Les principaux fournisseurs d'oxygène à l'atmosphère. Oxygène dans la nature (49,4% dans la croûte terrestre)

Tout le monde se souvient de l'école que les forêts sont les poumons de notre planète. Mais, comme il s'est avéré, ce n'est pas une déclaration tout à fait vraie. Oui, les plantes vertes produisent de l'oxygène pour notre atmosphère. Lors de la photosynthèse, ils absorbent du dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène. Mais les forêts jouent dans ce processus non le seul et loin d'être rôle principal.

Selon les scientifiques, les plantes de notre planète produisent annuellement plus de 140 tonnes d'oxygène. Environ 60% de ce volume est consacré aux processus d'oxydation et de décomposition des substances organiques, c'est-à-dire de toutes sortes de résidus d'organismes végétaux et animaux. Et le reste est absorbé par la respiration des habitants de la planète. Les forêts équatoriales sont les plus grands producteurs d'oxygène de la planète. Mais ce sont aussi ses plus gros consommateurs. Le fait est que les forêts humides ont la plus grande biodiversité et densité de population animale parmi tous les écosystèmes de la planète. Littéralement, chaque millimètre d'espace y est saturé de vie. De nombreuses créatures consomment de l'oxygène dans le processus de respiration et les restes de plantes en décomposition dépensent le reste du gaz utile sur eux-mêmes. Ainsi, il s'avère que ces forêts ne produisent qu'assez d'oxygène pour leur propre existence. Les choses vont un peu mieux dans les forêts tempérées, où l'espace est moins grouillant de vie. Mais aussi forêts de conifères, comme les scientifiques l'ont découvert, ne peuvent pas être appelés les principaux producteurs d'oxygène de la planète au sens plein du terme.

D'où vient donc l'oxygène sur la planète, dont la quantité est suffisante pour l'existence de toute l'humanité et de milliards d'autres êtres vivants ? Il s'est avéré que le phytoplancton est le principal producteur d'oxygène utile sur la planète. Oui, ce sont ces travailleurs invisibles qui assurent l'existence de la plupart de la vie à la fois dans l'océan et sur terre. Le phytoplancton comprend des algues unicellulaires et des cyanobactéries qui peuvent produire de l'oxygène. Selon les scientifiques, le phytoplancton mondial produit 10 fois plus d'oxygène qu'il n'en consomme lui-même. Et la décomposition des résidus organiques dans les océans consomme beaucoup moins d'oxygène que sur terre.

Ainsi, environ 40 % de l'oxygène produit par le phytoplancton n'est pas consommé localement, mais pénètre dans l'atmosphère. Grâce à ces créatures microscopiques, la vie existe dans les déserts chauds et dans les régions polaires où il n'y a pas de producteurs d'oxygène. Et bien sûr, grâce au travail du phytoplancton, toute l'humanité existe sur la planète. Par conséquent, n'oubliez pas que la Terre est notre Maison commune qu'il faut traiter avec plus de précautions. Après tout, même de minuscules algues jouent un rôle si important dans l'existence de la planète.

Il existe une opinion selon laquelle les «poumons de la planète» sont les forêts, car on pense qu'elles sont les principaux fournisseurs d'oxygène à l'atmosphère. Cependant, en réalité ce n'est pas le cas. Les principaux producteurs d'oxygène vivent dans l'océan. Ces bébés ne peuvent pas être vus sans l'aide d'un microscope. Mais tous les organismes vivants de la Terre dépendent de leur activité vitale.

Personne ne prétend que les forêts, bien sûr, doivent être préservées et protégées. Cependant, pas du tout en raison du fait qu'ils sont ces "poumons" notoires. Car en fait, leur contribution à l'enrichissement de notre atmosphère en oxygène est pratiquement nulle.

Personne ne niera le fait que les plantes ont créé et continuent de maintenir l'atmosphère d'oxygène de la Terre. Cela s'est produit parce qu'ils ont appris à créer des substances organiques à partir de substances inorganiques, en utilisant l'énergie de la lumière du soleil (comme nous nous en souvenons de cours d'école biologie, un processus similaire est appelé photosynthèse). À la suite de ce processus, les feuilles des plantes libèrent de l'oxygène libre en tant que sous-produit de la production. Ce gaz dont nous avons besoin monte dans l'atmosphère et se répartit ensuite uniformément dans celle-ci.

Selon divers instituts, environ 145 milliards de tonnes d'oxygène sont ainsi émises chaque année dans l'atmosphère de notre planète. Dans le même temps, la majeure partie est dépensée, comme il n'est pas surprenant, pas du tout pour la respiration des habitants de notre planète, mais pour la décomposition d'organismes morts ou, tout simplement, pour la décomposition (environ 60% de ce que est utilisé par les êtres vivants). Ainsi, comme vous pouvez le voir, l'oxygène nous donne non seulement la possibilité de respirer profondément, mais agit également comme une sorte de poêle pour brûler les ordures.

Comme nous le savons, tout arbre n'est pas éternel, donc, le moment venu, il meurt. Lorsque le tronc d'un géant de la forêt tombe au sol, des milliers de champignons et de bactéries décomposent son corps pendant très longtemps. Tous utilisent de l'oxygène, qui est produit par les plantes survivantes. Selon les calculs des chercheurs, environ quatre-vingts pour cent de l'oxygène de la «forêt» est consacré à un tel «nettoyage du territoire».

