X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВВЕДЕНИЕ

Все живое на нашей планете обязано своим существованием атмосфере: она обеспечивает нас кислородом. Без пищи человек может жить несколько недель, без воды – несколько дней, без воздуха погибает в течение нескольких минут. Поэтому кислород называют элементом, дающим жизнь.

Кислород в атмосфере Земли имеет биогенное происхождение: он создан и создается организмами, способными к фотосинтезу. Леса – "легкие планеты". Без них невозможны естественная очистка воды, атмосферы и почвы. Все леса Земли производят около 40 триллиона тонн кислорода в год.

Изменения в атмосфере происходят под влиянием природных процессов и деятельности человека. Земля, леса, воздух и вода, растительный, животный мир - все это важно для нашего существования. Но мы мало заботимся о самой большой и важной природной среде – о чистом воздухе.

В состав воздуха входит 98–99% азота и кислорода, остальное: аргон, углекислый газ, вода и водород. А уже непосредственно из воздуха и строится атмосфера Земли. Основным ее компонентом является кислород. Жизнь большинства живых существ(аэробов) завсисит от кислорода,в том числе и жизнь человека, то есть наша жизнь. Когда кислород поступает в клетку организма происходит химическая реакция окисления, результатом которой становится выделившаяся энергия, необходимая для жизнедеятельности (т.е. роста, развития, размножения, взаимодействия с другими организмами ).

Свойства кислорода с древних времен используются в медицине. Кислород нормализует сон, повышает иммунитет, активизирует обмен веществ, положительно влияет на кожу человека. На косметическом рынке появилась "кислородная" косметика. При ее использовании происходит насыщение кожи кислородом, а через кожу кислород поступает и в организм.

Тяжело находиться в непроветренном помещении: начинает болеть голова, появляются вялость, разбитость. Виновник – углекислота. Она негативно влияет на здоровье человека. Нарушается процесс биологического окисления в тканях, в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Я заметила, как легко и продуктивно работается в проветренном помещении. Мне захотелось узнать об этом простом и необходимом всем веществе – о кислороде.

Цель: Выяснить значение кислорода для живых организмов.

Задачи:

1.Углубить и расширить знания о возникновении кислородосодержащей атмосферы;

2.Изучить историю открытия кислорода;

3.Показать значимость кислородосодержащей атмосферы для жизнедеятельности живых организмов;

4. Провести эксперименты, устанавливающие связь жизнедеятельности организмов от кислорода.

Объект исследования: Кислород.

Предмет исследования: Зависимость жизнедеятельности организмов от кислорода.

Методы исследования:

1.изучение литературы,

2.эксперимент,

3.интервью.

ГЛАВА I. ВОЗДУХ.

§1. ОБРАЗОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ.

Согласно распространённой теории, атмосфера Земли около 4 млрд лет назад состояла из лёгких газов - водорода и гелия. Около 3 млрд лет до наших дней, вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы другими газами - аммиаком, углекислым газом, и др. Бескислородная атмосфера существовала примерно до 1,8 млрд лет назад, а кислородная сформировалась около 1,4 млрд лет назад. Кислород в атмосфере Земли имеет биогенное происхождение: он создан и создается организмами, способными к органическому фотосинтезу. (Происхождение жизни, стр.325,349) Результат - накопление свободного кислорода в атмосфере – важного компонента атмосферы. (Происхождение жизни, стр139).

Сначала кислород расходовался на окисление различных соединений. Постепенно содержание кислорода в атмосфере стало расти. Так образовалась современная атмосфера. Поскольку это вызвало серьезные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название «Кислородная катастрофа».

§2. АТМОСФЕРА – БЕСКРАЙНИЙ ВОЗДУШНЫЙ ОКЕАН.

Мы живем на дне воздушного океана. У этого океана нет берегов, он окружает весь земной шар, простирается над нами на сотни километров. Это атмосфера. Атмосфера регулирует тепловой и определяет световой режимы Земли, благодаря ей, нет резких перепадов от морозов к жаре и обратно. Атмосфера разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их, создает равномерное освещение. Атмосфера – проводник звуков, без нее на Земле царила бы тишина. Она защищает нас от холода космоса, и радиационного излучения. (Что имеем, как храним, стр.64)

В 1754 году Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух состоит из смеси газов – азота, кислорода, и др. Их концентрация постоянна. Состав воздуха может меняться: в крупных городах содержание углекислого газа выше, чем в лесах, а в горах пониженное содержание кислорода.

§3КИСЛОРОДНАЯ ТЕОРИЯ

Воз­дух – смесь газов. Одним из ком­по­нен­тов воз­ду­ха яв­ля­ет­ся кис­ло­род.

То, что кис­ло­род яв­ля­ет­ся со­став­ной ча­стью воз­ду­ха, стало из­вест­но уче­ным толь­ко в XVIII веке. При­чем пер­во­от­кры­ва­ли кис­ло­ро­да – Шееле и Прист­ли - об этом даже не до­га­ды­ва­лись. Такое от­кры­тие сде­лал фран­цуз­ский уче­ный Ан­ту­ан Лоран Ла­ву­а­зье.

