Күн жүйесінің ыстық және суық планеталарынан айырмашылығы, Жер планетасында қандай да бір формада өмір сүруге мүмкіндік беретін жағдайлар бар. Негізгі шарттардың бірі – барлық тіршілік иелерінің еркін тыныс алуына мүмкіндік беретін және ғарышта билік ететін өлімге әкелетін радиациядан қорғайтын атмосфераның құрамы.
Атмосфера неден тұрады
Жер атмосферасы көптеген газдардан тұрады. Ол негізінен 77% алатын азот. Газ, онсыз жердегі өмірді елестету мүмкін емес, әлдеқайда аз көлемді алады, ауадағы оттегінің мөлшері атмосфераның жалпы көлемінің 21% құрайды. Соңғы 2% әртүрлі газдардың қоспасы, соның ішінде аргон, көмірқышқыл газы, гелий, неон, криптон және т.б.
Жер атмосферасы 8 мың км биіктікке көтеріледі. Тыныс алатын ауа атмосфераның төменгі қабатында ғана кездеседі.тропосфера, полюстерде - 8 км, жоғары, ал экватордан жоғары - 16 км. Биіктік көтерілген сайын ауа жұқарып, оттегі азаяды. Ауадағы оттегінің мөлшері әртүрлі биіктікте болатынын қарастыру үшін біз мысал келтіреміз. Эверест шыңында (биіктігі 8848 м) ауа бұл газды теңіз деңгейінен 3 есе аз ұстайды. Сондықтан биік тау шыңдарын бағындырушылар – альпинистер оның шыңына тек оттегі маскасымен көтеріле алады.
Оттегі планетада тіршілік етудің басты шарты
Жер пайда болған кезде оны қоршап тұрған ауаның құрамында мұндай газ болмаған. Бұл ең қарапайым - мұхитта қалқып жүрген бір жасушалы молекулалардың өмір сүруіне өте қолайлы болды. Оларға оттегі қажет емес еді. Процесс шамамен 2 миллион жыл бұрын, алғашқы тірі организмдер фотосинтез реакциясы нәтижесінде химиялық реакциялар нәтижесінде алынған осы газдың шағын дозаларын алдымен мұхитқа, содан кейін атмосфераға шығара бастаған кезде басталды. Тіршілік планетада дамып, әртүрлі формаларға ие болды, олардың көпшілігі біздің заманымызға дейін сақталмаған. Кейбір ағзалар жаңа газбен өмірге бейімделді.
Олар оның қуатын тамақтан энергия алу үшін электр станциясы ретінде әрекет ететін камераның ішінде қауіпсіз пайдалануды үйренді. Оттегін пайдаланудың бұл жолы тыныс алу деп аталады және біз оны әр секунд сайын жасаймыз. Бұл одан да көп нәрсеге мүмкіндік беретін тыныс болдыкүрделі организмдер мен адамдар. Миллиондаған жылдар ішінде ауадағы оттегінің мөлшері қазіргі 21%-ға дейін өсті. Бұл газдың атмосферада жиналуы жер бетінен 8–30 км биіктікте озон қабатының пайда болуына ықпал етті. Сонымен бірге планета ультракүлгін сәулелердің зиянды әсерінен қорғаныс алды. Фотосинтездің күшеюі нәтижесінде судағы және құрлықтағы тіршілік формаларының одан әрі эволюциясы тез өсті.
Анаэробты өмір
Кейбір организмдер шығарылатын газдың жоғарылау деңгейіне бейімделгенімен, жер бетінде болған қарапайым тіршілік формаларының көпшілігі жойылып кетті. Басқа организмдер оттегіден жасырынып аман қалды. Олардың кейбіреулері бүгінде өсімдіктерге амин қышқылдарын құру үшін ауадағы азотты пайдаланып, бұршақ тұқымдастардың тамырында өмір сүреді. Ботулизмнің өлімге әкелетін ағзасы - оттегінің тағы бір «босқыны». Ол консервілері бар вакуумдық пакеттерде тыныш өмір сүреді.
