Производство кислорода: Производство кислорода на предприятии

Производство кислорода: Производство кислорода на предприятии

Содержание

Производство кислорода на предприятии

Системы производства кислорода

Являясь мировым лидером по производству и поставкам кислорода, компания Air Products предлагает кислородные газовые генераторы PRISM и крупномасштабные станции, устанавливаемые непосредственно на объекте и предназначенные для надежного и экономичного производства кислорода на предприятии.

Название продуктаОписание/ПреимуществаЗагрузки

Кислородные генераторы
PRISM ВКА

Кислородные генераторы вакуумной короткоцикловой адсорбции (ВКА) PRISM от компании Air Products предлагают современную технологию получения кислорода и представляют собой гибкие и очень надежные источники кислорода, требующие низких капиталовложений и эксплуатационных расходов. Кислородные генераторы вакуумной короткоцикловой адсобрции PRISM используют запатентованную технологию и простую в установке модульную конструкцию, благодаря чему идеально подходят для получения кислорода невысокой чистоты непосредственно на объекте и предлагают экономичную альтернативу жидкому кислороду, который поставляется в цистернах или производится криогенным способом.

Производительность: от 200 до более 3500 м3/ч
Чистота: до 93,0%

Спецификация
Пример из практики
Пример из практики


Системы производства кислорода
PRISM ВКА серии Т

Системы производства кислорода PRISM ВКА серии Т от компании Air Products предлагают современную технологию получения кислорода и представляют собой компактные, гибкие и очень надежные источники кислорода, требующие низких капиталовложений и эксплуатационных расходов. Кислородные генераторы вакуумной короткоцикловой адсобрции PRISM серии Т используют запатентованную технологию и простую в установке модульную конструкцию, благодаря чему идеально подходят для получения кислорода невысокой чистоты непосредственно на объекте и предлагают экономичную альтернативу жидкому кислороду, который поставляется в цистернах или производится криогенным способом.

Производительность: от 200 до более 730 м3/ч
Чистота: до 93,0%

Спецификация
Пример из практики
Пример из практики



Криогенные кислородные генераторы
PRISM

Линейка уникальных модульных, но гибких криогенных кислородных генераторов PRISM предлагает широкий спектр возможностей для удовлетворения ваших требований. Оборудование линейки PRISM представляет собой надежный криогенный источник кислорода на объекте и также может производить азот, сжатый сухой воздух, сжиженный кислород и сжижаенный азот в качестве побочных продуктов. При небольших капиталовложениях и эксплуатационных расходах, криогенные кислородные генераторы PRISM от компании Air Products – это гибкий и весьма надежный источник промышленных газов для вашего производства.

Производительность: 700 – 10000 м3/час
Чистота кислорода: до 99,5%
Чистота азота как побочного продукта:

до 99,0%

Спецификация
Пример из практики


Крупномасштабные криогенные
кислородные станции

Кислород может поставляться со специальной станции, которая расположена на вашем объекте или поблизости от него и принадлежит, обслуживается и управляется компанией Air Products или со станции, принадлежащей вам и построенной нами. Мы построили более 1200 станций по разделению воздуха и в настоящее время владеем и управляем более чем 300 такими станциями. Мы будем тесно сотрудничать с вами, чтобы интегрировать станцию в ваши производственные процессы для создания наиболее энергоэффективной и экономичной структуры.

Наши возможности


Кислород газообразный технологический компримированный (в баллонах)

Для хранения и перевозки кислорода под избыточным давлением 150 кгс/см2 применяют баллоны.

Окрашивают баллоны с кислородом в голубой цвет, а на наружной поверхности наносится черной краской надпись «Кислород».

Во избежание ошибочного наполнения кислородом баллонов из-под горючих газов и наоборот вентили баллонов для горючих газов снабжают левой резьбой.

Арматура на баллонах со сжатым кислородом должна быть исправной и обеспечивать герметичность.

Перевозить наполненные кислородом баллоны нужно на рессорном транспорте или на автокарах в горизонтальном положении с обязательными прокладками между ними.

Допускается перевозка баллонов в вертикальном положении в специальных приспособлениях, исключающих удары и падения. На баллонах при перевозках должны быть предохранительные колпаки.

Баллоны, наполненные кислородом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим баллоны от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Кислород газообразный технологический компримированный по физико-химическим свойствам соответствует ТУ 113-03-452-92:

Наименование показателя

Норма

1 Объемная доля кислорода, %, не менее

95

2 Объемная доля водорода, %, не менее

0,7

3 Массовая концентрация водяных паров в г/м3 при н.у., не более (что соответствует температуре насыщения кислорода при давлении 760 мм рт.ст. в

0С не выше минус 43)

 

0,07

Химические и физические свойства

Кислород обладает высокой химической активностью и образует оксиды со всеми химическими элементами, кроме инертных газов.

Кислород при нормальных условиях является бесцветным газом; он не имеет запаха, вкуса и несколько тяжелее воздуха.

При охлаждении кислорода под атмосферным давлением до температуры минус 183 0С он превращается в прозрачную голубоватую легкоподвижную жидкость, быстро испаряющуюся при комнатной температуре.

Горючие газы (водород, ацетилен, метан и др.) образуют с кислородом сильно взрывчатые смеси. Смазочные масла, а также их пары, при соприкосновении с чистым кислородом способны окисляться, а при определенных условиях и самовоспламеняться со взрывом. Если кислород находится под повышенным давлением, то опасность самовоспламенения горючих веществ и взрыва увеличивается.

Производство

Сырьем для промышленного получения кислорода методом криогенной ректификации является атмосферный воздух.

Сферы применения

Кислород завоевал популярность и нашел применение в различных производственных направлениях, таких как:

  • металлургическая промышленность – при конвертерной обработке металла, для отделения золота от руды, выплавки цветных металлов, газопламенной сварки и резки металла; выплавка чугуна и стали
  • в теплоэнергетике для розжига твердого топлива и прессования водно-угольной смеси;
  • химическая промышленность – при производстве различных кислот и веществ;
  • для бурения твердых пород в горнодобывающем производстве;
  • военное дело – для приведения в работу дизельных двигателей на подводных лодках, а также в ракетных двигателях в качестве окислителя для ракетного топлива;
  • сельскохозяйственное производство – для насыщения кислородом водоемов при разведении рыбы, обогащение кислородом пищи для животных.

Токсичность/Опасность

Кислород — нетоксичное вещество, не оказывающее вредного влияния на окружающую среду.

Он не воспламеняется и не взрывоопасен, но являясь сильным окислителем, резко увеличивает способность других материалов к горению.

В атмосфере, обогащенной кислородом, горючие вещества становятся более опасными: легче загораются, имеют более низкую температуру самовоспламенения, более широкий диапазон концентрационных пределов распространения пламени паров в результате значительного возрастания верхнего предела распространения пламени, большую скорость выгорания и полноту сгорания.

Для обеспечения безопасности при работе с кислородом необходимо исключить присутствие на поверхностях, контактирующих с кислородсодержащими средами, жиро-масляных отложений.

При работе с кислородом запрещается носить спецодежду из синтетических материалов, могущих вызвать накопление зарядов статического электричества.

Поскольку кислород тяжелее воздуха, он имеет свойство накапливаться в приямках, канавах. Поэтому все помещения должны быть оборудованы вентиляцией. После работы желательно проветрить одежду в течение получаса, так как ткани и волосы могут насыщаться кислородом.

Нахождение в природе

Кислород – наиболее распространенный в природе химический элемент. Он входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках.

На его долю (в составе различных соединений), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 88,8 % (масс.), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21 % (об.). Элемент кислород входит в состав более 1 500 соединений земной коры.

Кислород способствует большинству органических жизненных процессов, главный из которых – дыхание.

Обратите внимание на другие сферы деятельности ОХК «Щекиноазот»:

Просмотреть прайс-лист

Объединенные машиностроительные заводы увеличили производство медицинского кислорода в 4 раза

03.12.2020

ПАО ОМЗ увеличило в ноябре производство медицинского кислорода в г. Полевской (Свердловская область) с 250 до более 1 000 тонн в месяц. Здесь расположен один из восьми on-site проектов ПАО «Криогенмаш» (входит в Группу ОМЗ). Рост производства вызван повышенным спросом на препарат в регионе. Компания готова еще увеличить производство медицинского кислорода до 9 000 тонн в месяц на пяти объектах и организовать его поставки в регионы после получения соответствующих согласований Минздрава.

Медицинский кислород с производственной площадки в Полевском сейчас поставляется в больницы и на предприятия сразу 8 регионов – это Свердловская, Курганская, Тюменская, Оренбургская, Кировская, Челябинская области, Республика Башкортостан и Пермский край. Лицензию на производство препарата здесь предприятие получило в 2012 году. Помимо Свердловской области Криогенмаш готов начать поставки медицинского кислорода со своих площадок под Санкт-Петербургом, в Туле, Томске и Таганроге. Собственное производство и средства транспортировки газа позволят поставлять производимый кислород в города 5 федеральных округов.

«Опыт Свердловской области показывает, что предложенная нами схема эффективно работает. С одной крупной производственной площадки мы готовы обеспечивать кислородом несколько ближайших регионов. Для этого у нас есть все необходимое оборудование и транспорт. Минпромторг в рекордно короткие сроки выдал нам лицензии на производство медицинского кислорода на площадках под Санкт-Петербургом, в Туле, Томске и Таганроге. Кислород, который мы на них сейчас выпускаем, уже соответствует требованиям, предъявляемым к медицинскому препарату. Вопрос начала поставок с этих площадок – это только вопрос завершения процедуры регистрации лекарственного средства в Минздраве», — говорит генеральный директор ПАО ОМЗ Евгений Кислицын.

Пресс-центр ПАО ОМЗ


Возврат к списку

Промышленное получение кислорода – Статьи – Aйр Техник в Москве

Отрасль

Применение кислорода

Металлургическая промышленность

  • Производство стали из чугуна (удаление избытка углерода из чугуна).
  • Конвертерный способ производства стали.
  • Электросталеплавильное производство.
  • Кислородное дутье в доменных и мартеновских печах, конверторах.
  • Производство ферросплавов.
  • Выплавка никеля, цинка, свинца, циркония и других цветных металлов.
  • Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.
  • Прямое восстановление железа.
  • Переработка штейнов.

