чтобы облегчить их состояние и ускорить выздоровление.

Без баллонов с кислородом альпинисты не поднимаются в горы, а аквалангисты не погружаются на глубину морей и океанов.

Кислород широко применяется в разных видах промышленности и производства:

для обрезки и сварки различных металлов
для получения очень высоких температур на заводах
для получения разнообразных химических соединений. для ускорения плавления металлов.

Так же широко кислород применяется в космической индустрии и авиации.

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода, является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO 4:

используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н 2 О 2:

Катализатором является диоксид марганца (MnO 2).

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO 3:

К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей, а также разложение оксида ртути(II) (при τ = 100 °C):

Источники получения кислорода

Кислородные баллоны, кислородные подушки. Взрыво- и пожароопасны, а потому баллоны с кислородом запрещены к применению в больничных палатах и на дому у больных, нуждающихся в кислородотерапии.

Кислородные концентраторы. Принцип работы концентратора кислорода достаточно прост: сжатый с помощью малошумного компрессора, очищенный и профильтрованный атмосферный воздух подается на "молекулярное сито", состоящее из шариков неорганического силиката (алюминиево-кремниевого сплава). Этот "фильтр" задерживает молекулы азота, пропуская кислород. В результате содержание кислорода в газовой смеси составляет от 90 до 95%. Поток кислорода плавно регулируется и, проходя через увлажнитель и гибкую двухметровую трубку с назальным катетером, подается пациенту. Оставшаяся обедненная кислородом газовая смесь растворяется в помещении, не нарушая экологического равновесия и не уменьшая содержания кислорода в окружающематмосферном воздухе. Существенным недостатком является высокая стоимость прибора (1400-2000евро).

Кислородные коктейли. В состав кислородного коктейля входят следующие компоненты: кипяченая вода, сироп, глицерофосфат в гранулах, фитин, аскорбиновая кислота, сахар, сырой яичный белок. Через полученную смесь с помощью распылителя пропускают кислород, в результате чего образуется пена и масса стойких пузырьков, наполненных кислородом. Рекомендуется принимать 1-2 стакана такой пены, в которой содержится примерно 150- 400 см3 кислорода.

Входящий в состав кислородного коктейля сырой яичный белок делает невозможным употребление коктейля для лиц, страдающих аллергией на яйца, а также не исключает вероятности заражения сальмонеллезом.

Кислородообразующий прибор E Vita Perl - уникальный переносной прибор для бытового применения, не требующий специального технического обслуживания, исключающий возможность передозировки кислорода, простой в использовании

Основные превращения в биосфере.

Влияние на окружающую среду.

Миграция кислорода в биосфере.

Кислород – наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О 2 . Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определённого уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода. Кислород входит в состав всех органических соединений. Он поглощаются продуцентами в составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, часть кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза. Кислород - один из наиболее деятельных элементов земной поверхности и один из наиболее распространенных. Свободный кислород - одна из важнейших составных частей атмосферы. Много его растворено в воде, соленой и пресной, в снегах и льдах северных стран. Кроме того, мы имеем большой запас связанного кислорода в воде и в других окислах. Процессы окисления - одни из важнейших на земной поверхности.

Откуда взялся свободный кислород? Он существует только на поверхности Земли. Его нет ни в воде источников, берущих свое начало в глубоких слоях Земли, ни в выделениях вулканов. Газы, выделяемые вулканами, многократно уже подвергались анализу, особенно американцами на Сандвичевых островах, где для этого особенно удобные условия, благодаря постоянству действующих вулканов Мауна-Лоа и Мауна-Кеа. В Японии, в южной Европе, на Камчатке, всюду газы вулканов - это углекислота, хлористый водород, сернистый водород и другие, но никогда не кислород.

Рассматривая другие мыслимые источники выделения свободного кислорода на поверхности Земли, мы понемногу убеждаемся, что минеральный мир не дает нам ни одного процесса, связанного с выделением свободного кислорода. При высоких температурах первых периодов существования Земли он был всецело захвачен окислительными реакциями и выделялся в атмосфере связанным, в виде углекислоты и воды, не считая менее распространенных окислов. Даже в воде глубоких источников, как это доказал уже в конце XVII в. Пирсон в Англии, его в растворе нет, тогда как поверхностные воды Земли обычно содержат в растворе свободный кислород, заимствуемый имя из атмосферы.