Mais les 20% d'oxygène restants n'entrent pas du tout dans le "fonds atmosphérique général" et sont également utilisés par les habitants de la forêt "au sol" à leurs propres fins. Après tout, les animaux, les plantes, les champignons et les micro-organismes ont également besoin de respirer (sans la participation de l'oxygène, comme nous nous en souvenons, de nombreux êtres vivants ne pourraient pas obtenir d'énergie de la nourriture). Étant donné que toutes les forêts ont tendance à être des zones très densément peuplées, ce résidu ne suffit qu'à répondre aux besoins en oxygène de ses propres habitants. Pour les voisins (par exemple, les habitants des villes où il y a peu de végétation propre), il ne reste plus rien.

Qui est donc le principal fournisseur de ce gaz nécessaire à la respiration sur notre planète ? Sur terre, cela, assez curieusement... des tourbières. Tout le monde sait que lorsque les plantes meurent dans un marais, leurs organismes ne se décomposent pas, car les bactéries et les champignons qui font ce travail ne peuvent pas vivre dans l'eau des marais - il existe de nombreux antiseptiques naturels sécrétés par les mousses.

Ainsi, les parties mortes des plantes, sans se décomposer, coulent au fond, formant des dépôts de tourbe. Et s'il n'y a pas de décomposition, l'oxygène n'est pas gaspillé. Par conséquent, les marais donnent au fonds général environ 50% de l'oxygène qu'ils produisent (l'autre moitié est utilisée par les habitants de ces lieux hostiles mais très utiles eux-mêmes).

Néanmoins, la contribution des marais au total " Organisation caritative l'oxygène "n'est pas très grand, car il n'y en a pas tellement sur Terre. Les algues océaniques microscopiques, dont la totalité les scientifiques appellent phytoplancton, participent beaucoup plus activement à la" charité de l'oxygène ". Ces créatures sont si petites qu'il est presque impossible de les voir d'un simple œil.Cependant, leur nombre total est très important, le compte se compte en millions de milliards.

Le phytoplancton du monde entier produit 10 fois plus d'oxygène qu'il n'en a besoin pour respirer. Assez pour fournir du gaz utile à tous les autres habitants des eaux, et beaucoup pénètre dans l'atmosphère. Quant au coût de l'oxygène pour la décomposition des cadavres, dans l'océan, il est très faible - environ 20% de la production totale.

Cela est dû au fait que les organismes morts sont immédiatement mangés par les charognards, dont un grand nombre vivent dans l'eau de mer. Ceux-ci, à leur tour, après la mort, seront mangés par d'autres charognards, et ainsi de suite, c'est-à-dire que les cadavres dans l'eau ne sont presque jamais périmés. Les mêmes restes, qui n'intéressent plus particulièrement personne, tombent au fond, où peu de gens vivent, et il n'y a tout simplement personne pour les décomposer (c'est ainsi que se forme le limon bien connu), c'est-à-dire dans ce cas l'oxygène n'est pas consommé.

Ainsi, l'océan fournit environ 40 % de l'oxygène produit par le phytoplancton à l'atmosphère. C'est cette réserve qui est consommée dans les zones où très peu d'oxygène est produit. Ces derniers, en plus des villes et des villages, comprennent des déserts, des steppes et des prairies, ainsi que des montagnes.

Ainsi, curieusement, la race humaine vit et prospère sur Terre précisément grâce aux "usines à oxygène" microscopiques flottant à la surface de l'océan. Ce sont eux qu'il faudrait appeler les « poumons de la planète ». Et de toutes les manières possibles pour se protéger de la pollution par les hydrocarbures, des empoisonnements aux métaux lourds, etc., car s'ils arrêtent soudainement leurs activités, nous n'aurons tout simplement plus rien à respirer.

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D'OÙ VIENT L'OXYGÈNE

Chaque année, des dizaines de milliards de tonnes d'oxygène sont consommées pour la respiration des hommes et des animaux, pour les besoins de l'industrie, qui ne cessent de croître.

Et il n'y a pratiquement pas moins d'oxygène dans l'air.

On pense que les plantes vertes, à la suite de la photosynthèse, libèrent près de six tonnes d'oxygène pour chaque tonne d'oxygène utilisée pour leur respiration. De plus, 80% de l'oxygène est transféré à l'atmosphère par les algues des mers et des océans, le soi-disant phytoplancton, et seulement 20% par les plantes terrestres. C'est pourquoi l'océan est souvent appelé les poumons de la Terre. dans le phytoplancton, partie intégrante qui sont des algues bleu-vert, la réaction de photosynthèse se déroule :

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H l2 O 6 + 6O 2.

À partir du dioxyde de carbone CO 2 et de l'eau, du glucose C 6 H 12 O 6 se forme et de l'oxygène O 2 "indésirable" est libéré dans l'atmosphère. L'énergie nécessaire à cette synthèse est transférée au phytoplancton par la lumière du soleil.

Stepin B. D., Alikberova L. Yu. Un livre sur la chimie pour la lecture à domicile - M.: Chimie, 1994 - 400c.: ill.

La photosynthèse est un processus chimique complexe qui produit de l'oxygène. Seules les plantes vertes et certains types de bactéries sont capables de produire de l'oxygène.

Les plantes ont propriété unique produire de l'oxygène. De tout ce qui existe sur terre, plusieurs autres types de bactéries en sont capables. Ce processus en science s'appelle la photosynthèse.

Ce qu'il faut pour la photosynthèse

L'oxygène n'est produit que si tous les éléments nécessaires à la photosynthèse sont disponibles :
1. Une plante qui a des feuilles vertes (ayant des chlorophylles dans la feuille).
2. L'énergie solaire.
3. Eau contenue dans une plaque de feuilles.
4. Dioxyde de carbone.

