氧气

空气中有氧气，这就是我们今天仍然存活的原因。

回到科学的基础，我们一直认为氧是象征性的字母“O”，它的原子序数为8。质量上，氧是氢和氦之后宇宙中第三丰富的元素。

它基本上意味着氧气在的宇宙无处不在。

氧气并不是独立存在，它是高度氧化的元素，总是与其他元素保持在一起以保持稳定。作为包含氧化物的化合物，该元素占地球地壳的近一半。

氧气导致材料在火焰中燃烧，在车辆和发电机中运行内燃机所需的氧气，氧气导致金属生锈，氧气反应无处不在我们周围。

在标准温度和压力下，两个氧原子会结合在一起形成稳定的双氧 (O₂) 或大气氧气，占地球大气的20.8％。

三个氧原子可以形成臭氧 (O₃) ,这是在较高的大气内丰富水平，保护地球表面免受高剂量的UVB。

在我们周围有如此多的氧气，那么氧气有什么大惊小怪呢？我们可以在任何地方提取它但是这样吗？让我们了解如何有效地从环境中提取氧气，以形成呼吸和生存所需的氧气。

光合作用的进化

含氧光合作用是在地球大气中产生自由氧气的主要过程。

回到地球上生命的演变，据推测，在35亿年前，地球大气中没有游离氧。进化过程中含氧光合作用的确切时间尚不清楚，但蓝藻（可通过光合作用获得能量的细菌）仍是25亿年前的主要氧气生产者。在这段时间内，光合作用效率不高，不会显着增加大气中的氧含量，因为产生的O2主要在海洋和海底岩石中吸收。

大约在18亿年前，氧气开始从海洋中排出，但被陆地表面吸收并形成臭氧层。自8.5亿年前氧气开始积聚在大气中。

大氧化事件表明，自由大气氧首先由原核生物产生，然后是后来的真核生物，其更有效地进行含氧光合作用。

氧气积聚在大气中，为生物多样化提供了机会。有氧（含氧）代谢比厌氧（无氧）途径更有效。近5.4亿年前复杂的生活开始了。

大约3亿年前（石炭纪），大气中的氧气含量约为35％，远高于当今大气中氧气浓度为21％。

(石炭纪 意味着“含煤”，在这段时间内形成了许多煤层。发现石炭系树木广泛使用不溶木质素，具有很高的树皮与木材比例，使其分解较少。这些被掩埋的死亡植物在土壤中形成的未降解的碳形成了有效的碳汇，导致大气中的氧气含量增加。主要的气候事件，例如石炭纪雨林崩塌，冰期，海平面下降也发生在这个石炭纪时期。)

光合作用

光合作用使大气中的氧气充满大气。目前，植物的光合作用非常有效，目前的大气氧浓度可以在2000年左右的光合作用下产生。

在目前的光合作用下，来自光的能量被称为反应中心的蛋白质吸收，叶绿体内含有绿色叶绿素色素。这是为什么让叶子变成绿色。

光合作用过程需要6分子的二氧化碳(CO₂)和6分子的水(H₂O)以形成1分子的糖(C₆H₁₂O₆)和6个大气氧分子(O₂).

光合作用是一个复杂的反应，发生在两个阶段 – 光依赖反应和光独立反应。

光依赖性反应发生在叶绿体的类囊体膜中。这是光合作用的第一阶段，在光系统（光依赖蛋白质复合物）中，光能将水分子(H₂O)分解（光解）成氧(O₂)和氢离子(H⁺)随后的转换级联导致ATP（化学能）和NADPH（还原能力）的最终输出。

光独立反应发生在叶绿体的基质中。在植物中，它被称为卡尔文循环 – 一种涉及固碳，还原和再生核酮糖的循环途径。第一阶段光合作用产生的ATP和NADPH在光合作用的第二阶段是必需的。它也被称为暗反应，因为光线不需要。在这个阶段，二氧化碳(CO₂)被转化为葡萄糖和其他产物。这些产品进一步产生蔗糖，淀粉和纤维素。