Свободный кислород - один из наиболее деятельных, наиболее активных элементов. Процессы соединения с кислородом, процессы окисления дают громадное количество химических соединений, исчисляемых тысячами. Сюда входят окислы углерода и серы, железа и марганца, как особенно обильные. Благодаря этому громадное количество кислорода постоянно связывается, и процентное его содержание в атмосфере должно было бы постоянно уменьшаться, если бы не единственная в своем роде реакция освобождения кислорода в хлорофильных зернах зеленых растений.

Биохимическая реакция освобождения кислорода - единственная реакция, дающая атмосфере значительные количества этого важнейшего газа. Не надо забывать той роли, которую играют в данном процессе солнечные лучи, как источник анергии.

Дерево, содержащее в своей древесине 2500 м 3 углерода, для того, чтобы ее построить, должно было освободить от углекислоты 12 млн. м 3 воздуха. Урожай зерна, который мы снимаем с наших полей, дает до 14400 млн. кг углерода, причем наши пшеничные поля, для того, чтобы сконцентрировать в своем зерне всю эту массу углерода, должны ежегодно освобождать от углекислоты не менее 24000000000000 м 3 воздуха, заменяя всю имеющуюся в них углекислоту равным объемам свободного кислорода.

Исходя из этого, мы можем легко установить общий круговорот кислорода:

1. Свободный кислород воздуха.

2. Процессы дыхания, горения, коррозии металлов (ржавление) и прочие реакции окисления связывают свободный кислород воздуха, уменьшают запас его в атмосфере, обогащая последнюю углекислотой.

3. Кислород углекислоты освобождается при усвоении растениями углерода угольной кислоты и возвращается атмосфере.

4. Кислород участвует в образовании растениями углеводов, жиров и белков, а также и многих других соединений, вовлекаясь при этом в круговорот жизненных явлений.

5. При дыхании кислород органических соединений превращается в кислород углекислоты и воды или же остается связанным, входя в состав продуктов, вырабатываемых растениями.

6. Связанный кислород органических соединений или углекислоты становится материалом для питания растений, животных и человека.

Если мы признаем, что весь свободный кислород атмосферы выделен зелеными растениями, то ясно, что до появления этих растений его не было. Следовательно, в атмосфере было больше углекислоты, чем теперь, и общий состав ее не мог поддерживать дыхания животных, которых в то время и не могло быть на Земле.

Задача растений - не только в том, чтобы использовать в явлениях жизни энергию солнечных лучей, чтобы непрестанно вводить в ее круговорот частицы углерода, обогащенного этой энергией, но и в том, чтобы создать атмосферу, которая поддеживала бы нормальную жизнь

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 10 15 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H 2 O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана

Уровень содержания кислорода показывает объем газообразного кислорода (O2), растворенного в водном растворе. Кислород поступает в воду следующим образом: при диффузии с окружающим воздухом, при аэрации (быстром движении воды) и в результате фотосинтеза. При анализе на содержание кислорода в воде необходимо брать пробы только путем зачерпывания воды и немедленно их тестировать. Именно поэтому этот тест должен проводиться во время полевых исследований прямо на месте отбора проб воды.

Влияние показателя на окружающую среду: нормальное содержание кислорода в воде является неотъемлемым атрибутом ее высокого качества. Кислород является жизненно необходимым элементом для всех живых организмов. Процессы естественной очистки потока воды необходимы для поддержания аэробных форм жизни, которые начинают отмирать при снижении концентрации кислорода ниже уровня 5,0 мг/литр.

Биохимическая потребность в кислороде

Почему этот показатель важен: Биохимическая потребность в кислороде отражает концентрацию органических веществ в воде. Этот показатель равен объему кислорода, который был бы потреблен, если бы вся органическая среда, содержащаяся в 1 литре воды, была окислена бактериями и простейшими одноклеточными организмами. При низких значениях этого показателя водные формы жизни находятся под угрозой.

Круговорот кислорода в природе

В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза, который происходит в зелёных растениях на свету. В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных центров создаются зоны зелёных насаждений.

Фотосинтез

Свет, хлорофилл

6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Углекислый глюкоза кислород

Заметное увеличение содержания свободного кислорода в атмосфере Земли 2,4 млрд лет назад, по-видимому, явилось результатом очень быстрого перехода от одного равновесного состояния к другому. Первый уровень соответствовал крайне низкой концентрации О 2 — примерно в 100 000 раз ниже той, что наблюдается сейчас. Второй равновесный уровень мог быть достигнут при более высокой концентрации, составляющей не менее чем 0,005 от современной. Содержание кислорода между двумя этими уровнями характеризуется крайней неустойчивостью. Наличие подобной «бистабильности» позволяет понять, почему в атмосфере Земли было так мало свободного кислорода в течение по крайней мере 300 млн лет после того, как его стали вырабатывать цианобактерии (синезеленые «водоросли»).

