Фотосинтез и содержание кислорода в атмосфере

Если сравнить химический состав Земли с составом Вселенной, то, казалось бы, между ними не должно быть существенных различий, за исключением, пожалуй, водорода, который легко уходит из атмосферы в межпланетное пространство. К сожалению, судить о составе Земли можно лишь по составам атмосферы, гидросферы и земной коры, изученной в глубину не более чем на 20 км. Главная химическая особенность этих трех сфер — необычайно высокое содержание кислорода, что объясняется уже не строением ядер его атомов, а его химическими свойствами. Атомы кислорода способны образовывать прочные химические связи с атомами многих элементов, в том числе кремния и алюминия. В процессе образования земной коры эти элементы накапливались в ней благодаря легкоплавкости их соединений со щелочами. В итоге на поверхности нашей планеты выкристаллизовалась твердая кремнекислородная оболочка. Кислород, не считая воды, входит в состав 1364 минералов. В атмосфере кислород появился около 1,8 млрд. лет назад в результате действия на минералы микроорганизмов. В настоящее время выделение кислорода растениями за счет фотосинтеза возмещает его убыль в атмосфере в ходе процессов окисления, горения, гниения, дыхания. По числу известных природных соединении (432) второе место занимает кремний. Далее по распространенности атомов в земной коре следуют алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий [c.201]

Самое важное в предложенной Юри модели автоматического механизма ограничения уровня кислорода в атмосфере состоит в том, что кислород любого происхождения всегда будет подниматься выше, чем вода, остающаяся в холодной ловушке . Следовательно, за счет высвобождения кислорода при органическом фотосинтезе содержание кислорода в атмосфере также вначале не сможет повыситься. Фотосинтез и фотодиссоциация — неаддитивные процессы. Появление в атмосфере кислорода, высвободившегося при фотосинтезе, должно привести к уменьшению скорости неорганической фотодиссоциации воды. [c.340]

Очень важная особенность фотосинтеза заключается в том что ассимилирующие СО2 зеленые растения выделяют в атмосферу кислород. Доказано биогенное происхождение кислорода современной атмосферы. Благодаря процессу фотосинтеза содержание кислорода в атмосфере Земли поддерживается яа более или менее постоянном уровне, что дает возможность существовать многочисленным организмам, в том числе и человеку, для жизнедеятельности которых необходим свободный кислород. [c.5]

Для существования современной биосферы необходим кислород. От его содержания в атмосфере и гидросфере зависит количество биомассы и возможность ее дальнейшего развития. Некоторые первичные организмы, возникшие из органического бульона , в результате очень длительной эволюции приобрели способность к фотосинтезу, т. е. способность к воспроизводству органического вещества с использованием солнечной энергии и выделением при этом свободного кислорода. Упрощенно процесс фотосинтеза можно описать такой формулой [c.6]

Развитие промышленности, энергетики и транспорта требует большого расхода кислорода. По подсчетам ученых к середине следующего столетия промышленное потребление кислорода приблизится к количеству кислоро да, получающемуся на планете в результате фотосинтеза, осуществляемого растениями. Это опасная грань, так как вслед за нею можно ожидать понижения содержания кислорода в атмосфере. [c.508]

Присутствие в природных водах растворенного кислорода является необходимым условием существования большинства организмов, населяющих водоемы. Обогащение воды кислородом происходит за счет контакта поверхности водоема с атмосферой и за счет выделения кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза. Любопытно, что содержание кислорода в воде, обусловленное фотосинтезом, иногда значительно превышает величины, соответствующие равновесному насыщению при данной температуре. [c.34]

В историческом плане крайне опасным для жизни на Земле загрязнением представляется отравление Мирового океана, в результате которого снизятся интенсивность фотосинтеза и, соответственно, содержание кислорода в атмосфере. Мировой океан — это большой бессточный пруд, скорость загрязнения которого стремительно возросла в индустриальную эпоху. Однако не меньшей опасностью может оказаться загрязнение стратосферы и разрушение защитного слоя озона это такая же глобальная проблема, как и загрязнение вод. [c.205]