В ре­зуль­та­те изу­че­ния ре­ак­ций го­ре­ния ве­ществ, Ла­ву­а­зье за­ме­тил, что на го­ре­ние ве­ще­ства рас­хо­ду­ет­ся не весь воз­дух, а толь­ко его часть – кис­ло­род. Зна­чит, го­ре­ние – это хи­ми­че­ская ре­ак­ция, в ко­то­рую всту­па­ет кис­ло­род. Таким об­ра­зом, Ла­ву­а­зье яв­ля­ет­ся ос­но­во­по­лож­ни­ком кис­ло­род­ной тео­рии го­ре­ния:

Го­ре­ние - это вза­и­мо­дей­ствие ве­ществ с кис­ло­ро­дом, со­про­вож­да­ю­ще­е­ся вы­де­ле­ни­ем тепла и света.

Чтобы уста­но­вить, какую часть воз­ду­ха за­ни­ма­ет кис­ло­род, можно про­ве­сти про­стой опыт.

Если сжи­гать фос­фор под ко­ло­ко­лом, опу­щен­ным в воду, то после окон­ча­ние ре­ак­ции го­ре­ния (ре­ак­ция пре­кра­тит­ся, т.к. из­рас­хо­ду­ет­ся весь кис­ло­род, под­дер­жи­ва­ю­щий го­ре­ние) вода в ко­ло­ко­ле под­ни­мет­ся на 1/5 часть его объ­е­ма (Рис. 1). Сле­до­ва­тель­но, со­дер­жа­ние кис­ло­ро­да в воз­ду­хе около 20 % об.

Лавуазье исследовал кислород и создал кислородную теорию горения. Поэтому он по праву разделяет с Пристли и Шееле честь открытия этого химического элемента.

Кислород - самый жизненно важный элемент: он обеспечивает обмен веществ в живой природе. К человеку и животным в организм кислород попадает при дыхании. В легких, пронизанных кровеносными сосудами, кислород связывается с кровью, а кровь затем переносит его по всему телу к клеткам мышц, внутренних органов и мозга.

Но в природе кислород не только расходуется, но и образуется, его запасы в атмосфере постоянно пополняются. Зеленые растения, содержащие хлорофилл, на свету поглощают углекислый газ, а выделяют газообразный кислород.

("Химическая азбука"опубликованав еженедельном приложении "ХИМИЯ" газеты "Первое сентября", Химия. 8 класс. Учеб. для об­ще­обр. учре­жде­ний / П.А. Ор­же­ков­ский, Л.М. Ме­ще­ря­ко­ва, М.М. Ша­ла­шо­ва. – М.:Аст­рель, 2012. (§20))

§4ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ КИСЛОРОДА

Кислород на Земле - самый распространенный элемент. Кислород в свободном состоянии существует в виде двухатомных молекул О2, а также в виде аллотропной модификации кислорода - озона - трехатомной молекулы О3. Кислород сжижается при очень низкой температуре (−183 °С), а при −219 °С он затвердевает. Интересно, что жидкий и твердый кислород - голубого цвета. Кислород растворяется в воде лучше, чем другие составные части воздуха (например, азот). Поэтому вода всегда обогащена кислородом.

Воздух, которым мы дышим, на 1/5 состоит из кислорода. В морях и океанах, в земных минералах, в живых организмах кислорода хоть отбавляй. Почти половина массы земной коры приходится на кислород, связанный в виде различных соединений. В первую очередь это вода Н2О.

От­кры­тие кис­ло­ро­да при­хо­дит­ся на XVIII век. До этого вре­ме­ни счи­та­лось, что любой газ – это раз­но­вид­ность воз­ду­ха. На­ча­лом изу­че­ния газов по­слу­жи­ло, ка­за­лось бы, незна­чи­тель­ное изоб­ре­те­ние. Ан­глий­ский уче­ный Гейлс пред­ло­жил при­бор для сбора газов. За­пол­нен­ную водой колбу он опу­стил гор­лом вниз в сосуд с водой, в горло колбы по­ме­стил изо­гну­тый ру­жей­ный ствол, по ко­то­ро­му в колбу, вы­тес­няя воду, по­сту­па­ли газы. Вот с этого при­бо­ра все и на­ча­лось…

При­о­ри­тет от­кры­тия кис­ло­ро­да при­над­ле­жит ан­гли­ча­ни­ну Джо­зе­фу Прист­ли. В 1774 г. он об­на­ру­жил, что при раз­ло­же­нии ок­си­да ртути об­ра­зу­ет­ся га­зо­об­раз­ное ве­ще­ство, в ат­мо­сфе­ре ко­то­ро­го тле­ю­щая лу­чи­на вспы­хи­ва­ет ярким пла­ме­нем, а ды­шать этим газом осо­бен­но легко. Это был кис­ло­род. Урав­не­ние ре­ак­ции раз­ло­же­ния ок­си­да ртути:

2HgO = 2Hg + O₂

Ин­те­рес­но, что еще до работ Дж. Прист­ли в 1771 г. опыты по раз­ло­же­нию ок­си­да ртути про­де­лал швед­ский химик Карл Шееле. Но ре­зуль­та­ты его ис­сле­до­ва­ний были опуб­ли­ко­ва­ны толь­ко в 1775 г., по­это­му Прист­ли о них ни­че­го не знал.

