§11. Колообіг оксигену в природі

Назад до змісту

Сформулюйте гіпотезу: чи можливий колообіг кисню на Землі.

Так, колообіг кисню на Землі можливий. Він відбувається завдяки двом протилежним процесам: утворенню кисню рослинами під час фотосинтезу та його споживанню живими організмами для дихання, а також у процесах горіння та гниття.

Запропонуйте його схему.

Схема колообігу кисню виглядає так:

  1. Рослини і водорості поглинають з довкілля вуглекислий газ ($CO_2$) і воду ($H_2O$).
  2. Під дією сонячної енергії в процесі фотосинтезу вони виробляють органічні речовини (наприклад, глюкозу $C_6H_{12}O_6$) і виділяють в атмосферу кисень ($O_2$).
  3. Живі організми, включаючи тварин і самі рослини, використовують цей кисень для дихання.
  4. У результаті дихання, а також горіння та гниття, кисень знову перетворюється на вуглекислий газ і воду, які повертаються в атмосферу та ґрунт..
  5. Ці речовини знову поглинаються рослинами, і цикл повторюється.

Уміст кисню в атмосфері впродовж декількох мільйонів років істотно не змінюється, попри споживання кисню живими організмами. Чим це можна пояснити?

Сталість вмісту кисню в атмосфері пояснюється тим, що процес його утворення врівноважує процес споживання. Головним джерелом поповнення кисню на Землі є фотосинтез, який здійснюють рослини та водорості. Вони виробляють набагато більше кисню, ніж споживається всіма живими організмами, а також витрачається на процеси горіння та гниття. Таким чином, запаси кисню в атмосфері постійно відновлюються, що підтримує його концентрацію на стабільному рівні.

118. Близько 4,5 млрд років тому, коли наша планета лише сформувалася з протопланетної хмари, в атмосфері Землі кисню не було. Знайдіть інформацією про зміни хімічного складу атмосфери Землі від часів її утворення. Із чим пов’язані ці зміни? Підготуйте ілюстровану доповідь.

Ключові зміни складу атмосфери пов’язані з появою життя. Близько 2,4 мільярда років тому відбулася так звана Киснева катастрофа: ціанобактерії в океані почали активно здійснювати фотосинтез, виділяючи кисень як побічний продукт. Спочатку кисень розчинявся у воді й окиснював залізо, але з часом почав накопичуватися в атмосфері. Це призвело до докорінної зміни її складу і створило умови для розвитку нових, складніших форм життя, які використовували кисень для дихання.

119. Із додаткових джерел дізнайтеся, унаслідок яких хімічних процесів витрачається кисень під час вивержень вулканів та які гази виділяються.

Під час вивержень вулканів кисень витрачається на процеси окиснення. Магма містить багато відновлених хімічних елементів і сполук, таких як сірководень ($H_2S$) або метан ($CH_4$), які, виходячи на поверхню, реагують з атмосферним киснем ($O_2$).

Основні гази, що виділяються під час вивержень, — це водяна пара ($H_2O$), вуглекислий газ ($CO_2$) та діоксид сірки ($SO_2$). Також у менших кількостях виділяються сірководень ($H_2S$), хлороводень ($HCl$) та фтороводень ($HF$).

120. Проаналізуйте малюнок 11.2. Як ви вважаєте, чи можна назвати його «Колообіг кисню»? Поясніть свою відповідь.

Так, малюнок 11.2 можна назвати «Колообіг Оксигену», оскільки він показує, як атоми Оксигену переходять з одних речовин в інші, створюючи замкнений цикл. На схемі видно, що кисень ($O_2$) утворюється в процесі фотосинтезу, а потім споживається живими організмами для дихання, а також витрачається під час горіння. У результаті цих процесів утворюються вуглекислий газ ($CO_2$) і вода ($H_2O$), які знову використовуються рослинами для фотосинтезу. Таким чином, атоми Оксигену постійно циркулюють у природі.

121. Людина в спокійному стані витрачає для життєдіяльності близько 20 л кисню на годину. Середній автомобіль на 100 км пробігу витрачає близько 21 м³ кисню. Визначте, скільки часу цим обсягом кисню могла б дихати людина.