Recherche sur la photosynthèse

Van Helmont a consacré ses recherches à la première étude des plantes. Au cours de ses travaux, il a prouvé que les plantes se nourrissent non seulement du sol, mais se nourrissent également de dioxyde de carbone. Près de 3 siècles plus tard, Frederick Blackman, grâce à des recherches, a prouvé l'existence du processus de la photosynthèse. Blackman a non seulement déterminé la réaction des plantes lors de la production d'oxygène, mais a également établi que la nuit, les plantes respirent de l'oxygène et l'absorbent. La définition de ce processus n'a été donnée qu'en 1877.

Comment l'oxygène est libéré

Le processus de la photosynthèse est le suivant :
La lumière du soleil frappe les chlorophylles. Ensuite, deux processus démarrent :
1. Processus photosystème II. Lorsqu'un photon entre en collision avec 250 à 400 molécules du photosystème II, l'énergie commence à augmenter brusquement, puis cette énergie est transférée à la molécule de chlorophylle. Deux réactions commencent. La chlorophylle perd 2 électrons, et au même moment une molécule d'eau se sépare. 2 électrons des atomes d'hydrogène remplacent les électrons perdus de la chlorophylle. Ensuite, les porteurs moléculaires lancent l'électron "rapide" l'un vers l'autre. Une partie de l'énergie est dépensée pour la formation de molécules d'adénosine triphosphate (ATP).
2. Le processus du photosystème I. La molécule de chlorophylle du photosystème I absorbe l'énergie d'un photon et transfère son électron à une autre molécule.

L'électron perdu est remplacé par un électron du photosystème II. L'énergie du photosystème I et des ions hydrogène est dépensée pour la formation d'une nouvelle molécule porteuse.

Sous une forme simplifiée et visuelle, l'ensemble de la réaction peut être décrit par une simple formule chimique :
CO2 + H2O + lumière -> glucides + O2

Une fois développée, la formule ressemble à ceci :
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Il existe également une phase sombre de la photosynthèse. On l'appelle aussi métabolique. Pendant la phase d'obscurité, le dioxyde de carbone est réduit en glucose.

Conclusion

Toutes les plantes vertes produisent l'oxygène nécessaire à la vie. Selon l'âge de la plante, ses données physiques, la quantité d'oxygène libérée peut varier. Ce processus a été nommé photosynthèse par W. Pfeffer en 1877.

Attention, seulement AUJOURD'HUI !

Depuis un milliard d'années, l'atmosphère terrestre est composée principalement d'azote (20 à 78 %) et d'oxygène (5 à 21 %). L'atmosphère moderne de la Terre en pourcentage de volume contient: azote - 78%, oxygène - 21, dioxyde de carbone - 0,03, argon - 0,93, les 0,04% restants sont occupés par l'hélium, le méthane, le krypton, l'oxyde nitreux, l'hydrogène, le xénon. Le pourcentage relativement élevé d'argon - 40 dans l'atmosphère s'explique par le fait qu'une grande quantité de potassium radioactif - 40 s'y transforme dans les entrailles de la Terre. Les paramètres physiques modernes de l'atmosphère sont les suivants : l'épaisseur de la couche atmosphérique est jusqu'à 1000 kilomètres, la masse est de 5 10 18 kg, la pression à la surface de la planète 1 atmosphère.

Le tableau montre les changements évolutifs composition chimique atmosphérique dans le passé et 2 milliards d'années à venir (en %). Considérons les causes de ces changements dans la composition chimique de l'atmosphère terrestre.

Changements évolutifs dans la composition chimique de l'atmosphère terrestre

1 . Dioxyde de carbone Le CO2 est produit par des éruptions volcaniques massives. Il n'y a pas de consensus sur sa composition en pourcentage dans l'atmosphère il y a 4 à 5 milliards d'années. La composition gazeuse des éruptions volcaniques modernes contient 40% en poids de dioxyde de carbone et d'azote N 2 - 2%. Cependant, on peut supposer que dans le passé, le dioxyde de carbone pouvait s'accumuler dans l'atmosphère jusqu'à 90 %. En effet, le CO 2 et le N 2 sont les composés chimiques les plus inertes de l'atmosphère et ils réagissent à peine avec les autres éléments. Les gaz volcaniques restants (HCl, CN, HF, SO 2, NH 3 et autres) sont des composants extrêmement agressifs, ils ont donc été rapidement «détruits», entrant dans des composés avec des métaux de roche, des substances de lave volcanique, des sels dissous dans les eaux. Par conséquent, le pourcentage de dioxyde de carbone et d'azote augmentait constamment, tandis que le pourcentage d'autres gaz diminuait progressivement.

Il devient clair comment la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère de la jeune Terre pourrait atteindre 90%, et la teneur en azote à notre époque a atteint 78%. Les végétaux sont les principaux consommateurs de dioxyde de carbone. Les sources de dioxyde de carbone sont les volcans, l'industrie et la respiration animale. Les principaux réservoirs de stockage sont l'atmosphère et l'océan.

A) Les principaux "réservoirs de stockage" de dioxyde de carbone sur Terre.

1) Maintenant, l'atmosphère contient 0,03 % de dioxyde de carbone, soit 2 10 15 kilogrammes. Dans le même temps, 10 16 kg de plantes poussent sur Terre (selon A. Vinogradov), qui absorbent plus de 10 14 kg de dioxyde de carbone par an. Ensuite, le dioxyde de carbone ne durera que 20 ans.