Есть еще один ин­те­рес­ный ис­то­ри­че­ский факт. Ока­зы­ва­ет­ся гол­ланд­ский химик Кор­не­ли­ус Дреб­бел при­мер­но за 150 лет до Прист­ли и Шееле по­лу­чил кис­ло­род при на­гре­ва­нии нит­ра­та калия:

2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂

Он опи­сал свой­ства по­лу­чен­но­го га­зо­об­раз­но­го ве­ще­ства: тле­ю­щий уго­лек в нем вспы­хи­вал, в ат­мо­сфе­ре этого газа легко ды­ша­лось. Свое от­кры­тие уче­ный даже ис­поль­зо­вал на изоб­ре­тен­ном им под­вод­ном судне. Од­на­ко в то время уче­ные не ин­те­ре­со­ва­лись га­за­ми, и от­кры­тие Дреб­бе­ла даже не за­ме­ти­ли.

Сначала новый элемент называли "огненным воздухом" за участие в горении, потом - "жизненным воздухом", поддерживающим дыхание. Теперешнее название и символ, образованные от греческих слов "окси генес" - образующий кислоты, ввел в химию французский ученый Антуан-Лоран Лавуазье в 1775 году. Химия. 8 класс. Учеб. для об­ще­обр. учре­жде­ний / П.А. Ор­же­ков­ский, Л.М. Ме­ще­ря­ко­ва, М.М. Ша­ла­шо­ва. – М.:Аст­рель, 2012. (§19))

§5. ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ.

Биопоэз - термин, предложенный Берналом для процесса перехода от неживого к живому. Один из первых шагов биопоэза - образование из продуктов неорганических реакций различных полимеров - полипептидов и нуклеиновых кислот. Далее произошло объединение этих молекул в группы с образованием частиц крупного, но все еще микроскопического размера. Этот процесс называется коацервация. Следующий шаг - формирование просто устроенных оболочек вокруг образовавшихся частиц. Дальнейшая стадия - появление метаболизма, постепенно развившегося в сложный процесс.

У первых одноклеточных организмов - прокариот - наследственный материал не был окружен мембраной, а находился в цитоплазме. Они использовали в качестве источника энергии - пищи, органические соединения, растворенные в водах первичного океана. Но в атмосфере Земли свободного кислорода не было, и они имели анаэробный тип обмена, который возник раньше аэробного. Преимущество получили организмы, способные использовать для синтеза органических веществ из неорганических энергию света. Так возник фотосинтез.

Переход от первичной атмосферы к среде, содержащей кислород, представляет собой важнейшее событие: 1) кислород в верхних ее слоях под действием УФ-лучей превращается в озон, поглощающий часть этих лучей, разрушительно действующих на органические соединения; 2) в присутствии свободного кислорода возможно появление энергетически более выгодного кислородного типа обмена веществ - возникают аэробные бактерии. (Учебник биологии, 9 класс, стр. 73-74)

Чтобы заслужить название живого, такие организмы должны были начать воспроизводиться. Это достижение одно из важнейших стадий перехода от неживого к живому. (Происхождение жизни, стр. 126-127)

§6. АНАЭРОБЫ И АЭРОБЫ

Анаэробы (от греческой отрицательной частицы ап и аэробы) — организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности за счет расщепления органических или неорганических веществ. Большинство анаэробов — микроорганизмы, хорошо развивающиеся при полном отсутствии кислорода; при соприкосновении с воздухом они гибнут. Среди них возбудители столбняка, газовой гангрены, некоторые стрептококки и другие болезнетворные микроорганизмы, бактерии, живущие в кишечнике человека и животных, маслянокислые бактерии, живущие в созревающем сыре, и др. Они называются облигатными (обязательными) анаэробами.

Другие анаэробы, так называемые факультативные (условные), могут жить как без кислорода, так и в его присутствии. К ним относятся микроорганизмы (дрожжи, возбудители брюшного тифа, бактерии сибирской язвы и др.), некоторые простейшие, а также и многоклеточные животные (круглые, плоские и малощетинковые черви, погонофоры, моллюски). Анаэробы широко распространены в природе и встречаются в почве, илах, толще морской воды и т. д.

Аэробы — организмы, которым для жизнедеятельности и размножения необходим свободный кислород. В отличие от анаэробов у аэробов кислород участвует в процессе выработки необходимой им энергии. К аэробам относятся животные, растения и значительная часть микроорганизмов, среди которых выделяют.

облигатных аэробов – это «строгие» или «безусловные» аэробы, получают энергию только из окислительных реакций с участием кислорода; к ним относятся, например, некоторые виды псевдомонад, многие сапрофиты, грибы, дифтерийные палочки в группе облигатных аэробов можно выделить микроаэрофилов – для жизнедеятельности им необходимо низкое содержание кислорода. При попадании в обычную внешнюю среду такие микроорганизмы подавляются или гибнут, поскольку кислород отрицательно влияет на действие их ферментов. К ним относятся, например, менингококки, стрептококки, гонококки.

Факультативные аэробы – микроорганизмы, которые могут развиваться и при отсутствии кислорода, например, дрожжевая палочка. К этой группе относится большинство патогенных микробов.

Для каждого аэробного микроорганизма существует свой минимум, оптимум и максимум концентрации кислорода в окружающей его среде, необходимой для его нормального развития. Повышение содержания кислорода за границу «максимум» ведёт к гибели микробов. Все микроорганизмы гибнут при концентрации кислорода 40-50%.

