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生存危机大气含氧量递减

2009-07-24

科学大众(中学) 2009年6期
关键词:大气氧气浓度

末 羽

二氧化碳排放量的增加,促使人们为扭转全球变暖的态势展开了多种行动。但是,很少或者根本没有人关注正逐渐下降的大气含氧量,以及随之而来的一系列连锁反应。

波动的含氧量

从地球发展史上看,地球大气中的含氧量曾经发生过多次重大波动。最近的地球化学模型显示,地球大气含氧量曾经上升到35%,后来在1.2亿年的时间内降至15%。也有研究小组通过分析海底原始沉积物中碳和硫的同位素记录,计算出过去数亿年内大气中的氧含量。结果发现,6亿年前的大气氧含量约为20%,与现在相近,直到4亿年前一直相当稳定。大约3亿年前,氧含量突然升高到30%,随后在2.4亿年前骤降到12%。到了5000万年前,氧气水平回升到17%。到4000万年前,这一含量达到了23%。现在,大气中氧含量达到了21%。

地球大气含氧量发生如此重大波动,对地球生物圈造成的影响可想而知,有时甚至会造成物种灭绝。因为每种动物都有最低氧气浓度要求,这是每个物种只能在某个特定维度地区生活的原因。对于那些毫无准备的动物来说,氧气浓度下降一半会对它们的生存产生深远影响。

2.5亿年前的二叠纪末期,地球上演了一场大规模物种灭绝的悲剧,其原因可能在于那时大气中的氧气浓度从约30%骤然降至10%左右。科学家认为,氧气浓度在二叠纪中期达到30%,当时,各种动物可以在任何纬度地区生活,但随着氧气浓度的降低,原本在海拔6000米地区生活的动物就只能在海拔300米处生活,二叠纪时期近一半的陆地都不适合物种生存。因此,在高纬度地区生活的动物,由于不能及时调整自身的呼吸系统,可能就会灭绝。此外,由于大批动物被“挤”在十分有限的范围内,一些动物也可能会因为生活资源有限而灭绝。

氧气危机

与史前时代相比,今天的大气层含氧量下降了1/3,在污染较为严重的城市,该数字可能超过1/2。我们呼吸的空气发生的这一成分上的变化会对我们的健康造成严重危害。正在撰写《氧气危机》的罗迪·纽曼指出,这种状况最终会威胁到人类在地球上的生存。

万年前,地球的森林覆盖率至少是现在的2倍,这就是说,目前全球的森林释放出的氧气只有当时的一半。与此同时,荒漠化和乱砍滥伐正在加快氧气的损耗。

海洋状况也不容乐观。美国航天局报告称,目前北太平洋上能够释放氧气的浮游植物的数量比20世纪80年代减少了30%,这种变化在短短30年里是巨大的。2004年联合国环境规划署证实,全球海洋中分布着近150个“死亡区”。生活污水、工业垃圾、过量的农用化肥等污染物大大降低了这些海域的含氧量,使得其中大部分或所有海洋生物都无法继续生存。此外,这一现象造成海洋生物基因突变和激素变化,使其繁殖能力受到影响。

一些研究数据也证实了大气含氧量正在逐年减少。

美国科学家从20世纪90年代初,每天从地球上不受工业、汽车污染的相对绿色环保区域(即不直接受到大量消耗氧气燃料燃烧的影响,或影响很小的地区),取气样分析,监测大气“氧气浓度/氮气浓度的百分比”变化以及二氧化碳浓度变化。在这样的地方监测的结果证明,全球大气中的氧气含量正在以每年2ppm的速率逐年稳步下降。大气氧气每年的枯竭量与矿物燃料燃烧所消耗的预测量水平大致相同,只略微少一些,这可能与有所增长的生物总量有关。

危害健康

与史前大气含氧量35%相比,目前这个数字只有21%。在一些污染严重的市中心、人口密度较高的城市和工业园区内,大气含氧量可能只有15%甚至更低。

为此,有科学家提出“氧气枯竭”的概念。这个概念指出,人口密集、矿物燃料大量燃烧的经济发达地区,绝大多数人民群众生活、工作的大气低层空间,空气含氧量长期处于或低于19.5%的水平,或者逐年降低逼近19.5%的水平,氧气过量消耗,以至其他地区氧气无法及时补充,造成对人类健康造成长期严重损害的一种大气缺氧状况!

联合国顾问、哲学和系统学教授埃尔温·拉斯洛认为,目前的大气含氧水平不足以使人们维持健康的体魄,因为我们需要一个适当的氧气摄取量来保证肌体细胞、器官和整个免疫系统的充分运转。目前我们摄取的氧气水平很可能导致癌症和其他退化性疾病。

临床研究证实由于环境污染,大气含氧量下降,局部地区大气中氧气过量消耗,会对人类健康造成有害影响,特别是对母婴造成很严重的影响。母体缺氧是导致死胎、新生儿染疾或夭折,及儿童智力低下、胎儿畸形的主要原因。所以,缺氧是疾病的大敌!尽管现代有许多仪器设备能监测出胎儿的缺氧情况,但由于条件限制,许多孕妈妈无法时时刻刻受到医疗监护,因而导致少数胎儿缺氧不能被及时发现并得到纠正。

虽然人们已经意识到含氧量降低的危害性,但是截至目前,还没有一项对大气含氧量下降所带来的具体后果的相关研究。现在急需的是一项以权威证据为基础的研究,以确定目前的大气含氧水平和相关后果,这与人类乃至所有生物的切身利益都息息相关。

史前昆虫身躯庞大

美国科学家在对甲虫的呼吸系统进行研究时发现,大气中氧气含量越高,昆虫的体型就会长得越大。

在3亿多年前的古生代晚期,恐龙曾经与其他一些体型庞大的昆虫共同统治着地球。科学家认为,数亿年前巨型生物的出现与大气中氧气的含量过高有关。当时地球大气中氧气的含量曾一度达到35%,比现在高出14%。

在研究过程中,科学家分析了现代昆虫身体尺寸与它们气管长度之间的关系。如在那个时代。一只蜻蜓在翅膀展开时可达70厘米。科学家们解释称,在三亿多年前,昆虫身体尺寸与它们气管尺寸的比例达到了一个非常高的程度——这是由于大气中氧气的浓度越高,呼吸系统处理空气的能力便越小。

在当前氧气浓度相对较低的情况下,昆虫的理论尺寸不会超过数厘米。不过,一旦大气中氧气的含量增加古生代的水平,那么我们平常所见到的蚊子和蟑螂将有可能对人类生命安全构成极大的威胁。

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