如果地球氧气含量突然翻倍会发生什么?
目前地球大气中的氧气含量为21%,动植物已经适应了几百万年的今天的生态环境。一旦这种平衡被打破,氧气含量翻倍,地球将上演新一轮大灭绝,食物链将被重塑,食物链下游的节肢动物将重新崛起。这一幕发生在3亿年前的石炭纪。
生命对地球的影响
历史上曾经出现过氧气浓度远远超过今天地球的时代。石炭纪开始于2.55亿年前。在6500万年的过程中,植物极其密集,森林和沼泽遍布大陆,这个时代的地质地层中有很多煤炭,因此被命名为石炭纪。
除了大量的煤,石炭纪最著名的是巨大的昆虫。石炭纪气候湿润,蕨类植物繁盛,针叶林几乎覆盖了整个盘古大陆,大气中氧气含量达到35%。在高氧环境下,不依赖肺呼吸的节肢动物迎来了发展的黄金时代,石炭纪是巨虫主宰的时代。
节肢动物的身体结构不同于哺乳动物。体内没有肺,维持生命的氧气通过遍布体壁的管状结构进行交换。这种呼吸方式对氧气的利用效率非常高。当时空气中含氧量高,节肢动物新陈代谢加快。为了避免氧中毒,节肢动物的体型会增加很多。
当然,古代也有很多食肉动物。为了避免沦为食物,节肢动物不得不长大,让对手望而却步。于是有了身长1米的蝎子,翼展1米的蜻蜓,身长2米多的蜈蚣,身长3米多的马陆。
当然,今天的昆虫要再次变成巨虫还需要非常长的时间,而人类作为今天地球的霸主,绝不会给昆虫东山再起的机会,会毫不犹豫地杀死有威胁的物种。
随着大气中氧气含量的增加,臭氧层的体积会相应增大,照射到地球地面的紫外线会相应减少,自然光引起的光合作用会增加,植物的体积会扩大,植被的数量会空前繁盛。
有些动物会因为不适宜氧气的改变而灭绝,尤其是一些厌氧生物,但是大量的动物会为了应对环境的改变而出现体型的爆发式增长。大型动物和巨虫哪个更强哪个更弱?
其实哺乳动物和鸟类还是要占优势的,但是鸟类的翅膀和骨骼内部是中空的,一旦支撑不住体重,就有可能出现鸵鸟的样子。虽然恐龙也因为含氧量的增加而称霸地球,但是恐龙这种消失在历史长河中的物种已经不可能再出现了。但对人类来说,未必是好事。
人类的适应能力很强,从平原到海拔高的缺氧地带,经过调整就能适应。如果适当增加空气中的氧气,人体呼吸系统会更加舒适,新陈代谢会加快,精力会更加旺盛。
一旦含氧量达到2倍,人体内部平衡就会被打破,甚至会出现醉酒的现象。如果人体不能适应富氧环境,体内代谢率会增加,食物含量会增加,但寿命会缩短。
当然,对于氧气增加的问题,人类有很多方法可以应对,比如用口罩捂住鼻子,减少呼吸中的氧气量,去高海拔地区躲避。身体适应环境中的氧气量后,可能会迎来新的变化。人体可能会随着动植物增加,然后大家都会和姚明一样高。
随着氧气的增加,燃烧效率会提高,地壳活动会更加剧烈,火山爆发时有发生。再加上植被茂密的森林,地球上的火灾会更频繁地出现。
石炭纪持续了几千万年,导致植物形成了厚厚的煤层,一场大火点燃了整个煤层,蔓延到了全球。燃烧产生大量温室气体和有毒气体,使地球温度升高,杀死无数动植物。氧气增加后,类似的场景可能不会直接上演,但蝴蝶效应会继续深深影响地球。
类似澳洲的山火会更频繁的出现,温室效应会越来越不可控,生态圈会洗牌,当然机会也会出现。
比如畜牧业迎来黄金发展机遇,鸡鸭鹅规模扩大,甚至昆虫也成了食物,餐桌上会有数不清的食材。
答:如果地球上的氧气翻倍,昆虫和节肢动物会向大型化进化;一亿年后,人类将乘坐皮皮虾旅行!