Химическая промышленность

  • Кислород как реактив-окислитель при получении искусственного жидкого топлива, смазочных масел, азотной и серной кислот, метанола, аммиака и аммиачных удобрений, перекисей металлов и др. химических продуктов.
  • Производство ацетилена (термоокислительный крекинг).

Нефтехимическая промышленность

  • Кислород применяется для более эффективной работы НПЗ — для увеличения производительности установок по крекингу нефти.

Энергетика

  • Газификация твердого топлива.
  • Сжатие твердо-угольной смеси.
  • Обогащение кислородом воздуха для промышленных котлов.

Строительство и машиностроение

  • Кислородо-ацетиленовая газорезка и газосварка металлов и сплавов.
  • Плазменный раскрой металлов и пайка.
  • Напыление и наплавка металлов.

Золотодобыча

  • Добыча драгоценных металлов из руд.
  • Термическое бурение твердых пород.
  • Аффинаж золота.

Нефтедобыча

  • Закачка кислорода в пласт для увеличения энергии вытеснения.
  • Создание эффективно перемещающегося внутри пласта очага горения.

Стекольная промышленность

  • Кислород позволяет повысить температуру в стекловаренных печах и улучшить процесс горения, уменьшить выбросы окислов азота и твердых частиц из печей.
  • При производстве стеклоизделий кислород подается на газовые горелки, которые используются для отрезания некондиционной части изделия, оплавления кромок и огневой полировки поверхности для оплавления микродефектов.
  • Кислород необходим при выдувке стекла, на фабриках медицинского и лабораторного стекла, при производстве электрических лампочек.

Экология

Кислород применяется в процессах:

  • Для повышения эффективности работы озонаторных установок — озонирование для водоподготовки, очистки сточных вод, отбеливания целлюлозы и т. д.
  • Утилизация отходов- при обезвреживании (окислении) химически активных отходов в очистных установках в мусоросжигательных печах с кислородным дутьём.
  • При очистке питьевой воды.
  • При вторичной переработке металлов.

Сельское хозяйство

  • В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948.
  • Кислород как пропеллент и упаковочный газ.

Пищевая промышленность

  • В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948.
  • Кислород как пропеллент и упаковочный газ.

Озонаторные установки

  • Озонирование для водоподготовки, очистки сточных вод, отбеливания целлюлозы и т. д.

Медицина

  • Обогащение кислородом дыхательных газовых смесей.
  • Кислородные коктейли.
  • Анестезия (наркоз).
  • Физтотерапия.
  • Озонирование для дезинфекции.

ОЭМК получил лицензию на производство кислорода для белгородских больниц

ОЭМК получил лицензию на производство кислорода для белгородских больниц

Иванов Александр

Вольфганг Амадей Моцарт

Подробности
Раздел: Старый Оскол
Опубликовано: 30.11.2020 19:37
Автор: Ольга Чёрная, Юлия Ковалевская

ОЭМК получил лицензию на производство кислорода для белгородских больниц

 Оскольский электрометаллургический комбинат включился в очень важное в период пандемии производство – получил лицензию на производство медицинского кислорода. В нем сейчас нуждаются все ковидные площадки системы здравоохранения.

Кислородная станция на ОЭМК работает с 2014 года, но производили на ней только технический кислород. Сейчас время диктует другие правила. Сегодня ОЭМК ежемесячно поставляет около 200 тонн кислорода для использования в медицинских целях.

«Это еще одна наша помощь врачам, которые сегодня на переднем крае борьбы с пандемией. И мы уверены, что наши совместные действия, в том числе при поддержке государственных органов власти, помогут нам всем вместе быстрее преодолеть этот сложный для всех нас период», – прокомментировала заместитель генерального директора по устойчивому развитию и корпоративным коммуникациям компании «Металлоинвест» Юлия Мазанова

Теперь ОЭМК подает необходимые документы в Министерство здравоохранения для государственной регистрации производимого медицинского кислорода. После этого такой нужный для страны продукт предприятие сможет поставлять в больницы. Мощности предприятия позволяют увеличить объем производства жидкого кислорода до 600 тонн в месяц.

Ольга Чёрная, Юлия Ковалевская

В Кургане начнется производство кислорода для пациентов с COVID-19

Медицинский кислород для людей с поражением дыхательных путей по понятным причинам стал нужен в последние полгода в больших объемах, чем обычно. Доставкой баллонов с О2 занялся Курганский филиал Омского предприятия.

— После получения лицензии мы начали возить кислород из Омска, то есть, у нас сейчас приходит фура, разгружается, вот стоят баллоны и сейчас уже с нашей площадки эти баллоны поедут в больницы по городу и области, — говорит Владислав Демидов, директор Курганского филиала автогенного завода (г. Омск).

Пока Курганский филиал «Автогенного завода» — просто место для хранения. Но, по словам руководителя, уже все готово для запуска местного производства.  

— У нас созданы все условия: есть рампа для раскачки медицинского кислорода, стоит всё оборудование, есть все бочки. Все оборудование уже подключено, готово к работе, осталось только нажать кнопку, — говорит Владислав Демидов, директор Курганского филиала автогенного завода (г. Омск).

Кроме того, есть лаборатория для анализа кислорода и набран штат сотрудников. С получением лицензии предприятие сможет производить до 500 баллонов с медицинским кислородом в день, что позволит обеспечивать региональные отделения больниц в полном объеме.

— Ещё одно предприятие в регионе, которое также сейчас получает разрешительную документацию в министерстве промышленности и торговли. В ближайшее время это регистрационное удостоверение будет получено, тем самым можно будет увеличить объемы поставок, как для наших больниц, так и для больниц других регионов, — говорит Владимир Ковалев, директор департамента экономического развития Курганской области. 

Анна Шишминцева, служба информации «Область 45». Фото автора.

В Туле началось производство медицинского кислорода

ПАО ОМЗ начало поставки медицинского кислорода в Москву с производственной площадки в г. Туле. Таким образом компания увеличила количество производящих этот препарат предприятий в своей структуре до трех: по одному на Урале, Северо-Западе и в Центральном регионе. Первая партия препарата из Тулы будет направлена сегодня в ГБУЗ «ИКБ № 1 ДЗМ» г. Москвы. Всего на этой площадке компания может производить до 1 500 тонн медицинского кислорода в месяц.

Предприятие в Туле получило лицензию Министерства промышленности и торговли РФ на осуществление производства лекарственных средств, а также прошло процедуру внесения записи о включении фармацевтической субстанции (кислорода жидкого медицинского) в государственный реестр лекарственных средств. Чуть больше месяца назад ПАО ОМЗ начало поставки препарата с площадки под Санкт-Петербургом, а в Свердловской области медицинский кислород компания производит с 2012 года. Сейчас ПАО ОМЗ проходит процедуру регистрации препарата еще на двух площадках – в Таганроге и Томске.

«Мы увеличили производство и существенно расширили географию поставок медицинского кислорода, а в ближайшие месяцы планируем выйти еще в два региона – Юг и Сибирь. Это стало возможно благодаря работе Минпромторга и Минздрава, которые в кратчайшие сроки проводят все необходимые процедуры согласования и лицензирования для начала производства медкислорода на имеющихся у нас мощностях. Со своей стороны, мы оперативно обеспечиваем поставки жизненно необходимого препарата в больницы», — говорит генеральный директор ПАО ОМЗ Евгений Кислицын.

ПАО ОМЗ производит медицинский кислород и технические газы на мощностях входящего в группу предприятия Криогенмаш. Это разработчик и поставщик оборудования для получения технических газов для различных отраслей промышленности, оборудования для хранения и транспортировки сжиженных газов. Предприятие образовано в 1949 году. В 2015 году оно прошло масштабное обновление. Около 70 % технических газов в России, в том числе кислорода, производится на оборудовании Криогенмаша.

Сколько кислорода поступает из океана?

Поверхностный слой океана изобилует фотосинтетическим планктоном. Хотя они невидимы невооруженным глазом, они производят больше кислорода, чем самые большие секвойи.

По оценкам ученых, 50-80% кислорода на Земле производится из океана. Большая часть этой продукции приходится на океанический планктон — дрейфующие растения, водоросли и некоторые бактерии, которые могут фотосинтезировать. Один конкретный вид, прохлорококк, является самым маленьким фотосинтезирующим организмом на Земле.Но эта маленькая бактерия производит до 20% кислорода во всей нашей биосфере. Это более высокий процент, чем во всех влажных тропических лесах на суше, вместе взятых.

Вычислить точное процентное содержание кислорода, производимого в океане, сложно, поскольку его количество постоянно меняется. Ученые могут использовать спутниковые снимки для отслеживания фотосинтезирующего планктона и оценки количества фотосинтеза, происходящего в океане, но спутниковые снимки не могут рассказать всей истории.Количество планктона меняется в зависимости от сезона и в ответ на изменения содержания питательных веществ в воде, температуры и других факторов. Исследования показали, что количество кислорода в определенных местах меняется в зависимости от времени суток и приливов.

Важно помнить, что хотя океан производит не менее 50% кислорода на Земле, примерно такое же количество потребляется морскими обитателями. Как и животные на суше, морские животные используют кислород для дыхания, а растения и животные используют кислород для клеточного дыхания.Кислород также потребляется при разложении мертвых растений и животных в океане.

Это особенно проблематично, когда цветение водорослей умирает, а в процессе разложения кислород используется быстрее, чем он может быть восполнен. Это может привести к образованию участков с очень низкой концентрацией кислорода или гипоксии. Эти области часто называют мертвыми зонами, потому что уровень кислорода слишком низкий, чтобы поддерживать большую часть морских обитателей. Национальные центры прибрежных океанических исследований NOAA проводят обширные исследования и прогнозируют цветение водорослей и гипоксию, чтобы уменьшить вред, наносимый экосистеме океана и окружающей человека среде.