Особо следует остановиться на различии в изотопном составе кислорода воздуха и воды. Сжигание первого с нормальным водородом дает воду повышенной плотности. В ряде работ [40] было получено одно и то же повышение, на 7—8 у, отвечающее увеличенному содержанию 01 на 3,5%. Причины такого различия в изотопном составе кислорода воздуха и воды сейчас еще не могут быть объяснены. Повидимому, они связаны с процессами фотосинтеза растений, через которые вероятно проходит кислород атмосферы, и с повышенным содержанием тяжелого кислорода в ряде минералов и горных пород [41]. [c.60]

Известно, что кислород атмосферы фотосинтетического происхождения или, во всяком случае, повторно совершал круговорот через растительные организмы. Так как растения поглощают атмосферную СОд, а последняя также имеет повышенное содержание О , то ей приписывали утяжеление атмосферного кислорода. Такое объяснение нужно было, однако, отбросить после того, как было показано, что весь кислород, выделяемый растениями на свету, происходит не из СО2, а из воды (стр. 474) и, следовательно, должен был бы иметь содержание О , близкое к тому, которое имеет вода. Очевидно, существуют другие процессы, повышающие долю О в атмосферном кислороде. Часть этого повышения (4,0—4,5 -f) можно отнести за счет гравитационного разделения Og и О О в атмосфере [182], но это предположение не было экспериментально проверено и не учитывает процессов перемешивания (см. выше данные для азота). А. П. Виноградов [183] указывает на то, что не только фотосинтез, но также растворение Og или карбонатов и испарение воды ведут к повышению содержания О в воде и в конечном счете — в происходящем из пее фотосинтетическом атмосферном кислороде. К повышению доли 0 в атмосфере могут вести процессы дыхания и окисления органических веществ, при которых связывается преимущественно легкий изотоп и, как следствие, повышается доля О в остающемся атмосферном кислороде. Дол приписывает это повышение обменной реакции [c.41]

Распространение в природе. Кислород является важнейшей для жизни, поддерживающей дыхание составной частью атмосферного воздуха. Содержание кислорода в сухом воздухе составляет 20,9 об.% или 23,0 вес.%, причем в открытом пространстве содержание кислорода в воздухе очень мало изменяется (не более чем на 0,1%). Несмотря на то что при дыхании и за счет процессов горения кислород непрерывно расходуется, его количество все " время пополняется благодаря процессам фотосинтеза, происходящим в зеленом веществе растений на солнечном свету. Вода содержит 88,81 вес.% кислорода, мировой океан — около 85,8% и доступная нам часть твердой земной коры — 47,3% (в форме окислов и кислородных солей). Общее" содержание кислорода в земной коре, океане и воздухе оценивают примерно в 50 вес. %, т. е. кислород принимает такое участие в строении земной коры (включая атмосферу), как все остальные элементы, вместе взятые. [c.662]

ФОТОСИНТЕЗ И СОДЕРЖАНИЕ КИСЛОРОДА В АТМОСФЕРЕ [c.194]

Многие сегодня справедливо обеспокоены влиянием человеческой деятельности на окружающую среду. Однако в прошлом другие организмы, хотя и значительно медленнее, тоже вызывали радикальные изменения условий на Земле. Лучше всего это видно на примере состава земной атмосферы, которая с появлением фотосинтеза превратилась из практически лишенной молекулярного кислорода смеси газов в смесь, в которой содержание кислорода составляет 21%. [c.27]