目前地球表面的平均含氧量为21%,是指氧气的体积百分比,而不是质量百分比;如果氧气含量增加到42%,实际上氧气总量几乎会增加两倍;氧气总量增加一倍后,实际含氧量约为34%。
对于34%的氧含量,几乎正好是3亿年前石炭纪到三叠纪的氧含量(35%)。当时也被称为“巨虫时代”。身长超过1米的蜻蜓,身长超过3米的马陆(俗称千足虫),身长半米的蜘蛛,都与含氧量密切相关。
氧含量对人体的影响大致如下:
(1)10%以下,几乎困难,意识丧失,几分钟就能致命;
(2)10%~15%,气短,口唇发紫;
(3)15%~19%,头晕嗜睡,大大降低工作效率;
(4)19%~24%,正常范围;
(5)24%~30%,富氧浓度,人类生存的最佳氧浓度,精神表现旺盛;
(6)30%~50%,氧浓度高,人体可以慢慢适应,但很难预测是否会导致其他疾病;
(7)50%~90%,短时间内人体不适,长时间可致命;
(8)90%以上,几分钟就能致命。只有在特殊场合,人才能以如此高的浓度呼吸,比如抢救重伤病人;
在3.55亿年前到2.5亿年前之间,属于石炭纪和三叠纪。由于之前泥盆纪蕨类植物和裸子植物的兴起,当时的陆生生物太少,使得之后的石炭纪含氧量急剧增加,达到了地球历史上的最高值——平均35%。
高浓度的氧气对一些生物来说是致命的,但对一些生物来说却是非常有益的,尤其是昆虫,因为昆虫不需要肺来呼吸,氧气低的时候只能收缩来保证氧气供应。
一旦氧气含量增加,昆虫的呼吸系统可以支持更大的体型,或许皮皮虾可以长到两米长;而且昆虫的外骨骼结构对哺乳动物有天然的优势,最终昆虫的体型会越来越大,直到超越哺乳动物。
而且,高浓度的氧气会大大加速人的新陈代谢功能,一般倾向于降低人的平均寿命。因此,最好将氧气浓度保持在适当的水平。
氧气是地球上大多数生物的基本元素。不仅如此,大气中的氧气含量也影响着地球上生命的进化。例如,在早期,地球上的生命是厌氧的。随着大氧化事件的出现,地球迎来了巨虫时代。后来氧气浓度降低,消灭了巨虫。
换句话说,氧气浓度的比例决定了地球上存在的生命种类。目前我们人类能在这个时代生存下来,是因为我们适应了目前地球上的氧气浓度。
但如果地球上的氧气突然翻倍,包括人类在内的很多生物可能都难逃灭绝的威胁。
目前地球大气成分中的氧含量约为21%。如果氧气增加一倍,大气中的氧气含量约为42%。这里补充一下:目前地球上大部分生物的氧气适应范围在35%以下。
人体突然吸入比以前纯度高一倍的氧气,容易醉酒,甚至氧中毒。原理是这样的。因为氧是一种非常活跃的元素,氧自由基进入人体后会四处游荡,攻击和杀伤身体各种细胞,导致身体无法正常工作,甚至器官代谢出现问题,出现各种功能紊乱,如动脉硬化、记忆力减退、阿尔茨海默病等。,而且会让人体衰老得更快。
如果长时间呆在高浓度氧气的环境中,会发生氧气中毒,甚至呼吸衰竭而死。注意,不是所有人都会死于氧气中毒。如果有些人生活在高原,他们会更适应环境。
这是因为气压随着海拔的升高而降低。海拔3000m以内,海拔每上升1000m,气压下降10Kpa,含氧量也下降。
比如海拔4000米左右的气压约为54.9 kPa,标准大气压为101.325kPa,是标准大气压的0.54倍。
如果发生全球性的氧化事件,高原的含氧量会低于平原,单纯从含氧量来看,高原比平原更宜居。
对地球的影响2.9亿年前的石炭纪时期,地球处于大氧化时期,空气中的氧气浓度约为35%,有时甚至达到45%,是现在的两倍多。
这一时期,地球上出现了两栖动物和巨型昆虫。因为没有天敌,又适应了丰富的环境,此时就是地球的霸主。
值得注意的是,两栖动物和昆虫的体型都非常巨大。在石炭纪时代,一种被称为巨脉蜻蜓的物种在张开翅膀时可以达到95cm,是今天的5倍。
除了巨脉蜻蜓,石炭纪还有很多昆虫和两栖动物,有些两栖动物甚至以爬行动物为食。
生活中,要想发生燃烧反应,需要满足三个条件:可燃物、助燃剂、燃点。氧气是一种催化剂。
不仅如此,氧气的浓度也会影响燃烧反应的完全性。我们在高中做实验的时候就会知道,如果把点燃的蜡烛放在一个封闭的烧瓶里,烧瓶里的氧气消耗完之后,蜡烛会自动熄灭。
但是,如果我们在烧瓶中燃烧,我们可以通过一根管子向其中加入高浓度的氧气,那么蜡烛就会剧烈燃烧,也就是蜡烛发出的光会更亮。
氧气浓度大于25%时会导致剧烈燃烧,氧气浓度大于30%时可引起爆炸燃烧。
所以一旦发生火灾,就会引起大规模的连锁反应。
2.9亿年前的石炭纪大灭绝是因为含氧量高,导致火灾频发。
这是因为当时的石炭纪植物资源非常密集,产生了大量劣质褐煤(假以时日褐煤会变成优质煤)。据估计,褐煤的厚度约为30米,极高的含氧量使火势极易蔓延,于是大量动物被直接烧死,一批动植物失去了栖息地而灭绝。
根据科学家的计算,大火开始后的10年,地球50%的地方还在继续燃烧,只有部分地区因为山川阻隔而没有完全烧毁。
即便如此,由于地火蔓延,空气中有毒气体增多,间接导致大量物种灭绝;而且火灾导致温室气体增加,所以火灾发生100年后,全球平均气温达到30度左右,大量生物灭绝。
这次灭绝也被称为石炭纪生物灭绝,大约46%的物种在这里灭绝。
虽然此时我们没有大量的煤可以燃烧,但我们的地球上仍然有许多可燃物,所以当空气中的氧气增加一倍时,泥炭时期发生的生物灭绝很可能会再次出现。