2) Un grand "réservoir" de dioxyde de carbone sont les océans et les mers, puisque 5 10 16 kg de dioxyde de carbone sont dissous dans leurs eaux. Ce n'est qu'en 500 ans que le monde végétal de la Terre pourrait consommer du dioxyde de carbone dissous dans l'hydrosphère.

Le dioxyde de carbone de l'atmosphère est encore dissous en grande quantité dans les eaux des océans et des mers. Il est alarmant de constater que le pourcentage de dioxyde de carbone dans l'atmosphère continuera de diminuer à l'avenir et, par conséquent, sa concentration dans l'océan diminuera également.

B) Les principales sources de dioxyde de carbone sur Terre.

1) Les éruptions volcaniques dans le passé étaient la source la plus importante de dioxyde de carbone pour l'atmosphère, et les plantes étaient les seuls consommateurs de dioxyde de carbone. À l'heure actuelle, tous les volcans émettent 10 9 kg de dioxyde de carbone dans l'atmosphère par an, et la civilisation brûle des combustibles organiques et réapprovisionne ainsi l'atmosphère en dioxyde de carbone de 3 10 12 kg supplémentaires par an (c'est-à-dire 3 000 fois plus que les volcans) . Les processus volcaniques sur la planète s'estompent progressivement à mesure qu'elle « vieillit ». Dans 1 million d'années, le volcanisme sur Terre s'arrêtera complètement.

2) Environ 150 ans fonctionneront encore source supplémentaire dioxyde de carbone - une civilisation qui brûle des substances organiques fossiles en grande quantité (charbon, pétrole, bois de chauffage, schiste bitumineux - geoglobus.ru). Mais alors ces minéraux seront épuisés. Les gisements de minéraux tels que le charbon, le pétrole, le gaz naturel seront épuisés par la civilisation dans 150 ans, et la civilisation cessera de réapprovisionner l'atmosphère avec du dioxyde de carbone formé lors de la combustion de combustibles fossiles. Par conséquent, certains scientifiques pensent que, malgré la combustion de carburant pendant 150 ans, le pourcentage de dioxyde de carbone dans l'atmosphère diminuera. La quantité de CO 2 restera la même (0,03 %), car elle sera absorbée par les plantes et il y aura une augmentation compensatoire de la biomasse des plantes de la Terre. D'autres scientifiques parlent d'une augmentation de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère à 0,04 - 0,05%, suivie d'un léger réchauffement du climat de la planète d'ici 2150. D'une manière ou d'une autre, mais après 2150, la civilisation se retrouvera sans carburant organique et le processus de réduction globale de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère se poursuivra.

3) Le dioxyde de carbone est également rejeté dans l'atmosphère à raison de 10 à 10 kg par an lors de la décomposition d'animaux morts et de plantes mortes dans les océans, les mers et sur terre. Le dioxyde de carbone est également libéré lors de la respiration des animaux et des humains à partir de leurs poumons.

C) "Vitesse" de la disparition du dioxyde de carbone de l'atmosphère terrestre.

Faisons attention au fait que même si au cours des dernières dizaines de millions d'années, toutes les sources naturelles de dioxyde de carbone ont "fonctionné" (volcanisme, océans, décomposition), cependant, la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a diminué et, par exemple, pendant l'ère cénozoïque (plus de 70 millions d'années) est passée de 12 % (avant le début de l'ère cénozoïque) à 0,03 %, soit 400 fois. Après 10 millions d'années, la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère diminuera de 1000 fois, la composition en pourcentage sera de 0,000003 %. Une telle diminution de la teneur en dioxyde de carbone a un effet néfaste sur toutes les plantes, ce qui est confirmé par des expériences consistant à placer des plantes sous un bocal en verre et une diminution simultanée de la teneur en CO 2. Les plantes "ont mangé" tout le dioxyde de carbone de l'atmosphère. source de gaz la nourriture végétale est presque épuisée. En réponse à cela, les plantes seront d'abord (après 100 000 ans) obligées de réduire leur propre biomasse des centaines de fois et, à la fin, toutes les plantes mourront du manque de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Le dioxyde de carbone sera complètement transformé en oxygène par les plantes dans environ 30 millions d'années. Les scientifiques pensent qu'en raison du cycle naturel des substances, le dioxyde de carbone ne disparaîtra pas de la composition de l'atmosphère terrestre avant près de 30 millions d'années. Par conséquent, on peut affirmer qu'après 30 millions d'années, en raison du manque de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, l'extinction complète du monde végétal se produira. Il est clair que simultanément à la disparition des plantes, la mort des herbivores se produira. Après cela, les prédateurs s'éteindront et la disparition complète du monde animal se produira. La Terre va perdre toutes sortes de vie pour deux raisons géocosmiques : la disparition du dioxyde de carbone de l'atmosphère et un refroidissement sévère à la surface de la planète.

2 . Oxygène O 2 . Nous pouvons maintenant formuler l'une des principales lois de l'évolution biologique : le premier type de matière vivante dans l'Univers sont les plantes qui transforment la matière inorganique (CO 2) en matière organique (bois, feuilles, fruits, fleurs). Le deuxième type de matière vivante dans l'univers est le monde animal, qui apparaît sur la planète après saturation des océans et de l'atmosphère en oxygène (O 2) dans le processus de la vie végétale, et les plantes et autres animaux servent de nourriture aux animaux.

A) Les plantes sont la principale source d'oxygène sur Terre.

