Растения и кислород. "Лёгкие планеты" находятся в океане

Существует мнение, что "легкими планеты" являются леса, поскольку считается, что именно они —основные поставщики кислорода в атмосферу. Однако на самом деле это не так. Главные производители кислорода живут в океане. Этих малышей невозможно увидеть без помощи микроскопа. Но все живые организмы Земли зависят от их жизнедеятельности.

Никто не спорит, что леса, конечно же, надо сохранять и оберегать. Однако вовсе не из-за того, что они являются этими пресловутыми "легкими". Потому что на самом деле их вклад в обогащение нашей атмосферы кислородом практически равен нулю.

Никто не будет отрицать тот факт, что кислородную атмосферу Земли создали и продолжают поддерживать именно растения. Это случилось потому, что они научились создавать органические вещества из неорганических, используя при этом энергию солнечного света (как мы помним из школьного курса биологии, подобный процесс называется фотосинтез). В результате этого процесса листья растений выделяют свободный кислород как побочный продукт производства. Этот необходимый нам газ поднимается в атмосферу и потом равномерно распределяется по ней.

По данным различных институтов, таким образом, на нашей планете ежегодно выбрасывается в атмосферу около 145 млрд тонн кислорода. При этом большая часть его расходуется, как это не удивительно, вовсе не на дыхание обитателей нашей планеты, а на разложение погибших организмов или, попросту говоря, на гниение (примерно 60 процентов от используемого живыми существами). Так что, как видите, кислород не только дает нам возможность дышать полной грудью, но и выступает в роли своеобразной печки для сжигания мусора.

Читайте также: На Земле сломался кондиционер "зима-лето" Как мы знаем, любое дерево не вечно, поэтому, когда, наступает время, оно умирает. Когда ствол лесного гиганта падает на землю, его организм разлагают тысячи грибов и бактерий в течение весьма длительного времени. Все они используют при этом кислород, который вырабатывается оставшимися в живых растениями. Согласно подсчетам исследователей, на подобную "уборку территории" уходит около восьмидесяти процентов "лесного" кислорода.

Но оставшиеся 20 процентов кислорода вовсе не поступают в "общий атмосферный фонд", а также используются лесными жителями "на местах" в своих целях. Ведь животным, растениям, грибам и микроорганизмам тоже нужно дышать (без участия кислорода, как мы помним, многие живые существа не смогли бы получать из пищи энергию). Поскольку все леса, как правило, являются весьма густонаселенными зонами, этого остатка хватает только для того, что бы удовлетворить кислородные потребности лишь своих собственных обитателей. Для соседей (например, жителей городов , где собственной растительности мало) уже ничего не остается.

Кто же тогда является на нашей планете основным поставщиком этого необходимого для дыхания газа? На суше это, как ни странно… торфяные болота. Всем известно, когда на болоте погибают растения, их организмы не разлагаются, поскольку бактерии и грибы, делающие эту работу, не могут жить в болотной воде — там много природных антисептиков, выделяемых мхами.

Тем не менее взнос болот в общий "благотворительный фонд кислорода" не очень-то и велик, ведь их на Земле не так много. Куда активнее участвуют в "кислородной благотворительности" микроскопические океанические водоросли, совокупность которых ученые называют фитопланктоном. Эти существа настолько малы, что простым глазом их разглядеть практически невозможно. Однако их общее количество весьма велико, счет идет на миллионы миллиардов. Итак, отмершие части растений, не разлагаясь, опускаются на дно, образуя залежи торфа. А если нет разложения, то и кислород не тратится. Поэтому болота отдают в общий фонд около 50 процентов вырабатываемого ими кислорода (другую половину используют сами обитатели этих неприветливых, но весьма полезных мест).

Весь мировой фитопланктон вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем нужно ему самому для дыхания. Хватает для того, что бы обеспечить полезным газом и всех остальных обитателей вод, и в атмосферу попадает немало. Что касается затрат кислорода на разложение трупов, то в океане они весьма низки — примерно 20 процентов от общей выработки.

Происходит это из-за того, что мертвые организмы сразу же поедаются падальщиками, которых в морской воде живет великое множество. Тех, в свою очередь, после смерти съедят другие падальщики, и так далее, то есть трупы в воде практически никогда не залеживаются. Те же останки, на которые уже ни для кого не представляют особого интереса, падают на дно, где мало кто живет, и разлагать их просто некому (так образуется всем известный ил), то есть и в данном случае кислород не расходуется.