§7.ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, за счет которой живут организмы. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом клетки или катаболизмом. Химическая энергия питательных веществ заключена в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений. Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ рассеивается в форме теплоты, а часть аккумулируется, т.е. накапливается в богатых энергией фосфатных связях. Именно АТФ обеспечивает энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу, активных перенос через мембрану, поддержание мембранного потенциала в процессе проведения нервного импульса, выделение различных секретов.

Энергетический обмен обычно делят на три этапа:

Первый этап - подготовительный. На этом этапе молекулы ди- и полисахаридов, жиров, белков распадаются на мелкие молекулы –глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты: крупные молекулы нуклеиновых кислот –на нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

Второй этап- бескислородный. Он называется также анаэробным дыханием или брожением. Термин брожение обычно применяют к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений. Образующиеся на этом этапе цитоплазме клеток вещества при участии ферментов подвергаются дальнейшему расщеплению. Например, в мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты. У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода. У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и т.д.

Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40% энергии ,а остальная рассеивается в виде теплоты.

Третий этап энергетического обмена-стадия аэробного дыхания ,или кислороного расщепления.Реакция этой стадии энергетического обмена осуществляется в митохондриях.При доступе кислорода к клетке образовавшиеся во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов- Н2О и СО2. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ.

Таким образом при окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Следовательно основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание. .(Учебник Биология 10 класс В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин (2010 год) (§4.4.2))

§8. АВТОТРОФНЫЙ ТИП ОБМЕНА. ФОТОСИНТЕЗ

Автотрофы – это организмы, осуществляющие питание (т. е. получающие энергию) за счёт неорганических соединений. К ним относятся некоторые бактерии и все зелёные растения. В зависимости от того, какой источник энергии используется автотрофными организмами для синтеза органических соединений, их делят на две группы: фототрофы и хемотрофы.

Для фототрофов источником энергии служит свет, а хемотрофы используют энергию, освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях. Зелёные растения являются фототрофами. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез – преобразование световой энергии в энергию химических связей.

Фотосинтезом называют образование органических (и неорганических) молекул из неорганических веществ внешней среды за счёт использования энергии солнечного света. Этот процесс состоит из двух фаз – световой и темновой .

В световой фазе кванты света – фотоны – взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы на очень короткое время переходят в более богатое энергией так называемое возбуждённое состояние. Затем избыточная энергия части возбуждённых молекул преобразуется в теплоту или испускается в виде света. Другая её часть передаётся ионам водорода Н+, всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды:

H₂O → H⁺ + OH⁻.

Образовавшиеся атомы водорода (Н⁰) непрочно соединяются с органическими молекулами – переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН− отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН⁰. Радикалы ОН⁰ взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород:

4OН → O₂ + 2Н₂O.

Таким образом, источником молекулярного кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу, является вода, расщепляющаяся в результате фотолиза – разложения воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды, энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ из АДФ и фосфата без участия кислорода.

Описанный выше процесс очень эффективный: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же клеток с участием кислорода. Таким путём накапливается энергия, необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза.

В комплексе химических реакций темновой фазы, для течения которых свет не обязателен, ключевое место занимает связывание СO2. В этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные во время световой фазы, и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанные с молекулами-переносчиками:

6СO₂ + 24Н⁰ → С₆Н₁₂O₆ + 6Н₂O.

Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Как уже отмечалось выше, побочным продуктом фотосинтеза зелёных растений является молекулярный кислород, выделяемый в атмосферу. Свободный кислород в атмосфере является мощным фактором преобразования веществ. Его появление послужило предпосылкой возникновения на нашей планете аэробного типа обмена веществ.(Учебник Биология 10 класс В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин (2010 год) (§4.4.3))

§9. СОСТАВЛЯЮЩИЕ АТМОСФЕРЫ.

Атмосфера состоит из смеси газов: кислород – 20, 95%, азот - 78,08%, углекислый газ – 0,03%, благородные газы – около 1% и т. д.

Кислород был открыт в 1774 г. в Англии Джозефом Пристли и независимо от него в Швеции Карлом Вильгельмом Шееле.

Кислород – самый распространенный элемент на Земле. Земные воды содержат 88,8 % кислорода, атмосфера - примерно 21 %. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В организме человека содержится 62% кислорода от общей массы тела.

Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и других жизненно-необходимых компонентов организма. Кислород необходим для дыхания, окисления жиров, белков, углеводов, аминокислот, а также для многих других биохимических процессов. (Происхождение жизни, стр. 75)

Углекислый газ был открыт в 1754 г. Джозефом Блэком.Его содержание в атмосфере зависит от вулканической деятельности и процессов в земных оболочках, но более всего - от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Советская ученая О. В. Елисеева еще в 1960-х годах выяснила, что даже кратковременное вдыхание здоровыми людьми углекислого газа вызывает проблемы с дыханием, негативно влияет на кровообращение и активность головного мозга.

Азот открыл Даниэль Резерфорд в 1772 году. Образование большого количества азота N₂ обусловлено окислением атмосферы кислородом О₂, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза.

Азот вступает в реакции в специфических условиях – при разряде молнии. Окисление азота используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии и клубеньковые бактерии.

Источник инертных газов - аргона, гелия и криптона - вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство.

§10. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ.