Après 3,5 milliards d'années, lorsque les premières plantes (algues) sont apparues dans l'océan, le processus de saturation en oxygène de l'atmosphère et des eaux océaniques a eu lieu sur Terre. En échange de l'absorption de dioxyde de carbone, les plantes libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère. L'oxygène dans l'atmosphère est apparu il y a 3 milliards d'années à raison de 0,1 à 1 %. Il appartient aux produits chimiques très actifs. Par conséquent, dans le passé, environ 10 à 20 kg d'oxygène de l'atmosphère étaient dépensés pour l'oxydation des gaz atmosphériques, des substances dissoutes dans les océans et les mers, ainsi que pour l'oxydation des substances rocheuses sur terre et au fond des océans. . L'ensemble de la flore moderne de la planète consomme annuellement 10 14 kg de dioxyde de carbone et émet 3 10 13 kg d'oxygène, soit 3,3 fois moins que la masse de dioxyde de carbone irrémédiablement absorbé.

Par conséquent, nous pouvons conclure qu'à l'heure actuelle, la quantité d'oxygène dans l'atmosphère augmente et que la quantité de dioxyde de carbone diminue. Si ce processus ne ralentit pas, alors dans 1500 ans, il y aura 26% d'oxygène dans l'atmosphère, dans 3000 ans - 42% (2 fois plus qu'aujourd'hui). Mais une augmentation aussi importante du pourcentage d'oxygène dans l'atmosphère ne se produira pas, car le dioxyde de carbone de la planète ne suffit pas pour cela. À la surface de la Terre (dans l'atmosphère et les océans - geoglobus.ru), il y a environ 10 17 kg de dioxyde de carbone, à partir desquels les plantes peuvent obtenir 3 10 16 kg d'oxygène (3% de celui de l'atmosphère). Par conséquent, la quantité maximale d'oxygène dans l'atmosphère peut augmenter jusqu'à 24 % (21 % + 3 %). Au rythme actuel de production d'oxygène par les végétaux, l'atmosphère en contiendra 24 % dans quelques millions d'années.

B) Les principaux "réservoirs et stockages" d'oxygène sur Terre sont l'atmosphère et l'océan.

Maintenant, la quantité d'oxygène dans l'atmosphère est de 21%, soit 10 18 kg en poids. Environ 3 fois plus de sa masse est dissoute dans les eaux des océans, des mers, des lacs et des rivières. Les poissons respirent précisément cela, dissous dans l'eau, l'oxygène.

C) Les principaux consommateurs d'oxygène sur Terre sont le manteau terrestre, l'industrie et les animaux.

1) Consommation d'oxygène pour l'oxydation globale. L'eau contenant de l'oxygène dissous pénètre profondément dans les entrailles de la Terre, où l'oxygène réagit avec les substances non encore oxydées de la croûte et du manteau. L'eau chauffée dans les entrailles de la Terre sous forme de vapeur monte à la surface de la planète pour se refroidir et se saturer d'une nouvelle portion d'oxygène, puis redescend dans les entrailles. Faisant d'innombrables cycles, l'eau souterraine prélève environ 10 à 11 kg d'oxygène dans les entrailles de la Terre par an. Le processus d'oxydation des substances dans les entrailles de la planète par l'oxygène dissous dans l'eau est une source assez puissante de sa consommation globale. Le besoin annuel en oxygène pour ce processus géochimique est de 10 11 kg.

La masse totale d'oxygène libre dans l'atmosphère et l'océan est d'environ 3·10 18 kg. Cela signifie que l'oxygène de l'atmosphère et de l'océan sera dépensé pour l'oxydation des roches refroidissantes du manteau et de la substance du noyau terrestre 30 millions d'années après la mort de toutes les plantes sur Terre (c'est-à-dire après 60 millions d'années , à compter d'aujourd'hui). Après la perte d'oxygène, l'atmosphère sera constituée exclusivement d'azote. Par conséquent, après 60 millions d'années, l'atmosphère terrestre est attendue par le stade azote du développement évolutif.

2) Consommation d'oxygène pour la combustion du carburant. Annuellement, 5·10 12 kg d'oxygène atmosphérique sont dépensés pour la combustion de combustible organique par la civilisation et dans les incendies (forêt, puits de pétrole, etc.). Les produits finaux de la combustion sont le dioxyde de carbone et l'eau.

Carburant organique + 3O 2 \u003d CO 2 + 4H 2 O.

Les plantes transforment presque immédiatement le dioxyde de carbone (provenant de la combustion de combustibles et des incendies) en oxygène. Seul l'oxygène est irrémédiablement perdu lors de la synthèse de l'eau lors de la combustion des substances organiques, soit 2 10 12 kg par an.

3) L'oxygène atmosphérique est consommé au moment de la respiration des animaux et des personnes à raison d'environ 10 9 kg par an. Le dioxyde de carbone est exhalé des poumons des animaux et des humains, qui est rapidement transformé par les plantes en oxygène.

4) Conclusion sur le taux de consommation globale d'oxygène. Si l'on additionne la masse d'oxygène absorbée de l'atmosphère et la masse d'oxygène dissous dans les océans, on obtient une valeur d'environ 6·10 12 kg par an. Il faut tenir compte du fait que la masse d'oxygène est absorbée de manière irréversible (irréversible) à raison de 3·10 12 kg par an, et que le reste de sa masse forme du dioxyde de carbone et pénètre dans la circulation.

3 . L'azote N2, qui est maintenant à 78 % dans l'atmosphère (soit environ 4·10 18 kg), s'est formé pour deux raisons. L'azote est libéré dans l'atmosphère pendant 5 milliards d'années en raison de processus volcaniques. Les gaz volcaniques contiennent de 0,1 à 2 % d'azote. L'azote gazeux a une faible activité chimique, il s'accumule donc constamment dans l'atmosphère terrestre. Dans les eaux des océans et des mers, 5 fois plus d'azote est dissous que dans l'atmosphère - 20 10 18 kg. Au total, la surface de la Terre contient 24·10 18 kg d'azote libre. Outre l'origine volcanique, il existe d'autres mécanismes d'entrée d'azote dans l'atmosphère.