Итак, океан поставляет в атмосферу около 40 процентов того кислорода, которое произвел фитопланктон. Именно этот запас и расходуется в тех областях, где кислорода вырабатывается очень мало. К последним, кроме городов и деревень относятся пустыни, степи и луга, а также горы.

Так что, как это ни странно, род человеческий живет и здравствует на Земле именно за счет микроскопических "кислородных фабрик", плавающих по поверхности океана. Именно их-то и следует называть "легкими планеты". И всячески оберегать от нефтяных загрязнений, отравлений тяжелыми металлами и т. п., поскольку, если они вдруг прекратят свою деятельность, нам с вами будет просто нечем дышать.

Источники кислорода на планете и в городе Москва. Краткий обзор. August 17th, 2010

В настоящее время в атмосфере содержится около (1,2-2,0) *10+15 т кислорода. В результате фотосинтеза зелеными растениями ежегодно вырабатывается на суше (0,7—1,0)*1011 т этого необходимого для жизни газа. Мировой океан за тот же период продуцирует около 4,0*1011 т 02. Значительное количество кислорода используется в процессах дыхания гетеротрофных организмов. Скорость потребле-ния кислорода в этих процессах составляет примерно 0,22*1011 т/год.
Другой источник кислорода в атмосфере - процесс фотодиссоциации молекул воды — мало влияет на баланс этого газа, так как таким путем ежегодно образуется примерно 2*10+6 т 02.
Основной поставщик кислорода - растения. В процессе фотосинтеза растения ежегодно поглощают из атмосферы 170 миллиардов тонн углекислого газа, выделяя кислород. Таинство преобразования его в органическое вещество происходит в живых клетках с помощью хлорофилла и света. Главнейшим составляющим этого процесса является фотолиз воды. В ходе его из молекулы воды под действием энергии солнечных лучей высвобождается кислород, а водород идет на восстановление углекислоты.
Считают, что растения ежегодно создают до 100 миллиардов тонн органических веществ. При этом они расходуют 130 миллиардов тонн воды, из нее выделяется 115 миллиардов тонн кислорода.
Две трети получаемой органической массы приходится на земные растения и треть на планктон и водоросли. Из того, что вырастает на земле, опять же две трети - продукция леса.
Тихий лес - большой труженик. Подсчитано, что один гектар хорошего древостоя (есть такой термин у лесоводов) поглощает ежегодно до шести с половиной тонн углекислого газа и выделяет при этом до 5 тонн кислорода - столько, сколько требуется для дыхания чистым воздухом большому поселку. В этом смысле ни одна рукотворная фабрика кислорода (а она несомненно усугубила бы дальнейшее загрязнение окружающей среды!) не может сравниться с хорошим лесом.
Производительность у каждой древесной породы в зависимости от возраста разная. Скажем, гектар сосняка в возрасте 20 лет поглощает 9 тонн углекислого газа в год, а в 60 лет - 13. Значит, среднеспелые сосняки - самые производительные зеленые "фабрики" чистого воздуха, а именно они в первую очередь и попадают под пилу и топор.
У разных деревьев - своя производительная сила. Скажем, если гектар елового леса по "умению" поглощать углекислый газ принять за 100 процентов, то березовая, осиновая и любая другая лиственная роща дает 120 процентов, сосновый бор - 150, липовый парк - - 250, дубрава - 450 процентов и т.д.
Но поистине уникальным санитаром воздуха выступает наш обыкновенный тополь. На оздоровительном поприще он один способен заменить три липы или четыре сосны, семь елей.
Расчёты, проведённые учёными для лесов бассейна Амазонки (а это самый большой массив тропических лесов на Земле), показали, что в более влажные годы образование органического вещества превышает его разложение, поэтому кислорода больше выделяется, чем потребляется. А в более сухие — наоборот, разложение протекает интенсивнее, чем создание нового вещества, и, соответственно, кислорода больше потребляется, чем выделяется. В среднем же за десятилетний период эти процессы уравновешены.
Свободный кислород может накопиться в атмосфере только в том случае, если эквивалентное ему количество образованного органического вещества изымается из круговорота. Иными словами — становится недоступным для воздействия грибов, бактерий и животных.
Запасы угля, торфа, нефти — всё это органическое вещество оказалось захороненным в отложениях, а кислород, который выделился когда-то при его образовании, остался в атмосфере. Места, где из круговорота выводится большое количество органического вещества, существуют и сейчас. Это, например, торфяные болота, которыми так богата Россия. Если под «лёгкими» понимать орган, который снабжает организм кислородом и выводит из него углекислый газ, то «лёгкие планеты» — это прежде всего болота. ??????????

