Azot w powietrzu: dlaczego jest głównym składnikiem atmosfery i czy jest niezbędny dla życia?

W tym artykule:

1. Azot w powietrzu: dlaczego jest głównym składnikiem atmosfery?
2. Azot w powietrzu: skąd się wziął?
3. Czy azot jest niezbędny do życia?
4. Z czego składa się powietrze wdychane i wydychane?

Większość osób zdaje sobie sprawę z tego, że w procesie oddychania organizmów żywych, kluczową rolę odgrywa tlen. To właśnie ten pierwiastek jest nam niezbędny do życia. Jakie jednak znaczenie ma dla nas azot w powietrzu?

We Wszechświecie nie ma mowy o przypadkach. Każdy, nawet najbardziej śladowy pierwiastek w przestrzeni kosmicznej decyduje o tym, że na Ziemi istnieje życie w takiej formie, jaką znamy. W tym kontekście trudno jest wskazać na ten jeden najważniejszy, bez którego nie byłoby ludzi. Jest logiczne i oczywiste, że dla organizmów żywych najważniejszy jest tlen. Jeżeli jednak przyjrzymy się procentowemu składowi atmosfery ziemskiej, łatwo dojdziemy do wniosku, że to nie oxygenium, a azot (oznaczany literą N) występuje w przewadze. Dlaczego?

Azot w powietrzu: dlaczego jest głównym składnikiem atmosfery?

Na wstępie wypada wyjaśnić, że na Ziemi jest znacznie więcej tlenu niż azotu. Pierwszy z wymienionych pierwiastków występuje w stabilnych sieciach krystalicznych minerałów, które tworzą skorupę naszej planety. Nie istnieją natomiast minerały zawierające azot. W tym kontekście należy stwierdzić, że przewaga tlenu nad azotem jest 10 tysięcy razy większa. Jeżeli jednak weźmiemy pod uwagę wyłącznie skład ziemskiej atmosfery, stwierdzimy, że w powietrzu jest stosunkowo niewiele tlenu, za to dużo azotu.

Tlen na Ziemi zacznie znikać, a z nim większość życia. Na szczęście nie za naszych czasów

Nowe badanie szacuje, że tlen na Ziemi nie będzie występował wiecznie. Co więcej, kiedy zacznie spadać, atmosfera stanie się bogata w trujący dla nas metan. To może oznaczać koniec dla wi...

O tym, że azot stanowi główny składnik ziemskiej atmosfery, zadecydowały pewne szczególne cechy tego pierwiastka, wśród których należy wymienić:

• stan lotny – w warunkach, jakie występowały w przeszłości i występują obecnie w atmosferze, azot nie zmienia stanu skupienia na ciekły;
• brak wpływu na skorupę ziemską – azot nie jest w stanie reagować chemicznie z głównymi składnikami tworzącymi powierzchnię naszej planety;
• duża masa cząsteczkowa – ze względu na znaczną masę cząsteczkową, azot nie jest w stanie (w warunkach panujących na Ziemi) ulecieć z górnych warstw atmosfery. Ta cecha sprawia też, że promieniowanie słoneczne nie doprowadza do fotodysocjacji jego cząstek.

Ten ogół cech zadecydował o tym, że azot zaczął odkładać się w atmosferze, podczas gdy gazy o mniejszej masie cząsteczkowej „uciekały” w przestrzeń kosmiczną. Dla przykładu, para wodna może ulec fotodysocjacji w górnych warstwach atmosfery, a mimo to mało jest w niej wodoru. Dlaczego?

Wynika to z faktu, że w procesie pochłaniania promieniowania słonecznego, który zachodzi w termosferze (w wysokich warstwach atmosfery), następuje znaczny wzrost temperatury mocno rozrzedzonego powietrza. Czyli w praktyce – energii kinetycznej jego cząsteczek cząsteczek. W warunkach tej samej temperatury, cząsteczki o dużej masie osiągają wyraźnie mniejszą prędkość niż cząsteczki charakteryzujące się niską masą. Te najmniejsze i najlżejsze mogą przekraczać próg tzw. prędkości ucieczki (minimalnej prędkości początkowej, pozwalającej na opuszczenie pola grawitacyjnego). Oznacza to, że przy zachowaniu odpowiedniego kierunku ruchu, mogą oddalić się w przestrzeń kosmiczną.

Azot charakteryzuje się dużą masą cząsteczkową i dzięki temu mógł swobodnie gromadzić się w atmosferze w czasie niemal całej historii geologicznej. Tym bardziej, że nie wywiera wpływu na składniki ziemskiej skorupy. Właśnie dlatego N stanowi główny składnik powietrza, którym oddychamy.

Azot w powietrzu: skąd się wziął?

Skąd właściwie wziął się azot w atmosferze naszej planety? Można powiedzieć, że stanowi produkt uboczny zmian, które na przestrzeni historii geologicznej zachodziły w jej składzie. Należy bowiem zdać sobie sprawę z faktu, że w ujęciu dziejowym, zawartość poszczególnych pierwiastków w powietrzu nie może być rozpatrywana jako wartość stała. Wiele milionów lat temu ziemska atmosfera była zupełnie inna niż współczesna.

NASA wyprodukowała tlen na Marsie. Wystarcza na 10 minut oddychania

NASA ogłosiła, że sześciokołowy robot zmienił dwutlenek węgla z marsjańskiej atmosfery w tlen. Pierwszy raz coś takiego udało się zrobić na innej planecie niż Ziemia. Dokonano tego prz...

Naukowcy są zdania, że pierwotna atmosfera ziemska składała się z dwutlenku węgla, amoniaku i pary wodnej. Pod wpływem działania strumienia fotonów, amoniak uległ rozpadowi na wodór i azot. Woda uległa kondensacji, natomiast pierwotne cyjanobakterie doprowadziły do rozkładu dwutlenku węgla na tlen i węgiel.