Спочатку переведемо об’єм кисню, який витрачає автомобіль, у літри:

$21 \text{ м}^3 = 21 \cdot 1000 \text{ л} = 21000 \text{ л}$.

Тепер розділимо цей об’єм на кількість кисню, яку людина вдихає за годину:

$21000 \text{ л} / 20 \text{ л/год} = 1050 \text{ годин}$.

Отже, об’ємом кисню, який автомобіль витрачає на 100 км шляху, людина могла б дихати 1050 годин, або приблизно 43,75 доби.

122. Бензин є сумішшю речовин, але приблизно його склад можна зобразити загальною формулою $C_8H_{18}$. Запишіть рівняння реакції горіння бензину, якщо продукти згоряння такі самі, як під час горіння метану.

Продуктами повного згоряння, як і в метану, є вуглекислий газ ($CO_2$) і вода ($H_2O$). Рівняння реакції горіння бензину ($C_8H_{18}$) виглядає так:

$2C_8H_{18} + 25O_2 \rightarrow 16CO_2 + 18H_2O$.

123. Проаналізуйте наведені дані та дайте відповіді на запитання.

Які зі шляхів витрачання кисню є природними, а які – антропогенними?

Природні шляхи: дихання рослин, дихання тварин і мікроорганізмів, гниття та розкладання органічних речовин, лісові пожежі.

Антропогенні шляхи (пов’язані з діяльністю людини): спалювання пального на електростанціях і підприємствах, авто- й авіатранспорт, вироблення металів, хімічна промисловість, побутові потреби, сільськогосподарські процеси.

На які процеси — антропогенні чи природні — сумарно витрачається кисню більше?

Сумарно більше кисню витрачається на природні процеси. Якщо скласти мінімальні значення з таблиці, то на природні процеси йде 190 млрд тонн на рік, а на антропогенні — 22 млрд тонн. Максимальні значення також показують перевагу природних процесів: 290 млрд тонн проти 33 млрд тонн.

Зіставте ці дані з даними в таблиці та визначте, чи покриває утворений кисень його витрати. Чи є певна рівновага між утворенням кисню та його споживанням? Якщо ні, то чим це можна пояснити?

Згідно з наданою інформацією, зелені водорості виділяють 3,6 × 10¹¹ тонн (або 360 млрд тонн) кисню, що становить 90% від усього утвореного. Загальна кількість утвореного кисню становить приблизно $360 / 0,9 = 400$ млрд тонн на рік.

Загальні витрати кисню, згідно з таблицею, становлять від 212 до 323 млрд тонн на рік.

Отже, утворений кисень повністю покриває його витрати. Існує певна рівновага, оскільки вміст кисню в атмосфері залишається майже сталим. Різниця між даними про виробництво і споживання може пояснюватися приблизністю наведених чисел.

Запропонуйте свою схему колообігу кисню в природі.

  1. Рослини та водорості поглинають вуглекислий газ і воду.
  2. У процесі фотосинтезу під дією сонячного світла вони виробляють органічні речовини та виділяють в атмосферу кисень.
  3. Тварини, рослини та людина вдихають кисень, використовуючи його для дихання.
  4. У процесі дихання, а також під час горіння палива та гниття, кисень з’єднується з вуглецем, утворюючи вуглекислий газ, який повертається в атмосферу.
  5. Цикл замикається, коли рослини знову поглинають вуглекислий газ.

124. Обговоріть можливості зменшення витрат кисню людством для своїх технологічних потреб, але щоб не знижувалась якість життя.

Щоб зменшити витрати кисню людством, можна перейти на “зелені” технології. Наприклад, використовувати відновлювані джерела енергії (сонячні панелі, вітрові електростанції), які не потребують спалювання палива і, відповідно, не споживають кисень. Також важливим є розвиток електротранспорту замість автомобілів із двигунами внутрішнього згоряння. У промисловості можна впроваджувати нові, більш ефективні технології, які зменшують потребу в кисні, та підвищувати енергоефективність виробництв.

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Прокрутка до верху