Отсюда видно, что в состоянии системы Земли первоочередную роль играет дисбаланс между продукцией и деструкцией. Кислород атмосферы представляет недоиспользованный в деструкции остаток кислорода фотосинтеза. Важны не столько абсолютные величины продукции и деструкции, сколько разность между ними. Экосистемы с низкой продуктивностью могут оказаться в сумме накопителями органического углерода, если деструкция в них еще более замедлена. Такая картина действительно наблюдается в холодной тундре и в анаэробных болотах. Деструкция не может в целом превышать продукцию, и поэтому система должна неизбежно двигаться в направлении накопления кислорода и органического вещества. При этом деструкция зависит от содержания кислорода и существенно различна в аноксических и аэробных условиях. Разность между продукцией и деструкцией определяется наличием ловушек, в приведенном примере холодной и анаэробной, к которым надо добавить обычную геологическую седиментационную ловушку. [c.12]

Только когда фотосинтез стал настолько распространенным, что только за его счет, без помощи других процессов содержание кислорода в атмосфере смогло подняться выше 0,001 его современного уровня, барьер Юри был преодолен. [c.340]

Фотосинтез должен был начаться еще до этого события, поскольку, как мы знаем, сначала за счет фотосинтеза образовывалась лишь часть всего кислорода, до того высвобождавшегося только в результате неорганической фотодиссоциации воды. Поглощение жесткого солнечного излучения в верхних слоях атмосферы, выше холодной ловушки , где задерживаются пары воды, зависит от общего уровня содержания кислорода независимо от его происхождения. Но мы не имеем сведений ни о том, когда начался фотосинтез, ни о том, сколько времени продолжалось накопление биогенного кислорода, и цифры, указанные на нашей диаграмме, можно оспаривать. [c.356]

Когда уровень Юри был превзойден, накопление кислорода в атмосфере пошло, очевидно, довольно быстро, так как кислород еще не расходовался на дыхание. Ранняя жизнь должна была развиваться без вмешательства каких-то не известных нам процессов по экспоненциальному закону, и поскольку интенсивность фотосинтеза при этом все время увеличивалась, возрастание содержания кислорода в атмосфере также должно было идти по экспоненте. На схеме этот процесс показан прямой линией (Ъ—с). Угол ее наклона, говорящий о скорости накопления кислорода, в действительности может быть совсем другим — ведь он зависит от положения точек 6 и с, а оно не определено точно. [c.356]

Все газы, содержащиеся в атмосфере, частично присутствуют в растворенном состоянии в гидросфере. Между атмосферой и поверхностным слоем воды через поверхностную пленку осуществляется газообмен, причем благодаря диффузии и перемешиванию газы равномерно распределяются в объеме воды. Кроме того, процессы фотосинтеза и дыхания организмов сопровождаются образованием и поглощением кислорода и диоксида углерода. В воде может также присутствовать сероводород, но только в строго локализованных районах, где содержание кислорода мало, а потребность в нем удовлетворяется в процессе восстановления сульфат-ионов. [c.311]

Итак, при определении объемной силы g в уравнении баланса сил и количества движения (2.1.2) необходимо учитывать влияние изменения концентрации компонентов С на плотность. Действительно, во многих важных случаях изменение концентрации является единственной движущей силой. Тогда С входит в уравнение (2.1.2) в том же виде, как температура в течениях, вызванных переносом тепла. Чтобы связать конвективный и диффузионный перенос химических компонентов, необходимо дополнительное уравнение сохранения, аналогичное уравнению (2.1.3) для температуры. Если происходит одновременная диффузия нескольких различных химических компонентов, требуется несколько таких уравнений. Примером является движение слоя воздуха, непосредственно примыкающего к нагреваемому солнцем листу, находящемуся в почти покоящемся воздухе. Регулирование температуры осуществляется переносом тепла и образованием водяного пара, диффундирующего с поверхности. Но процесс фотосинтеза требует, чтобы к поверхности диффундировал СОг из безграничного резервуара атмосферы, в котором концентрация СОг составляет 0,035 %. Кроме того, с поверхности выделяется и диффундирует О2. Таким образом, имеются три активно диффундирующих компонента водяной пар Н2О, углекислый газ СО2 и кислород О2. Каждый из них диффундирует под действием очень малых, но различных разностей концентраций Со—Соо. Эти процессы происходят в среде, состоящей из других составляющих воздуха — главным образом N2 и основного содержания О2. [c.35]