- Зелени в Москве будет больше, - пообещали «КП» в столичном департаменте охраны окружающей среды. - Есть генеральная схема озеленения Москвы до 2020 года. И через 11 лет на каждого москвича будет приходиться 26 квадратных метров зеленых насаждений.

Планы впечатляют. 23% земель, занятых сейчас промзонами и малыми реками, чьи берега размыты и замусорены, хотят засаживать деревьями. Там, где были заборы, планируют разбить парки и скверы. Только вот... слабо верится. Как на месте скверов строят торговые комплексы, я видел много раз. На моих глазах изуродовали парк «Дружба» у ст. метро «Речной вокзал». А вот нового парка не видел ни разу! Когда в Москве вдруг освобождается площадка, на ней тут же ставят элитку, магазин или офис. Может, потому, что за площадку под строительство чиновник всегда может получить немалый откат? А за сквер что получишь? Жители ведь не скинутся и не принесут. А значит, не будет им сквера...

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода, является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO 4:

используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода Н 2 О 2:

Катализатором является диоксид марганца (MnO 2).

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO 3:

К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза водных растворов щелочей, а также разложение оксида ртути(II) (при τ = 100 °C):

Источники получения кислорода

Кислородные баллоны, кислородные подушки. Взрыво- и пожароопасны, а потому баллоны с кислородом запрещены к применению в больничных палатах и на дому у больных, нуждающихся в кислородотерапии.

Кислородные концентраторы. Принцип работы концентратора кислорода достаточно прост: сжатый с помощью малошумного компрессора, очищенный и профильтрованный атмосферный воздух подается на "молекулярное сито", состоящее из шариков неорганического силиката (алюминиево-кремниевого сплава). Этот "фильтр" задерживает молекулы азота, пропуская кислород. В результате содержание кислорода в газовой смеси составляет от 90 до 95%. Поток кислорода плавно регулируется и, проходя через увлажнитель и гибкую двухметровую трубку с назальным катетером, подается пациенту. Оставшаяся обедненная кислородом газовая смесь растворяется в помещении, не нарушая экологического равновесия и не уменьшая содержания кислорода в окружающематмосферном воздухе. Существенным недостатком является высокая стоимость прибора (1400-2000евро).

Кислородные коктейли. В состав кислородного коктейля входят следующие компоненты: кипяченая вода, сироп, глицерофосфат в гранулах, фитин, аскорбиновая кислота, сахар, сырой яичный белок. Через полученную смесь с помощью распылителя пропускают кислород, в результате чего образуется пена и масса стойких пузырьков, наполненных кислородом. Рекомендуется принимать 1-2 стакана такой пены, в которой содержится примерно 150- 400 см3 кислорода.

Входящий в состав кислородного коктейля сырой яичный белок делает невозможным употребление коктейля для лиц, страдающих аллергией на яйца, а также не исключает вероятности заражения сальмонеллезом.

Кислородообразующий прибор E Vita Perl - уникальный переносной прибор для бытового применения, не требующий специального технического обслуживания, исключающий возможность передозировки кислорода, простой в использовании

Основные превращения в биосфере.

Влияние на окружающую среду.

Миграция кислорода в биосфере.

Кислород – наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О 2 . Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определённого уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода. Кислород входит в состав всех органических соединений. Он поглощаются продуцентами в составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, часть кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза. Кислород - один из наиболее деятельных элементов земной поверхности и один из наиболее распространенных. Свободный кислород - одна из важнейших составных частей атмосферы. Много его растворено в воде, соленой и пресной, в снегах и льдах северных стран. Кроме того, мы имеем большой запас связанного кислорода в воде и в других окислах. Процессы окисления - одни из важнейших на земной поверхности.

Откуда взялся свободный кислород? Он существует только на поверхности Земли. Его нет ни в воде источников, берущих свое начало в глубоких слоях Земли, ни в выделениях вулканов. Газы, выделяемые вулканами, многократно уже подвергались анализу, особенно американцами на Сандвичевых островах, где для этого особенно удобные условия, благодаря постоянству действующих вулканов Мауна-Лоа и Мауна-Кеа. В Японии, в южной Европе, на Камчатке, всюду газы вулканов - это углекислота, хлористый водород, сернистый водород и другие, но никогда не кислород.