L'azote a été libéré dans l'atmosphère lors de l'oxydation de l'ammoniac. L'académicien A. Vinogradov défend cette hypothèse même de la présence d'azote dans l'atmosphère terrestre. Selon des calculs approximatifs, il y a 5 à 2 milliards d'années, l'atmosphère terrestre contenait de 5 à 20 % d'ammoniac. A partir du moment où les plantes ont commencé à libérer de l'oxygène dans l'atmosphère, un processus global d'oxydation de l'ammoniac avec formation d'azote s'est mis en place.

2NH 4 + 2O 2 \u003d N 2 + 4H 2 O.

L'azote, contrairement au dioxyde de carbone et à l'oxygène, ne participe pas aux processus biochimiques mondiaux. Il est assimilé en quantité insignifiante par an par certains types de bactéries azotées du sol et du fond vaseux des réservoirs. L'azote à l'intérieur des cellules bactériennes est converti en ammoniac, en composés de cyanure, en protoxyde d'azote et en protoxyde d'azote. Les biologistes ont calculé qu'en un an, l'atmosphère perd irrévocablement 10 11 kg d'azote au profit des processus microbiologiques. Alors tout l'azote libre de la Terre sera assimilé par les bactéries dans 240 millions d'années.

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Actuellement, dans l'industrie, l'oxygène est obtenu à partir de l'air. La principale méthode industrielle d'obtention d'oxygène est la distillation cryogénique. Les usines d'oxygène basées sur la technologie des membranes sont également bien connues et utilisées avec succès dans l'industrie.

Dans les laboratoires, on utilise de l'oxygène industriel, fourni dans des bouteilles en acier sous une pression d'environ 15 MPa.

De petites quantités d'oxygène peuvent être obtenues en chauffant du permanganate de potassium KMnO 4 :

utiliser également la réaction de décomposition catalytique du peroxyde d'hydrogène H 2 O 2 :

Le catalyseur est le dioxyde de manganèse (MnO 2).

L'oxygène peut être obtenu par décomposition catalytique du chlorate de potassium (sel de bertolet) KClO 3 :

Les méthodes de laboratoire pour obtenir de l'oxygène comprennent la méthode d'électrolyse de solutions aqueuses d'alcalis, ainsi que la décomposition de l'oxyde de mercure (II) (à τ = 100 ° C):

Sources d'oxygène

Bouteilles d'oxygène, sacs d'oxygène. Explosifs et dangereux pour le feu, et donc les bouteilles d'oxygène sont interdites pour une utilisation dans les services hospitaliers et à domicile pour les patients nécessitant une oxygénothérapie.

concentrateurs d'oxygène. Le principe de fonctionnement du concentrateur d'oxygène est assez simple : comprimé avec un compresseur à faible bruit, l'air atmosphérique purifié et filtré est envoyé à un "tamis moléculaire" constitué de billes de silicate inorganique (alliage aluminium-silicium). Ce "filtre" piège les molécules d'azote tout en laissant passer l'oxygène. En conséquence, la teneur en oxygène dans le mélange gazeux est de 90 à 95 %. Le débit d'oxygène est régulé en douceur et, en passant par un humidificateur et un tube flexible de deux mètres avec un cathéter nasal, est fourni au patient. Le mélange gazeux appauvri en oxygène restant se dissout dans la pièce sans perturber l'équilibre écologique et sans réduire la teneur en oxygène de l'air ambiant. Un inconvénient important est le coût élevé de l'appareil (1400-2000 euros).

cocktail d'oxygène. La composition du cocktail d'oxygène comprend les composants suivants : eau bouillie, sirop, glycérophosphate en granulés, phytine, acide ascorbique, sucre, blanc d'œuf cru. L'oxygène est passé à travers le mélange résultant à l'aide d'un pulvérisateur, ce qui entraîne la formation de mousse et une masse de bulles persistantes remplies d'oxygène. Il est recommandé de prendre 1 à 2 tasses de cette mousse, qui contient environ 150 à 400 cm3 d'oxygène.

Le blanc d'œuf cru, qui fait partie du cocktail d'oxygène, empêche les personnes allergiques aux œufs d'utiliser le cocktail et n'exclut pas non plus la possibilité de contracter la salmonellose.

Dispositif générateur d'oxygène E Vita Perl- un appareil portable unique à usage domestique, ne nécessitant aucun entretien particulier, excluant la possibilité de surdosage en oxygène, simple d'utilisation

Transformations majeures de la biosphère.

Impact sur l'environnement.

Migration de l'oxygène dans la biosphère.

Oxygène est le gaz le plus actif. Au sein de la biosphère, il y a un échange rapide d'oxygène dans l'environnement avec des organismes vivants ou leurs restes après la mort. L'oxygène est juste derrière l'azote dans l'atmosphère terrestre. La forme dominante de l'oxygène dans l'atmosphère est la molécule O 2 . Le cycle de l'oxygène dans la biosphère est très complexe, car il entre dans de nombreux composés chimiques des mondes minéral et organique.