Важным регулятором содержания СО2 в атмосфере является растительный покров Земли. В результате фотосинтеза растения превращают СО2 в клетчатку и освобождают кислород [c.10]

Первичная восстановительная атмосфера Земли добиологиче-ской эпохи была заменена окислительной, кислородной, в результате фотосинтеза биогенное происхождение кислорода в атмосфере доказано. Стабильность содержания кислорода в атмосфере в настоящее время обеспечивается непрерывно идущим фотосинтезом. [c.5]

К процессам, уменьшающим содержание растворенного в воде кислорода, относится потребление его при дыхании живых организмов и при окислении органических веществ. Эти процессы происходят в водоемах непрерывно, усиливаясь с повышением температуры, тогда как интенсивность фотосинтеза зависит не только от температуры, но и от наличия дневного света, а проникновение кислорода в воду из атмосферы возможно только при отсутствии ледового покрова.. [c.34]

Образование меченой гликолевой кислоты при коротких периодах фотосинтеза с Og оказалось зависящим от парциального давления кислорода. Так, например, при соответствующих интервалах экспозиции в С Оа доля всей фиксированной активности, найденная в гликолевой кислоте при содержании 20% кислорода в атмосфере, была в 10 раз больше доли, найденной в случае атмосферы, содержавшей 1% кислорода. Этот эффект можно объяснить по крайней мере двумя способами. Во-первых, кислород может быть использован для окисления щавелевоуксусной кислоты до более окисленной кислоты, если последняя является промежуточным продуктом цикла А. В этом случае цикл А ускорялся бы описанным выше увеличением давления кислорода. [c.597]

Происхождение кислорода, выделяемого при фотосинтезе из воды, подтвердилось и в опытах с морским фитопланктоном (диатомовые водоросли), в которых изотопный состав кислорода определяли масс-спектрометрическим методом (Виноградов и др.,1959). Содержание 0 в кислороде морской воды составляет 0,19915 , а в кислороде, выделенном водорослями, он равнялся 0,2005/ь. Если кислород, выделяемый при фотосинтезе, это - кислород юды, то встает вопрос о причине наблюдаемого во многих случаях некоторого его утяжеления по отношению к кислороду воды. Большая серия работ по выяснению этого явления проведена А.П.Виноградовым с сотрудниками. Ими показано, что некоторое утяжеление возможно аа счет фракционирования кислорода при дыхании. При дыхании прешлущественно используется лепсий изотоп кислорода 0 , поэтому утяжеляется остающийся кислород, выделяемый в атмосферу, в наружный раствор (Виноградов и др., 1959, 1960 Виноградов, 1962 Виноградов, Кутюрин, 1962). [c.31]

Практически весь свободный кислород атмосферы (1,2 10 т) - биогенного происхождения, образован в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Ежегодным поступлением кислорода в атмосферу вследствие оксигенного фотосинтеза (около 2 10 т) обеспечивается неизменное содержание его в атмосфере, несмотря на непрерывный расход его на дыхание и другие окислительные процессы. [c.14]

Фотосинтез является непременным условием жизни растений и животных, будучи фактически самым крупномасштабным синтетическим процессом на Земле. Как считает П. Нобел, за год фотосинтезирующими организмами фиксируется и переводится в форму органических соединений около 5-10 г (50 млрд. т) углерода, причем большая часть его фиксируется фитопланктоном, живущим вблизи поверхности океанов. Это количество соответствует параллелепипеду, сложенному из фотосинтетиче-ских продуктов, с основанием 1 км и высотой несколько более 100 км. Источником углерода для фотосинтеза служит атмосферный СО2 (содержание в атмосфере составляет 0,03%), а также СО2 и НСОз растворенные в воде озер и океанов. Из продуктов фотосинтеза, кроме органических соединений, очень важное значение имеет кислород, необходимый для всех организмов, обладающих дыханием. Весь кислород, содержащийся в атмосфере, был образован путем фотосинтеза за несколько тысячелетий. [c.161]