В настоящее время атмосфера Земли на 20% состоит из свободного кислорода, который есть не что иное как побочный продукт фотосинтеза цианобактерий, водорослей и высших растений. Очень много кислорода выделяется тропическими лесами, которые в популярных изданиях нередко называют легкими планеты. При этом, правда, умалчивается, что за год тропические леса потребляют практически столько же кислорода, сколько образуют. Расходуется он на дыхание организмов, разлагающих готовое органическое вещество, — в первую очередь бактерий и грибов. Для того, чтобы кислород начал накапливаться в атмосфере, хотя бы часть образованного в ходе фотосинтеза вещества должна быть выведена из круговорота — например, попасть в донные отложения и стать недоступной для бактерий, разлагающих его аэробно, то есть с потреблением кислорода.

Суммарную реакцию оксигенного (то есть «дающего кислород») фотосинтеза можно записать как:
CO 2 + H 2 O + hν → (CH 2 O) + O 2 ,
где hν — энергия солнечного света, а (CH 2 O) — обобщенная формула органического вещества. Дыхание же — это обратный процесс, который можно записать как:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
При этом будет высвобождаться необходимая для организмов энергия. Однако аэробное дыхание возможно только при концентрации O 2 не меньше чем 0,01 от современного уровня (так называемая точка Пастера). В анаэробных условиях органическое вещество разлагается путем брожения, а на завершающих стадиях этого процесса нередко образуется метан. Например, обобщенное уравнение метаногенеза через образование ацетата выглядит как:
2(СH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2 .
Если комбинировать процесс фотосинтеза с последующим разложением органического вещества в анаэробных условиях, то суммарное уравнение будет иметь вид:
CO 2 + H 2 O + hν → 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2 .
Именно такой путь разложения органического вещества, видимо, был основным в древней биосфере.

Многие важные детали того, как установилось современное равновесие между поступлением кислорода в атмосферу и его изъятием, остаются невыясненными. Ведь заметное увеличение содержания кислорода, так называемое «Великое окисление атмосферы» (Great Oxidation), произошло только 2,4 млрд лет назад, хотя точно известно, что осуществляющие оксигенный фотосинтез цианобактерии были уже достаточно многочисленны и активны 2,7 млрд лет назад, а возникли они еще раньше — возможно, 3 млрд лет назад. Таким образом, в течение по крайней мере 300 миллионов лет деятельность цианобактерий не приводила к увеличению содержания кислорода в атмосфере .

Предположение о том, что в силу каких-то причин вдруг произошло радикальное увеличение чистой первичной продукции (то есть прироста органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза цианобактерий), критики не выдержало. Дело в том, что при фотосинтезе преимущественно потребляется легкий изотоп углерода 12 С, а в окружающей среде возрастает относительное содержание более тяжелого изотопа 13 С. Соответственно, донные отложения, содержащие органическое вещество, должны быть обеднены изотопом 13 С, который скапливается в воде и идет на образование карбонатов. Однако соотношение 12 С и 13 С в карбонатах и в органическом веществе отложений остается неизменным несмотря на радикальные изменения в концентрации кислорода в атмосфере. Значит, всё дело не в источнике О 2 , а в его, как выражаются геохимики, «стоке» (изъятии из атмосферы), который вдруг существенным образом сократился, что и привело к существенному увеличению количества кислорода в атмосфере.

Обычно считается, что непосредственно до «Великого окисления атмосферы» весь образующийся тогда кислород расходовался на окисление восстановленных соединений железа (а потом серы), которых на поверхности Земли было довольно много. В частности, тогда образовались так называемые «полосчатые железные руды». Но недавно Колин Гольдблатт , аспирант Школы наук об окружающей среде при Университете Восточной Англии (Норвич, Великобритания), совместно с двумя коллегами из того же университета пришли к выводу о том, что содержание кислорода в земной атмосфере может быть в одном из двух равновесных состояний: его может быть или очень мало — примерно в 100 тысяч раз меньше, чем сейчас, или уже довольно много (хотя с позиции современного наблюдателя мало) — не менее, чем 0,005 от современного уровня.