Өмір үшін оңтайлы оттегі деңгейі қандай
Тыныс алу үшін өкпесі әлі толық ашылмаған шала туылған нәрестелер арнайы инкубаторларға түседі. Оларда ауадағы оттегінің мөлшері көлем бойынша жоғары және мұнда әдеттегі 21% емес, оның деңгейі 30-40% белгіленген. Тыныс алуында ауыр проблемалары бар сәбилер баланың миына зақым келтірмеу үшін 100% оттегі деңгейі бар ауамен қоршалған. Мұндай жағдайларда болу гипоксия күйіндегі тіндердің оттегі режимін жақсартады және олардың өмірлік функцияларын қалыпқа келтіреді. Бірақоның ауада тым көп болуы тым аз сияқты қауіпті. Баланың қанындағы оттегінің шамадан тыс көп болуы көздегі қан тамырларын зақымдап, көру қабілетін жоғалтады. Бұл газдың қасиеттерінің екі жақтылығын көрсетеді. Біз өмір сүру үшін онымен тыныс алуымыз керек, бірақ оның артық мөлшері кейде дене үшін уға айналуы мүмкін.
Тотығу процесі
Оттегі сутегімен немесе көміртегімен қосылғанда тотығу деп аталатын реакция жүреді. Бұл процесс тіршіліктің негізі болып табылатын органикалық молекулалардың ыдырауына әкеледі. Адам ағзасында тотығу келесідей жүреді. Қызыл қан жасушалары өкпеден оттегін жинап, оны бүкіл денеге тасымалдайды. Біз жейтін тағамның молекулаларының жойылу процесі жүреді. Бұл процесс энергияны, суды және көмірқышқыл газын шығарады. Соңғысы қан жасушалары арқылы қайтадан өкпеге шығарылады, біз оны ауаға шығарамыз. Адам 5 минуттан астам уақыт бойы тыныс алмаса, тұншығуы мүмкін.
Тыныс алу
Ингаляциялық ауадағы оттегінің мөлшерін ескеріңіз. Тыныс алған кезде өкпеге сырттан енетін атмосфералық ауа ингаляциялық деп аталады, ал дем шығарғанда тыныс алу жүйесі арқылы шығатын ауа дем шығару деп аталады.
Бұл альвеолаларды тыныс жолдарындағымен толтыратын ауа қоспасы. Табиғи жағдайда сау адам жұтатын және шығаратын ауаның химиялық құрамы іс жүзіндеөзгеріп отырады және келесідей сандармен көрсетіледі.
Газ мөлшері (%)
| - | Оттегі | Көмірқышқыл газы | Азот және басқа газдар |
| Ингаляциялық ауа | 20, 94 | 0, 03 | 79, 03 |
| Дем шығарылатын ауа | 16, 3 | 4, 0 | 79, 7 |
| Альвеолярлы ауа | 14, 2 | 5, 2 | 80, 6 |
Оттегі тіршілік үшін ауаның негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Бұл газдың атмосферадағы мөлшерінің өзгеруі шамалы. Теңізде ауада 20,99%-ға дейін оттегі болса, өнеркәсіптік қалалардың өте ластанған ауасында да оның деңгейі 20,5%-дан төмен түспейді. Мұндай өзгерістер адам ағзасына әсер етпейді. Физиологиялық бұзылулар ауадағы оттегінің пайызы 16-17% дейін төмендеген кезде пайда болады. Бұл ретте оттегінің тапшылығы айқын байқалады, бұл өмірлік белсенділіктің күрт төмендеуіне әкеледі және ауадағы оттегінің мөлшері 7-8% болғанда өлімге әкелуі мүмкін.