L'oxygène libre dans l'atmosphère terrestre moderne est un sous-produit du processus de photosynthèse des plantes vertes et sa quantité totale reflète l'équilibre entre la production d'oxygène et les processus d'oxydation et de décomposition de diverses substances. Dans l'histoire de la biosphère terrestre, il est arrivé un moment où la quantité d'oxygène libre a atteint un certain niveau et s'est avérée équilibrée de telle manière que la quantité d'oxygène libérée est devenue égale à la quantité d'oxygène absorbée. L'oxygène est un constituant de tous les composés organiques. Il est absorbé par les producteurs dans la composition de l'eau et du gaz carbonique lors de la photosynthèse, par tous les autres organismes, avec la matière organique créée par les producteurs, lors de la respiration (de l'atmosphère ou d'une solution aqueuse) et de la consommation d'eau potable. en tant que produits finaux du cycle biologique, une partie de l'oxygène retourne dans l'environnement inanimé également sous forme d'eau, et l'oxygène, en outre, est libéré sous forme moléculaire dans l'atmosphère par les plantes productrices comme l'un des produits finaux de la photosynthèse . L'oxygène est l'un des éléments les plus actifs à la surface de la terre et l'un des plus abondants. L'oxygène libre est l'un des composants les plus importants de l'atmosphère. Une grande partie est dissoute dans l'eau, salée et fraîche, dans les neiges et les glaces des pays du Nord. De plus, nous avons une grande quantité d'oxygène lié dans l'eau et d'autres oxydes. Les processus d'oxydation sont parmi les plus importants à la surface de la terre.

D'où vient l'oxygène libre ? Il n'existe qu'à la surface de la Terre. On ne le trouve ni dans les sources d'eau provenant des couches profondes de la Terre, ni dans les sécrétions des volcans. Les gaz émis par les volcans ont déjà été analysés à de nombreuses reprises, notamment par les Américains dans les îles Sandwich, où les conditions y sont particulièrement favorables, grâce à la constance des volcans actifs du Mauna Loa et du Mauna Kea. Au Japon, dans le sud de l'Europe, au Kamtchatka, partout les gaz des volcans sont le dioxyde de carbone, le chlorure d'hydrogène, le sulfure d'hydrogène et autres, mais jamais l'oxygène.

Considérant d'autres sources imaginables de libération d'oxygène libre à la surface de la Terre, nous devenons progressivement convaincus que le monde minéral ne nous donne pas un seul processus associé à la libération d'oxygène libre. Aux températures élevées des premières périodes de l'existence de la Terre, il était complètement capté par des réactions oxydatives et était relâché dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone et d'eau, sans compter les oxydes moins courants. Même dans l'eau des sources profondes, comme cela a déjà été prouvé à la fin du XVIIe siècle. Pearson en Angleterre, elle n'est pas en solution, alors que les eaux de surface de la Terre contiennent généralement de l'oxygène libre en solution, le nom étant emprunté à l'atmosphère.

L'oxygène libre est l'un des éléments les plus actifs, les plus actifs. Les processus de combinaison avec l'oxygène, les processus d'oxydation, donnent un grand nombre de composés chimiques, qui se comptent par milliers. Cela comprend les oxydes de carbone et de soufre, de fer et de manganèse, comme étant particulièrement abondants. De ce fait, une énorme quantité d'oxygène est constamment liée, et son pourcentage dans l'atmosphère devrait constamment diminuer s'il n'y avait pas la réaction unique de libération d'oxygène dans les grains de chlorophylle des plantes vertes.

La réaction biochimique de libération d'oxygène est la seule réaction qui donne à l'atmosphère des quantités importantes de ce gaz essentiel. Nous ne devons pas oublier le rôle que jouent les rayons du soleil dans ce processus en tant que source d'énergie.

Un arbre contenant 2500 m 3 de carbone dans son bois, pour le construire, devait libérer 12 millions de m 3 d'air du gaz carbonique. La récolte de céréales que nous prélevons dans nos champs produit jusqu'à 14 400 millions de kg de carbone, et nos champs de blé, afin de concentrer toute cette masse de carbone dans leur grain, doivent chaque année libérer au moins 24 000 000 000 000 m 3 d'air à partir de dioxyde de carbone, remplacer tout leur dioxyde de carbone par des volumes égaux d'oxygène libre.

Sur cette base, nous pouvons facilement établir le cycle global de l'oxygène :

1. Oxygène libre dans l'air.

2. Les processus de respiration, de combustion, de corrosion des métaux (rouille) et d'autres réactions d'oxydation lient l'oxygène libre dans l'air, réduisent son apport dans l'atmosphère, enrichissant cette dernière en dioxyde de carbone.

3. L'oxygène de l'acide carbonique est libéré lorsque le carbone de l'acide carbonique est absorbé par les plantes et renvoyé dans l'atmosphère.

4. L'oxygène est impliqué dans la formation des glucides, des graisses et des protéines par les plantes, ainsi que de nombreux autres composés, tout en étant impliqué dans le cycle des phénomènes de la vie.

5. Lors de la respiration, l'oxygène des composés organiques est converti en oxygène du dioxyde de carbone et de l'eau, ou reste lié, faisant partie des produits fabriqués par les plantes.

6. L'oxygène lié des composés organiques ou du dioxyde de carbone devient un matériau pour la nutrition des plantes, des animaux et des humains.

Si l'on admet que tout l'oxygène libre de l'atmosphère est dégagé par les plantes vertes, alors il est clair qu'avant l'apparition de ces plantes il n'existait pas. Par conséquent, il y avait plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère qu'aujourd'hui, et sa composition générale ne pouvait pas supporter la respiration des animaux, qui à cette époque ne pouvaient pas être sur Terre.

La tâche des plantes n'est pas seulement d'utiliser l'énergie des rayons solaires dans les phénomènes de la vie, afin d'introduire constamment des particules de carbone enrichies de cette énergie dans son cycle, mais aussi de créer une atmosphère qui soutiendrait la vie normale.