В предлагаемой модели они учли поступление в атмосферу как кислорода, так и восстановленных соединений, в частности обратив внимание на соотношение свободного кислорода и метана. Они отметили, что если концентрация кислорода превышает 0,0002 от современного уровня, то часть метана уже может окисляться бактериями метанотрофами согласно реакции:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Но остальной метан (а его довольно много, особенно при низкой концентрации кислорода) поступает в атмосферу.

Вся система находится в неравновесном состоянии с точки зрения термодинамики. Основной же механизм восстановления нарушенного равновесия — окисление метана в верхних слоях атмосферы гидроксильным радикалом (см. Колебания метана в атмосфере: человек или природа — кто кого , «Элементы», 06.10.2006). Гидроксильный радикал, как известно образуется в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения. Но если кислорода в атмосфере много (по меньшей мере 0,005 от современного уровня), то в верхних ее слоях образуется озоновый экран, хорошо защищающий Землю от жестких ультрафиолетовых лучей и вместе с тем мешающий физико-химическому окислению метана.

Авторы приходят к несколько парадоксальному выводу о том, что само по себе существование оксигенного фотосинтеза не является достаточным условием ни для того, чтобы сформировалась богатая кислородом атмосфера, ни для того, чтобы возник озоновый экран. Данное обстоятельство следует учитывать в тех случаях, когда мы пытаемся найти признаки существования жизни на других планетах основываясь на результатах обследования их атмосферы.

Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного

образования детей Дворец детского (юношеского) творчества

Пушкинского района города Санкт-Петербурга

Государственное бюджетное образовательное учреждение средняя школа №530

с углубленным изучением предметов естественно-математического цикла

Пушкинского района города Санкт-Петербурга

ТЕМА РАБОТЫ:

«Источники кислорода на нашей планете»

Работу выполнила ученица 2б класса

ГБОУ школы № 530 с углубленным изучением

предметов естественно – математического цикла:

Комбурлей Ксения

Руководитель: Янсон Лина Викторовна,

учитель начальных классов

Санкт-Петербург - Пушкин

2016 год

Содержание

Введение………………………………………………………………………………... 3

Гипотеза, цель исследования…………………………………………………………. 4

Задачи……………………………………………………..……………………………. 4

Глава 1. Литературный обзор

Глава 2. Практическая часть

Выводы…………………………………………………………………………………. 17

Заключение ……………………………………………………………………………. 18

Список литературы……………………………………………………………………. 19

Введение

Часто мы слышим, что деревья являются главным источником кислорода на планете. Но так ли это? В своей исследовательской работе я попыталась узнать, действительно ли деревья являются основным источником кислорода или есть у него и другое происхождение.

Доля кислорода в составе воздуха – 21 %. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза – процесса, протекающего в зеленых клетках листьев растений на свету. Из простых веществ, образуются сложные химические соединения, которые потом выделяются в кислород. Этот необходимый для жизни газ поднимается в атмосферу и потом равномерно распределяется по ней.

Лесов на нашей планете с каждым годом становится все меньше и меньше. Почему же мы не ощущаем нехватку кислорода? Недавно, смотря телепередачу, я услышала, что Мировой океан называют «легкими планеты». Мне стало интересно, причем здесь океан, если это огромное количество воды. Оказывается, в воде кислород вырабатывают в результате фотосинтеза живущие в толще воды фитопланктоны.

Я решила изучить различную литературу, интернет ресурсы, а также провести опыты и узнать, что же в действительности является основным источником кислорода на нашей планете.

Гипотеза

Возможно ли что кислород, вырабатываемый в водах Мирового океана в огромном количестве, поступает в атмосферу, а не только используется обитателями океана?

Цель исследовательской работы:

Выяснить, что является основным источником кислорода на нашей планете и почему Мировой океан называют «легкими планеты».

Задачи

Собрать информацию по интересующей теме.

Ознакомиться с процессом фотосинтеза – главным источником кислорода на Земле.

Найти ответ на вопрос:

Куда еще кроме дыхания используется кислород, и в каком количестве?

Изучить основные источники кислорода и провести сравнительный анализ.

Обобщить результаты работы и сделать выводы.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 В Мировом океане

Всей своей поверхностью Мировой океан соприкасается с атмосферой. И естественно, что на рубеже этих стихий между ними происходит интенсивный обмен. В обоих направлениях перемещаются газы, влага и тепло. Ежедневно в атмосфере в виде паров находится около 13 тысяч кубических километров воды. Этот постоянный фонд влаги все время пополняется за счет испарения воды с поверхности океана и расходуется, выпадая на поверхность планеты в виде осадков.

