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如果地球的氧气含量突然增加一倍,会发生什么?
地球氧气含量突然增加一倍,对于大型动物来说或许是灭顶之灾,没有生物缓慢地适应过程,高浓度的氧气就是有毒的,当氧的浓度超过 40%时,有可能发生氧中毒。
地球大气中曾经没有氧气,原因在于氧气是一种相当活泼的强氧化物,而地壳中有铁、铝、镁等各种元素,这些元素可以和氧气化合。地球氧气浓度开始升高还是在大约20亿年前,大量藻类植物的出现,光合作用产生大量氧气,而地壳中的各种元素难以消耗那么多氧气,所以氧气逐渐累积起来。在地球的演化史上,曾经有一段时间陆地、海洋植物极其茂盛,大气中的氧浓度再次攀升,在白垩纪的某个时段内,大气氧浓度在34%左右,达到了 历史 之最。而后续一场气候变寒中,大气氧浓度下降,导致了一次生物大灭绝。
历史 上氧气浓度曾经有远超如今的时候,不过那时的地球大气含氧量虽然高,却是之前无数个年头积累起来的,复杂的多细胞动物也受到高氧浓度的影响,但毕竟是随着氧气浓度的慢慢攀升而进化的,尚能适应那么高的氧浓度,但是那时的生物寿命也有限。氧这种物质的好处是可以促进糖类、脂肪等迅速地氧化,对于大型多细胞动物而言,呼吸氧气可以使组织细胞供能充足;但氧气也有坏处,那就是它参与生化反应的时候会产生氧自由基这种氧化性很强、可以作用于生物核酸的氧化基团,能损伤核酸、组织细胞,而衰老和死亡不就是因为微小损伤的不断累积吗?
如今的动植物基本上都是需氧生物,氧气浓度突然升高,生理氧化的速率会增加,导致生物体内产生更多的自由基,进而影响生物的生存。而传说中昆虫等物种在高氧浓度之下体型可以长得很大,其实也是片面的理解,生物体型的增加是在环境、生存竞争中长大的,若是苍蝇因为氧浓度升高体型突然变大,那么飞行就会受到影响,就容易被天敌捕食。举行昆虫是出现在一个陆地上尚没有体型特别大的爬行动物的时代,那个时候即便影响到飞行也不要紧,体型大也足以对抗一些小型的猎食动物。
氧浓度升高还可以导致地球大气中存在更多臭氧,臭氧是真有毒,水的加工工业中就常用臭氧、次氯酸等消毒,长期暴露在较高浓度的臭氧之下,对生物体会有损伤;而地球生物的活动会造成很多腐殖质,腐殖质内部微生物作用会导致内部温度升高,加上光照等因素,可能造成自然的火灾,雷电等因素也可以制造火灾,氧浓度突然提升一倍,陆地森林中火灾的发生会更加频繁,森林资源的焚毁会导致很多大型动物失去生存的家园。氧浓度的突然升高,会是一个比较危险的事情,并没有想象的美好。
生物和环境是相互适应相互影响的,正如大气中曾经没有氧气到后来有了一定浓度氧气,经历了非常漫长的时期,生物在这个变化过程中逐渐适应。地球 历史 上环境的巨变都带来了生物的大灭绝,氧气浓度增加一倍也会导致类似事件。
答:如果地球的氧气增加一倍,昆虫和节肢动物会朝着大体型方向进化;一亿年,人类就骑着皮皮虾出行吧!
目前地球表面的平均含氧量为21%,这个指的是氧气的体积百分比,不是质量百分比;如果含氧量增加到42%,实际上氧气的总量差不多要翻3倍;氧气总量翻一倍后,实际含氧量约为34%。
对于34%的含氧量,几乎正好是3亿年前石炭纪至三叠纪时期的含氧量(35%),那时候又被称作“巨虫时代”,有长达1米多的蜻蜓,3米多的马陆(俗称千脚虫),半米高的蜘蛛,都和含氧量有着密切关系。
含氧量对人体的影响大致如下:
(1)低于10%,几乎困难,意识丧失,几分钟就能致命;
(2)10%~15%,呼吸急促,嘴唇发紫;
(3)15%~19%,头晕发困,工作效率大大降低;
(4)19%~24%,正常范围;
(5)24%~30%,富氧浓度,人体生存最佳氧气浓度,精神表现旺盛;
(6)30%~50%,高氧浓度,人体可以慢慢适应,但是难以预测是否会导致其他病变;
(7)50%~90%,短时间内人体不适,长时间可致命;
(8)大于90%,几分钟可致命,只有特殊场合才用如此高的浓度给人呼吸,比如抢救重伤病人;
在3.55亿年前到2.5亿年前之间,属于石炭纪和三叠纪时期,因为前一段泥盆纪时期蕨类植物和裸子植物崛起,那时候陆地生物还太少,使得接下来的石炭纪氧含量剧增,达到了地球 历史 的最高值——平均35%。