Изменения в составе атмосферы могут происходить под влиянием природных катастроф, и в результате деятельности человека: большинство современных технологических процессов связаны с выбросом пыли, газа, живой и неживой органики. Как часто мы менее всего замечаем и ценим то, что более всего нам необходимо. Земля, леса, воздух, вода, растительный и животный мир - все это важно для нашего существования. Мы мало заботимся о самой большой и важной природной среде, хотя известно, что чистый воздух необходим нам более всего.

При эксплуатации автомобилей, котлов, целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих и других заводов, не всегда соблюдаются меры экологической безопасности. В атмосферу поступают вещества-загрязнители - поллютанты. Они вредят Земле и человеку. Воздушная среда ранима, на ней отражаются все экологические беды. Ее разрушение грозит планете катастрофами. Сегодня наблюдается разрушение озонового слоя атмосферы, которое грозит потоком смертельного излучения. Близкой реальностью может быть и "Парниковый эффект". (Что имеем, как храним, стр. 64)

Сейчас ученые, общественные деятели, активисты экологическихдвижений разных стран предпринимают общие усилия для решения острых проблем загрязнения атмосферы Земли. (Что имеем, как храним, стр. 65)

ГЛАВА II. ВОЗДУХ И ЧЕЛОВЕК.

§1. КИСЛОРОД В ПОМЕЩЕНИЯХ.

Тяжело находиться в непроветриваемом помещении: начинает болеть голова, появляются вялость, разбитость. Многие объясняют это недостатком кислорода, но его уровень снижается незначительно. По мнению ученых, виновником является углекислота. В непроветренной комнате, где находятся люди, содержание углекислоты с 0,03%, может повышаться более чем в 20 раз. Углекислота - регулятор функции дыхания и кровообращения. В небольшом количестве она циркулирует в крови, повышая артериальное давление. Это может вызвать головную боль, быструю утомляемость. Нарушается процесс биологического окисления в тканях, отчего страдают системы организма и нарушаются многие функции.

Согласно исследованиям европейских ученых, дети, которые находятся в помещениях с высокой концентрацией углекислого газа, имеют слабую носоглотку и страдают заболеваниями дыхательных путей, а у детей, имеющих астматические заболевания, учащаются приступы. Углекислота негативно влияет на способность ребенка воспринимать материал. Способность сконцентрировать внимание может снизиться на 30%.

В течение суток человек выделяет в атмосферу до 15 мл угарного газа. Попадая в кровь, его молекулы вытесняют кислород. Это ведет к развитию гипоксии. Гипоксия - состояние кислородного голодания организма, его органов, тканей, вызванное состояниями болезни, задержкой дыхания, и др. Из-за этого развиваются необратимые изменения в жизненно важных органах – мышце сердца, центральной нервной системе, тканях почек и печени.

В спальне хорошее качество воздуха очень важно - там люди проводят 30% своей жизни. Высокая концентрация углекислого газа в спальне и в детских комнатах может явиться причиной заложенности и раздражения носа и горла, головной боли и бессонницы.

§2. ПРОДУЦЕНТЫ.

Продуценты - организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. При достаточном накоплении кислорода в атмосфере возник процесс дыхания, который имеет много общего с фотосинтезом: является высокоэнергетическим процессом обмена и осуществляется при участии схожих молекул. (Происхождение жизни, стр 149) Для растений фотосинтез важнее, и они производят кислород в достаточном количестве для всей Земли. (Происхождение жизни, стр 140-141)

Леса называют "легкими планеты". Без них невозможны естественная очистка воды, атмосферы и почвы. Все леса Земли производят около 40 триллиона тонн кислорода в год. Оздоровительный эффект леса велик: во время прогулки, у людей снижается возбудимость мозга, улучшается деятельность сердца, углубляется дыхание. (Природа и человек, стр. 172-173)

Лес уменьшает содержание пыли и вредных газов в воздухе, в 2,5 раза, поглощает углекислоту, снижает шум, обогащает воздух кислородом и фитонцидами. (Что имеем, как храним, стр. 82) Фитонциды пихты убивают коклюшную палочку - возбудителя дизентерии и брюшного тифа. Сосна губительна для кишечной палочки и палочки Коха - возбудителя туберкулёза. Берёза и тополь поражают микроб золотистого стафилококка.

§3. ФИЗИОЛОГИЯ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ.

К органам дыхательной системы относятся нос, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и легкие. У человека в дыхании принимают участие и вся поверхность тела. Вдыхаемый и выдыхаемый воздух сильно различаются по составу. Кровь, которая попадает в легкие, бедна кислородом и насыщена углекислым газом. Воздух в альвеолах – наоборот. Кислород из альвеол устремляется в кровь, и соединяется с гемоглобином эритроцитов. Углекислый газ из крови проникает в легочные альвеолы.

В органах нашего тела происходят процессы, на которые расходуется кислород. Кислород переходит из крови в ткани и тканевую жидкость. Углекислый газ переходит из тканей в тканевую жидкость в кровь. Так происходит газообмен в тканях. (Учебник биологии, стр. 158, 165-166)

§4. КИСЛОРОД В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА.