Общая масса воды, которую океан отдает атмосфере, составляет около 355 тысяч кубических километров в год. Обратно же, из воздуха в море, возвращается только 320 тысяч кубических километров. Остальная вода (35 тысяч кубо-километров), прежде чем вернуться в океан, проходит сложный цикл на суше.

Таким образом, только одна десятая часть того огромного количества влаги, которое испаряется с поверхности Мирового океана, орошает леса и поля, а девять десятых циркулируют в замкнутой системе «море - атмосфера».

В нижних слоях атмосферы воздух состоит из 78 процентов азота и 21 процента кислорода (кроме того, в нем имеются инертные газы, водород и углекислота, в сумме составляющие 1 процент объема). Растворимость разных газов в воде неодинакова; там, кислород растворяется в ней значительно легче азота, поэтому объемное соотношение кислорода к азоту в океанических водах равно 1:2, а не 1:4, как в воздухе.

Кислород, растворенный в водах Мирового океане, полностью обеспечивает потребность морских организмов, за его счет происходит также окисление органических и минеральных продуктов. Тем не менее в воде постоянно имеются излишки кислорода, который улетучивается в атмосферу. Особенно обильно он поступает в атмосферу в местах произрастания морских растений, в первую очередь одноклеточных планктонных водорослей.

Ученые предполагают, что весь кислород воздушной оболочки нашей планеты образовался за счет фотосинтеза и его наличие в атмосфере поддерживается зелеными растениями. Как известно, в ХХ столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы, дающие немалую долю кислорода, синтезируемого наземной растительностью.

В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает. Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической деятельности. Относительное количество этого вещества в воздухе ничтожно и равно (по объему) 0,03 процента. Однако роль его в становлении глобальных климатических условий и для нормального развития жизни совершенно несоразмерна со столь малой величиной.

1.2 Что такое кислород?

Так что же такое кислород? Кислород – это невидимый газ, без вкуса, лишен запаха, газообразен при обычных условиях.

Многие ученые прошлого догадывались, что существует вещество со свойствами, которые, как мы теперь знаем, присущи кислороду.

Кислород открыли почти одновременно два выдающихся химика второй половины XVIII в. швед Карл Вильгельм Шееле и англичанин Джозеф Пристли. Шееле получил кислород раньше, но его трактат «О воздухе и огне», содержавший информацию о кислороде, был опубликован позже, чем сообщение об открытии Пристли.

Кислород самый распространенный элемент на нашей планете. Он входит в состав воды (88,9%), а ведь она покрывает 2/3 поверхности земного шара, образуя его водную оболочку гидросферу. Кислород вторая по количеству и первая по значению для жизни составная часть воздушной оболочки Земли атмосферы, где на его долю приходится 21% (по объему) и 23,15% (по массе). Кислород входит в состав многочисленных минералов твердой оболочки земной коры литосферы: из каждых 100 атомов земной коры на долю кислорода приходится 58 атомов.

Как вы уже знаете, обычный кислород существует в форме О 2 . Это газ без цвета, запаха и вкуса. В жидком состоянии кислород имеет светло-голубую окраску, в твердом - синюю. В воде газообразный кислород растворим лучше, чем азот и водород.

Кислород участвует и в процессах медленного окисления различных веществ при обычной температуре. Эти процессы не менее важны, чем реакции горения. Так, медленное окисление пищи в нашем организме является источником энергии, за счет которой живет организм. Кислород для этой цели доставляется гемоглобином крови, который способен образовывать с ним непрочное соединение уже при комнатной температуре. Окисленный гемоглобин оксигемоглобин доставляет во все ткани и клетки организма кислород, который окисляет белки, жиры и углеводы (составные части пищи), образуя при этом углекислый газ и воду и освобождая энергию, необходимую для деятельности организма.

Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных.

Растения также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс - фотосинтез, в результате которого растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Так как процесс фотосинтеза идет более интенсивно, то в итоге на свету растения выделяют гораздо больше кислорода, чем поглощают его при дыхании. Таким образом, содержание свободного кислорода Земли сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений.

1.4 Фотосинтез

Фотосинтез – это образование сахаров из воды и углекислого газа за счет энергии солнечного света, при котором выделяется «отход производства» - кислород, необходимый почти всем организмам для дыхания. При дыхании вновь образуется углекислый газ, нужный для фотосинтеза. Фотосинтез поддерживает баланс этих двух газов в атмосфере.