高浓度的含氧量,对部分生物来说是致命的,但是对于某些生物却非常有利,尤其是昆虫,因为昆虫不用肺呼吸,在含氧量低时只能缩小体型来保证氧气供应。
一旦含氧量增高,昆虫的呼吸系统就可以支持更大的体型,或许皮皮虾也能长到两米长;而且昆虫的外骨骼结构,在对抗哺乳动物时有着天生的优势,最终昆虫的体型会越来越大,直到超过哺乳动物。
而且高浓度的氧气,能大大加快人的新陈代谢功能,总体上会趋向于降低人类的平均寿命,所以,氧气浓度还是保持在适当的水平比较好。
氧气,对于地球上的大多数生物来说,都是必不可少的元素。不仅如此,大气中氧气含量的多少也左右着地球生物的演化过程。比如, 早期地球上的生命都是厌氧生物,随着大氧化事件出现,地球迎来了巨虫时代,后来氧气浓度减少,巨虫也被淘汰 。
也就是说,氧气浓度的比例,决定着地球上存在的生命种类。目前我们人类之所以能够在这个时代生存,就是因为我们适应着目前地球上的氧气浓度。
但如果地球上的氧气突然增加一倍,或许包含人类在内的许多生物都难逃灭绝的威胁 。
对生物的影响
目前,地球的大气成分中的氧气含量约为21%,如果氧气增加一倍,那么大气中的氧气含量约为42%。这里补充一下: 目前地球上大部分生物的氧气适应范围为35%以 下 。
突然之间人体吸入纯度比之前高一倍的氧气,容易出现醉氧,甚至氧中毒。原理是这样的,由于氧元素是一种非常活跃元素,因此氧自由基进入人体后会到处流窜,攻击和杀死各种身体细胞,会导致身体无法正常工作,甚至会出现器官代谢出现问题,以及出现各种功能障碍,比如:引起血管硬化,记忆力衰退,老年痴呆等,还会使得人体老化得更快。
如果长时间处于高浓度氧气的环境,就会出现氧中毒,甚至会因为呼吸衰竭而死 。注意一下,并不是全部人都会因为氧中毒而死,如果有些人生活在高原上,则会更适应环境。
这是因为气压伴随着海拔高度不断下降,海拔3000米以内,海拔每上升1000米,气压减少10Kpa,氧气含量也随着减少。
比如,海拔4000米左右的气压约为54.9 千帕,标准大气压为101.325kPa,是标准大气压的0.54倍。
如果全球发生大氧化事件,那么高原上的氧气含量会低于平原地区,单纯从氧含量来说,高原相对于平原而言更宜居。
对地球的影响
在2.9亿年前的石炭纪,地球处于大氧化时期,空气中氧气浓度约为35%,甚至有时达到了45%,是今天氧气浓度的两倍还要多。
在这个时期,地球上的生物有两栖动物和巨型昆虫。由于没有天敌,再加上它们适应富养环境,因此在此时的地球上,它们是地球的霸主。
值得注意的是,无论是两栖动物,还是昆虫,它们的体型都非常巨大,在石炭纪时代,一种名叫巨脉蜻蜓的物种,展开双翼时,体型可达95cm,是今天的五倍。
除了巨脉蜻蜓外,石炭纪还有很多昆虫以及两栖动物体型都非常巨大,甚至有些两栖动物以爬行动物为食。
在生活中,如果想要发生燃烧反应,需要满足三个条件: 可燃物,助燃剂,着火点。而氧气就是助燃剂。
不仅如此,氧气的浓度还影响着燃烧反应的完全程度,高中时我们做实验时会知道,如果在一个封闭的烧瓶内放一个点燃的蜡烛,那么等烧瓶内的氧气被消耗完后,蜡烛就会自动熄灭。
但是,如果在烧瓶内燃烧时,我们可以通过一个管子往里面添加浓度较高的氧气,那么蜡烛燃烧的程度将会剧烈,也就是蜡烛发出的光会更亮。
当氧气浓度大于25%时,会导致燃烧剧烈,当氧气浓度大于30%时,可引起爆炸性燃烧。
因此,一旦发生火灾,将会引起大规模连环反应。
2.9亿年前的石炭纪生物大灭绝,就是因为氧气含量过高,导致火灾频发。
这是因为当时石炭纪植物资源非常茂密,产生了大量的劣质煤褐煤(褐煤会在时间的推移下,成为优质煤),预估褐煤的厚度约为30米,而极高的含氧量导致大火极其容易扩散,因此大批动物被直接烧死,还有一批动植物失去栖息地而灭绝。
据科学家推算,大火开始后的10年,地球上50%的地区仍在继续燃烧,仅有部分地区由于山河的阻拦才没有全部燃烧。
即使如此,由于地球大火的波及,空气中有毒气体增加,又间接导致一大批物种灭绝;而且大火导致温室气体增加,因此在大火发生的100年后,全球平均气温达到了30度左右,又有一大批生物灭绝。
这场灭绝又被称为石炭纪生物大灭绝,约有46%的物种在此消亡。
虽然我们这个时期没有大量的煤炭可供燃烧,但我们所在的地球仍有很多可燃物,因此当空气中的氧气增加一倍时,发生在泥炭纪时期的生物大灭绝,很有可能再度重现。