Дыхание - первый признак жизни. Воздух - это источник кислорода, без которого жизнь немыслима. Недостаток кислорода приводит к ослаблению всех жизненных функций организма - снижается интенсивность окислительных процессов в тканях, ухудшается обмен веществ. Снижение обмена веществ одна из причин старения. (Здоровье и долголетие, стр. 73)

Больше всего от недостатка кислорода страдает нервная система и головной мозг, клетки которого нуждаются в кислороде намного больше, чем любые другие. Удушье приводит к необратимым изменениям в их тканях. В сутки человеку нужно около 2000 литров кислорода, а при мышечной работе - в несколько раз больше. (Здоровье и долголетие, стр. 126)

§5. КИСЛОРОД В МЕДИЦИНЕ.

Полезные свойства кислорода с древних времен используются в медицине. Показаниями служат дыхательная недостаточность и гипоксия. Кислородная терапия показана при отравлениях, особенно угарным газом. Оксигенотерапия - введение кислорода в дыхательные пути.

Кислород нормализует сон, повышает иммунитет, активизирует обмен веществ. Кислородом как лечебным средством пользуются в клиниках и больницах. Иногда кислород вводят в организм под кожу и в вены.

Сегодня существуют кислородные бары, где посетителям приготовят коктейль с любой добавкой. В кислородную смесь добавляют смесь из трав, витаминные добавки, которые усилят положительное воздействие.

§6. КОСМЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КИСЛОРОДА.

Кислород положительно влияет на кожу человека, улучшается кровообращение и капилляры начинают лучше работать.

На косметическом рынке появился новый вид косметики - средства с эффектом детокса. Врач, кандидат медицинских наук, член Европейского и Российского общества дерматологов, Дина Заидовна Кардашова рассказывает: "Детокс имеет тройное действие: защищает от токсинов, восстанавливает, омолаживает и увлажняет кожу. За тонус и жизненную силу отвечает кислород." Процедура помогает улучшить цвет лица, разгладить морщинки. Это массаж, который осуществляется с помощью кислородно-водной струи и позволяет провести полноценный омолаживающий сеанс. (Женское здоровье, №10 2011 г. стр 40, 42)

Косметические компании, одна из них – «Faberlic» - предлагают "кислородную" косметику. В состав кремов наряду с натуральными ингредиентами входит и кислород. При использовании кремов и средств для тела происходит насыщение кожи кислородом, а через кожу кислород поступает и в организм. Для всех типов кожи предлагаются серии кремов и средств для тела «Bio kislorod», «Aqua kislorod», «Vita kislorod», и др. Кислородный комплекс, антиоксиданты и витамины помогают 100% -му усвоению кислорода, предотвращают старение кожи, борются со стрессом. («Faberlic». Периодический журнал май 2011 г., стр. 9-17). Существует оживляющий курс «Кислородная мезотерапия» - продукт нанотехнологий. Он обеспечивает поступление кислорода и витаминов А и С в кожу в течение 8 часов и не уступает по эффективности профессиональным косметическим процедурам. («Faberlic». Периодический журнал, май 2011 г., стр 38.)

МОИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ I.

Цель: Доказать, что растения поглощают кислород в темноте, выделяют кислород на свету, для образования которого необходим углекислый газ.

Оборудование: комнатное растение хлорофитум, черный пакет (50х60 см), прозрачный пакет (30х40 см), стеклянный резервуар с водой, не светодиодный фонарик, датчик содержания О₂ – LabQuest Vernier.

Метод работы: Проведение опыта.

Опыт А. Описание: Я поместила хлорофитум в черный пластиковый пакет.(прил.1) Концы мешка подвернула под горшок для обеспечения герметичности.(прил.2) Прикрепила пакет к датчику LabQuest Vernier, прорезав в верхней части пакета небольшое отверстие и пропустив через него стержень-анализатор датчика. С помощью скотча герметично прикрепила пакет к датчику.Запустила процесс измерения.(прил.3) Нажала на кнопку «Измерить». На экране LabQuest Vernier начал отображаться строящийся график уровня кислорода.

Результат наблюдения: В процессе дыхания растения происходило поглощение кислорода. В пакете содержание кислорода стало уменьшаться, и через 300 секунд количество кислорода оказалось меньше, чем в атмосферном воздухе.

График измерения содержания кислорода:

Опыт Б. Описание: На следующем этапе опыта я поместила хлорофитум в прозрачный пакет. Для обеспечения герметичности аккуратно подвернула концы пакета под цветочный горшок. Прикрепила датчик LabQuest Vernier, используя скотч. Наполнила стеклянный резервуар водой и поместила его между включенным фонариком и растением. Фонарик должен быть помещен как можно ближе к колбе с водой, не касаясь ее. Резервуар с водой служит тепловым экраном для защиты растения. Перед началом сбора данных фонарик должен быть включен в течение 10 минут. Запустила процесс измерения.(прил.4) Нажала на кнопку «Измерить». На экране LabQuest Vernier начал отображаться строящийся график уровня кислорода.

Результат: На свету в зеленых частях растения начал активно протекать процесс фотосинтеза. В пакете содержание кислорода стало расти, и через 300 секунд количество кислорода увеличилось, по сравнению с атмосферным воздухом.

График измерения содержания кислорода:

Вывод: Мы доказали, что растения поглощают кислород в темноте, выделяют кислород на свету, для образования которого необходим углекислый газ.

ИССЛЕДОВАНИЕ II.

Цель: Доказать, что при физических нагрузках человек потребляет большее количество кислорода.