Производство кислорода — обзор

Скорость фотосинтеза классически измеряется как скорость газообмена (O 2 или CO 2 ). Термин «газообмен» правильно указывает на то, что измеряется общий бюджет O 2 и CO 2 , и не существует простого способа изолировать скорости продуцирования O 2 или CO 2 , используемого в фотосинтезе, от те, кто участвует в других клеточных процессах и реакциях. Во многих случаях это не слабость.Например, эколог может захотеть узнать обменный курс diel net O 2 или CO 2 листа, растения или растительного сообщества, чтобы связать его с чистым ростом. Однако в других случаях физиолог может захотеть узнать конкретную реакцию фотосинтетической системы на определенные параметры окружающей среды. Здесь расчет общей фотосинтетической эволюции O 2 или поглощения, фиксации и восстановления CO 2 должен включать допущения относительно других метаболических процессов, в которых также участвуют обмены O 2 и CO 2 .Среди этих «других процессов» следует отметить митохондриальное, или «темное», дыхание (которое, конечно, также происходит на свету). Морские травы, в отличие от водорослей, имеют обширные корни и корневища. Поскольку эти ткани похоронены под землей, их скорость дыхания не может быть легко зафиксирована на месте. Только для более прямых измерений скорости обмена фотосинтетического газа существует сложный вариант использования краткосрочных обменных курсов O 2 и / или CO 2 , помеченных стабильными изотопами, но это невозможно сделать в полевых условиях.Использование радиоактивно маркированного CO 2 (т.е. 14 CO 2 или H 14 CO 3 ) на месте проблематично для неповрежденных морских водорослей с точки зрения загрязнения. Радиоизотопные методы обычно используются для фитопланктона (Falkowski and Raven 1997).

Поскольку коэффициент газообмена O 2 / CO 2 для фотосинтеза и дыхания близок к 1, оба газа могут быть измерены при оценке чистой или общей скорости фотосинтеза.Методы измерения фотосинтеза с использованием CO 2 не были включены, поскольку трудно измерить концентрацию растворенного CO 2 из-за более высоких концентраций (в морской воде в несколько сотен раз) ионных форм неорганического углерода HCO 3 и CO 3 2-. Хотя можно преобразовать эти последние формы углерода в CO 2 , оборудование для измерения этого газа дорогое и использовалось в основном для надводных растений.Поэтому измерения CO 2 будут упомянуты только вскользь, но заинтересованный читатель может обратиться к Leuchner and Rees (1993) и Leuchner et al. (1998), которые описывают использование инфракрасного газового анализа (IRGA) для in situ измерений обмена CO 2 на вылетающих листьях Zostera .

O
2 Обмен

Измерения обмена O 2 основаны на регистрации изменений концентраций O 2 вокруг растений. Существует несколько способов измерения концентрации кислорода в воде, но для фотосинтеза морских водорослей это обычно выполняется либо а) с помощью электродов O 2 , либо б) химическим анализом.Важно понимать, что любой метод, который измеряет изменения концентрации кислорода в окружающей воде, измеряет чистый результат O 2 , произведенного в процессе фотосинтеза, и, соответственно, O 2 , участвующего в других реакциях. К ним относятся митохондриальное дыхание, фотодыхание (если присутствует), реакция Мелера и восстановление нитратов (последнее из которых является единственным, за исключением фотосинтеза, где O 2 производится, а не потребляется). Хотя есть способы отделить участие O 2 во всех этих других клеточных реакциях, на практике большинство ученых считают целесообразным корректировать скорость чистого фотосинтеза только для скорости митохондриального дыхания (или «темнового дыхания»), когда скорость поиск истинного (или грубого) фотосинтеза, поскольку многие водоросли показывают лишь ограниченную скорость фотодыхания (Beer 1989).

O 2 Обмен измеряется путем помещения листьев, растений или небольших участков растений в определенные объемы морской воды и измерения изменений концентрации в морской воде O 2 внутри ограждений. Измерение даст оценку чистого газообмена, которая при измерении на свету равна чистой скорости фотосинтеза. Для оценки степени общего фотосинтеза (только фотосинтетическая эволюция O 2 ) также измеряется потребление O 2 в темноте (до или после инкубации на свету или в параллельных экспериментальных установках), что позволяет net O 2 обмен с поправкой на скорость темнового дыхания.

Поскольку метод обмена O 2 по своей сути включает в себя камеры (например, камеры или бутылки), отсутствие надлежащего перемешивания в этих камерах может сильно занижать истинные скорости обмена O 2 на месте из-за увеличенного расстояния диффузии растворенных веществ, например Ci (Koch 1994), в листья. Кроме того, если используются электроды O 2 , они обычно предназначены для измерения воды. Это, а также тот факт, что исходная (фоновая) концентрация O 2 в воздухе в несколько раз выше, чем в воде, делают измерения обмена O 2 практичными только для погруженных растений (в то время как надводные приливные водоросли необходимо измерять по-другому, e .г., по бирже CO 2 ).

При измерении фотосинтетического обмена O 2 на свету следует проявлять осторожность, чтобы не допустить, чтобы замкнутая среда с морской водой достигла слишком высоких концентраций растворенного O 2 , потому что 1) могут образовываться пузырьки, которые, даже будучи маленькими, могут накапливать большие количества O 2 и 2) на фотосинтез может отрицательно влиять O 2 через фотодыхание (Beer 1989). По этим причинам рекомендуется не допускать повышения концентрации O 2 выше прибл.50% значений воздушного равновесия. При измерении скорости темнового дыхания следует отметить, что такие скорости могут зависеть от светового режима до начала эксперимента, как видно на примере Ulva sp. (Бир и др., 2000). Увеличение скорости темнового дыхания с увеличением освещенности можно было измерить только сразу после затемнения водорослей, и поэтому рекомендуется проводить такие измерения в течение как можно более короткого времени после того, как водоросли подвергаются воздействию темноты.

Продолжительное время инкубации на свету обычно также вызывает повышение pH морской воды, либо потому, что CO 2 удаляется из среды, либо, если используется HCO 3 , потому что OH «остается». позади », поскольку HCO 3 обезвоживается до CO 2 (через H 2 CO 3 ) перед его утилизацией. Изменения pH повлияют на пропорциональные концентрации между различными формами Ci (Johnson 1982), и это, безусловно, повлияет на скорость фотосинтеза большинства морских водорослей.Поскольку большинство морских водорослей демонстрируют более высокое сродство к CO 2 , чем к HCO 3 (Beer 1989), увеличение pH вызовет снижение скорости фотосинтеза, поскольку большая часть растворенного CO 2 преобразуется в HCO 3 . PH среды может также влиять на физиологические процессы поглощения, в том числе, возможно, на процесс поглощения HCO 3 (Björk et al. 1997) в водорослях, например, влияя на электрохимические градиенты и поток протонов через плазматические мембраны.Поэтому снова рекомендуется сводить время инкубации к минимуму и менять среду как можно чаще, но при этом позволять накапливать O 2 поддающимся измерению образом. Также рекомендуется не использовать буферы для стабилизации pH во время инкубации, поскольку это может ослабить градиенты pH, формируемые растением через плазматическую мембрану (Hellblom et al. 2001). Предпочтительный способ поддерживать стабильные значения pH — использовать короткое время инкубации.

Морские травы обладают эндогенными ритмами, и их фотосинтетическая активность может повышаться или понижаться в течение дня.Таким образом, скорости фотосинтеза, измеренные утром, могут не отражать скорости при той же освещенности днем. Для общего бюджета обмена газа курсы должны измеряться в различные периоды дня, чтобы либо соотнести их с этим временем дня, либо интегрировать их за день.

Еще одна вещь, которую следует иметь в виду при измерении скорости газообмена в морских травах, — это наличие лакун в листьях. Эти газовые пространства могут действовать как поглотители или источники для O 2 в переходных условиях света и темноты.Например, если листья переходят из темноты в свет, то заполнение лакун O 2 может задержать установившийся равновесный поток O 2 из листьев. При переходе от света к темноте может потребоваться время, прежде чем будет достигнута установившаяся частота дыхания (но этому может противостоять более высокая частота дыхания сразу после периодов высокой освещенности, см. Выше). Это важно, особенно если требуются краткосрочные ответы после освещения или затемнения растений, но не касается измерений в условиях устойчивого состояния.Фотодыхание (если присутствует, см. Beer 1989) также может быть обозначено измерениями O 2 . Поскольку скорость фотодыхания увеличивается за счет высоких концентраций O 2 , простой способ идентифицировать процесс — наблюдать, уменьшаются ли темпы фотосинтетического выделения O 2 , в то время как концентрация O 2 в морской воде увеличивается во время эксперимента. период. Здесь, как и во всех камерных экспериментах, следует убедиться, что возрастающие концентрации O 2 не вызывают увеличения утечки O 2 из кожухов (которые очень редко можно полностью герметизировать).Аналогичным образом необходимо убедиться, что при увеличении концентрации O 2 в измерительных камерах не образуются пузырьки; опять же, такие пузырьки могут накапливать большие количества O 2 , растворенная концентрация которого затем уменьшается, и это может быть неверно истолковано как более низкая скорость фотосинтеза при высоких концентрациях O 2 . Один из способов избежать образования пузырьков O 2 во время длительной инкубации состоит в том, чтобы снизить исходную концентрацию кислорода в морской воде путем барботирования N 2 перед изоляцией растений.Однако для полевых измерений это обычно обременительно или непрактично. Концентрации O 2 в инкубационной среде обычно измеряются с помощью кислородных электродов или титрования Винклера.

O 2 электродов: Существует множество марок электродов O 2 , но наиболее распространены все электроды типа «Кларк». Принцип этих электродов заключается в измерении потока электронов, происходящих от прибл. Поляризационное напряжение 0,8 В. Этот поток электронов вызван и пропорционален восстановлению O 2 до H 2 O 2 , поскольку первый растворяется в электролите после диффузии через тонкую мембрану на кончике электрода (Walker 1993). .Установки электродов O 2 обычно предназначены для лабораторных работ, но есть коммерчески доступные электроды для использования в полевых условиях, и многие исследователи также создали свои собственные системы. В некоторых исследованиях эволюция O 2 также измерялась in situ с помощью специально адаптированных подводных камер (Dunton and Tomasko 1994, Herzka and Dunton 1997). Поскольку электроды O 2 также чувствительны к сульфидам, следует соблюдать осторожность при их использовании вблизи анаэробных отложений, где часто присутствуют сульфиды.O 2 Показания электрода также сильно зависят от температуры, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы поддерживать такую ​​же температуру во время измерений. Альтернативой непрерывным измерениям O 2 на месте является измерение концентрации O 2 в замкнутом объеме воды (или его частичных образцах) до и после определенного периода инкубации с использованием системы электродов O 2 , например , на берегу. Если это так, необходимо убедиться, что в течение периода измерения достигается установившееся состояние замены O 2 .

