我们必须靠呼吸氧气来生存,但是对于活的生命体而言,它同样能成为一种毒药。
当氧气与大气中其他的气体,比如氮气或者碳结合时,会发生一种叫做氧化的化学反应。氧化能使生命体基础器官的分子瓦解。
在正常的温度下,氧气会与其他元素慢慢结合。随着元素之间的融合,温度被释放出来。但是如果在很少量的情况下,我们是无法察觉到的。
不过当温度上升时,氧化的速度变得很快。我们划燃火柴的时候,火柴头和火柴棍之间的摩擦力使它的温度升高。由于氧化过程非常迅速,火焰就形成了。在这种情况下,我们就感受到了热量,也看到了氧化释放出的光。
在我们的身体中,氧化就没有那么戏剧性了。红血球聚集肺呼入的氧气,把它们带到身体的各个角落。氧气能够分解我们摄取的食物中的分子,不过和火焰的燃烧比起来,这是一个相当严谨的过程。这一分解过程需要消耗能量和水,产生二氧化碳。红血球把这些二氧化碳带回肺里,我们再把它们呼到外面的空气中去。
拥有足够的氧气是至关重要的。就像在火上盖上一条毯子后,火会熄灭一样,当我们无法吸入氧气达到五分钟以上的时候,就会感到窒息。氧气含量最理想的程度就是我们现在身处的环境——空气中的21%。但是即使在这种“理想”的水平,氧气依然在发挥它的破坏性。一个小小的火苗,就能使干燥的草原上燃起熊熊大火。
氧气与其他气体的平衡还维持着自然界的生活周期:动物呼出二氧化碳,植物利用它释放出氧气。
不过,没人能保证氧气会永远保持在现在的水平。当以汽油等化石为基础的气体燃烧时,大气层中二氧化碳的含量就会升高。与此同时,地球上最大型的植物——树木正在不断地被砍伐,几乎每分钟都有大片的森林遭到破坏。这意味着空气中的氧气正在慢慢减少,这给科学家对危害的估量也造成了一定的困难。
小趣闻
随着时间的流逝,书页会渐渐发黄,这就是一个缓慢的氧化过程。
一个无氧的世界
在地球诞生这46亿年来的前半段时间里,四周环绕的空气是不含氧的。这种环境正好适合最初的简单生命体——一种漂浮在海洋中的单细胞细菌。它们不需要氧气就可以生存。
接下来,发生了一些改变。科学家认为,随着细菌的进化,有的开始拥有了从水(水是由氢和氧组成的H2O)
中提取出氢的能力。于是,那些剩下的氧就被释放到海水和空气中去了。
随着时间的推移,一部分生命体开始渐渐适应了这种新的气体。它们利用氧气具有破坏性的稳定的内部细胞,采取各种方式不断进化。这些细胞的力量非常强大,能够瓦解和提炼出食物中的能量。这种利用氧气的方式被称作呼吸——就是我们每天都在做的一件事情。正是呼吸,让更大的多细胞有机物的演变成为可能,直到最后人类的出现。
几百万年过去了,氧气的含量从刚开始的0.2%上升到了现在的21%。不过,生存在海洋中的细菌可能并不是将氧气添加到大气层中的唯一因素。一些科学家认为,随着每隔几亿年地球大陆板块的合并和分离,更多的氧气被释放出来了。
过程是怎样的呢?随着大陆板块的分裂和合并,沉积物(也就是岩石的碎片和碎块)流入海洋并沉入海底。一些有机物的小块被漂流在海底的微生物所消化,很快被埋葬了。所以说,氧可以通过对有机物的消化而逐渐增多。
虽然有些有机物适应了不断增大的氧气比例,可地球上衍生出的许多单一形生命体,却随着时间的推移而逐渐消亡了。还有一些有机物,则通过藏在没有氧气的隐匿处来得以生存。直到今天,它们还快乐的生活在豆类植物的根部,利用大气层中的氮气为植物制造氨基酸(蛋白质的结构单元)。而致命的罐头食品中的有毒机体,则是另一个氧气逃离者。如果没有被高温破坏掉的话,它就会在真空包装(无空气的)中繁衍生息,让食用的人们染上疾病。