Кислород на Земле

Кислород был открыт в 18 веке почти одновременно усилиями нескольких учёных. В 1771 году шведский химик Карл Шееле после прокаливания селитры с серной кислотой разложил образующийся оксид азота. Выделенный таким способом газ, Шееле назвал «огненным воздухом», сообщив о своём опыте выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1774 году английский химик Джозеф Пристли получил кислород путём термического разложения оксида ртути, предположив, что выделил одну из составных частей воздуха, так как до открытия кислорода горение объясняли наличием особой огненной субстанции – «флогистона», якобы заполняющего все горючие вещества и высвобождающегося из них при горении. Об этом открытии он также сообщил Лавуазье, который на основе полученных данных окончательно разобрался в природе полученного газа.

Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах. Была наконец опровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Эти открытия заложили основу современных научных взглядов на природу горения. 

Таким образом, лавры первооткрывателей кислорода принадлежат Лавуазье, Шееле и Пристли. Лавуазье назвал поддерживающий горение газ «oxygene», от греческих слов ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю», отсюда и русское название - «кислород».

Кислород — самый распространенный на Земле элемент. В земной коре на его долю приходится около 48 % по массе в составе самых разных минералов.  Морские и пресные воды также содержат огромное количество связанного кислорода — 89%.  В атмосфере его содержание составляет 23 % по массе.  Как простое вещество, при нормальных условиях он представляет собой газ без цвета и запаха, молекула которого состоит из двух атомов с формулой O₂. Жидкий кислород имеет умеренно криогенные свойства: точка замерзания −222,6 °C; точка кипения −182,9 °C.

Жидкий кислород. Фото: взято из en.wikipedia.org

Известно более 1500 минералов, в состав которых входит кислород. Среди них преобладают минералы, образованные солями кислородсодержащих кислот. Важнейшие классы минералов, содержащих кислород: карбонаты, силикаты, сульфаты, фосфаты, оксиды. К горным породам с кислородсодежащими минералами относятся: гранит, базальт, известняк, мрамор. Кварц (SiO₂) – самый распространённый минерал земной коры. Содержание кислорода в нём составляет 53%.

Друза кристаллов кварца (SiO₂), 10х8х7 см, Южный Урал. Коллекция Московского Планетария.

Более 99 % кислорода Земли находится в связанном состоянии. Кислород — главный фактор, регулирующий распределение элементов в планетарном масштабе. Его содержание с глубиной закономерно уменьшается: от 50 % в гранитах до 38% - в кимберлитах.

Большинству современных живых существ для жизни необходим атмосферный кислород. Такие организмы называются аэробы (от греч. αηρ — воздух и βιοζ — жизнь). Но в истории Земли кислород господствовал не всегда. В раннем протерозое -2,5 миллиарда лет назад - атмосфера Земли состояла преимущественно из углекислого газа, сероводорода, аммиака и метана, и подавляющая часть организмов была анаэробной - неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода. Всё изменилось с появлением в океанах цианобактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением свободного кислорода.

Строматолиты Западной Австралии в заливе Шарк -  окаменелые колонии цианобактерий. Фото: взято из en.wikipedia.org 

Это событие в истории Земли называют «Кислородной катастрофой», так как в атмосфере появился свободный кислород, который был губителен для всех анаэробных организмов. Первый миллиард лет весь образующийся кислород поглощался растворёнными в океанах соединениями железа. Далее кислород постепенно выходит из океана и расходуется при окислении горных пород на суше. К началу кембрия, 540 млн лет назад, все горные породы на суше окислены, начинается накопление кислорода в атмосфере.

В дальнейшем наличие молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя, существенно расширившего границы биосферы, когда живые организмы смогли выйти из океанов и возникли высокоразвитые формы жизни, включая человека.