Рассматривая другие мыслимые источники выделения свободного кислорода на поверхности Земли, мы понемногу убеждаемся, что минеральный мир не дает нам ни одного процесса, связанного с выделением свободного кислорода. При высоких температурах первых периодов существования Земли он был всецело захвачен окислительными реакциями и выделялся в атмосфере связанным, в виде углекислоты и воды, не считая менее распространенных окислов. Даже в воде глубоких источников, как это доказал уже в конце XVII в. Пирсон в Англии, его в растворе нет, тогда как поверхностные воды Земли обычно содержат в растворе свободный кислород, заимствуемый имя из атмосферы.

Свободный кислород - один из наиболее деятельных, наиболее активных элементов. Процессы соединения с кислородом, процессы окисления дают громадное количество химических соединений, исчисляемых тысячами. Сюда входят окислы углерода и серы, железа и марганца, как особенно обильные. Благодаря этому громадное количество кислорода постоянно связывается, и процентное его содержание в атмосфере должно было бы постоянно уменьшаться, если бы не единственная в своем роде реакция освобождения кислорода в хлорофильных зернах зеленых растений.

Биохимическая реакция освобождения кислорода - единственная реакция, дающая атмосфере значительные количества этого важнейшего газа. Не надо забывать той роли, которую играют в данном процессе солнечные лучи, как источник анергии.

Дерево, содержащее в своей древесине 2500 м 3 углерода, для того, чтобы ее построить, должно было освободить от углекислоты 12 млн. м 3 воздуха. Урожай зерна, который мы снимаем с наших полей, дает до 14400 млн. кг углерода, причем наши пшеничные поля, для того, чтобы сконцентрировать в своем зерне всю эту массу углерода, должны ежегодно освобождать от углекислоты не менее 24000000000000 м 3 воздуха, заменяя всю имеющуюся в них углекислоту равным объемам свободного кислорода.

Исходя из этого, мы можем легко установить общий круговорот кислорода:

1. Свободный кислород воздуха.

2. Процессы дыхания, горения, коррозии металлов (ржавление) и прочие реакции окисления связывают свободный кислород воздуха, уменьшают запас его в атмосфере, обогащая последнюю углекислотой.

3. Кислород углекислоты освобождается при усвоении растениями углерода угольной кислоты и возвращается атмосфере.

4. Кислород участвует в образовании растениями углеводов, жиров и белков, а также и многих других соединений, вовлекаясь при этом в круговорот жизненных явлений.

5. При дыхании кислород органических соединений превращается в кислород углекислоты и воды или же остается связанным, входя в состав продуктов, вырабатываемых растениями.

6. Связанный кислород органических соединений или углекислоты становится материалом для питания растений, животных и человека.

Если мы признаем, что весь свободный кислород атмосферы выделен зелеными растениями, то ясно, что до появления этих растений его не было. Следовательно, в атмосфере было больше углекислоты, чем теперь, и общий состав ее не мог поддерживать дыхания животных, которых в то время и не могло быть на Земле.

Задача растений - не только в том, чтобы использовать в явлениях жизни энергию солнечных лучей, чтобы непрестанно вводить в ее круговорот частицы углерода, обогащенного этой энергией, но и в том, чтобы создать атмосферу, которая поддеживала бы нормальную жизнь

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 10 15 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H 2 O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана

Уровень содержания кислорода показывает объем газообразного кислорода (O2), растворенного в водном растворе. Кислород поступает в воду следующим образом: при диффузии с окружающим воздухом, при аэрации (быстром движении воды) и в результате фотосинтеза. При анализе на содержание кислорода в воде необходимо брать пробы только путем зачерпывания воды и немедленно их тестировать. Именно поэтому этот тест должен проводиться во время полевых исследований прямо на месте отбора проб воды.

Влияние показателя на окружающую среду: нормальное содержание кислорода в воде является неотъемлемым атрибутом ее высокого качества. Кислород является жизненно необходимым элементом для всех живых организмов. Процессы естественной очистки потока воды необходимы для поддержания аэробных форм жизни, которые начинают отмирать при снижении концентрации кислорода ниже уровня 5,0 мг/литр.

Биохимическая потребность в кислороде

Почему этот показатель важен: Биохимическая потребность в кислороде отражает концентрацию органических веществ в воде. Этот показатель равен объему кислорода, который был бы потреблен, если бы вся органическая среда, содержащаяся в 1 литре воды, была окислена бактериями и простейшими одноклеточными организмами. При низких значениях этого показателя водные формы жизни находятся под угрозой.

