Kyslík a CO2 v atmosfére

a) Akým spôsobom môžu organizmy meniť koncentráciu oxidu uhličitého v atmosfére?
b) Aké geologické dôkazy svedčia o tom, že organizmy zapríčinili súčasné na kyslík bohaté zloženie atmosféry?
c) Vypočítajte, za aký čas sa vymení všetka látka s hmotnosťou 180 x 106 kg, ak uvažujeme s denným prírastkom 500g. (Uvažujte, že denný prírastok a úbytok sú rovnaké.)

Akým spôsobom môžu organizmy meniť koncentráciu oxidu uhličitého v atmosfére?

Naša planéta Zem vznikla pred viac ako 4,6 miliardami rokov akréciou plynov a prachu a krátko po jej vzniku neexistovali ani oceány a ani nemala vytvorený atmosferický obal. Základom neskôr vytvorenej atmosféry boli sopečné plyny, ktorých hlavnou zložkou bol oxid uhličitý (98%).
Jedným z charakteristických znakov pre živé organizmy je proces respirácie (dýchania) a proces fotosyntézy u zelených rastlín.
Podmienkou fotosyntézy je žiarivá slnečná energia, vo fotosyntéze sa z oxidu uhličitého a vody, látok chudobných na energiu, tvorí na energiu bohatá glukóza a do vzduchu uniká kyslík.
Zjednodušene môžeme rovnicu fotosyntézy zapísať nasledovne:
chlorofyl
12 H2O + 6 CO2 ----------------- C6 H12O6 + 6 H2O + 6 O2
2830 kJ
V procese dýchania sa „spaľujú“ zlúčeniny uhlíka, tj. spotrebúva sa i kyslík a uvoľňuje sa do atmosféry oxid uhličitý a vodné pary. Plynný oxid uhličitý sa pri fotosyntéze mení na zlúčeniny uhlíka a rastlinné tkanivá, tento proces sa často označuje ako uhlíková fixácia. Fotosynteticky zafixovaný uhlík v rastlinách sa využíva na stavbu tkanív, t.j. na rast. Fixáciou uhlíka v telách rastlín a živočíchov sa zníži zároveň koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére.
Z pohľadu významu fotosyntézy suchozemských rastlín na znižovanie koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére však možno konštatovať, že jediný význam majú ich nerozložené fosílne zvyšky uložené v zásobách uhlia pod zemským povrchom. Rastliny, ktorých zvyšky rozložia baktérie a iné organizmy v konečnom dôsledku nijako neprispievajú k zníženiu koncentrácie CO2 v atmosfére, nakoľko sa viazaný uhlík späť uvoľní do atmosféry.
K zmene koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére z organizmov zásadným významom prispievajú morské voľne plávajúce rastliny, nazývané fytoplanktón. Fytoplanktón spotrebúva pri fotosyntéze oxid uhličitý, rozpustený v morskej vode. Spotrebovaný voľne rozpustený vo vode oxid uhličitý sa na morskej hladine opakovane nahrádza novým oxidom uhličitým absorbovaným z atmosféry.
Fytoplanktón sa rýchle rozmnožuje a pretože sa vyskytuje vo všetkých oceánoch v obrovských množstvách , má schopnosť fixácie veľkého množstva oxidu uhličitého. Odumreté zvyšky fytoplanktónu a živočíchov, ktoré ho konzumujú, klesajú na dno oceánov, kde nemôžu reagovať s kyslíkom, a tak zostávajú v nich viazané veľké množstvá uhlíka.
Existuje ešte ďalšia skupina morského fytoplanktónu – ulitníkov kokolitov, ktorá spotrebúva vo vode rozpustený oxid uhličitý na tvorbu schránok (ulít) z uhličitanu vápenatého a sedimentáciou týchto schránok sa na dne oceánov vytvára vápenec. Viazanie uhlíka vo forme uhličitanu vápenatého (CaCO3) síce nezvyšuje koncentráciu kyslíka v atmosfére, ale k zníženiu koncentrácie oxidu uhličitého počas geologického vývoja Zeme prispelo pravdepodobne vo väčšej miere ako fotosyntéza. Vznik najstarších vápencov sa datuje do obdobia prekambria.

Aké geologické dôkazy svedčia o tom, že organizmy zapríčinili súčasné na kyslík bohaté zloženie atmosféry?

Geologické dôkazy o tom, že živé organizmy zapríčinili súčasné na kyslík bohaté zloženie atmosféry sa nachádzajú vo vrstvách sedimentárnych hornín. Tieto horniny vznikali postupným ukladaním sa vo vrstvách na už existujúce horniny, mladšie sedimenty sú zvyčajne uložené na starších sedimentoch. Vo všeobecnosti platí, že čím nižšia vrstva, tým je staršia, až na niektoré výnimky, keď môžu byť vrstvy ďalšími geologickými procesmi uložené buď zvisle alebo naopak, čo vzniklo v neskorších geologických obdobiach napr. pri vrásnení. Vlastnosti sedimentárnych hornín sú v úzkom vzťahu s prostredím, v ktorom vznikali. Jednotlivé sledy vrstiev (súvrstvia) môžu obsahahovať aj charakteristické fosílne zvyšky živočíchov a rastlín pre dané obdobie. Relatívny vek sedimentárnych hornín možno určiť pomocou stratigrafických tabuliek, t.j. je usporiadanie geologických vrstiev (tzv. stratigrafického sledu) podľa charakteristického geologického obdobia Zeme.

Najstaršie hľadané dôkazy pochádzajú z obdobia pred takmer 3 x 109 rokmi, keď sa po prvýkrát objavili organizmy, ktoré po sebe zanechali fosílne pozostatky – stromatolity. Tieto fosílie pochádzajú z vrstiev zeleno – modrých baktérií, ktoré boli pravdepodobne prvými organizmami, produkujúci voľný kyslík v procese fotosyntézy. Niektoré najstaršie sedimentárne horniny (obdobie staršieho prekambria) obsahujú vo zvýšenej miere viazané zlúčeniny železa (ložiská železných rúd), ktoré sa vytvorili vyzrážaním z dažďových zrážok v prostredí bezkyslíkovej atmosféry. Prítomnosť týchto zlúčenín sa vytráca vo vrstvách, ktoré sedimentovali v období mladšieho prekambria, približne v tom čase, keď sa objavujú nové vrstvy sedimentov označované ako „vrstvy červeného ílu“. Túto ich farbu spôsobujú zlúčeniny podobné hrdze, teda rôzne oxidy železa, nakoľko bola už atmosféra bohatšia na kyslík. Teda dôkazmi o tom, že organizmy zapríčinili súčasné na kyslík bohaté zloženie atmosféry sú fosílne pozostatky stromatolitov a vrstvy červeného ílu v sedimentárnych horninách prekambria.

Vypočítajte, za aký čas sa vymení všetka látka s hmotnosťou 180 x 106 kg, ak uvažujeme s denným prírastkom 500g. (Uvažujte, že denný prírastok a úbytok sú rovnaké.)

180 x 106 kg = 180 x 109 g
500 g = 5 x 102 g

180 x 109 g
___________ = 36 x 107 dní = 3,6 x 108 dní

5 x 102 g/ 1 deň

Všetka látka s hmotnosťou 180 x 106 kg sa pri dennom prírastku (zhodnom s denným úbytkom) 500 g vymení za 3,6 x 108 dní.