Атмосферне повітря і його значення

Повітряна атмосфера має велике значення для природи. Вона захищає біосферу від космічної радіації, є джерелом кисню, без якого неможлива життя на Землі, регулює клімат планети і її тепловий баланс, сприяє круговороту кисню, води, вуглекислого газу й інших речовин, впливає на родючість ґрунту і т. д. Атмосферне повітря використовується як джерело енергії і сировини для хімічної промисловості, як постачальник кисню в процесах дихання, горіння. Наприклад, з повітря одержують кисень, азот, аргон і інші гази. Незважаючи на велику витрату кисню в різних процесах, концентрація його в атмосфері залишається практично постійною, що вказує на великі можливості саморегуляції біосфери. Протікання яких процесів сприяє сталості вмісту кисню в атмосфері? В даний час доведено, що інтенсивність фотосинтезу знижується при підвищеній концентрації кисню і підвищується при зниженій. Установлено також, що підвищення концентрації вуглекислого газу і температури сприяє протіканню реакції фотосинтезу. Отже, два основних процеси визначають біосферний цикл кисню і вуглецю – це фотосинтез і горіння (дихання), що збалансовані так точно, що газовий склад атмосфери залишається постійним.

Оксид вуглецю (IV) також є життєво важливим компонентом. Він бере участь у круговороті вуглецю, поглинає інфрачервоне випромінювання Землі, зменшує охолодження її поверхні, бере участь у фотосинтезі. Велика роль його й у життєдіяльності тварин і людини: він є фізіологічним збудником дихального центру.

Життєво важливим компонентом атмосфери є також азот, що бере участь у круговороті речовин і служить інертним розріджувачем кисню. Тому роль азоту як розріджувача кисню велика. Будучи обов'язковою складовою частиною білка, він відіграє велику роль у житті організмів. Його вміст у білку складає 15-19%. Однак абсолютна більшість живих організмів не може засвоювати азот безпосередньо з атмосфери. Тільки деякі види мікробів у ґрунтах і клубеньковые бактерії, що розвиваються на коренях бобових культур, здатні засвоювати атмосферний азот. Основними формами азоту, засвоюваними рослинами, є іони  і  .

Установлено також, що нітратна форма азоту є більш доступною для рослин. Значних концентрацій іонів  і   в ґрунті не виявлено. Отже рослини беруть азот для забезпечення життєдіяльності тільки з атмосфери, за рахунок хімічної реакції між азотом і киснем. Утворені при цьому оксиди азоту, взаємодіючи з водяною парою, утворять азотну кислоту. Тому краплі дощу завжди містять розчинену в них кислоту.

Оксиди азоту сприяють також підтримці стабільної концентрації озону в атмосфері. Отже, азот атмосфери далеко не нейтральний газ, як вважали раніш. Як і кисень, він відіграє важливу роль у біологічних і інших процесах, головним чином у життєзабезпеченні. Подібно кисню і вуглекислому газу азот відповідальний за розвиток біосфери. Азот і його сполуки, що виникають в атмосфері в результаті грозових розрядів, не тільки служать для формування білка і нуклеїнових кислот рослинами, але і є також природними, постійно діючими факторами, що забезпечують мінеральне живлення рослин.

Значення повітря

Відомо, що чисте повітря і вода є запорукою здоров'я і довголіття людини. Навіть незначне збільшення в них деяких токсичних домішок часто призводить до невиліковних хвороб усього людського організму. Важко сказати, чистота якого з трьох компонентів, що їх споживає організм людини з навколишнього середовища (повітря, вода, харчування), має більше значення для здоров'я. Але відомо, що за добу доросла людина споживає в середньому 12кг (9300 л) повітря, тобто у 8 разів більше, ніж води, і в 12 разів – ніж харчів.

Фотосинтетичні процеси в біосфери

Життя на Землі залежить від потоку енергії, яка утворюється в результаті термоядерних реакцій, що проходять в надрах Сонця. Близько 1% сонячної енергії, що сягає Землі, перетворюється клітинами рослин (і деяких бактерій) в хімічну енергію синтезованих вуглеводів.

Утворення органічних речовин на світлі називається фотосинтезом (гр. photo – світло, synthesis – з’єднання).

Фотосинтез це накопичення частини сонячної енергії шляхом перетворення її в потенціальну енергію хімічного зв’язку органічних речовин.

Фотосинтез – необхідна проміжна ланка між живою та неживою природою. Нобелевський лауреат А. Сент-Д’єрді писав: “Життям керує слабкий неперервний потік сонячної енергії”. Без притоку енергії від Сонця життя на нашій планеті, підкоряючись другому закону термодинаміки, обірвалось би назавжди.

Значення фотосинтезу не усвідомлювалось до порівняно недавнього часу. Аристотель і інші вчені стародавньої Греції вважали, що рослини добувають свою “їжу” з ґрунту. Біля 350 років назад голландський природознавець Ян Баптист Ван Гельмінт (1579 – 1644) довів, що не один ґрунт “годує“ рослини. Він вирощував дерево верби в глиняному горщику, поливаючи його тільки водою. Через 5 років маса дерева збільшилась на 74, 4 кг, а маса ґрунту зменшилась тільки на 57 г. Гельмінт вирішив, що всі речовини рослини утворюються з води.

В кінці XVIII століття англійський вчений Джозеф Прістлі (1733 – 1804) відкрив, що рослини “виправляють” повітря. В закритій судині свічка гасла, а після того як туди помістили гілочку м’яти, свічка незабаром знову могла горіти. Досліди Прістлі вперше дозволили логічно пояснити, чому повітря на Землі залишається “чистим”, не дивлячись на горіння незлічених вогнів і дихання багатьох тварин, що виділяють СО2. Коли вченого нагороджували за відкриття, він сказав: “Рослини ростуть не даремно, а очищують і облагороджують нашу атмосферу”. А в 1796 р. Голландський лікар Ян Інгенхауз (1730 – 1799) виявив, що повітря “виправляється” тільки на сонячному світлі і тільки зеленими частинами рослин.

Потім було з’ясовано, що в утворюючих при фотосинтезі органічних речовинах співвідношення вуглецю, водню і кисню такі, що на 1 атом вуглецю припадає якби 1 молекула води (СН2О) n, звідки і назва цукрів – “вуглеводи”. Вважалось, що вуглеводи утворюються з вуглецю і води, а кисень виділяється з СО2.

Він припустив, що не СО2, а вода розчиняється при фотосинтезі, і запропонував наступне сумарне рівняння фотосинтезу:

CO 2 + 2H 2 A ↔ (СН2О) n + H2O + 2A.

Для водоростей і зелених рослин сумарне рівняння фотосинтезу стали записувати наступним чином:

6CO 2 + 6H 2О ↔ С6Н12О 6 + H2O + 6О2.

Синтезування рослинами вуглеводи (глюкоза, сахароза, крохмаль і ін.) є головним джерелом енергії для більшості гетеротрофних організмів, що населяють нашу планету.