Круговорот кислорода в природе

В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза, который происходит в зелёных растениях на свету. В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных центров создаются зоны зелёных насаждений.

Фотосинтез

Свет, хлорофилл

6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Углекислый глюкоза кислород

Амфипод из рода Фронима - один из обитателей океана

Биологи и океанологи опубликовали результаты самого масштабного и скрупулёзного исследования миниатюрной морской жизни за всю научную историю. Миссия длиною в 3,5 года проходила на судне Тара. За это время исследователи прошли 140 000 километров, и взяли 35 000 проб планктона в 210 различных местах Мирового океана. Одним из интересных результатов исследования была названа роль планктона в снабжении планеты кислородом. опубликована в журнале Science.

За время путешествия им пришлось провести 10 дней, закованными в арктический лёд, преодолеть шторма в Средиземном море и Магеллановом проливе, и пройти Аденский залив под защитой судов французского флота, охранявших их от пиратов. Основной целью исследования было изучение распространения различных видов организмов, их взаимодействия друг с другом и передачи генетической информации. Было найдено и записано порядка 40 миллионов генов планктона, неизвестных ранее.

Маршрут исследовательского судна

Изучая разнообразную мелкую флору и фауну (планктон включает в себя микроскопические растения и животных, икру рыб, бактерий, вирусы и другие микроорганизмы), учёные определили, что это – не только лишь начало пищевой цепочки для более крупных животных.

Tara

«Планктон — это больше, чем просто еда для китов,— говорит Крис Боулер, директор исследовательского отдела во французском государственном центре научных исследований. — Будучи крохотными, эти организмы — важнейшая часть системы поддержания жизни на Земле. Они лежат в основе пищевой цепочки, а кроме того, обеспечивают производство 50% кислорода при помощи фотосинтеза». Кроме этого, планктон поглощает углекислый газ и превращает его в органический углерод.

И чего только в сеть не попадает

По словам исследователей, в каждом глотке морской воды содержится около 200 миллионов вирусов, основной добычей которых являются 20 миллионов бактерий, которые можно найти там же. Ещё учёных очень заинтересовало то, что разнообразие планктона гораздо больше, чем предполагалось ранее, а разнообразие вирусов при этом оказалось меньше ожидаемого.

Разнообразные малютки

Установлено, что взаимодействие разных видов планктона регулируется температурой воды, и при встрече двух течений разной температуры колонии планктона не смешиваются между собой. Также удалось доказать ранее высказанную гипотезу о том, что вирусы появляются в ограниченном числе мест океана, а затем разносятся океанскими течениями.

Отлов планктона / Reuters

Понимание процессов, происходящих в мире планктона поможет, в частности, уточнять предсказательные модели изменения климата.

Заметное увеличение содержания свободного кислорода в атмосфере Земли 2,4 млрд лет назад, по-видимому, явилось результатом очень быстрого перехода от одного равновесного состояния к другому. Первый уровень соответствовал крайне низкой концентрации О 2 — примерно в 100 000 раз ниже той, что наблюдается сейчас. Второй равновесный уровень мог быть достигнут при более высокой концентрации, составляющей не менее чем 0,005 от современной. Содержание кислорода между двумя этими уровнями характеризуется крайней неустойчивостью. Наличие подобной «бистабильности» позволяет понять, почему в атмосфере Земли было так мало свободного кислорода в течение по крайней мере 300 млн лет после того, как его стали вырабатывать цианобактерии (синезеленые «водоросли»).

В настоящее время атмосфера Земли на 20% состоит из свободного кислорода, который есть не что иное как побочный продукт фотосинтеза цианобактерий, водорослей и высших растений. Очень много кислорода выделяется тропическими лесами, которые в популярных изданиях нередко называют легкими планеты. При этом, правда, умалчивается, что за год тропические леса потребляют практически столько же кислорода, сколько образуют. Расходуется он на дыхание организмов, разлагающих готовое органическое вещество, — в первую очередь бактерий и грибов. Для того, чтобы кислород начал накапливаться в атмосфере, хотя бы часть образованного в ходе фотосинтеза вещества должна быть выведена из круговорота — например, попасть в донные отложения и стать недоступной для бактерий, разлагающих его аэробно, то есть с потреблением кислорода.

Суммарную реакцию оксигенного (то есть «дающего кислород») фотосинтеза можно записать как:
CO 2 + H 2 O + hν → (CH 2 O) + O 2 ,
где hν — энергия солнечного света, а (CH 2 O) — обобщенная формула органического вещества. Дыхание же — это обратный процесс, который можно записать как:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
При этом будет высвобождаться необходимая для организмов энергия. Однако аэробное дыхание возможно только при концентрации O 2 не меньше чем 0,01 от современного уровня (так называемая точка Пастера). В анаэробных условиях органическое вещество разлагается путем брожения, а на завершающих стадиях этого процесса нередко образуется метан. Например, обобщенное уравнение метаногенеза через образование ацетата выглядит как:
2(СH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2 .
Если комбинировать процесс фотосинтеза с последующим разложением органического вещества в анаэробных условиях, то суммарное уравнение будет иметь вид:
CO 2 + H 2 O + hν → 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2 .
Именно такой путь разложения органического вещества, видимо, был основным в древней биосфере.

Многие важные детали того, как установилось современное равновесие между поступлением кислорода в атмосферу и его изъятием, остаются невыясненными. Ведь заметное увеличение содержания кислорода, так называемое «Великое окисление атмосферы» (Great Oxidation), произошло только 2,4 млрд лет назад, хотя точно известно, что осуществляющие оксигенный фотосинтез цианобактерии были уже достаточно многочисленны и активны 2,7 млрд лет назад, а возникли они еще раньше — возможно, 3 млрд лет назад. Таким образом, в течение по крайней мере 300 миллионов лет деятельность цианобактерий не приводила к увеличению содержания кислорода в атмосфере .

Предположение о том, что в силу каких-то причин вдруг произошло радикальное увеличение чистой первичной продукции (то есть прироста органического вещества, образованного в ходе фотосинтеза цианобактерий), критики не выдержало. Дело в том, что при фотосинтезе преимущественно потребляется легкий изотоп углерода 12 С, а в окружающей среде возрастает относительное содержание более тяжелого изотопа 13 С. Соответственно, донные отложения, содержащие органическое вещество, должны быть обеднены изотопом 13 С, который скапливается в воде и идет на образование карбонатов. Однако соотношение 12 С и 13 С в карбонатах и в органическом веществе отложений остается неизменным несмотря на радикальные изменения в концентрации кислорода в атмосфере. Значит, всё дело не в источнике О 2 , а в его, как выражаются геохимики, «стоке» (изъятии из атмосферы), который вдруг существенным образом сократился, что и привело к существенному увеличению количества кислорода в атмосфере.

Обычно считается, что непосредственно до «Великого окисления атмосферы» весь образующийся тогда кислород расходовался на окисление восстановленных соединений железа (а потом серы), которых на поверхности Земли было довольно много. В частности, тогда образовались так называемые «полосчатые железные руды». Но недавно Колин Гольдблатт , аспирант Школы наук об окружающей среде при Университете Восточной Англии (Норвич, Великобритания), совместно с двумя коллегами из того же университета пришли к выводу о том, что содержание кислорода в земной атмосфере может быть в одном из двух равновесных состояний: его может быть или очень мало — примерно в 100 тысяч раз меньше, чем сейчас, или уже довольно много (хотя с позиции современного наблюдателя мало) — не менее, чем 0,005 от современного уровня.

В предлагаемой модели они учли поступление в атмосферу как кислорода, так и восстановленных соединений, в частности обратив внимание на соотношение свободного кислорода и метана. Они отметили, что если концентрация кислорода превышает 0,0002 от современного уровня, то часть метана уже может окисляться бактериями метанотрофами согласно реакции:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Но остальной метан (а его довольно много, особенно при низкой концентрации кислорода) поступает в атмосферу.

Вся система находится в неравновесном состоянии с точки зрения термодинамики. Основной же механизм восстановления нарушенного равновесия — окисление метана в верхних слоях атмосферы гидроксильным радикалом (см. Колебания метана в атмосфере: человек или природа — кто кого , «Элементы», 06.10.2006). Гидроксильный радикал, как известно образуется в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения. Но если кислорода в атмосфере много (по меньшей мере 0,005 от современного уровня), то в верхних ее слоях образуется озоновый экран, хорошо защищающий Землю от жестких ультрафиолетовых лучей и вместе с тем мешающий физико-химическому окислению метана.

Авторы приходят к несколько парадоксальному выводу о том, что само по себе существование оксигенного фотосинтеза не является достаточным условием ни для того, чтобы сформировалась богатая кислородом атмосфера, ни для того, чтобы возник озоновый экран. Данное обстоятельство следует учитывать в тех случаях, когда мы пытаемся найти признаки существования жизни на других планетах основываясь на результатах обследования их атмосферы.