在地球

大气

中,与人类关系最为密切的莫过于氧气了。早在19世纪,英国有一位著名的物理学家曾经为地球上的氧气有过这样的担心:「随著工业的发达和人口的增多,500年后,地球上所有的

氧气

都将被消耗殆尽,人类将趋于灭亡。」这位学者的担心看起来似乎不无道理。看看地球上的生物圈,无论是60亿的人口,还是无以计数的动物,甚至包括不进行光合作用的非绿色植物无时无刻不在吸入氧气,呼出二氧化碳。19世纪以来,100多年来的工业化加速发展,大气成分已发生了明显的改变,大气中的二氧化碳含量大幅上升。道理很简单:大规模的矿物燃料的开采与燃烧、森林开采、大量还原性化合物的排放,加上世界总人口的增长、养殖业的发展、宠物饲养的增多,以及人类的其他活动的增多,共同构成了对氧气消耗日益增长的需求,简言之,地球上的植被(氧气提供者)在逐年萎缩,而氧气的消耗在逐年增加。据测算,机动车每燃烧1升汽、柴油大约要耗尽12立方米空气中的氧气。从化学角度来看,地球上每增加一个二氧化碳分子意味著要锁住两个氧原子。  这样下去,是不是会有那么一天,地球人的氧气需要实行配额供应呢?

地球上氧气浓度有变化吗?

  从长远的角度看,地球上的氧气浓度并非一成不变。地球目前已存在了45亿年,而在地球存在的前半期并没有氧气存在,氧只是以元素的状态存在于水或岩石中。之后,氧气才开始出现在大气和海洋中,但在大气中的含量仍不足1%。大约24亿年前,地球中的氧气突然开始聚集,这就是所谓的「大氧化事件」。从大约5.4亿年前的寒武纪开始,地球大气中的氧气含量在15%~30%之间徘徊,到了大约3亿年前的

石炭纪

末期,氧气含量达到了空前绝后的35%。在那个时代,恐龙曾经与其他一些体型庞大的昆虫共同统治著地球,那时,一只蜻蜓的翅膀展开可达70厘米。2.5亿年前,稀薄的空气可能迫使动物从高纬度地区撤离,聚集到低地,对地球上有史以来最大规模的物种灭绝起到了推动作用。6500万年前是地球大气含氧量显著降低的阶段,正好也是恐龙灭绝的年代。这证明,从长期看,地球上氧气的浓度是有波动的,并且对地球生物圈造成重大影响。

地球上的氧气是取之不尽的吗?

  有文献记载,在义大利的一个城市里曾挖掘出一个密闭的大坛子。据考证,这个坛子是在1000多年前被维苏威火山爆发的灰尘埋没的。化学家从坛中抽出空气进行分析,发现1000多年前空气中的氧气含量和现在相同,也是占总体积的21%。

  为什么1000年来氧气的浓度没有变化呢?人们曾经做过这样的一个实验:采集一些植物的绿叶,浸在水里,放到阳光下,很快叶子会不断吐出一个个小气泡。如果用试管收集这些气体,用一块点著的火木条放进试管里,木条会猛烈地燃烧,并放射出耀眼的光芒——这就是氧气,因为氧气能够帮助燃烧。如果再往水里通进二氧化碳,那么通进去的二氧化碳越多,绿叶排出的氧气也就越多。人们得出了这样的结论:在阳光的作用下,植物靠著二氧化碳营养,排出氧气。

  原来,地球上那浩瀚的森林、草原、庄稼,隐藏著一个巨大秘密:在阳光下,

植物

的绿叶会吸收空气中的二氧化碳,与从根部运来的水分、养料化合变成淀粉、葡萄糖等,同时放出氧气,这叫作光合作用。据计算,3棵大树每天所吸收的二氧化碳,约等于一个人每天所吐出的

二氧化碳

。每年,全世界的绿色植物,从空气中大约要吸收几百亿吨的二氧化碳。

  还有一只看不见的手,在空气中摄取二氧化碳——这就是石头。岩石受著风吹雨打,日子久了,会风化、分解,

石灰石

中所含的

碳酸钙

在氧化碳和水的作用下,变成可溶解的酸式碳酸钙,每年可消耗掉大约40~70亿吨的二氧化碳。  地球化学科学家们的研究十分清楚地指出,地球的氧资源是巨大的。除了大气中的氧外,大量的氧存在于海洋中。光合作用和呼吸作用以及燃烧化石燃料,自然界中的岩石风化,金属氧化等消耗的氧在输入、输出上大致平衡,即使光合作用马上停止,仅大气中的氧也够地球上的生物消耗2000年以上。  在油、煤、天然气、木材以及其他有机物燃烧的过程中,会消耗大量氧气以打破碳-氢键来释放能量。同时,燃烧还会产生带正电荷的碳原子和带负电荷的氧原子,形成二氧化碳。尽管这个过程会消耗空气中的氧气,但我们并没有必要担心氧气会被消耗殆尽,自然界就是这样保持著它自身的平衡,氧气是用不完的。
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