Химический O 2 определений: Другой способ измерения концентрации O 2 до и после инкубации — химический анализ. Выбранный метод — «метод Винклера», который включает окисление марганца и цветную реакцию с йодом. В любом справочнике по химии воды / морской среды будут описаны методы титрования по Винклеру (например, Strickland and Parsons 1972), как и справочники по психологическим методам (например, Littler and Littler 1985). Титрование по Винклеру может выполняться также для объемов, меньших, чем рекомендованные в справочниках (обычно образцы морской воды объемом 300 мл), при условии, что реагенты также используются в пропорционально меньших объемах.

Пример производства кислорода

Целью этого смоделированного эксперимента было оценить фотосинтетическое производство O 2 мата из морских водорослей, включая его эпифиты и другие второстепенные биотические компоненты (например, придонные бактерии), на глубине 2 м под определенным полуденное сияние. Ограждение объемом 5 л занимало площадь 200 см 2 зарослей водорослей. Были получены следующие результаты:

05 9028 20 B
Концентрация (мкМ) Количество (мкмоль) A Скорость газообмена (ммоль м -2 ч -1 )
Начальная O 2 на свету 285 1425
Final O 2 на свету 315 1575
Net O 2 обмен на свет
Начальный O 2 в темноте 290 1450
Конечный O 2 в темноте 275 1375 902 902 обмен в темноте -10 C
Общий фотосинтетический O 2 эволюция 30 C 9 0285

В заключение, результаты показывают, что этот слой морских водорослей имел чистую скорость газообмена, равную 20 ммоль O 2 м -2 с -1 .Из них 30 ммоль O 2 м -2 с -1 было произведено путем фотосинтеза, а 10 ммоль O 2 м -2 с -1 было потреблено при темновом дыхании.

Источнику кислорода на половине Земли уделяется мало внимания

Рыбы, киты, дельфины, крабы, морские птицы и почти все, что делает жизнь в океане или за его пределами, обязаны своим существованием фитопланктону, одноклеточным растениям, которые живут поверхность океана.

Фитопланктон лежит в основе того, что ученые называют биологической продуктивностью океана, способностью водоема поддерживать жизнь, такую ​​как растения, рыбы и дикие животные.

«Показателем продуктивности является чистое количество углекислого газа, поглощаемого фитопланктоном», — сказал Хорхе Сармьенто, профессор атмосферных и океанических наук в Принстонском университете в Нью-Джерси.

Одноклеточные растения используют энергию солнца для преобразования углекислого газа и питательных веществ в сложные органические соединения, которые образуют новый растительный материал. В этом процессе, известном как фотосинтез, растет фитопланктон.

Растительноядные морские существа питаются фитопланктоном.Плотоядные, в свою очередь, поедают травоядных, и так далее по пищевой цепочке до самых крупных хищников, таких как косатки и акулы.

Но как океан поставляет питательные вещества, необходимые фитопланктону для выживания и поддержки всего остального, что обеспечивает жизнь в океане или за его пределами? Детали, связанные с этим ответом, — это именно то, что Сармьенто надеется узнать.

Роберт Фруэн, метеоролог-исследователь из Океанографического института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, сказал, что понимание процесса, посредством которого фитопланктон получает питательные вещества океана, важно для понимания связи между океаном и глобальным климатом.

«Морские биогеохимические процессы одновременно реагируют на климат и влияют на него», — сказал Фруэн. «Изменение численности и видов фитопланктона может быть результатом изменений физических процессов, контролирующих поставку питательных веществ и доступность солнечного света».

Обеспечение кислородом

Фитопланктону для фотосинтеза и, следовательно, их выживания необходимы две вещи: энергия солнца и питательные вещества из воды. Фитопланктон поглощает их через клеточные стенки.

В процессе фотосинтеза фитопланктон выделяет в воду кислород.Половина кислорода в мире производится путем фотосинтеза фитопланктона. Другая половина вырабатывается посредством фотосинтеза на суше деревьями, кустарниками, травами и другими растениями.

Когда зеленые растения умирают и падают на землю или опускаются на дно океана, небольшая часть их органического углерода оказывается захороненной. Он остается там миллионы лет после того, как принял форму таких веществ, как нефть, уголь и сланец.

«Кислород, выпущенный в атмосферу, когда этот похороненный углерод был фотосинтезирован сотни миллионов лет назад, — вот почему у нас сегодня так много кислорода в атмосфере», — сказал Сармиенто.

Сегодня фитопланктон и наземные зеленые растения поддерживают устойчивый баланс количества атмосферного кислорода Земли, который составляет около 20 процентов смеси газов, по словам Фруэна.

Зрелый лес, например, поглощает углекислый газ из атмосферы во время фотосинтеза и превращает его в кислород, чтобы поддерживать новый рост. Но тот же самый лес выделяет сравнимые уровни углекислого газа, когда умирают старые деревья.

«В среднем, этот зрелый лес не имеет чистого потока углекислого газа или кислорода в атмосферу или из нее, если мы не вырубим все это для вырубки», — сказал Сармиенто.«Океан работает таким же образом. Большая часть фотосинтеза уравновешивается равным и противоположным количеством дыхания».

Поглотитель углерода

Леса и океаны не поглощают больше углекислого газа и не выделяют больше кислорода. Но деятельность человека, такая как сжигание нефти и угля для вождения автомобилей и обогрева домов, увеличивает количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу.

Большинство ученых мира согласны с тем, что эти возрастающие концентрации углекислого газа в атмосфере вызывают нагревание Земли.Многие исследователи считают, что это явление может привести к потенциально катастрофическим последствиям.

Некоторые исследователи утверждают, что обогащение океанов железом стимулировало бы рост фитопланктона, который, в свою очередь, улавливал бы избыток углерода из атмосферы Земли. Но многие исследователи океана и атмосферы спорят, действительно ли это поможет быстро решить проблему глобального потепления.

Исследования Фруэна и его коллеги из Института океанографии Скриппса Сэма Якобеллиса показывают, что увеличение количества фитопланктона может фактически привести к потеплению Земли из-за увеличения поглощения солнечной энергии.

«Наше моделирование показывает, что при увеличении численности фитопланктона в верхнем слое океана повышается температура поверхности моря, а также температура воздуха», — сказал Фруэн.

Как отмечает Сармиенто, фитопланктон получает большую часть углекислого газа из океанов, а не из атмосферы.

«Практически весь углекислый газ, поглощаемый фитопланктоном, поступает из глубины океана, точно так же, как питательные вещества, где бактерии и другие организмы производили его, вдыхая органическое вещество, которое опустилось с поверхности», — сказал Сармиенто.

Пластиковые продукты выщелачивания ухудшают рост и выработку кислорода прохлорококков, наиболее распространенных фотосинтетических бактерий в океане

Пластиковые продукты выщелачивания отрицательно влияют на рост

Prochlorococcus

Фильтры обычных пластиковых предметов (хозяйственные пакеты из полиэтилена высокой плотности и маты из ПВХ) были изготовлены с использованием стерильной искусственная морская вода. Экспоненциально-фазовые культуры Prochlorococcus были инокулированы в среды, содержащие ряд разведений фильтрата (полученных разведением объема / объема в среде AMP1 50, 25, 12.5, 6,25 и 3,125% для HDPE; 10, 2, 1, 0,5 и 0,25% для ПВХ) вместе с эквивалентными контролями (среда AMP1 без добавления фильтрата). Разбавления фильтрата, используемые для мониторинга роста и фотофизиологии, были выбраны после предварительных испытаний, которые показали, что фильтрат ПВХ имел значительно больший эффект, чем HDPE при эквивалентных концентрациях.

Рост был нарушен как для Prochlorococcus MIT9312, так и для NATL2A во всем диапазоне испытанных разведений выщелачивания HDPE и PVC, как измерено с помощью проточного цитометрического подсчета флуоресцентных клеток хлорофилла (рис.1). MIT9312 быстрее реагировал на воздействие фильтрата HDPE и PVC, чем NATL2A. В MIT9312 значительное ( p <0,01) сокращение популяции наблюдалось через 48 часов для всех испытанных разведений фильтрата HDPE и PVC по сравнению с контролем, тогда как в NATL2A только два наиболее концентрированных продукта выщелачивания HDPE и PVC значительно отличались от контроля через 48 часов. h ( p -значения в дополнительных данных 1). После 72 часов воздействия плотность популяции обоих штаммов снизилась для всех исследованных уровней выщелачивания HDPE и PVC (рис.1а – г). Для каждого пластика более высокие концентрации фильтрата приводили к большему снижению плотности населения, указывая на то, что воздействие фильтрата влияло на популяции клеток в зависимости от дозы (рис. 1a – d).

Рис. 1

Рост популяции Prochlorococcus MIT9312 и NATL2A в присутствии разбавленных продуктов выщелачивания HDPE и PVC по сравнению с 0% контрольным продуктом выщелачивания (среда AMP1). Показаны кривые роста ( a d ) и скорости роста ( e , f ) для каждого вида обработки.Точки данных представляют собой средние значения трех биологически независимых образцов с полосами ошибок, представляющими стандартное отклонение (полосы ошибок не видны там, где значения были меньше символов). Строчные буквы в 72-часовых точках времени в a d означают, какие виды лечения, как было установлено, значительно различались ( p <0,01) по плотности популяции через 72 часа после воздействия; исходные данные и точные значения p для всех временных точек представлены в дополнительных данных 1

Темпы роста популяции также снижались дозозависимым образом в течение трех дней эксперимента (рис.1д, е). Оба штамма Prochlorococcus показали общую отрицательную скорость роста на протяжении всего эксперимента при воздействии разведениями фильтрата HDPE от 12,5 до 50%. Воздействие фильтрата ПВХ привело к значительно большему влиянию на рост MIT9312 по сравнению с NATL2A. Все испытанные разведения фильтрата ПВХ приводили к отрицательной скорости роста для MIT9312, тогда как NATL2A был способен поддерживать положительную скорость роста для разведения ПВХ от 0,25 до 1%.

Пластиковые продукты выщелачивания нарушают фотосинтез

Prochlorococcus

Помимо воздействия на рост популяции, воздействие фильтрата оказало сильное дозозависимое влияние на фотохимическую эффективность фотосистемы II (ФСII) как у Prochlorococcus, MIT9312, так и у NATL2A (рис.2а – г). Как и в случае роста популяции, наблюдались различия в отношении чувствительности к дозе и времени реакции двух штаммов. Эффективный квантовый выход PSII (Φ PSII ) был значительно ( p <0,01) снижен при воздействии выщелачивания HDPE в MIT9312 во всех испытанных разведениях и во всех испытанных разведениях, кроме самой низкой концентрации (3,125%) в NATL2A (рис. 2a, b. , Дополнительная таблица 2). Оба штамма показали значительное снижение Φ PSII через 24 часа для 12-ти разведения выщелачивающего раствора HDPE.От 5 до 50%. Однако штаммоспецифические различия были очевидны через 48 часов: Φ PSII был затронут в MIT9312 во всех испытанных разведениях и снизился до неопределяемых уровней для 12,5% фильтрата HDPE, тогда как снижение Φ PSII было более умеренным в NATL2A. Воздействие 10% фильтрата ПВХ (самая высокая протестированная концентрация) привело к очень быстрому снижению эффективного квантового выхода ФСII у обоих штаммов. Измерения Φ PSII через 3 часа после воздействия показали, что к этому времени не было обнаруживаемой активности PSII ни в одном из штаммов при данной обработке.Промежуточные и низкие концентрации ПВХ снова привели к более быстрому и выраженному снижению Φ PSII для MIT9312, чем NATL2A, а обработка 0,25% фильтрата ПВХ не оказала значительного влияния на NATL2A Φ PSII (рис. 2c, d, p -значения в дополнительной таблице 2).

Рис. 2

Фотосинтетическая способность Prochlorococcus MIT9312 и NATL2A в присутствии разбавленных продуктов выщелачивания HDPE и PVC по сравнению с 0% контрольным продуктом выщелачивания (среда AMP1).Измерения эффективного квантового выхода ФСII (Φ PSII, ) ( a d ) и скоростей продукции кислорода ( e h ) для Prochlorococcus MIT9312 и NATL2A, а также популяций, подвергшихся воздействию выщелачивания через 3, 24 и 48 ч выдержки. Точки данных взяты из трех независимых биологических образцов (за исключением измерений скорости продуцирования кислорода для 3-часового контроля NATL2A в эксперименте с HDPE, где n = 2). В e h была протестирована подгруппа разведений фильтрата, и после регистрации отрицательной скорости продуцирования кислорода (указывающей, что скорость дыхания, вероятно, была выше, чем скорость продуцирования кислорода) больше никаких измерений не производилось.Звездочки используются для обозначения обработок, для которых измерения значительно отличались ( p <0,01) от контроля в исследуемый момент времени; исходные данные и точные значения p для всех моментов времени представлены в дополнительных данных 2

Явное снижение скорости производства кислорода также наблюдалось после воздействия фильтрата HDPE и PVC. Для обоих штаммов, подвергшихся воздействию продуктов выщелачивания HDPE, уровень продукции кислорода начал снижаться с 24 часов (рис. 2e, f, дополнительная таблица 2).Небольшое увеличение скорости производства кислорода наблюдалось в MIT9312 после 3-часового воздействия 6,25% фильтрата HDPE, что может означать начальное усилие для получения энергии при воздействии стресса. Воздействие как 2%, так и 10% фильтрата ПВХ оказало значительное отрицательное влияние на скорость продуцирования кислорода в течение 3 часов у обоих штаммов (рис. 2g, h, дополнительная таблица 2). К 24 часам производство кислорода прекратилось для культур MIT9312, подвергшихся воздействию всех тестируемых концентраций ПВХ, тогда как NATL2A продолжал производить кислород на уровнях, аналогичных контролю для 0.5% ПВХ до 48 ч.

Воздействие фильтрата приводит к глобальным изменениям транскрипции

Глобальный транскриптомный анализ (RNA-Seq) был проведен для определения ранней стадии транскрипционного ответа на воздействие фильтрата с использованием разведений, которые препятствовали росту популяции обоих штаммов после 24-48 часов воздействия (50% HDPE; 2% PVC по сравнению с контролем без фильтрата). В MIT9312 воздействие фильтрата привело к значительной ( p <0,01) дифференциальной транскрипции большого количества кодирующих генов: 589 для PVC и 403 для HDPE, тогда как в NATL2A повлияла существенно меньшая доля: 66 для PVC и 136 для HDPE. (Дополнительные данные 3 и 4).Высокочувствительные гены (log 2 -кратные изменения больше чем ± 1) были сопоставлены с категориями кластеров ортологичных групп (COG) и генной онтологии (GO), чтобы идентифицировать процессы, на которые транскрипционно повлияли обработки воздействием фильтрата (дополнительная таблица 1).

Исследование генов, чувствительных к транскрипции, показало, что на ряд процессов сильно повлияло воздействие фильтрата в MIT9312 (рис. 3, дополнительная таблица 1). Воздействие обоих продуктов выщелачивания привело к усилению транскрипции общих генов реакции на стресс, таких как groEL , dnaK , clpP и ftsH .Обе обработки выщелачиванием также привели к сильным положительным транскрипционным ответам в большом количестве генов семейства hli (индуцируемых высоким светом). В Prochlorococcus MED4 было показано, что гены hli транскрипционно чувствительны к специфическим стрессовым условиям, предполагая, что они играют роль в окислительных и других стрессах, связанных с фотосинтезом 22 . Неохарактеризованный, специфичный для Prochlorococcus регулятор транскрипции (PMT9312_RS06030) также очень сильно активируется под воздействием обоих выщелачиваний и может играть роль в координации клеточного ответа на стресс, вызванный пластиковым выщелачиванием.

Рис. 3

Схематическая модель Prochlorococcus MIT9312, показывающая ключевые гены и функции со значительными ответами на кратковременное воздействие фильтрата полиэтилена высокой плотности и ПВХ на основе транскриптомных данных. Наборы высокочувствительных генов как в MIT9312, так и в NATL2A, организованные по функциональным категориям, перечислены в дополнительной таблице 1, а полные списки дифференциально транскрибируемых генов для MIT9312 и NATL2A можно найти в дополнительных данных 3 и 4, соответственно

В MIT9312 гены, связанные с первичное производство оказалось одним из наиболее пострадавших от воздействия фильтрата.Транскрипция была сильно снижена для ряда генов, связанных с фиксацией углерода MIT9312, при воздействии обоих продуктов выщелачивания по сравнению с контролем (рис. 3, дополнительная таблица 1). Среди набора, показывающего наибольшее кратное изменение, был кластер из пяти генов (PMT9312_RS02820-40), кодирующих белок механизма концентрации углекислого газа CcmK, как субъединицы RUBISCO, так и белки оболочки карбоксисомы. Гены, вовлеченные в фотосинтез и сбор света, также показали четкие изменения уровня транскрипции при обоих воздействиях выщелачивания, что соответствует наблюдаемым фотофизиологическим ответам.Воздействие выщелачивания ПВХ привело к существенному снижению транскрипции почти всех генов, кодирующих субъединицы фотосистемы I ( psaA, B, C, D, E, F, J, K, L ), большей части фотосистемы II ( psbB, H, J, M, O, T, Z ), субъединицы комплекса цитохрома b 6 -f (petA, C, G) и биосинтез фотосинтетического пигмента (дополнительные данные 3). Напротив, транскрипционное влияние выщелачивания HDPE MIT9312 на гены, связанные с фотосинтезом, было менее выражено, при этом транскрипция значительно снижена для pcbD , кодирующего Chl a / b , связывающего светособирающий белок, и генов, связанных с фотосистемой II ( psbB, J, K, T, O и PMT9312_RS06075, кодирующие PsbF-подобный белок), тогда как два гена psbA показали значительное увеличение транскрипции (дополнительные данные 3).В ответ на обработку пластиковым выщелачиванием как ПВХ, так и полиэтилена высокой плотности, гены, участвующие в репарации фотосистемы (Psb28, как сообщается, участвуют в механизмах репарации PSII у цианобактерий 23 и PsbN, участвуют в репарации из-за фотоингибирования у высших растений 24 ), были существенно усилены. .

Транскрипционный ответ выщелачивания MIT9312 также включал измененную транскрипцию ряда транспортных и связанных с клеточной стенкой / мембраной генов (рис. 3, дополнительные данные 3). Как в экспериментах с ПВХ, так и с HDPE, гены, кодирующие предполагаемый переносчик ABC оттока нескольких лекарственных препаратов (PMT9312_RS04330) и насос оттока главного фасилитатора устойчивости к тетрациклину, показали значительно более высокую транскрипцию в культурах, подвергшихся воздействию выщелачивания, по сравнению с контролем.В обоих случаях кратность изменения была выше для воздействия фильтрата ПВХ, чем для HDPE. В отличие от генов, ассоциированных с оттоком, ряд других переносчиков показал дифференциально сниженную транскрипцию в условиях воздействия фильтрата. Воздействие выщелачивания HDPE привело к снижению транскрипции транспортера железа ABC, связывающего субстрат белка PMT9312_RS06520, переносчика металла ABC пермеазы PMT9312_RS03095 и порина PMT9312_RS06535 по сравнению с контролем без выщелачивания. Воздействие выщелачивания ПВХ привело к относительному снижению транскрипции другого набора генов, которые также могут быть связаны с транспортом металлов: предполагаемый транспортер ABC марганца PMT9312_RS03085-90, катион: протонный антипортер PMT9312_RS08725 и транспортер анионов PMT9312_RS01090.Ряд генов в функциональной категории биогенеза клеточной стенки / мембраны также продемонстрировал сильное снижение транскрипции в условиях воздействия фильтрата, что также может влиять на перемещение веществ в клетку и из клетки.

В NATL2A значительно меньше генов транскрибировалось значительно дифференциально. Из генов, которые действительно показали сильный транскрипционный ответ на воздействие пластикового фильтрата, многие аннотированы как гипотетические белки и не имеют приписываемых функций (дополнительные данные 4).В функционально аннотированном наборе сильно дифференцированно транскрибируемых генов был ряд предполагаемых регуляторов, которые показали увеличение транскрипции в культурах, подвергшихся воздействию выщелачивания (дополнительная таблица 1). Регулятор реакции связывания ДНК PMN2A_RS05195 увеличивался под воздействием HDPE, тогда как регулятор транскрипции семейства GntR PMN2A_RS09350 увеличивался под воздействием PVC, что указывает на то, что регуляция ответа на воздействие фильтрата может быть опосредована различными генами в каждом штамме (дополнительная таблица 1).Другие значительные изменения транскрипции, наблюдаемые в NATL2A, включают снижение транскрипции генов, участвующих в метаболизме азота при воздействии выщелачивающего раствора HDPE, со значительным снижением, наблюдаемым для генов, кодирующих ферредоксин-нитритредуктазу, переносчик нитрита, субстрат-связывающий белок переносчика мочевины ABC (PMN2A_RS09785, RS09790, RS08475) а также глобальный регулятор азота NtcA (RS01460). Воздействие выщелачивания ПВХ влияет на транскрипцию генов, связанных с биогенезом и транспортом клеточной стенки / мембраны, таких как сахарная трансфераза (PMN2A_RS07615) и порин (PMN2A_RS02250).

