Происхождение кислорода в нашей атмосфере
© pixabay.com
Какая связь между океаном и кислородом в атмосфере, почему его концентрация не всегда была такой как сейчас и как влияют изменения климата на газовый состав нашей планеты. Обо всём этом пойдёт речь в нашей статье.
Откуда в нашей атмосфере берётся кислород (О2), который так необходим для дыхания и существования практически всей фауны на Земле? Принято считать, что лёгкими планеты являются леса. Они действительно создали кислородную атмосферу нашей планеты, производя органические вещества из неорганических при использовании энергии солнечного света и выделяя свободный кислород как побочный продукт производства. Данный процесс называется фотосинтезом. Благодаря лесам в атмосферу ежегодно поступает около 145 млрд. тонн кислорода. Но есть один важный факт: большая часть этого кислорода расходуется самими же лесами. Леса потребляют кислород на дыхание деревьев, животных, и в наибольшей степени, на процессы гниения.
Огромную роль в производстве кислорода на суше играют болота. Несмотря на их меньшую площадь по сравнению с лесными массивами, их вклад огромен. Погибшие растения и животные уходят на дно болот, становясь их частью, превращаясь в залежи торфа. Поэтому здесь практически не наблюдается процессов гниения, потребляющих кислород. Таким образом, болота отдают в общий фон около половины производимого кислорода. Вторую половину потребляют жители болот.
Читайте также
Однако, самым крупным поставщиком кислорода на планете является Мировой Океан. А точнее, его жители – фитопланктон. Это микроскопические океанические водоросли, невидимые простым глазом. Они наблюдаются в очень большом количестве и вырабатывают в 10 раз больше кислорода, чем им необходимо для дыхания. При этом, затраты на разложение в океане гораздо ниже, чем в лесах и болотах. Около 20% от общей выработки: падальщики, которых в океане очень много, поедают мёртвые организмы, а останки, не представляющие ни для кого интереса, оседают на дно и превращаются в ил. И около 40% кислорода поставляется в атмосферу.
Более того, именно древние сине-зелёные водоросли и цианобактерии, населявшие океаны Земли в архее (более 3 млрд. лет назад) стали пусковым механизмом в наполнении атмосферы кислородом. Данный период в геологической истории планеты назвали «кислородной катастрофой», когда химический состав атмосферы стал быстро меняться, сформировался озоновый слой, а также уменьшился парниковый эффект (за счёт поглощения водорослями углекислого газа, одного из главных парниковых газов). Ведь до этого, газовый состав воздушной оболочки представлял собой смесь углекислого газа, азота, метана, аммиака и некоторых других элементов.
Отметим, что небольшое количество кислорода поступает в атмосферу из недр Земли в результате дегазации мантии. И совсем малая его часть образуется в самой атмосфере в результате диссоциации молекул углекислого газа (СО2) и воды.
Периодические изменения климата влияют на источники свободного кислорода. Например, глобальное потепление способствует распространению засух и пожаров, губительных для лесов. Болота осушаются, углерод окисляется и попадает в атмосферу, усиливая парниковый эффект, провоцируя пожары. Фитопланктон чувствует последствия потепления в меньшей степени. Согласно исследованиям, он способен быстро приспосабливаться к резким повышениям температуры окружающей среды.
Но и сами источники кислорода могут влиять на климат. В наше время концентрация кислорода составляет 21%, но за последние 500 млн. лет она менялась примерно от 12 до 35 % (см. рисунок). Исследователи из Мичиганского университета во главе с Кристофером Поулсеном выявили, что при резком снижении биопродуктивности растительных организмов, ведущего к падению концентрации кислорода, атмосфера может стать значительно прохладнее и суше. И наоборот, при росте насыщенности кислородом атмосфера становится теплее, влажность увеличивается. Но, в отличие от углекислого газа, изменение концентрации кислорода работает только на длительных отрезках времени, измеряемых в миллионах лет. Поэтому в современном потеплении кислород практически не играет никакой роли.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата уверена, что если не произойдёт значительного сокращения выбросов парниковых газов, то мир не сможет обеспечить предотвращение экстремальных климатических изменений. И поскольку человечество не спешит сокращать выбросы, учёные задумываются о том, как искусственно «откачать» из атмосферы парниковые газы.
Так, группа океанологов предлагает поглощать из атмосферы углекислый газ при помощи фитопланктона. Популяция планктона часто ограничена из-за нехватки железа в воде. Железо попадает в океан в небольших количествах с переносимой ветром пылью из пустынь, вулканическим пеплом и из подводных гидротермальных источников, но его количество недостаточно. Учёные предлагают удобрять воду железом и тем самым вызвать массовое цветение водорослей. Неизвестно, поможет ли данный эксперимент снизить количество углекислого газа в атмосфере, но ясно одно – за технологиями отрицательных выбросов будущее. Даже если страны резко сократят выбросы, для предотвращения серьёзных изменений климата миру необходимо «вытягивать» из воздуха СО2.
Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.