光合生物每年将大约100-115亿公吨碳转化为生物量。

光合作用与细胞呼吸

光合作用发生在植物，藻类和光合细菌中。这些生物体可以具有合成代谢（建立）代谢过程，其中需要二氧化碳，水和光能来构建储存能量，例如葡萄糖。它释放氧气到空气中。

然而，细胞呼吸在所有生物体中都会发生，包括人类，动物，细菌和植物。这是一种分解代谢过程，需要葡萄糖和氧气在细胞内形成能量币(ATP, NADH 和 FADH₂)。它将二氧化碳释放到空气中。

光合作用和细胞呼吸都是互利关系的一部分。它在所有基于碳的生命形式中形成一个完整的能量循环。从系统中取出一个都不会存活。因此它保持微妙的平衡。

绿色的肺

绿色植物是最有效的光合生物之一。他们对世界各地的大气氧浓度做出了贡献。

在大多数热带和温带地区都有绿叶树。热带森林被称为“地球之肺”或“绿肺”。着名的热带雨林有东南亚热带雨林（缅甸，菲律宾，马来西亚，印度尼西亚，巴布亚新几内亚），刚果雨林，亚马逊热带雨林，博萨瓦斯生物圈保护区，澳大利亚和太平洋岛屿。

然而，由于森林砍伐以及城市和农业用地的扩张，这些绿肺的规模正在缩小。频繁的森林火灾也挑战了绿色的肺。

水和氧气

水的化学分子式为H₂O。它由两个氢原子和一个氧原子组成。以液态形式，它是地球溪流，湖泊，海洋的主要成分，并且在大多数活生物体的体内运行。坚实的形式，它留在雪，冰川和冰。以气体形式，它可以在蒸汽和大气水蒸气中找到。

水是大多数人认为理所当然的资源之一。水覆盖地球表面的71％。其中，其中96.5％位于海洋中，仅有2.5％为淡水。 70％的淡水用于农业。

水在地球上很丰富，在大部分地区很容易获得。由于氧气能够溶解在水中（维持大部分水生生物），并且易于通过电合成将氧气和氢气分开，所以水已成为获取氧气的替代品。

尽管构成地壳几乎一半的化合物和氧化物中也含有氧，但从这些化合物中收集氧比电合成昂贵且复杂得多。

光合作用VS电合成

光合作用和电合成都是不同的过程，然而它们都具有将水H₂O分子分裂（或裂解）为氧和氢的相同能力。让我们看看它是如何相似的。

在光合作用的第一步中，它涉及光系统II，p680。一旦叶绿素接收到一个光子，它就会将一个电子释放到其电子传递链中的下一个链，直到它最终被NADP吸收形成NADPH。在失去一个电子的情况下，发生光解来代替失去的电子。光解将水分子分解成氧和氢离子。氧气作为废弃物释放到大气中，而氢离子涉及产生质子梯度，运行后续步骤产生ATP。

可以使用光伏电池和电合成电池的组合来复制类似的步骤。光伏电池（通常在太阳能电池板中由半导体构成）具有光电特性，因为当光子以足够的能量击中材料时，它将通过移动电子而产生电势。正如我们所知，电子的流动产生了电流或电力。当我们将电路与电合成池连接时，我们可以将水分解成氧和氢离子，就像叶绿素中的光系统II一样。

在光合作用细胞中，有各种组合和解决方案可供选择，包括具有膜/桥的分裂细胞以允许某些离子穿过或者溶液自由混合的组合细胞。为了本文的目的，我们将通过仅使用水（用一些盐来增加电导率）和两个石墨（碳）电极来引用最简单的电合成类型。当电路完成时，电子被去除的一侧 – 阳极 – 将通过将水分解成氧气和氢离子来回收电子。氢离子随后移动到阴极，在那里电子堆积并将形成氢气。

在这两个系统中，电子运动是导致水分解形成氧气和氢气。

由于水资源丰富且易于获取，它将成为下一个大规模生产大气氧气的替代树。我们是否需要最终采用人造氧气生成？在这个阶段，我们将最终为我们呼吸的氧气付款。

大气氧的替代解释

尽管认为大气中的氧主要是通过光合作用形成的学派，但是还有其他关于大气氧的形成的思想学派。有人认为，尽管最近大量燃烧化石燃料，森林砍伐和其他广泛的人类活动，大气中的氧气浓度并没有太大的变化。在生物圈2实验表明，光合作用产生的氧气大部分被植物本身和包括细菌在内的其他生物消耗掉，然后才能真正补充大气中的氧气。