Фильтры выщелачивания представляют собой смесь органических и неорганических веществ

Исследовательские анализы выщелачиваемых веществ из полиэтилена высокой плотности и ПВХ были проведены для изучения их состава и попытки определить возможные факторы, способствующие наблюдаемому росту и транскриптомному воздействию. Ненаправленный анализ жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС) органических веществ в продуктах выщелачивания показал, что в продуктах выщелачивания пластмасс содержалась сложная смесь органических компонентов, но не было выявлено конкретных соединений.Продукты выщелачивания HDPE и PVC содержали 5877 и 10658 компонентов, соответственно, которые отсутствовали или наблюдались на значительно более низких уровнях в среде AMP1. Из них 5799 наблюдались в продуктах выщелачивания обоих пластиков, при этом ПВХ выщелачивал ряд дополнительных компонентов. Многие компоненты также оказались более распространенными в фильтрате ПВХ по сравнению с фильтратом HDPE или базальной средой AMP1 (дополнительный рисунок 1).

Хотя применяемый широкий химический скрининг не позволил идентифицировать отдельные химические соединения, был выполнен поиск в библиотеке базы данных масс-спектров mzCloud и списка масс экстрагируемых и выщелачиваемых веществ для обнаружения соединений.Наиболее высокообогащенные компоненты фильтрата не имели совпадений ни в одной из баз данных. Соответствие базам данных (предварительная идентификация) было получено для относительно небольшого числа сильно обогащенных (log 2 раз> 2) компонентов в фильтрате ПВХ и HDPE (168 и 53, соответственно, дополнительные данные 5).

Анализ элементного состава фильтрата, проведенный с использованием индуктивно-связанной плазмо-оптической эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии (ICP-OES и ICP-MS), выявил элементы, обогащенные фильтрами по сравнению с базовой средой.Цинк (Zn) наблюдался в более высоких концентрациях в фильтрате HDPE, чем в основной среде AMP1 (~ 31X). Продукт выщелачивания HDPE также содержал марганец и никель в концентрациях выше предела обнаружения метода (MDL), тогда как уровни в контроле были ниже этого уровня, что указывает на то, что они также в некоторой степени обогащены этими продуктами выщелачивания.

В продукте выщелачивания ПВХ Zn был сильно обогащен (~ 564X) по сравнению с базальной средой, а уровни стронция также были обогащены (~ 7X выше, чем базальная среда) (дополнительная таблица 2).Медь также измерялась на уровнях выше предела обнаружения метода (MDL) в образце фильтрата ПВХ, но была ниже этого предела в контроле, что свидетельствует о некоторой степени обогащения.

Амазонка не производит 20% кислорода Земли

Вопрос: Амазонка производит 20% кислорода в мире?

A: Нет. По оценкам ученых, этот процент близок к 6–9%, и в конечном итоге Амазонка потребляет почти весь этот кислород сама.

ПОЛНЫЙ ВОПРОС

Действительно ли тропические леса Амазонки производят 20% кислорода Земли? Откуда берутся остальные 80%?

ПОЛНЫЙ ОТВЕТ

Авг.20 августа космическое агентство Бразилии вызвало ажиотаж в СМИ, когда опубликовало спутниковые данные, показывающие тревожное количество лесных пожаров в тропических лесах Амазонки за последний год — почти 40 000, или на 77% больше, чем за тот же период в 2018 году.

Большинство пожаров началось с июня. НАСА также подтвердило всплеск, объявив 2019 год худшим годом для лесных пожаров в регионе с 2010 года. Ученые связывают всплеск пожаров с увеличением вырубки лесов, по крайней мере, некоторые из которых, по словам критиков, были поддержаны президентом Бразилии Жаиром Болсонару.

По мере того, как новостные агентства по всему миру подхватили эту историю, журналисты начали распространять фальшивый, но запоминающийся факт о том, что Амазонка производит 20% мирового кислорода. ABC, CNN и Newsweek, среди прочих, привели статистические данные.

Затем к ним присоединились политики, повторяя этот факт, чтобы привлечь внимание к пожарам. Например, сенатор Камала Харрис, кандидат в президенты от Демократической партии, разделила это число и предположила, что оно еще выше. «Амазонка производит более 20% кислорода в мире и является домом для одного миллиона коренных жителей», — сказала она в августе.23 твита.

Президент Франции Эммануэль Макрон также привел статистические данные в своем твите от 22 августа, в котором он призвал мировых лидеров заняться устранением пожаров на саммите «большой семерки». (Его твит сопровождался устаревшей фотографией горящего леса 1989 года.)

Наш дом горит. В прямом смысле. Дождевой лес Амазонки — легкие, которые производят 20% кислорода нашей планеты — горит. Это международный кризис. Члены саммита G7, давайте обсудим это чрезвычайное первоочередное задание через два дня! #ActForTheAmazon рис.twitter.com/dogOJj9big

— Эммануэль Макрон (@EmmanuelMacron) 22 августа 2019 г.

Читатели тоже спрашивали нас, верна ли статистика. Несмотря на его почти повсеместное распространение в Интернете после объявления о пожарах на Амазонке, ученые считают, что 20% -ная цифра завышена. Это число не только завышено, по крайней мере, наполовину, но и скрывает тот факт, что Амазонка потребляет почти весь производимый ею кислород.

Как сказал нам Гордон Бонан, старший научный сотрудник Национального центра атмосферных исследований в Колорадо: «Кислород — отвлекающий маневр.Бонан сказал, что он слышал о 20% фактоиде как минимум десять лет. Это настолько распространено, что он даже слышал, как это говорят школьникам во время экскурсий на его рабочем месте.

«Люди хотят поговорить о последствиях вырубки лесов», — сказал он. «Каким-то образом они ухватились за идею, что леса производят кислород. Это не то, что делает вырубка леса «.

Амазонка не критична, потому что она создает кислород для дыхания человека — в основном это было сделано фитопланктоном в море за миллионы лет.Наоборот, это связано с богатым биоразнообразием этого региона, его огромными запасами углерода и тем, как лес влияет на местный и глобальный климат.

Лучшая оценка

Вскоре после того, как СМИ, политики и другие люди начали делиться 20% фактоидом, ученые поняли, что это слишком много, и некоторые из них поделились своими расчетами, чтобы исправить это. В Twitter ученый-эколог и исполнительный директор некоммерческой организации Project Drawdown Джонатан Фоули подсчитал, что Амазонка производит около 6% или меньше кислорода на планете.

На другом берегу пруда Ядвиндер Малхи, эколог из Оксфордского университета, специализирующийся на тропических лесах Амазонки, набрал 9%.

Бонан сказал, что оба числа по существу одинаковы и находятся «в пределах приблизительной погрешности» для расчета.

Оба основаны на оценках того, сколько фотосинтеза — или того, что ученые называют первичной продукцией — делают тропические леса по отношению к общему количеству фотосинтеза на суше и в океане. Во время фотосинтеза растения и другие организмы, такие как водоросли, поглощают углекислый газ, а вместе с водой и небольшим количеством солнечного света создают углеводы и выделяют кислород.В результате объем фотосинтеза пропорционален количеству созданного кислорода.

Точные цифры различаются, но согласно исследованию, проведенному Фоули в 1995 году, и более поздней статье 2010 года Science , на которую ссылается Малхи, тропические леса производят от четверти до чуть более трети всего фотосинтеза на суше. Амазонка составляет примерно половину или меньше всех тропических лесов, поэтому только на нее приходится около 12–16% всего фотосинтеза суши. Как пишет Малхи в сообщении в блоге, посвященном этому вопросу, округление этой более высокой цифры может быть причиной 20% фактоида.

Но это все еще учитывая фотосинтез наземных растений. На океан приходится около половины всего фотосинтеза, а это означает, что только около 6-9% кислорода в мире, а возможно, и меньше, производится Амазонкой.

«Проведя немного большего анализа и более тщательного обзора литературы, мы, вероятно, сможем получить немного лучшую оценку с более конкретными неопределенностями», — сказал Скотт Салеск, экологический эколог Университета Аризоны, который согласился с приближением 6-9%.

Но, по словам Салеска, точный процент не имеет значения, потому что Amazon, как и любая другая экосистема, в конечном итоге потребляет почти весь производимый ею кислород. Возможно, удивительно, что растения поглощают около половины или более кислорода, который они производят, поскольку они, как и люди, дышат, используя кислород для расщепления углеводов для роста и выживания в обратной реакции фотосинтеза. Люди связывают дыхание с животными, но растения тоже — просто ученые обычно не обнаруживают его до ночи, когда растения перестают выделять кислород, сказал Бонан из NCAR.

Оставшаяся половина или около того кислорода Амазонки потребляется другими существами, в основном микроорганизмами, которые помогают разлагать опавшие листья, мертвую древесину и другие остатки тропических лесов. Таким образом, как объясняет Малхи в своем блоге, чистый вклад экосистемы Амазонки в мировой уровень кислорода «фактически равен нулю».

Происхождение кислорода на Земле

Так откуда же на Земле кислород, как не от растений? Ответ в том, что он произошел от растений и других фотосинтезирующих организмов — только тех, которые умерли давным-давно при уникальных обстоятельствах.

Атмосферный ученый из Университета штата Колорадо Скотт Деннинг сказал, что для чистого увеличения количества кислорода некоторая часть фотосинтетического материала, производящего кислород, никогда не должна гнить.

«Проще всего это сделать на дне моря, под илом», — сказал он в телефонном интервью. По словам Деннинга, по мере гибели фитопланктона или микроскопических водорослей большая часть из них будет съедена или сгниет. Но очень небольшое количество попадет в глубины океана в бескислородную среду, где будет сохраняться в течение длительного времени, в конечном итоге образуя нефть и газ.Поскольку водоросли никогда не разлагались, кислород, который они производили при жизни, не компенсировался, создавая таким образом небольшое количество дополнительного кислорода. Тот же самый процесс консервации может происходить на суше с заводами по производству угля, но для этого требуются особые условия. «Единственное настоящее место — торфяные болота», — сказал Деннинг.