Әр дәуірлердегі атмосфера
Атмосфераның құрамы әрқашан эволюцияға әсер етті. Әртүрлі геологиялық уақыттарда табиғи апаттардың салдарынан оттегі деңгейінің көтерілуі немесе төмендеуі байқалды, бұл биожүйенің өзгеруіне әкелді. Шамамен 300 миллион жыл бұрын оның атмосферадағы мазмұны35%-ға дейін өсті, ал ғаламшарды үлкен көлемдегі жәндіктер мекендеген. Жер тарихындағы тірі тіршілік иелерінің ең үлкен жойылуы шамамен 250 миллион жыл бұрын болды. Оның барысында мұхит тұрғындарының 90% -дан астамы және құрлық тұрғындарының 75% қайтыс болды. Жаппай жойылудың бір нұсқасы ауадағы оттегінің аздығы кінәлі деп айтады. Бұл газдың мөлшері 12%-ға дейін төмендеп, атмосфераның төменгі қабатында 5300 метр биіктікке дейін бар. Біздің дәуірімізде атмосфералық ауадағы оттегінің мөлшері 20,9%-ға жетеді, бұл 800 мың жыл бұрынғыдан 0,7%-ға төмен. Бұл сандарды сол кезде пайда болған Гренландия мен Атлант мұзының үлгілерін зерттеген Принстон университетінің ғалымдары растайды. Мұздатылған су ауа көпіршіктерін сақтап қалды және бұл факт атмосферадағы оттегінің деңгейін есептеуге көмектеседі.
Оның ауадағы деңгейі неге бағынады
Атмосферадан оның белсенді сіңірілуі мұздықтардың қозғалысына байланысты болуы мүмкін. Олар алыстаған сайын оттегін тұтынатын органикалық қабаттардың кең аумақтарын ашады. Тағы бір себеп мұхиттар суларының салқындауы болуы мүмкін: оның бактериялары төмен температурада оттегін белсендірек сіңіреді. Зерттеушілер өнеркәсіптік секіріс және онымен бірге көп мөлшерде жанармай жағу ерекше әсер етпейтінін алға тартады. Дүниежүзілік мұхит 15 миллион жыл бойы салқындап, атмосферадағы өмірлік маңызды заттардың мөлшері адам әсерінен тәуелсіз азайды. Жерде оттегінің тұтынылуына әкелетін кейбір табиғи процестер жүріп жатқан болуы мүмкіноның өндірісінен жоғары болады.
Адамның атмосфераның құрамына әсері
Ауаның құрамына адамның әсері туралы айтайық. Біздегі қазіргі деңгей тірі ағзалар үшін өте қолайлы, ауадағы оттегінің мөлшері 21% құрайды. Оның және басқа газдардың тепе-теңдігі табиғаттағы тіршілік циклімен анықталады: жануарлар көмірқышқыл газын шығарады, өсімдіктер оны пайдаланады және оттегін шығарады.
Бірақ бұл деңгей әрқашан тұрақты болатынына кепілдік жоқ. Атмосфераға шығарылатын көмірқышқыл газының мөлшері артып келеді. Бұл адамзаттың отынды пайдалануына байланысты. Ол, өздеріңіз білетіндей, органикалық текті қазбалардан пайда болды және көмірқышқыл газы ауаға түседі. Сонымен қатар, планетамыздағы ең ірі өсімдіктер, ағаштар өсіп келе жатқан қарқынмен жойылуда. Бір минутта шақырымдаған орман жоғалады. Бұл ауадағы оттегінің бір бөлігі біртіндеп түсіп, ғалымдар дабыл қаға бастағанын білдіреді. Жер атмосферасы шексіз қойма емес және оттегі оған сырттан енбейді. Ол Жердің дамуымен бірге барлық уақытта дамыды. Бұл газды көмірқышқыл газын тұтынуға байланысты фотосинтез процесінде өсімдіктер өндіретінін үнемі есте ұстау керек. Ал орманды кесу түріндегі өсімдіктердің кез келген айтарлықтай қысқаруы атмосфераға оттегінің түсуін сөзсіз азайтады, осылайша оның тепе-теңдігін бұзады.