Солнечную энергию для фотосинтеза улавливает пигмент хлорофилл, придающий зеленый цвет траве и листьям. Этот пигмент играет в фотосинтезе главную роль.

У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах (пигментсодержащие и светоотражающие клетки), имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты. Фотосинтезирующие организмы располагаются в самом низу пищевой пирамиды, поэтому является источником пищи для всего живого на планете. Выделяющийся при фотосинтезе кислород поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород.

Я решила провести опыты и доказать, что зеленые растения поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород.

Ход опыта:

Кладем в одну банку листья, сорванные с комнатного растения. Вытесняю при помощи свечки из банки кислород, т.е. в процессе горения в закрытой банке кислород превращается в углекислый газ, и свечка гаснет. Плотно закрываю банку крышкой.

Тоже проделываем с банкой без листьев

В результате опыта у меня остаются 2 закрытые банки, содержащие углекислый газ, при этом одна банка пустая, а в другой листья комнатного растения.

Банки плотно закрываем и оставляем на 2 дня, при этом они находятся под воздействием солнечного и искусственного света (свет ламп).

Через двое суток аккуратно приоткрываем банку с листьями (надо заметить, что на стенках банки образовалось небольшое кол-во влаги) и опускаем в нее горящую свечку. Свеча горит, значит, появился кислород, т.к. он необходим для горения.

Такой же опыт проделываем со второй банкой, свечка тухнет.

Вывод:

Воздух в банке с листьями, стоявшей на свету, изменился - в ней появился кислород;

Во второй банке изменений не произошло.

Итак, листья на свету вырабатывают кислород.

Тут у меня возникает вопрос: если на зиму на значительной части Земли деревья и кустарники сбрасывают листья, то почему мы не ощущаем недостатка кислорода?

Я продолжила свое исследование.

2.2 Пути утилизации кислорода

Изучая роль кислорода в атмосфере, я выяснила, что убыль молекулярного кислорода из атмосферы происходит не только в результате дыхания.

Человеку в сутки для дыхания нужно около 830 грамм кислорода, в год – 302, 95 кг кислорода. Одно дерево в среднем вырабатывает в день 2,5 кг кислорода, в год – 912,5 кг кислорода. Известно, что 50 кв. м зеленого леса поглощает за 1 час углекислого газа столько же, сколько выделяет при дыхании за 1 час один человек, т.е. 40 г.

Количество углекислого газа, вырабатываемого всем Человечеством (6 млрд.) за 1 сутки и количество углекислого газа, который может поглотить весь лесной массив (4 млрд. га):

50 м 2 х 24 ч = 1200 м 2 - S леса, необходимая для поглощения углекислого газа, вырабатываемого 1 человеком в сутки.

1200 х 6 млрд. = га - S леса, необходимая для поглощения углекислого газа, вырабатываемого всем Человечеством за 1 сутки.

Вычисления приблизительные, т.к. различные источники дают разные данные.

Примерная площадь лесов на планете немного превышает 4 миллиарда гектаров или 30% суши. Но не все эти земли заняты деревьями - сюда входят также поляны, дороги, просеки. Именно леса занимают около 3 миллиарда га. На планете проживает более 6 миллиардов человек. При сжигании 1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода. Это примерно кислород, вырабатываемый одним деревом.

Один легковой автомобиль сжигает 1825 кг кислорода на каждые 100 км пути. Это примерно кислород, вырабатываемый 734 деревьями. Для сгорания 1 кг бензина требуется около 300 кг кислорода,

Если помножить эти цифры на 400 млн. единиц мирового парка автомобилей, можно представить себе степень угрозы, таящейся в чрезмерной автомобилизации.

Много кислорода выделяется тропическими лесами, которые часто называют «легкими планеты». При этом правда, умалчивается, что за год тропические леса потребляют практически столько же кислорода, сколько образуют. Расходуется он на дыхание организмов, разлагающих готовое органическое вещество, в первую очередь бактерий и грибов.

Таким образом, около 60 % кислорода расходуется, как это неудивительно, вовсе не на дыхание обитателей нашей планеты, а на разложение погибших организмов (гниение) и производственную деятельность человека.

Вывод: кислород не только дает нам возможность дышать полной грудью, но и выступает в роли своеобразной печки для сжигания мусора.

И так: на почётном 3 месте - наши любимые леса!