По словам Деннинга, только около одной миллионной всего фотосинтетического вещества оказывается захороненным таким образом, поэтому в любой конкретный год создается лишь крошечный кусочек кислорода. Но за миллионы лет этот крошечный избыток кислорода накапливался — и именно поэтому сегодняшняя атмосфера состоит примерно на 21% кислорода.

Нет недостатка кислорода

Огромное количество кислорода, находящегося в настоящее время в атмосфере, — еще одна причина, по которой не нужно сетовать на выгорание Амазонки из-за страха, что на планете истощится кислород.

Это правда, что если бы широкие участки Амазонки превратились в дым, уровень кислорода упал бы, но очень, очень незначительно — и уж точно не до уровней, которые представляли бы опасность для людей. Согласно данным, собранным Институтом океанографии Скриппса, каждый год 19 из каждого миллиона молекул кислорода, или 0.002% теряется, в основном, от сжигания ископаемого топлива. Но в атмосфере уже столько кислорода, что эти мелкие изменения несущественны. Шанан Петерс, геолог из Университета Висконсин-Мэдисон, сказал Atlantic , что даже если все живое на Земле, кроме людей, сгорит, уровень кислорода упадет с 20,9% до 20,4%. По словам Деннинга, потребуются миллионы лет, чтобы полностью исчерпать запасы кислорода на Земле.

Представление о том, что несохранение тропических лесов приведет к истощению кислорода Земли, восходит как минимум к 1996 году, когда геохимик из Колумбии и новаторский исследователь изменения климата Уоллес Брокер нашел время, чтобы опровергнуть эту идею в университетском журнале.Между прочим, Брокер, возможно, был первым, кто использовал фразу «глобальное потепление», и одним из первых ученых, изучавших эту тему.

Идея о том, что уровень кислорода падает и может вызывать беспокойство, даже старше. В статье Science 1970 года Брокер провел математические расчеты, чтобы показать, что из-за обилия кислорода, уже присутствующего в нашей атмосфере, крошечные капли, ожидаемые от сжигания ископаемого топлива, практически не окажут никакого воздействия. По его словам, даже если все ископаемое топливо будет сожжено, будет потеряно менее 3% кислорода.«Утверждения о том, что этот важный ресурс находится под угрозой серьезного истощения, совершенно не обоснован», — написал он.

Вывод Брокера, сделанный почти полвека назад, актуален и сегодня. Нет необходимости беспокоиться о снижении уровня кислорода ни из-за ископаемого топлива, которое на самом деле является растением или похожими на растения остатками, ответственными за наши обильные запасы кислорода, или из-за живой, дышащей Амазонки.

Все еще стоит защищать

Несмотря на то, что Амазонка не несет ответственности за кислород, которым дышат люди, все ученые, с которыми мы говорили, подчеркивали, что это место очень особенное и заслуживает защиты.

В верхней части списка, сказал Салеск, находится почти не имеющее себе равных биоразнообразие Амазонки. «Это демонстрация и архив генетического наследия 300 миллионов лет эволюции, — сказал он, — ценность которого невозможно сказать, потому что мы просто еще не знаем, как читать все карты сокровищ, которые он содержит. . »

Амазонка также питает местный влажный климат, поскольку деревья поглощают воду, а затем выделяют большую часть ее в атмосферу в виде водяного пара. По словам Салиски, такая массовая переработка воды обеспечивает водой население юга и сельскохозяйственную житницу Южной Америки, расположенную в центральной части Бразилии.

«Большое беспокойство вызывает то, что, когда некоторые из этих деревьев теряются, рециркуляция воды прекращается по коленям, что угрожает целостности всей системы», — сказал он. «Мы опасаемся, что вскоре мы переступим порог исчезновения лесов, точку невозврата, после которой насос рециркуляции воды станет недостаточным для обслуживания системы, и мы увидим исчезновение лесов независимо от дальнейших нападений человека».

С точки зрения ограничения изменения климата, сохранение Амазонки невероятно важно из-за огромного количества углерода, хранящегося в лесу.Согласно статье Nature 2015 года, Амазонка содержит около 150-200 метрических гигатонн углерода в своей биомассе и почве, что делает ее «одним из крупнейших экосистемных резервуаров углерода на Земле».

«Если бы лес сгорел или вымер и был бы заменен пастбищами, — сказал Деннинг, — тогда в атмосферу было бы выброшено огромное количество CO2». По его оценкам, этого будет достаточно, чтобы повысить концентрацию газа примерно на 100 частей на миллион — это почти на 25% больше по сравнению с нынешними уровнями.

Есть также некоторые свидетельства того, что Амазонка может помочь удалить часть избыточного углекислого газа, который закачивается в атмосферу при сжигании ископаемого топлива. Именно из-за избыточного содержания CO2 в воздухе растения могут расти немного быстрее, что на данный момент может означать небольшое чистое удаление CO2 в экосистеме Амазонки, если обезлесение ограничено. Но Деннинг предупредил, что это горячо обсуждаемая тема, и ученые расходятся во мнениях относительно того, способен ли какой-либо тропический лес поглощать из воздуха больше СО2, чем вводит обратно.

«Даже если они забирают чистый углерод из атмосферы, это не более 1% фотосинтеза», — сказал он.

Наконец, даже помимо изменения климата, ученые подозревают, что отсутствие Амазонки изменит условия в других частях земного шара, изменив то, как распространяется жара и где растет растительность, как показало одно из исследований Салески по моделированию.

Ученые сказали нам, что именно по этим причинам — а не из-за опасности надвигающегося удушья — общество должно защищать Амазонку.Хотя некоторые люди утверждают, что причина не имеет значения, пока преобладает сохранение природы, ученые с этим не согласны. Как сказал в Твиттере Джонатан Фоули, ученый, который пришел к оценке в 6%, «выдвижение заведомо ложных« фактов »для продвижения дела, даже хорошего, все равно неверно. Мы попали в эти экологические беспорядки, не прислушиваясь к науке. И мы не можем выйти из них, игнорируя науку ».

Источники

де Оливейра Андраде, Родриго. «Тревожный всплеск пожаров на Amazon вызывает возмущение во всем мире.Новости природы. 23 августа 2019.

Андреони, Мануэла и Кристин Хаузер. «В этом году в тропических лесах Амазонки участились пожары». Нью-Йорк Таймс. 21 августа 2019.

Обсерватория Земли НАСА. Увеличение активности пожаров в Amazon в 2019 г. 23 августа 2019 г., по состоянию на 30 августа 2019 г.

Эскобар, Хертон. «Нет никаких сомнений в том, что пожары в Бразилии связаны с вырубкой лесов, — говорят ученые». Новости науки. 26 августа 2019.

Маккарти, Келли. «Обширные пожары в тропических лесах Амазонки« поистине душераздирают », — говорит исследователь NatGeo.ABC News. 22 августа 2019.

Юнг, Джесси и Абель Альварадо. «Тропический лес Амазонки в Бразилии горит с рекордной скоростью, — утверждает исследовательский центр». CNN. 22 августа 2019.

Ван Хаген, Изобель. «#PRAYFORAMAZONIA: Фотографии огненного шоу в тропических лесах Амазонки, опустошающего одну из крупнейших экосистем в мире». Newsweek. 21 августа 2019.

Харрис, Камала (@KamalaHarris). «Президент Бразилии Болсонару должен ответить за эти разрушения. Амазонка производит более 20% кислорода в мире и является домом для одного миллиона коренных жителей.Любое разрушение затрагивает всех нас ». Twitter. 23 августа 2019.

Макрон, Эммануэль (@EmmanuelMacron). «Наш дом горит. В прямом смысле. Дождевой лес Амазонки — легкие, которые производят 20% кислорода нашей планеты — горит. Это международный кризис. Члены саммита G7, давайте обсудим это чрезвычайное положение в первую очередь через два дня! #ActForTheAmazon ». Twitter. 22 августа 2019.

Тардагила, Кристина. «Мадонна, Леонардо Ди Каприо, Криштиану Роналду и Эммануэль Макрон не проверяли факты перед тем, как опубликовать фотографии о пожарах на Амазонке.Пойнтер. 23 августа 2019.

Бонан, Гордон. Старший научный сотрудник Национального центра атмосферных исследований. Интервью с FactCheck.org. 28 августа 2019.

Малхи, Ядвиндер. «Обеспечивает ли Амазонка 20% нашего кислорода?» Сообщение в блоге «Путешествия в науке об экосистемах». 24 августа 2019 г., по состоянию на 30 августа 2019 г.

Гоф, Крисофер М. «Наземное первичное производство: топливо для жизни». Знания о естественном образовании. 3 (10): 28, (2011).

Фоли, Джонатан А. «Равновесная модель земного углеродного бюджета.”Tellus B: Химическая и физическая метеорология. Том 47, Выпуск 3 (1995).

Пиво, Christian, et. al. «Валовое поглощение двуокиси углерода землей: глобальное распределение и ковариация с климатом». Наука. Vol. 329, Issue 5993, pp. 834-838 (2010).

Салеск, Скотт. Доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны. Электронное письмо отправлено на FactCheck.org. 29 августа 2019.

Деннинг, Скотт. «Пожары Амазонки разрушительны, но они не истощают запасы кислорода на Земле.» Разговор. 26 августа 2019.

Деннинг, Скотт. Профессор атмосферных наук Государственного университета Колорадо. Интервью с FactCheck.org. 30 августа 2019.

NOAA. Что такое фитопланктон ?. Последнее обновление 25 июня 2018 г. Дата обращения 30 августа 2019 г.

Программа Scripps O2. Часто задаваемые вопросы. Институт океанографии Скриппса. По состоянию на 30 августа 2019 г.

Браннен, Питер. «Амазонка — не легкие Земли». Атлантический океан. 27 августа 2019.

Брокер, Уоллес С.«Et tu, O2?» 21-й класс Колумбийского университета, 1996 г.

Шварц, Джон. «Уоллес Брокер, 87 лет, умирает; Звуковое раннее предупреждение об изменении климата ». Нью-Йорк Таймс. 19 февраля 2019.

Брокер, Уоллес С. «Человеческие запасы кислорода». Наука. Vol. 168, Issue 3939, pp. 1537-1538, 1970.

.

Фоли, Джонатан. Исполнительный директор, «Просадка проекта». Интервью и электронное письмо отправлено на FactCheck.org. 29 августа 2019.

Brienen, R. J. W. et. al. «Долгосрочное сокращение стока углерода Амазонки.» Природа. Том 519, стр. 344-348, (2015).

