为什么空气中的氧气浓度能控制在21%不变?

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爱吐槽

2017年12月26日

空气中的氧气浓度之所以保持在21%左右,是因为地球上的氧气生产量与消耗量保持平衡;其中这里面的能量只能来自太阳,因为如果仅靠人造光源的话,是不足以维持这个庞大的系统的。

1:氧气的来源大部分靠绿色植物的光合作用,比如说热带雨林地区,在这里就被誉为地球的肺,这些地区的植物光合作用很强,因而产生的有机物也很多,但是有机物又不能无限增加,毕竟温度高,过剩了就会腐烂。所以产生的有机物会被微生物分解掉;在这个过程中需要吸收氧气,放出二氧化碳。因此就有一种观点认为地球上的氧气并不是来自热带雨林地区;而是来自寒带地区,因为寒带地区的温度低,产生的有机物可以存储很长时间,在短时间内不会被分解掉。所以这些地区才是地球上氧气的主要来源。我们都知道如果一种物质在空间中存在浓度差,浓度高的就会向浓度低的地方扩散;因此如果一个地方产生了氧气,就会向其他地区扩散,知道不再有浓度差为止。

2:通过观察生活中的一些现象,我们可以发现一些很有趣的例子,比如早晨的空气非常的新鲜,地面上的氧气含量比较高。而到了傍晚,就感觉空气特别沉闷,地面上的氧气含量降低。现代植物学家也表明,植物在夜晚是不会释放氧气的,只会释放出二氧化碳;如果按照这个原则,那么就应该是夜晚释放的二氧化碳使早晨的空气便沉闷,白天释放的氧气使傍晚的空气更清新。但是事实却不是如此。

3:这就告诉我们,地区上的氧气一定不是全部来自光合作用;还存在其他的氧气含量调节方式。所以现代的科学认为氧气的来源是因为地球的电场电流活动;在早晨,天空的一些区域相对于地球带负电,而地表则带正电,那么地表就对空气中的负氧离子有较强的吸引力,从而使地表的氧气浓度升高。那么傍晚则相反。因此这也是地球上氧气含量调节的一种方式,和光合作用一起调节着大气中的氧气浓度,并维持在21%。

火蝠

2018年01月04日

首先,地球上氧气的含量从大尺度看,一直是变化的,并非一直不变。寒武纪之前,地球只有痕量的氧气存在,寒武纪之后,氧气含量爆发式增长,到石炭纪达到高峰,当时大气中氧气含量超过35%,之后开始缓慢下降。实际上,目前大气中氧气的含量一直在缓慢下降,只是由于下降幅度非常小,基本可以忽略不计。

说到氧气含量的变化,大家肯定首先想到的是绿色植物的光合作用。实际上,无论光合作用的强度如何,甚至说,即便是光合作用突然停止了,对地球氧气含量也没有什么影响。原因很简单,绿色植物的光合作用无论中间过程是怎样的,结果都是每固定一个碳原子释放一个氧气分子,这些被固定的碳原子以有机物的形式存在,但是最终都会被以各种形式分解。于是,被固定的碳重新被释放到大气中,在这个过程中,当初被释放的氧气又会重新变成二氧化碳。也就是说,光合作用只能促成氧和碳的循环,使氧气处于动态平衡当中,不可能改变大气中氧气含量。

真正能够改变大气中氧气含量的是一些地质作用和某些细菌。我们都知道,地球是太阳系唯一拥有板块运动的星球。地质运动会把地球深处的岩石暴露出来,这些岩石在风化的过程中会吸收氧气,原因就在于地壳深处的岩石含有很多还原性物质,风化过程中吸收的氧气是不会被重新释放到大气中的。所以,如果地球上没有其他积累氧气的途径,那么氧气含量减少是必然。

幸亏我们的地球拥有积累氧气的其他途径。学习过大学物理的都知道气体热力方程,稍微计算一下就知道,同等温度下,氢气运动速度最快,所以最容易逃逸。地球的引力太小,不足以束缚氢气和氦气,所以氢气一旦生成,很快就会逃逸。有很多途径都会直接或者间接分解水,比如紫外线,雷电,光合细菌,甲烷细菌等,它们产生的氢气逃逸,氧气则会留下。于是地球从一个没有氧气的星球一步一步变成富含氧气的星球。

但是,当氧气含量达到一定程度后,臭氧层形成,紫外线强度大幅度下降。同时,随着高等植物逐渐取代光合细菌等,微生物作用分解的水也逐渐减少,目前已经不足以弥补地质运动对氧气的消耗,所以从大尺度看,氧气是逐渐减少的。

不哈韩的小韩

2018年03月15日

很高兴回答你的问题。

首先,谢邀。

1. 动态平衡

地球上有那么多那么多的植物。生物圈的呼吸等消耗氧气的过程,大约和植物、某些细菌的光合作用抵消了。对于大部分植物来说,光合作用带来的氧气比自身消耗小,所以,这样的一个动态平衡,让大气内的氧气量并不会明显降低。

2. 生物圈影响有限

对于地球这么一个星球来说,主要的力量还是海洋,生物圈对地球的影响,真的不是很高。。。

从这个角度来看,你呼吸一口啊,那里焚烧一下啊,这边火山喷发一下啊,那边尸体腐烂一下什么的,对于大气成分的影响是很小的。

3. 时间尺度

说到了数量规模后,我们提一提时间尺度。

我们人类才多少年历史,有科学观测记录才多少年。所以我们的认知,在地球的生命周期、大气环境成分的周期变化面前,忽略不计。

这么点时间,我们的影响真的是有限的。

尤其氮气和氧气,这两种大比例的气体。。。怎么可能轻松被出现变化!!

地球本身自我也有一定调节机制,所以简单的、微小的变化,对于地球来说,很小。几百年,对于一个星球的生命周期来说,也是忽略不计的。

综上,氧气虽然比较活跃,但是在空气中的比例保持在21%左右,不会有大幅度变化。

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博学湖泊p

2018年03月11日·优质科学领域创作者

很高兴回答你的问题。

现在我们周围的空气当中氧气浓度维持在21%,是因为我们可以近似的把地球看做一个封闭的系统,而在这个系统当中,每天生物消耗氧气和植物光合作用产生氧气的量基本是相同的,这就可以让氧气的含量维持在一个固定的比例。

但是呢,我们现在生活的这短短几百几千年,对于地球的历史来说太短暂了。所以如果把时间轴拉长到整个地球的演化史来看,氧气的浓度其实一直是在变化的。

比如说在地球形成的最初阶段,地球上基本都是厌氧生物,根本没有绿色植物的存在,更不要说光合作用产生氧气了,不存在的。

地球形成的初期,虽然因为没有臭氧层的存在,空气中的水汽会被分解成一些氢气和氧气,但是因为大气中还存在着大量的氢气、氨气、硫化氢气体等等,氧气根本无法长期存在,刚被分解就马上发生还原反应了。。。。。所以在那个时候,地球上的氧气含量是非常低的。

后来因为海洋当中出现了能够进行光合作用的藻类,大气当中各种还原性的物质逐渐枯竭,加上逐渐形成臭氧层,陆上的环境变得温和,需要氧气的生物慢慢走上陆地,地球上氧气含量逐渐的升高。大约在距今2.5~3亿年的时候,氧气的含量达到一个巅峰状态。像是在石炭纪的晚期,氧气含量一度达到达到35%左右。

后来到二叠纪时期(2亿5500万年前),氧气含量又出现了明显的下降,之后才又逐步的升高到并稳定在现在的21%左右。

所以说啊,空气中的氧气浓度并不是维持在21%不变的,它在变化,只是这个周期实在太长,可能地球上的物种要更迭几次,才能看出到它的变化。

哥是传说175033670

2018年01月19日

因为地球上的氧气不全是来自绿色植物的光合作用,主要来自的是臭氧层的分解。臭氧层的分解就是在21%的浓度下完成的,这就好像是食盐溶解在水里面,一定的温度下只能溶解那么多就饱和了!。前几年所提的因为使用氟利昂造成的臭氧层减少本身就是一个错误!因为臭氧层的减少是补充了空气中的氧气而消耗掉的,最主要原因就是人类使用是化石燃料造成的!。臭氧层的产生是水蒸气被高能粒子和紫外线轰击产生的,而同时产生的氢就会随着太阳风吹到太空儿去,那么在远离太阳的行星星球上,必然会积累氢元素及其化合物!所以在远离太阳的行星上,就会发现好多的甲烷。地球上只要有水和阳光就不会缺氧!而臭氧层在空气中氧的浓度低于21%的时候就会分解补充。

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