Да существует мнение, что "легкими планеты" являются леса, поскольку считается, что именно они - основные поставщики кислорода в атмосферу. Однако на самом деле это не так.

Никто не спорит, что леса, конечно же, надо сохранять и оберегать. Однако вовсе не из-за того, что они являются этими пресловутыми "легкими". Потому что на самом деле их вклад в обогащение нашей атмосферы кислородом практически равен нулю.

Как мы знаем, любое дерево не вечно, поэтому, когда, наступает время, оно умирает. Когда ствол лесного гиганта падает на землю, его организм разлагают тысячи грибов и бактерий в течение весьма длительного времени. Все они используют при этом кислород, который вырабатывается оставшимися в живых растениями. Согласно подсчетам исследователей, на подобную "уборку территории" уходит около восьмидесяти процентов "лесного" кислорода. Но оставшиеся 20 процентов кислорода вовсе не поступают в "общий атмосферный фонд", а также используются лесными жителями "на местах" в своих целях. Ведь животным, растениям, грибам и микроорганизмам тоже нужно дышать. Поскольку все леса, как правило, являются весьма густонаселенными зонами, этого остатка хватает только для того, что бы удовлетворить кислородные потребности лишь своих собственных обитателей. Для соседей (например, жителей городов, где собственной растительности мало) уже ничего не остается.

Кто же тогда находится на 2 месте?

На суше это, как ни странно торфяные болота.

Всем известно, когда на болоте погибают растения, их организмы не разлагаются, поскольку бактерии и грибы, делающие эту работу, не могут жить в болотной воде - там много природных антисептиков, выделяемых мхами.

Итак, отмершие части растений, не разлагаясь, опускаются на дно, образуя залежи торфа. А если нет разложения, то и кислород не тратится. Поэтому болота отдают в общий фонд около 50 процентов вырабатываемого ими кислорода (другую половину используют сами обитатели этих неприветливых, но весьма полезных мест). Тем не менее, взнос болот в общий "благотворительный фонд кислорода" не очень-то и велик, ведь их на Земле не так много.

Куда активнее участвуют в "кислородной благотворительности" микроскопические океанические водоросли, совокупность которых ученые называют фитопланктоном.

Эти существа настолько малы, что простым глазом их разглядеть практически невозможно.

Однако их общее количество весьма велико, счет идет на миллионы миллиардов. Весь мировой фитопланктон вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем нужно ему самому для дыхания.

И 1 место присуждается именно им!

Как я и предполагала, излишки улетучивается в атмосферу.

Чтобы проверить своё предположение я решила провести опыт , для чего взяла водные растения с водой из аквариума, и поместил в банку вместе с маленькими улитками.

Свеча горела в закрытой банке 15 секунд, израсходовав кислород, она погасла.

Отверстие в крышке я залепила пластилином и оставила банку на окне.

Через 2 дня.

Улитки остались живы, а свеча прогорела 5 секунд.

Вывод:

В банке из воды и углекислого газа благодаря растению снова появился кислород – часть использовали улитки, а часть потратилась на горение. Вот так, значит, происходит и в природе – газообмен между океаном и атмосферой!

Всей своей поверхностью Мировой океан соприкасается с атмосферой. И естественно, что на рубеже этих стихий между ними происходит интенсивный обмен. В обоих направлениях перемещаются газы, влага и тепло. Растения Мирового океана (занимающего площадь около 360 млн. км2) по приблизительным подсчетам способны ежегодно превращать в органическое вещество 20-155 млрд. т углерода. При этом они используют всего 0,11% падающей на поверхность Земли солнечной энергии.

Что касается затрат кислорода на разложение трупов, то в океане они весьма низки - примерно 20 процентов от общей выработки. Происходит это из-за того, что мертвые организмы сразу же поедаются падальщиками, которых в морской воде живет великое множество. Тех, в свою очередь, после смерти съедят другие падальщики, и так далее, то есть трупы в воде практически никогда не залеживаются. Те же останки, на которые уже ни для кого не представляют особого интереса, падают на дно, где мало кто живет, и разлагать их просто некому (так образуется всем известный ил), то есть и в данном случае кислород не расходуется.

Итак, Мировой океан занимает 70% суши и поставляет в атмосферу около 40 процентов того кислорода, которое произвел фитопланктон. Именно этот запас и расходуется в тех областях, где кислорода вырабатывается очень мало. К последним, кроме городов и деревень относятся пустыни, степи и луга, а также горы.