Нет, пожары Амазонки не истощат запасы кислорода на Земле. Вот почему.

Пожары в тропических лесах Амазонки в последние дни привлекли внимание всего мира. Президент Бразилии Жаир Болсонару, вступивший в должность в 2019 году, пообещал в рамках своей кампании снизить защиту окружающей среды и ускорить развитие сельского хозяйства в Амазонии, и, похоже, он выполнил это обещание.

Возрождение вырубки лесов в Амазонке, которая сократилась более чем на 80% после пика в 2004 году, вызывает тревогу по многим причинам.В тропических лесах обитают многие виды растений и животных, которые больше нигде не встречаются. Они являются важными убежищами для коренных народов и содержат огромные запасы углерода в виде древесины и других органических веществ, которые в противном случае способствовали бы климатическому кризису.

Некоторые СМИ предполагают, что пожары в Амазонии также угрожают атмосферному кислороду, которым мы дышим. Президент Франции Эммануэль Макрон 22 августа написал в Твиттере, что «тропический лес Амазонки — легкие, производящие 20% кислорода нашей планеты — горит.”

Часто повторяемое утверждение о том, что тропические леса Амазонки производят 20% кислорода на нашей планете, основано на недоразумении. Фактически, почти весь кислород, пригодный для дыхания на Земле, происходит из океанов, и его хватает на миллионы лет. Пожары на Амазонке в этом году могут привести в ужас по многим причинам, но истощение запасов кислорода на Земле не входит в их число.

Вырубка лесов меняет облик нашей планеты. Между моим первым полетом в 1999 году и последним в 2016 году я заметил разницу в #Amazon.Меньше леса — больше горящих полей. #AmazonRainforest производит более 20% кислорода в мире. Нам нужен О2, чтобы выжить! pic.twitter.com/CQDLLaT7DE

— Скотт Келли (@StationCDRKelly) 22 августа 2019 г.

Кислород из растений

Как атмосферный ученый, большая часть моей работы сосредоточена на обмене различными газами между поверхностью Земли и атмосферой. Многие элементы, в том числе кислород, постоянно циркулируют между наземными экосистемами, океанами и атмосферой, и их можно измерить и измерить.

Почти весь кислород, пригодный для дыхания на Земле, происходит из океанов, и его хватает на миллионы лет.

Почти весь свободный кислород в воздухе вырабатывается растениями в процессе фотосинтеза. Около одной трети фотосинтеза суши происходит в тропических лесах, самый большой из которых находится в бассейне Амазонки.

Но практически весь кислород, производимый в процессе фотосинтеза каждый год, потребляется живыми организмами и пожарами.

Деревья постоянно сбрасывают мертвые листья, ветки, корни и другой мусор, который питает богатую экосистему организмов, в основном насекомых и микробов.В этом процессе микробы потребляют кислород.

Лесные растения производят много кислорода, а лесные микробы потребляют много кислорода. В результате чистое производство кислорода лесами — да и всеми наземными растениями — очень близко к нулю.

На Земле есть четыре основных резервуара кислорода: земная биосфера (зеленый), морская биосфера (синий), литосфера (земная кора, коричневый) и атмосфера (серый). Цветными стрелками показаны потоки между этими резервуарами. Захоронение органического материала вызывает чистое увеличение атмосферного кислорода, а реакции с минералами в горных породах вызывают чистое уменьшение.Диаграмма Pengxiao Xu / Викимедиа, CC BY-SA

Производство кислорода в океанах

Для того, чтобы кислород накапливался в воздухе, некоторые органические вещества, которые растения производят в процессе фотосинтеза, должны быть удалены из обращения, прежде чем они могут быть потреблены. Обычно это происходит, когда он быстро закапывается в местах без кислорода — чаще всего в глубоководных илах, под водами, уже истощенными кислородом.

Это происходит в районах океана, где высокие уровни питательных веществ удобряют большие цветы водорослей.Мертвые водоросли и другой детрит погружаются в темные воды, где им питаются микробы. Подобно своим собратьям на суше, они потребляют для этого кислород, истощая его из воды вокруг себя.

Ниже глубин, где микробы лишили воду кислорода, оставшееся органическое вещество падает на дно океана и закапывается там. Кислород, который водоросли производят на поверхности в процессе роста, остается в воздухе, потому что он не потребляется деструкторами.

Это погребенное на дне океана растительное вещество является источником нефти и газа.Меньшее количество растительного вещества погребается в бескислородных условиях на суше, в основном в торфяных болотах, где уровень грунтовых вод предотвращает микробное разложение. Это исходный материал для угля.

Лишь малая часть — возможно, 0,0001% — глобального фотосинтеза отвлекается таким образом при захоронении и, таким образом, пополняется атмосферным кислородом. Но за миллионы лет остаточный кислород, оставшийся от этого крошечного дисбаланса между ростом и разложением, накапливался, чтобы сформировать резервуар пригодного для дыхания кислорода, от которого зависит вся жизнь животных.Он колеблется около 21% объема атмосферы в течение миллионов лет.

Часть этого кислорода возвращается на поверхность планеты в результате химических реакций с металлами, серой и другими соединениями в земной коре. Например, когда железо подвергается воздействию воздуха в присутствии воды, оно реагирует с кислородом воздуха с образованием оксида железа, соединения, широко известного как ржавчина. Этот процесс, называемый окислением, помогает регулировать уровень кислорода в атмосфере.

Не задерживай дыхание

Даже если бы все органическое вещество на Земле было сожжено одновременно, было бы потреблено менее 1% мирового кислорода.

Несмотря на то, что фотосинтез растений в конечном итоге отвечает за пригодный для дыхания кислород, только исчезающе малая часть этого роста растений фактически пополняет запасы кислорода в воздухе. Даже если бы все органическое вещество на Земле было сожжено одновременно, было бы потреблено менее 1% мирового кислорода.

В целом, отказ Бразилии от защиты Амазонки не представляет серьезной угрозы атмосферному кислороду. Даже резкое увеличение количества лесных пожаров приведет к изменениям в кислороде, которые трудно измерить.В воздухе достаточно кислорода, чтобы хватить на миллионы лет, и его количество определяется геологией, а не землепользованием. Тот факт, что этот всплеск вырубки лесов угрожает некоторым из самых биоразнообразных и богатых углеродом ландшафтов на Земле, является достаточной причиной, чтобы противостоять этому.

Эта статья изначально была опубликована на сайте The Conversation. Прочтите оригинальную статью.

С каждым вдохом, спасибо океану

Когда вы в последний раз думали о своем дыхании? Сделайте вдох прямо сейчас и подумайте об этом.Вы дышите, потому что вам нужен кислород, газ, который составляет 21 процент атмосферы Земли. Весь этот кислород должен откуда-то поступать. Возможно, вы уже знаете, что он исходит от фотосинтезирующих организмов, таких как растения. Но знаете ли вы, что большая часть кислорода, которым вы дышите, поступает от организмов в океане?

Совершенно верно — более половины кислорода, которым вы дышите, поступает от морских фотосинтезаторов , таких как фитопланктон и водоросли. Оба используют углекислый газ, воду и энергию солнца для приготовления пищи, выделяя при этом кислород.Другими словами, они фотосинтезируют. И делают это в океане.

Ученые используют спутниковые изображения океана, чтобы оценить концентрацию хлорофилла в воде. (НАСА, Роберт Симмон и Джесси Аллен)

Фотосинтезаторы давно находятся в океане. Наземные растения начали появляться в списке окаменелостей 470 миллионов лет назад , до того, как динозавры бродили по Земле. Но океан производил кислород за миллиарды лет до этого. Самая старая известная окаменелость — это морская цианобактерия, крошечный сине-зеленый фотосинтезатор, выделяющий кислород 3.5 миллиардов лет назад. В некотором смысле мы обязаны океану за весь кислород, который поступает также от наземных растений, потому что наземные растения произошли от зеленых морских водорослей. Если бы была гонка за кислородом в атмосфере, у океана была бы чертовски большая фору.

Но долгая история фотосинтеза океана имела бы для нас очень мало значения, если бы не фотосинтезаторы, которые живут в нем сегодня. Из них наиболее впечатляющей является другая цианобактерия под названием Prochlorococcus. По оценкам, его больше, чем у любого другого фотосинтезатора на планете, и он отвечает за производство 20 процентов кислорода в атмосфере.В каждом пятом вдохе вы обязаны прохлорококку. Возможно, столь же удивительным является тот факт, что ученые открыли этот сверхизобильный фотосинтезатор только в 1988 году — менее тридцати лет назад!

Под микроскопом вы можете заглянуть внутрь клеток этой нитчатой ​​красной водоросли. Тонкие, похожие на волосы волокна имеют ширину всего в одну ячейку, что видно здесь при 250-кратном увеличении. Красные водоросли имеют красный цвет из-за пигмента фикоэритрина, который вместе с зеленым хлорофиллом позволяет водорослям подвергаться фотосинтезу и превращать солнечный свет в энергию.(Арлин Вечезак / Nikon Small World)

Еще один фотосинтезатор океана впечатляет по другой причине. Напомним, солнечный свет необходим для фотосинтеза. Это означает, что все морские фотосинтезаторы должны жить в том, что ученые называют «фотической зоной» — слоем в верхней части океана, освещенном солнечным светом. Фотическая зона простирается примерно до 656 футов (200 метров) ниже поверхности океана, но трудно установить для нее предел глубины, потому что фотосинтезаторы продолжают снижать фотосинтез дальше, чем мы думали возможным.На глубине восьмисот восьмидесяти шести футов под поверхностью океана вы едва ли сможете увидеть свет. Но разновидность красных водорослей под названием Corallinales, тем не менее, фотосинтезирует на этой глубине . Красный цвет Corallinales происходит из-за пигмента, который позволяет ему поглощать синий и зеленый свет, который является чуть ли не единственным видом света, который может проникать на невероятную глубину, на которой обитают Corallinales. Этот фотосинтезатор производит кислород, несмотря на то, что ему доступна лишь малая часть солнечного света.

Научный журнал

Независимо от того, возникли ли они раньше всех, фотосинтезируют больше всего или обитают в глубине, морские фотосинтезаторы незаменимы для нашего выживания. Если бы их не было, мы бы не дышали. Так что время от времени найдите время, чтобы вспомнить океан и его фотосинтезаторы. Они помогают тебе с каждым вдохом.

.

Комментариев нет

Добавить комментарий