В результате фотосинтеза в атмосфере стало появляться все больше и больше кислорода и вокруг планеты образовался озоновый экран, ставший надежной защитой организмов от губительной ультрафиолетовой радиации солнца и коротковолнового кос-глического излучения. Под его защитой стала бурно расцветать жизнь скачала в поверхностных слоях океана стали развиваться взвешенные в воде растения (фитопланктон), выделяющие кислород. Из океана органическая жизнь переместилась на сушу первые живые существа начали заселять землю примерно 400 млн. лет назад. Организмы, развивающиеся ка земле и способные к фотосинтезу (растения), еще больше увеличили приток кислорода в атмосферу. Считают, что понадобилось не менее полумиллиарда лет, чтобы содержание кислорода в атмосфере достигло современного уровня, который не изменяется БОТ уже около 50 млн. лет. [c.6]

Процесс фотосинтеза — основной источник появления всех органических веществ в природных водах, их ассортимента и концентраций. Наибольшей продуктивностью характеризуется, как известно, фитопланктон, который наряду с лесами определяет содержание кислорода в атмосфере. Деструкция фитопланктона (детрит и продукты его разложения) является первым и главным источником органических веществ в природных водах. Не случайно поэтому, что в общем перечне подлежащих определению показателей вод важное место занимает измерение первичной продукции и деструкции и связанное с этим измерением определение числа клеток бактерий и фитопланктона. Очевидно, что величина первичной продукции и деструкции во многом обусловливает и величину независимо определяемой концентрации растворенного в воде кислорода. Второй источник органических веществ в природных водах — поверхностный и впутрипочвенный сток, содержащий продукты деструкции листьев деревьев и растительного покрова. Наглядной иллюстрацией значения этого источника могут служить высокоцветные. левобережные притоки Волги, протекающие по торфяникам, а также высокое содержание органических веществ в талых водах паводков. [c.7]

По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере на большой высоте в результате фотохимических реакций образовался озоновый слой (25, А). Озон поглощает большую часть ультрафиолета, так что толщина слоя воды, яеоб-ходимого для ослабления ультрафиолета, могла теперь уменьшиться. При этом все большие и большие пространства мелких воя открывались для развития в них жизни. Более того, эти ВОДЫ, хорошо освещаемые видимым светом, нужным для фотосинтеза, были очень продуктивными. Поэтому парциальное давление кислорода стало расти еще быстрее (25, А), а через некоторое время, кш полагают Беркнер и Маршалл, организмы смогли совсем отказаться от водной защиты и заселить сушу. [c.214]

До сих пор мы обсуждали неправомерность представления о современной атмосфере как о модели атмосферы, существовавшей в добиологический период. Главная причина этого — значительное парциальное давление молекулярного кислорода в современной атмосфере, которое поддерживается на столь высоком уровне почти исключительно благодаря жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Такая зависимость парциального давления О2 от фотосинтеза наводит па мысль, что в добиологический период атмосфера содержала значительно меньше кислорода, чем в настоящее вре.мя. Стройность этого рассуждения, одиако, несколько нарушается в связи с другой возможностью не исключено, что фотолиз паров воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолета приводил к появлению значительных количеств О2 еще до возршкновения жизни. Было бы очень важно иметь более прямые геохимические данные относительно возможных изменений содержания кислорода в атмосфере на протяжении истории Земли. Перейдем теперь к более детальному рассмотрению некоторых данных, касающихся происхождения и эволюции атмосферы. [c.113]