Оборудование: Датчик содержания О₂ LabQuest Vernier, картонная трубка, пакет.

Метод работы: Проведение опыта.

Опыт А. Описание: Я подготовила картонную трубку с равномерно проколотыми отверстиями. Скотчем полностью заклеила один конец трубки. На противоположном конце приклеила ленту по краю внутри трубки, чтобы не было прилипания картона к губам. Присоединила трубку к открытому концу полиэтиленового пакета скотчем, трубкой внутрь пакета. Прикрепила пакет к датчику LabQuest Vernier, прорезав в пакете небольшое отверстие и пропустив через него стержень-анализатор датчика. Герметично прикрепила пакет к датчику с помощью скотча.(прил.5) Измерила концентрацию О₂ в пакете. Вдохнула воздух из мешка через трубку.(прил.6) Через 10 секунд выдохнула воздух через трубку в мешок, не отнимая губ от трубы.(прил.6) Повторила эти действия 3 раза, т.е. дышала воздухом из герметичного пакета.

Мои ощущения: При снижении концентрации О₂ в мешке после каждого вдоха объем вдыхаемого воздуха остается прежним. Объем кислорода, который умещается с каждым вдохом, замещается углекислым газом. Нехватка кислорода приводит к дискомфорту, который проявляется в виде слабости, покалывания в мышцах ног, головокружении, потемнении в глазах.

Результат: На графике видно, что содержание кислорода стало уменьшаться, и через 150 секунд оказалось меньше, чем в атмосферном воздухе.

График измерения содержания кислорода:

Опыт Б. Описание: После проведения первой части опыта я сделала 15 приседаний.(прил.7) Вновь повторила трехразовые выдохи(прил.8) и вдохи(прил.8) через трубку в мешок.

Мои ощущения: После проведения опыта с физической нагрузкой я почувствовала себя хуже, т. е. увеличились слабость, покалывание в мышцах ног, головокружение, потемнение в глазах, я сильнее почувствовала нехватку воздуха, чем при проведении предыдущего опыта.

Результат: Содержание кислорода стало уменьшаться, и через 45 секунд оказалось меньше, чем в атмосферном воздухе.

График измерения содержания кислорода:

Вывод: Мы доказали, что физическая нагрузка способствует увеличению потребления кислорода организмом человека.

ИССЛЕДОВАНИЕ III.

Цель: Узнать мнение специалистов, возможно ли улучшение состояния здоровья при использовании разных методов кислородной терапии?

Метод работы: интервью.

I. На мои вопросы ответила участковый врач-терапевт городской поликлиники Воронина Елена Юрьевна:

- Какое лечение при помощи кислорода существует, и какое действие на организм оказывает лечение кислородом?

- В санаториях применяются кислородные ингаляции и ванны. Лечение кислородом оказывает антигипоксическое действие. Увеличивается насыщение крови кислородом для усиления обменных процессов, для торможения вторичного круга переработки уже использованных веществ, вредных для организма.

- При каких заболеваниях показано лечение кислородом?

- При заболеваниях органов дыхания, бронхитах, бронхиальной астме, системы кровообращения, гипертонических и ишемических болезнях.

- Каковы результаты лечения при помощи кислорода?

- Замедляются процессы старения организма, метаболические процессы ускоряются. Улучшается насыщение тканей питательными веществами,

II. Я взяла интервью у медсестры санатория - профилактория ОАО «ШААЗ» Тумановой Ирины Григорьевны. Она работает в профилактории и занимается кислородотерапией много лет.

- Какое лечение при помощи кислорода проводится в вашем лечебном учреждении?

- Ингаляции, коктейли.

- Имеются ли какие-нибудь противопоказания для лечения кислородом?

- При язвенной болезни желудка противопоказаны кислородные коктейли. Для ингаляций противопоказаний нет.

- Как происходит лечение, какое действие на организм оказывает лечение кислородом?

- Происходит насыщение организма кислородом, при ингаляции – через дыхательные пути.

- При каких заболеваниях показано лечение при помощи кислорода?

- Бронхиальная астма, бронхит, сердечно-сосудистые заболевания, ишемическая болезнь сердца.

- Каковы результаты лечения при помощи кислорода?

- В организме накапливается кислород, и улучшается самочувствие.

- Результаты лечения видны сразу или спустя какое-то время?

- При астматическом заболевании результат виден сразу – человеку сразу становится легче дышать.

III. Также я взяла интервью у оксиджея Елены, которая полтора года работает в кислородном баре, расположенном в магазине «Универмаг».

- Какое действие на организм оказывает кислородный коктейль?

- Кислородные коктейли повышают иммунитет, работоспособность человека, сопротивляемость организма к простудным заболеваниям, активируют работу головного мозга, снимают утомляемость и общую усталость, оказывают омолаживающий эффект. Одна порция кислородного коктейля заменяет трехчасовую прогулку по бору.

- Что происходит в организме при употреблении кислородного коктейля?

- Происходит насыщение организма кислородом через желудок.

- Имеются ли противопоказания для принятия кислородного коктейля?

- Да, имеются. Употреблять кислородные коктейли не рекомендуется детям до 3-х лет.

- Пользуются ли кислородные коктейли популярностью?

- Да. Покупателей становится все больше.

- Из чего состоит и как делается кислородный коктейль?

- Основа любого коктейля – яблочный или яблочно-виноградный сок, и сироп. Все это взбивается специальным аппаратом - кислородным коктейлером до получения однородной пузырьковой массы. Кислородные коктейли очень вкусные, сытные и полезные.

В нашем кислородном баре появились баллончики с кислородом для дыхания и кислородные спреи для кожи.

Вывод: По мнению всех специалистов, результат в лечении людей при помощи кислорода есть – при использовании разных методов кислородной терапии повышается иммунитет,улучшается самочувствиеи замедляются процессы старения организма.

ИССЛЕДОВАНИЕ IV.

Цель: доказать, что растения выделяют кислород только на свету.

Оборудование: стеклянный сосуд, растение хлорофитум, свеча.

Метод: эксперимент

Описание: Я взяла стеклянный сосуд и поместила в него горящую свечу,герметично закрыла, зафиксировала время горения.(прил.12) В дневное время я поместила свечу в сосуд с растением ,герметично закрыла ,зафиксировала время горения .(прил.11)То же самое я повторила ночью.(прил.9,10)

Результат:

Время горения свечи в стеклянном сосуде- 94с

Время горения свечи в сосуде с растением днем- 108с

Время горения свечи в сосуде с растением днем- 62с

Вывод: Растения выделяют кислород только на свету, а ночью в процессе дыхания потребляют кислород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Ницше писал о воздухе, что это наивысшая и самая тонкая из материй. Из воздуха соткана свобода человека. Поэтому символ воздуха это символ не только физической, но и духовной свободы, для которой нет преград. Человек и все живое на нашей планете своим существованием обязано земной атмосфере: она обеспечивает нас кислородом. Без пищи человек может жить несколько недель, без воды может обходиться несколько дней, а без воздуха погибает в течение нескольких минут. Вот почему кислород называют элементом, дающим жизнь. (Что имеем, как храним, стр. 64)

Применение кислорода разнообразно. В авиации, в космических аппаратах, при восхождении на горные вершины, в экипировке пожарных, и т.д. Вне земной атмосферы человек должен брать запас кислорода.

Первое приспособление для пребывания человека под водой - длинная трубка, соединяющая рот с атмосферой. Леонардо да Винчи усовершенствовал дыхательную трубку для того, чтобы «ходить под водой». Сейчас люди погружаются на глубину до 40 метров, с помощью специальных приспособлений - аквалангов, баллонов с воздухом. (Физик в гостях у биолога, стр104-105)

Современные взрослые и дети проводят в помещении около 90% своего времени, поэтому важно контролировать качество воздуха. Помещения, в которых мы живем, работаем, отдыхаем, надо тщательно и систематически проветривать. И обязательным должно стать правило, чаще бывать на свежем воздухе, за городом. В воздухе лесов, полей мало углекислоты, вредных для организма газов, и больше отрицательных ионов.

Многообразны медицинские показания к применению кислорода. Кислородную терапию назначают при сердечной и дыхательной недостаточности. Показаниями к местному применению кислорода являются трофические расстройства на фоне сосудистых поражений, вяло текущие воспалительные процессы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОРУДОВАНИЯ:

1. «Что имеем, как храним» Авторский коллектив: Н.К. Васильченко, А.П. Бухтояров, Г.С Городянская, и др. Консультанты: А.П. Бухтояров, инспектор Курганского областного комитета экологии и природных ресурсов, кандидат медицинских наук. В.П.Стариков кандидат биологических наук. - Курган "Зауралье" 1993.- с.64-112.

2. «Природа и человек» Ю.В. Новиков.- М.: "Просвещение", 1991.- с.3,172,173.

3. «Физик в гостях у биолога » К.Ю. Богданов. - Москва "Наука" 1986. - с.91.

4. «Происхождение жизни» М. Руттен. Перевод с английского Ю.М Фролова. Под редакцией и с предисловием академика А.И Опарина. - Москва «Мир» 1973. - с.75-76, 126-127, 133-134, 139-141, 149, 349.

5. «Женское здоровье» - Ежемесячный журнал. - Москва ООО «Медпресс» 2011 №10. с. 40, 42.

6. «Учебник биологии, 8 класс» Н.И. Сонин, М.Р. Сапин - М.: "Дрофа", 2009. – с.158, 163-165.

7. «Учебник биологии, 9 класс» С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Н.И. Сонин, И.Б. Агафонова.- М.: "Дрофа", 2011. - с.3,73-74.

8. «Общая биология» Н. П. Дубинин, С. И. Мезина, Д. Ф. Петров, Б. А. Терехов, К. Б. Булаева – М.: «Просвещение» 1980. – с. 266-272, 277-278.

9. «Физиология человека» А.Г Хрипкова, В.С. Миронов, И.Н. Шепило. - Москва «Просвещение» 1971. - с. 67,70,71,73,75.

10. Датчик содержания О₂ LabQuest Vernier, фонарик, полиэтиленовые пакеты – черный и 2 прозрачных, картонная трубка с отверстиями, комнатное растение хлорофитум, резервуар с водой.

Приложение №1

Приложение №2

Приложение№3

Приложение№4

Приложение№5

Приложение№6

Приложение№7

Приложение№8

Приложение№9

Приложение№10

Прилложение№11

Приложение№12

Код для цитирования: Скопировать