Ile tlenu jest w powietrzu?

Powiązane wpisy

Spis treści

Skład atmosfery i zawartość tlenu

Powietrze ziemskie to mieszanina gazów, w której zasadniczym składnikiem jest azot (ok. 78% objętości) a drugim właśnie tlen (O₂, ok. 21% objętości). Pozostałe gazy to głównie argon (~0,9%) oraz śladowe ilości dwutlenku węgla i innych gazów. Odpowiadając na pytanie „ile tlenu jest w powietrzu”, można więc przyjąć, że przeważa wartość ~20,8–21% O₂ (objętościowo). W przeliczeniu wagowym udział tlenu jest nieco wyższy (≈23% masy suchego powietrza). Dla porównania, inne planety np. Mars czy Wenus mają w atmosferze jedynie śladowe ilości tlenu (Mars ~0,1% O₂). Warto też zauważyć, że w skali Ziemi tlen znajduje się głównie w wodzie i związkach chemicznych; skorupa ziemska zawiera go aż ~49% swojej masy, a oceaniczne wody to ok. 89% masy tlenu (głównie w cząsteczkach wody). To pokazuje, że choć pytamy „ile tlenu jest w powietrzu”, to największe zasoby tlenu na Ziemi znajdują się w wodzie i skałach, a nie w gazach atmosferycznych.

Pomiar zawartości tlenu w powietrzu

Pomiar zawartosci tlenu w powietrzu

Zawartość tlenu określamy przede wszystkim jako ułamek objętościowy O₂ w powietrzu. W warunkach standardowych używanymi metodami są np. analizy chemiczne i detektory paramagnetyczne. Istnieje również eksperyment który polega na umieszczeniu płonącej świecy pod naczyniem wypełnionym wodą. Po zgaszeniu płomienia woda unosi się do około 1/5 wysokości naczynia, co potwierdza, że spalona została część powietrza, a konkretnie cząsteczki tlenu odpowiadające właśnie 20% początkowej objętości. Wynik eksperymentu (~20%) bliski jest wartości z literatury (21%). Dokładniejsze pomiary laboratoryjne wykonuje się specjalnymi analizatorami: na przykład paramagnetyczne czujniki wykorzystują fakt, że cząsteczki O₂ są silnie przyciągane przez magnes (płynny tlen jest niebieski i przyciągany przez magnes). Istnieją też metody chemiczne np. roztwór pirogallolu w alkalicznym środowisku pochłania tlen, zmieniając barwę proporcjonalnie do jego ilości. Wszystkie te podejścia prowadzą do wartości potwierdzających, że zawartość tlenu w atmosferze wynosi około 20-21%.

Znaczenie tlenu i cykle biogeochemiczne

Tlen ma kluczowe znaczenie dla życia i procesów naturalnych. Stanowi podstawę oddychania organizmów (tlenu używają do utleniania pokarmu) i jest niezbędny do spalania paliw. Jednocześnie wolny tlen w atmosferze jest bardzo reaktywny i musi być ciągle odnawiany – głównie przez fotosyntezę roślin i glonów. W istocie można rzec, że „niemal cały tlen w atmosferze pochodzi z fotosyntezy” (bez ciągłego działania biosfery poziom O₂ gwałtownie by spadł). Pozostałe procesy (utlenianie materii organicznej, spalanie, oddychanie) zużywają tlen, ale w bilansie globalnym obecnie zachowujemy względną równowagę produkcji i zużycia. O₂ rozpuszcza się także w wodach, co jest kluczowe dla życia wodnego (ryby, plankton). Istotną obserwacją medyczną jest to, że frakcja tlenu w powietrzu wdychanym (FiO₂) wynosi 21% i pozostaje praktycznie stała nawet na dużych wysokościach (tj. zmniejsza się jedynie ciśnienie parcjalne tlenu, a nie jego udział procentowy w mieszance).

Tlen czasem potrafi zaskoczyć

Na obrazku widać kule ziemską z perspektywy kosmosu

Wielu ludzi nie wie, że tlen nie „pali się” sam z siebie – jedynie podtrzymuje spalanie innych materiałów. Jak zauważono, gdyby tlen był palny, wystarczyłoby zapalić zapałkę, by zapłonęła cała ziemska atmosfera. Ponadto tlen występował kiedyś w znacznie większej koncentracji. Około 300 milionów lat temu (w karbonie) osiągał nawet ~30-35% atmosfery. Wysoki poziom O₂ sprzyjał gigantyzmowi dawnych owadów – wtedy żyły np. „ważki” o rozpiętości skrzydeł rzędu 70 cm (mniej więcej długość ludzkiego przedramienia – od łokcia do nadgarstka). Z kolei zielony kolor zorzy polarnej jest efektem emisji światła przez atomy tlenu w stratosferze przy oddziaływaniu z cząstkami słonecznymi. Ważny jest również fakt, że gdyby na innej planecie odkryto znaczną ilość wolnego tlenu, byłoby to niemal dowodem na istnienie życia (bo pozaziemskie środowisko bogate w O₂ wskazuje na fotosyntetyczną biosferę). Warto wspomnieć również, że spalenie paliw kopalnych na Ziemi powoduje stopniowe obniżanie zawartości tlenu w atmosferze  choć efekt ten jest bardzo powolny (zmiana rzędu promili na dziesięciolecia), świadczy o wpływie działalności człowieka na cykl tlenu.

Podsumowanie

Skoro już wiemy, ile tlenu jest w powietrzu, łatwiej zrozumieć, jak bardzo jesteśmy od niego zależni. Choć tlen stanowi około jedną piątą atmosfery, to właśnie ta pozornie niewielka część umożliwia oddychanie, spalanie oraz funkcjonowanie całej biosfery. Jego ilość jest obecnie stabilna, ale w historii Ziemi bywało różnie – od niemal całkowitego braku tlenu po czasy, gdy gigantyczne owady rządziły światem. Tlen nie tylko podtrzymuje życie, ale też je tworzy – bez fotosyntezy nie byłoby nas ani atmosfery, którą dziś znamy.

Źródła

Spis treści

Masz pytania?

 Skontaktuj się z nami lub zostaw swoje dane, a oddzwonimy do Ciebie

Kontakt

Kontakt

Envelope Phone Map-marker-alt Clock
11

Email

biuro@jorlab.pl

Telefon

+48 731 900 109

Biuro

ul. Mazowiecka 52-68 budynek 8, 87-100 Toruń

Godziny pracy

Pn-Pt 8:00 - 16:00