Из следующей главы мы узнаем, что для каждой грзшпы животных существует некоторый критический уровень содержания кислорода, ниже которого свободное дыхание, а следовательно, сана жизнь становится для них невозможной. Бактериям достаточно гораздо меньпшх количеств кислорода, чем животным, — примерно 1% современного количества кислорода в атмосфере (21%). Более того, многие бактерии, так называемые факультативные анаэробы, способны в случае необходимости переключать свой обмен с дыхания на брожение. Это происходит при падении содержания кислорода до 1% современного атмосферного. Хотя не исключено, что дыхание появилось, когда в атмосфере было гораздо меньше свободного кислорода, — на такую возможность указывает фотогальваническая модель Граника [18], изображенная на фиг. 40, — все же при низком содержании кислорода, менее 1 % современного, брожение и родственные процессы были, по-видимому, выгоднее дыхания. Поэтому для простоты можно принять, что дыхание возникло после того, как благодаря фотосинтезу содержание свободного кислорода в атмосфере дошло до этого критического уровня (гл. XV). [c.141]

Но есть и другие факты, заставляюш ие думать, что жизнь, и притом жизнь, способная к фотосинтезу, появилась гораздо ранее, чем 2,7 млрд. лет назад (минимальный возраст серии Доломит из Южной Родезии и железорудной формации Соуден Канадского щита). Полосчатые железорудные формации, которые, как мы узнали из гл. ХП1, возникали, по-видимому, в условиях атмосферы, содержавшей примерно в сто раз меньше кислорода, чем современная, начали появляться более 3 млрд. лет назад. Поскольку за счет неорганической фотодиссоциации воды уровень содержания кислорода в атмосфере может достигнуть всего 0,001 современного (гл. XV), для превышения этого порога требовалось уже появле- [c.384]

Скорость газообмена водорослей и хлоропластов в ходе фотосинтеза можно легко определить манометрически. Как правило, при этом проводят контрольные опыты в темноте. Парциальное давление одного из газов в ходе эксперимента необходимо поддерживать на постоянном уровне. Для этого можно воспользоваться карбонат-бикарбонатными буферами, поддерживая с их помощьк> постоянным парциальное давление двуокиси углерода (метод Парди, разд. 8.6.3), или полностью устраняя весь кислород химическим способом. Ценность таких исследований, однако, ограничена так как известно, что скорость фотосинтетического обмена двуокиси углерода зависит от содержания кислорода в атмосфере. [c.259]

Изменения концентрации углекислого газа и кислорода в атмосфере оказывают существенное влияние на жизнь в биосфере. Особое значение для фотосинтеза и климата имеет колебание концентрации СОг. Лабораторными и полевыми опытами было установлено, что современное содержание СОг в атмосфере но крайней мере в 10 раз меньше той концентрации, при которой достигается наивысшая продуктивность фотосинтеза. Имеются данные, свидетельствующие о том, что в далеком прошлом концентрация СО2 в атмосфере достигала 0,4% и определялась в основном интепсивной вулканической деягельностью. Именно в этот период и климат был очень теплым. Большую роль в эволюции-атмосферы сыграло и ослабление вулканической деятельности, что привело к уменьшению массы углекислого газа и соответственно к появлению полярных оледенений. [c.612]

В ПРИРОДЕ с участием 0 совершается дыхание — один из важнейших жизненных процессов Наличие в атмосфере кислорода обеспечивает гниение органических веществ Содержание гислорода в атмосфере постоянно т к его расход компенсируется образованием кислорода -ОИ фотосинтезе СО + Н О С (Н20) + 0 [c.27]

Для испытания токсичности сточных вод и растворимых в воде веществ, токсичных для водорослей, можно использовать манометрический метод с применением аппарата Варбурга. Манометрический метод является классическим в определении газообмена микроорганизмов и щироко применяется для изучения выделения и поглощения кислорода в процессах фотосинтеза и дыхания (Умбрейт и др., 1951 Вознесенский и др., 1965 Семихатова, Чулановская, 1965). Этот метод очень чувствительный позволяет обнаружить даже небольшие изменения количества выделенного или поглощенного кислорода при относительно высоком содержании его в атмосфере, что может служить весьма показательной характеристикой угнетающего или стимулирующего действия токсических веществ. Применение манометрического метода в токсикологических экспериментах обусловлено также и тем, что он очень удобен для изучения фотосинтеза и дыхания водорослей и других микроорганизмов от разных экспериментальных воздействий и внешних факторов. [c.229]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология