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增加一倍,如果地球上的氧气突然增加一倍,会发生怎样的变化?为什么? <#21---->


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如果地球上的氧气突然增加了一倍,从短期来看那估计就是灾难了,目前地球大气的含氧量是21%,如果增加一倍就是42%(几乎达到地球古生代石炭纪的水平45%)。氧气的毒性大约在氧气浓度达到50%的时候表现出来,也就是说氧气突然增加一倍也已经很接近氧气变成人类的“毒气”水平了。

而从长期来看,高氧环境会造成地球生态的剧烈变化。氧气含量的上升而致使需氧生物的活动范围扩大,厌氧生物退缩;生物的体型会因进化而变大,诞生许多巨型生物,尤其是昆虫类和海洋生物。[头条·小宇堂—未经许可严禁转载]


但并不是说氧气没有达到50%就没有毒,实际上血液中轻微过饱和的氧含量就能导致身体内活性氧水平的提升。


氧气毒性的生化基础是氧气被一个或两个电子部分还原形成活性氧。活性氧是氧正常代谢的天然副产物,在细胞信号传导中起着重要作用。高于正常的氧浓度会造成体内活性氧的产生增加。

氧气是细胞新陈代谢所必需的,由血液供应给身体的各个部位。但当在高氧分压下呼吸时,高氧状况会迅速扩散开来,血管最丰富的组织最容易受到伤害。在外界压力下,人体内活性氧的水平会急剧增加,这会破坏细胞结构并导致氧化应激。

上图:高氧会导致线粒体的氧化应激压力,严重的情况下将导致细胞凋亡或坏死。


氧化应激最活跃的产物之一是羟基自由基(·OH),它可引发细胞膜内的不饱和脂质的破坏性链式过氧化反应。高浓度的氧还会增加其他自由基的形成,如一氧化氮,过氧亚硝酸盐和三氧化二氮,这些自由基会损害DNA和其他生物分子。虽然身体有许多抗氧化系统,如谷胱甘肽,SOD等等,可以防止氧化应激,但这些系统最终会在非常高的游离氧浓度下不堪重负,而且细胞损伤的速度超过了预防或修复它的系统的能力时,就会导致细胞损伤和细胞死亡。


呼吸增加的氧分压的结果是高氧,身体组织中的氧过量。根据暴露的类型,身体会受到不同的影响。中枢神经系统毒性是由于在高于大气压的情况下短时间暴露于高氧分压引起的。在正常压力下长时间暴露于氧气水平增加会导致肺部和眼部的中毒表现,症状可能包括定向障碍、呼吸问题和视力变化,如近视。长时间暴露于高于正常的氧分压,或较短的暴露于非常高的氧分压,可导致细胞膜的氧化损伤、肺泡塌陷、视网膜脱离和癫痫发作。


我们都知道氧气是助燃的,高浓度的氧气将更加猛烈地促进燃烧。如果大气中的氧气浓度翻倍,那么地球上火灾的发生率也将成倍提升,而且不少案例则是自燃,像木柴和沥青等物质很容易在高温高氧下迅速自燃。人类面临的不仅仅是体内的麻烦,而在体外也面临更加严峻的火灾多发环境。[头条·小宇堂—未经许可严禁转载]



地球历史上氧气含量最高的时代,都是巨型生物诞生的时代,例如石炭纪的巨型生物(3.55亿年至2.95亿年),那个时候因为植物极度繁盛,光合作用生成大量的氧气使得地球大气的氧气浓度上升到了45%。那时的蜻蜓翅膀都有70cm宽,归功于高氧气含量。所以如果地球再次出现这种情况,估计又是一个巨型生物的世纪,但人类要活到那个时候应该是挺艰难的。

上图:石炭纪的巨型蜻蜓。昆虫依靠体表的多处气孔来呼吸,氧气含量与昆虫的体型有密切关系。


我们赖以生存的氧气燃烧的是我们的生命。我们生活在一个极其有限的氧气浓度范围内却自以为是这个世界的主宰,却不知道稍微不慎就会被自然扼住喉咙。

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。

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