§ 21. Колообіг Оксигену в природі. Біологічна роль кисню

Поняття про колообіг хімічних елементів

Майже всі елементи і речовини в природі здійснюють колообіг. Із курсу природознавства вам вже знайомий колообіг води в природі: вода випаровується з океанів, формує хмари, а потім, випадаючи на землю у вигляді дощу, з водою річок знову потрапляє у Світовий океан. Так само можуть здійснювати колообіг і атоми різних елементів. Тільки атоми, завдяки хімічним процесам у живій і неживій природі, поступово переходять з молекул одних речовин в інші. Уперше вчення про колообіг атомів елементів у природі створив видатний український та російський учений, перший президент Української академії наук В. І. Вернадський.

Володимир Іванович Вернадський (1863-1945)

Видатний російський і український учений, академік Петербурзької академії наук, перший президент Української академії наук. Основна наукова діяльність Вернадського пов'язана з мінералогією. Засновник геохімії, біогеохімії, радіогеології. Автор праць із філософії природознавства, наукознавства, творець учення про біосферу та її еволюцію, про вплив людини на навколишнє середовище і про перетворення сучасної біосфери на ноосферу — сферу розуму.

Першим відзначив величезну роль живих організмів у колообігу, концентрації і розсіюванні хімічних елементів. На його думку, вирішальним чинником розвитку біосфери має стати розумова діяльність людини.

Зв'язування атомів Оксигену в інші сполуки

Кисень є однією з найважливіших речовин на Землі, яка забезпечує можливість існування життя. Майже всі живі організми використовують кисень для дихання, і лише деякі мікроорганізми можуть існувати без нього.

Чому ж кисень такий необхідний для живих організмів? Під час окиснення органічних речовин виділяється велика кількість енергії, яку організми витрачають для власної життєдіяльності. Один з основних процесів, що відбуваються в організмі за участю кисню — дихання, — можна схематично зобразити рівнянням:

Під час дихання тварин і рослин виділяється вуглекислий газ і вода, тобто атоми Оксигену з молекул кисню переходять у склад вуглекислого газу та води.

Але не тільки живі організми споживають кисень атмосфери. Значна кількість кисню витрачається під час гниття та горіння різних речовин, особливо під час лісових пожеж і вивержень вулканів, унаслідок яких також виділяються вуглекислий газ і вода (мал. 109а).

За останні сто років значно збільшилися об’єми кисню, які споживає людство для своїх потреб. Теплові електростанції, автомобілі, літаки та інші види транспорту використовують величезну кількість кисню для спалювання палива — бензину, гасу та мазуту (мал. 109б).

Мал. 109. Великі кількості кисню витрачаються: а — під час виверження вулканів; б — різними промисловими підприємствами

Утворення кисню

При сучасних обсягах витрат кисню весь його запас в атмосфері дуже швидко вичерпався б, якби не відбувалося його відновлення та поповнення. Головний постачальник кисню на Землі — це рослини. Вони утворюють і виділяють кисень в атмосферу в процесі фотосинтезу.

Фотосинтез відбувається з використанням енергії сонячного світла. Рослини поглинають вуглекислий газ з атмосфери та воду з ґрунту, а з них синтезують глюкозу та кисень. Фотосинтез, як і дихання, є дуже складним процесом і складається з великого числа реакцій. Схематично його сумарне рівняння можна записати в такий спосіб:

У процесі фотосинтезу атоми Оксигену з молекул вуглекислого газу та води частково переходять у молекули кисню. У такий спосіб вони здійснюють колообіг у природі (мал. 110). У цьому колообігу також беруть участь атоми Карбону, Гідрогену та деяких інших елементів.

Мал. 110. Колообіг Оксигену в природі

Колообіг атомів Оксигену супроводжується поглинанням або виділенням енергії. У результаті фотосинтезу енергія Сонця переходить в енергію хімічних зв’язків у молекулі глюкози. Глюкоза, «згоряючи» в живих організмах, вивільняє цю енергію для їхньої життєдіяльності. Тобто колообіг Оксигену в природі забезпечує «транспортування» енергії Сонця до живих організмів.

Отже, Оксиген разом із Карбоном і Гідрогеном є тими елементами, які забезпечують існування життя на нашій планеті.

Цікаво, що...

• Людина в спокійному стані витрачає для своєї життєдіяльності близько 20 л кисню на годину. Під час виконання фізичної роботи обсяг витрат кисню суттєво збільшується.

• Середній автомобіль за 100 км пробігу витрачає близько 21 м³ кисню. Цієї кількості вистачило б одній людині для дихання протягом півтора місяця.

Висновки:

1. Атоми Оксигену в природі здійснюють колообіг, переходячи з кисню в складні сполуки і навпаки. Здебільшого кисень витрачається на дихання живих організмів, горіння і промислову діяльність людини. Головне джерело поповнення кисню в атмосфері — фотосинтез рослин на поверхні Землі і водоростей у Світовому океані.

2. Здійснюючи колообіг, атоми Оксигену сприяють перенесенню від Сонця до живих організмів енергії, необхідної для їхньої життєдіяльності.

Контрольні запитання

1. У який спосіб відбувається колообіг певного хімічного елемента?

2. У яких природних процесах бере участь кисень?

3. У чому полягає біологічна роль кисню й Оксигену?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Уміст кисню в атмосфері впродовж мільйонів років істотно не змінюється, незважаючи на велике споживання кисню живими організмами. Чим це можна пояснити?

2. Поясніть суть колообігу Оксигену в природі.

3. Бензин є складною сумішшю речовин, але приблизно його склад можна зобразити загальною формулою С₇Н₁₆. Складіть рівняння реакції горіння цієї речовини, якщо продукти згоряння такі самі, як при горінні метану.

4. Які речовини, що забруднюють атмосферу Землі, ви знаєте?

5^*. Як ви вважаєте, у який спосіб сьогодні можна зменшити обсяг витрат кисню людством для своїх технологічних потреб?

Перевірте свої знання за темою «Кисень».

ГДЗ до підручника можна знайти тут.