Мировой океан не только обогащает атмосферу кислородом, но и способствует удалению из нее углекислого газа, который образуется в результате дыхания живых организмов и как одно из следствий разрушения горных пород и вулканической

деятельности.

Вывод:

кислород, растворенный в водах Мирового океана, полностью обеспечивает потребность морских организмов, за его счет происходит также окисление органических и минеральных продуктов.

излишки кислорода улетучиваются в атмосферу. Особенно обильно он поступает в атмосферу в местах произрастания морских растений, в первую очередь одноклеточных планктонных водорослей.

океан удаляет излишки углекислого газа из атмосферы.

Заключение.

Как известно, в 21 столетии в результате роста городов и промышленных предприятий площадь суши, занятая зелеными растениями, резко сократилась. Особенно катастрофически уменьшаются лесные массивы. В этой связи роль океана в регенерации воздушной оболочки Земли еще более возрастает. Так что, как это ни странно, род человеческий живет и здравствует на Земле именно за счет микроскопических "кислородных фабрик", плавающих по поверхности океана. Их так же следует называть "легкими планеты". И всячески оберегать от нефтяных загрязнений, отравлений тяжелыми металлами и т. п., поскольку, если они вдруг прекратят свою деятельность, нам с вами будет просто нечем дышать.

Список литературы

Валери Ле Дю «Мир моря». Москва: Махаон,2005 г.

Монин А С. История Земли. Л.: Наука, 1977..

Пимон М. Р. «Тайны моря». Москва: Махаон, 2006 г.

Степанов В. Н. Природа Мирового океана. М.: Просвещение, 1982.

Тарасов В.И. "Гидросфера": Учебное пособие. Уссурийский госпединститут, 2004г.

Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л.: Гидрометеоиздат,1974

Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Энциклопедия знатока «Зелёная планета». Москва, «Махаон»-2006

Энциклопедия для детей. Москва «Махаон»- 2013

Энциклопедия для школьников. Москва «Махаон»- 2011

Фотосинтез – Википедия.

Мировой океан – Википедия.

Кислород – Википедия.

Амфипод из рода Фронима - один из обитателей океана

Биологи и океанологи опубликовали результаты самого масштабного и скрупулёзного исследования миниатюрной морской жизни за всю научную историю. Миссия длиною в 3,5 года проходила на судне Тара. За это время исследователи прошли 140 000 километров, и взяли 35 000 проб планктона в 210 различных местах Мирового океана. Одним из интересных результатов исследования была названа роль планктона в снабжении планеты кислородом. опубликована в журнале Science.

За время путешествия им пришлось провести 10 дней, закованными в арктический лёд, преодолеть шторма в Средиземном море и Магеллановом проливе, и пройти Аденский залив под защитой судов французского флота, охранявших их от пиратов. Основной целью исследования было изучение распространения различных видов организмов, их взаимодействия друг с другом и передачи генетической информации. Было найдено и записано порядка 40 миллионов генов планктона, неизвестных ранее.

Маршрут исследовательского судна

Изучая разнообразную мелкую флору и фауну (планктон включает в себя микроскопические растения и животных, икру рыб, бактерий, вирусы и другие микроорганизмы), учёные определили, что это – не только лишь начало пищевой цепочки для более крупных животных.

Tara

«Планктон — это больше, чем просто еда для китов,— говорит Крис Боулер, директор исследовательского отдела во французском государственном центре научных исследований. — Будучи крохотными, эти организмы — важнейшая часть системы поддержания жизни на Земле. Они лежат в основе пищевой цепочки, а кроме того, обеспечивают производство 50% кислорода при помощи фотосинтеза». Кроме этого, планктон поглощает углекислый газ и превращает его в органический углерод.

И чего только в сеть не попадает

По словам исследователей, в каждом глотке морской воды содержится около 200 миллионов вирусов, основной добычей которых являются 20 миллионов бактерий, которые можно найти там же. Ещё учёных очень заинтересовало то, что разнообразие планктона гораздо больше, чем предполагалось ранее, а разнообразие вирусов при этом оказалось меньше ожидаемого.

Разнообразные малютки

Установлено, что взаимодействие разных видов планктона регулируется температурой воды, и при встрече двух течений разной температуры колонии планктона не смешиваются между собой. Также удалось доказать ранее высказанную гипотезу о том, что вирусы появляются в ограниченном числе мест океана, а затем разносятся океанскими течениями.

Отлов планктона / Reuters