L'oxygène est l'élément le plus abondant sur Terre. L'eau de mer contient 85,82 % d'oxygène, l'air atmosphérique 23,15 % en poids ou 20,93 % en volume et 47,2 % en poids dans la croûte terrestre. Cette concentration d'oxygène dans l'atmosphère est maintenue constante grâce au processus de photosynthèse. Dans ce processus, les plantes vertes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucides et en oxygène. La masse principale d'oxygène est à l'état lié ; la quantité d'oxygène moléculaire dans l'atmosphère est estimée à 1,5 * 10 15 m, ce qui ne représente que 0,01% de la teneur totale en oxygène de la croûte terrestre. Dans la vie de la nature, l'oxygène est d'une importance exceptionnelle. L'oxygène et ses composés sont indispensables au maintien de la vie. Ils jouent un rôle important dans les processus métaboliques et la respiration. L'oxygène fait partie des protéines, des graisses, des glucides à partir desquels les organismes sont "construits" ; le corps humain, par exemple, contient environ 65% d'oxygène. La plupart des organismes obtiennent l'énergie dont ils ont besoin pour remplir leurs fonctions vitales en oxydant certaines substances à l'aide d'oxygène. La diminution de l'oxygène dans l'atmosphère résultant des processus de respiration, de décomposition et de combustion est compensée par l'oxygène libéré lors de la photosynthèse. La déforestation, l'érosion des sols, divers chantiers miniers en surface réduisent la masse totale de photosynthèse et réduisent la circulation sur de grandes surfaces. Parallèlement à cela, une puissante source d'oxygène est, apparemment, la décomposition photochimique de la vapeur d'eau dans les couches supérieures de l'atmosphère sous l'influence des rayons ultraviolets du soleil. Ainsi, dans la nature, le cycle de l'oxygène s'effectue en continu, en maintenant la constance de la composition de l'air atmosphérique.

En plus du cycle de l'oxygène décrit ci-dessus sous une forme non liée, cet élément effectue également le cycle le plus important, faisant partie de l'eau. Le cycle de l'eau (H 2 O) consiste en l'évaporation de l'eau de la surface de la terre et de la mer, son transfert par les masses d'air et les vents, la condensation de vapeur et les précipitations subséquentes sous forme de pluie, neige, grêle, brouillard

Le niveau d'oxygène indique le volume d'oxygène gazeux (O2) dissous dans une solution aqueuse. L'oxygène pénètre dans l'eau par les voies suivantes : par diffusion avec l'air ambiant, par aération (mouvement rapide de l'eau) et par photosynthèse. Lors de l'analyse de la teneur en oxygène de l'eau, il est nécessaire de prélever des échantillons uniquement en ramassant de l'eau et de les tester immédiatement. C'est pourquoi ce test doit être réalisé lors d'études de terrain sur le lieu même du prélèvement d'eau.

L'impact de l'indicateur sur l'environnement : la teneur normale en oxygène de l'eau est un attribut essentiel de sa haute qualité. L'oxygène est un élément vital pour tous les organismes vivants. Les processus de purification naturelle du flux d'eau sont nécessaires pour soutenir les formes de vie aérobies, qui commencent à mourir lorsque la concentration en oxygène descend en dessous de 5,0 mg/litre.

Demande biochimique d'oxygène

Pourquoi cet indicateur est important : La demande biochimique en oxygène reflète la concentration de matière organique dans l'eau. Cet indicateur est égal au volume d'oxygène qui serait consommé si tout le milieu organique contenu dans 1 litre d'eau était oxydé par des bactéries et des protozoaires. Aux faibles valeurs de cet indicateur, les formes de vie aquatique sont à risque.

Le cycle de l'oxygène dans la nature

Dans la nature, l'oxygène se forme lors de la photosynthèse, qui se produit dans les plantes vertes à la lumière. Afin de préserver l'oxygène de l'air, des espaces verts se créent autour des villes et des grands centres industriels.

Photosynthèse

lumière, chlorophylle

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2

dioxyde de carbone glucose oxygène

Aujourd'hui, nous parlerons davantage de la provenance de l'oxygène.

Photosynthèse

Comme vous le savez, l'oxygène est produit par les plantes vertes lors de la photosynthèse. La photosynthèse se produit dans les parties vertes de la plante, où se trouve la majeure partie du pigment chlorophyllien. Pour que la photosynthèse se produise, deux éléments sont nécessaires : l'énergie solaire et l'eau. En utilisant l'énergie du soleil, la plante absorbe le dioxyde de carbone de l'air, et sous l'influence de l'énergie du soleil, ce gaz réagit avec l'eau, que la plante absorbe par ses racines depuis le sol. Les produits de la photosynthèse sont les glucides, dont se nourrissent les plantes elles-mêmes, et l'oxygène dont nous avons tant besoin. On a constaté que les plantes libèrent environ 6 tonnes d'oxygène par tonne de respiration.

Vous pouvez faire la formule suivante pour la photosynthèse : eau + dioxyde de carbone + énergie solaire = glucides + oxygène.

Cependant, il est faux de penser que seules les plantes terrestres émettent de l'oxygène. En fait, la part du lion de l'oxygène (plus de 80%) est émise par les algues dans les mers et les océans. Ces algues bleu-vert ou phytoplancton fournissent de l'oxygène à l'atmosphère terrestre à travers la colonne d'eau. C'est pourquoi il est plus correct d'appeler les océans et les mers "les poumons de notre planète".