最可能的解释是流向大气外缘的水分子被来自太阳的紫外线击穿。较轻的氢原子会逃逸，而较重的氧气通过重力作用与地球大气层结合，这就解释了我们大气中的氧气积聚。

此外，随着大气中二氧化碳的增加，植物的指数增长将会增加，生物量的形成也会增加，这又会使碳以更快的速度返回生物质，并释放大气中的氧气。随着时间的推移，它仍将保持平衡。

全球趋势中的氧气水平

通过观察被困在古代极地冰原样本中的空气，科学家建议在过去80万年中大气中的氧含量下降了0.7％。氧气的大气压力下降0.7％可能像在海平面约100米（330英尺）处的浓度 – 也就是大约高层建筑的30层。

在新的研究中，它的浓度可能没有足够的下降来触发地球上生命的任何重大问题。然而，它可能会或可能不会是由森林砍伐或燃烧化石燃料造成的，因为大气中的二氧化碳水平平均超过800，000年没有变化。由于大气中的氧含量受到复杂的全球系统的控制，这些系统往往会调节并抑制浓度的大幅波动。

其他建议是，当海洋冷却时，氧气的溶解度增加，在较低的温度下储存更多的氧气。另外，全球黄铁矿和有机碳侵蚀速率的增加也会导致大气氧含量稳步下降。当被困有机物通过砍伐森林和土地侵蚀而暴露在陆地上时，它会与大气中的氧气反应并降低空气中的氧气含量。

氧气和气候效应

气候科学家Chris Poulsen修改了一个气候模型来测试氧气，并且它的全球气候影响发现氧气浓度的确通过一系列反馈产生影响。

“降低氧气浓度会使大气层变薄，从而使更多的阳光照射到地球表面。”

当氧气浓度较高时，大气层变得更浓，并散射出更多的阳光，因此较少的水蒸气（可能导致温室效应）蒸发以吸收热量。

然而在当天，气候变化并不是由于氧气浓度造成的，而是由于其他温室气体如二氧化碳和甲烷的浓度急剧上升。

今天的氧气浓度正在下降，实际上正在以非常缓慢的速度下降，这个速度大约每年百万分之几，这对世界范围内的气候变化来说太慢了。除非我们再给这个星球又一百万年，大气中的氧气浓度差别很大，我们需要考虑气候模型中的氧气浓度水平。

缺乏氧气，是神话吗？

虽然我们通常说地球的大气氧浓度为21％，但是这是一个平均值，不能比较氧的使用远离氧气生成的发展领域。

Ervin Laszlo教授表示，研究显示，受影响地区的大气氧含量下降至19％，而主要城市则下降至12-17％。这些影响包括器官和免疫系统功能在内的人体功能。长期缺氧会导致脑缺氧，导致智力下降。

进一步下降到6-7％的大气氧含量将挑战氧依赖性生物体 – 人类的可持续性。

随着化石燃料燃烧和缺乏树木的主要城市大气中的氧气浓度水平降低，城市生活将会进一步影响城市生活，因为大多数城市居民都呆在室内，这是更难以交换空气的密闭空间。因此，缺乏氧气不是神话。

下一步是什么？

我们的近世代还是未来代世代会遇到氧危机？这是一个很难回答的问题。尽管我们目前正在扩大人类活动，但我们的大气氧浓度仍然得到很好的缓冲然而，这并不是破坏环境直到最后一片叶子的原因。

城市树木和植物在主要城市中浪费了宝贵的土地，因为每一块浪费的土地都意味着数百万元的损失,因为从土地能够获得的潜在商业和金融利益。

大多数发展中城市的城市树木也面临着基础设施扩张，树木种植途径转变为高速公路交通，将空地转变为停车场和建筑物等风险。

目前的全球建筑架构有一个模式转变。设计和建造越来越多的新建绿色建筑。其中一些带有棕榈树和灌木的屋顶花园，或覆盖外墙以减少热量的植物。

个人的其他努力包括将空地转变为公园和树木，将对环境的可持续性产生长期影响。

那么你的绿色环保步骤是什么？