Część azotu pochodzi też z odległych rejonów Układu Słonecznego. Najnowsze badania udowadniają jednak, że pierwiastek ten „przywędrował” także wraz z żelaznymi meteorytami z zewnętrznej części dysku protoplanetarnego.

Proporcje azotu i tlenu w powietrzu pozostawały prawie niezmienne niemal przez połowę historii geologicznej. Należy jednak zaznaczyć, że od pewnego czasu można zaobserwować niewielki spadek zawartości tlenu w stosunku do zawartości azotu w atmosferze. Zwiększa się za to koncentracja dwutlenku węgla. Dlaczego? Ta zmiana jest rezultatem działalności człowieka na Ziemi. W następstwie eksploatacji paliw kopalnych, zachodzi proces utleniania węgla usuniętego z atmosfery i sprowadzonego do postaci organicznej materii, tworzącej skorupę ziemską. W uproszczeniu, spalając paliwa, zwracamy do atmosfery pierwiastki, które zniknęły z niej na przestrzeni dziejów.

Czy azot jest niezbędny do życia?

Skoro azot jest głównym składnikiem ziemskiej atmosfery, zasadne wydaje się być postawienie pytania – czy bez azotu mogłoby rozwinąć się życie na naszej planecie? Cóż, odpowiedź nie jest tak jednoznaczna, jak mogłoby się wydawać.

Eksperci są zdania, że inny skład atmosfery ziemskiej, w której nie byłoby azotu, może, ale nie musi być przeszkodą dla rozwoju życia. Pewne jest natomiast, że nie byłoby to życie, jakie znamy.

Należy zdać sobie sprawę z faktu, że azot jest niezwykle ważnym składnikiem białek, czyli podstawowego budulca wszystkich złożonych organizmów. Gdyby nie było azotu, nie byłoby białka, a to najprawdopodobniej uniemożliwiłoby rozwój organizmów złożonych. Najprawdopodobniej, bo nauka nie jest w stanie odpowiedzieć na wszystkie pytania. Należy jednak domniemywać, że bez azotu w powietrzu na Ziemi nigdy nie pojawiłby się człowiek.

To najbardziej zanieczyszczone miasto na świecie według najnowszego raportu

Pakistańskie miasto Lahaur pobiło w tym niechlubnym rankingu indyjską stolicę. Dlaczego w tej 11 milionowej metropolii powietrze jest tak zanieczyszczone i co z tym robią władze Pakistanu?

Co jednak mogłoby się stać, gdyby azotu w powietrzu zabrakło teraz, gdy życie na Ziemi jest już rozwinięte? Człowiek nie potrzebuje do życia powietrza, a tlenu. Oznacza to, że oddychanie samym tlenem jest jak najbardziej możliwe. Tak właśnie oddychają nurkowie, himalaiści i astronauci – czystym lub prawie czystym tlenem. Trzeba jednak podkreślić, że czysty tlen o ciśnieniu wyższym niż atmosferyczne jest trujący i oddychanie nim przez dłuższy czas może spowodować nieodwracalne uszkodzenie mózgu. Żeby do płuc mogło dostać się tyle samo czystego tlenu, co przy oddychaniu powietrzem składającym się z azotu, tlenu i gazów śladowych, konieczne jest pięciokrotne zmniejszenie ciśnienia.

Z czego składa się powietrze wdychane i wydychane?

Czym właściwie jest powietrze, które tworzy ziemską atmosferę? To mieszanka gazów i aerozoli, która w 78 procentach składa się z azotu i w 21 procentach z tlenu. 1 procent składu powietrza stanowi argon. W powietrzu zawarte są także gazy śladowe, ale ich obecność jest mierzona nie w procentach, a w cząsteczkach na milion. Należą do nich.

• dwutlenek węgla,
• neon,
• hel,
• metan,
• krypton,
• wodór,
• ksenon.

Oprócz tego, w powietrzu obecne są różnego rodzaju pyły i zarodniki roślin.

Trzeba podkreślić, że w kontekście procentowej zawartości poszczególnych gazów, skład powietrza wydychanego znacząco różni się od składu powietrza, które wdychamy. Wdychamy mieszaninę gazów, która zawiera:

• 78 proc. azotu,
• 21 proc. tlenu,
• 1 proc. innych gazów,
• 0,04 proc. dwutlenku węgla.

W wydychanym powietrzu znajduje się:

• 78 proc. azotu,
• 17 proc. tlenu,
• 4 proc. dwutlenku węgla,
• 1 proc. innych gazów.

Ponad połowa ludzkości oddycha coraz gorszym powietrzem. To śmiertelne niebezpieczeństwo

Najgorzej jest w Azji, gdzie stężenie niebezpiecznych cząsteczek w powietrzu rośnie w najszybszym tempie – ustalili naukowcy, którzy sprawdzili, jak zanieczyszczenie powietrza zmieniało si..

Niestety, powietrze nie składa się wyłącznie z gazów, które powinny znaleźć się w jego składzie. Nie brakuje w nim też substancji patologicznych, czyli takich, które nie powinny wchodzić w jego skład. Te zanieczyszczenia są rezultatem działalności człowieka. Do związków, o których mowa, należą:

• dwutlenek azotu,
• dwutlenek siarki,
• tlenek węgla,
• benzen,
• ozon,
• pyły: PM2,5 i PM10.

Każda z tych substancji nie pozostaje bez wpływu na życie na naszej planecie. Ich obecność doprowadza do uszkodzenia tkanek, nie tylko układu oddechowego, ale także krwionośnego i nerwowego. W sprzyjających warunkach substancje patologiczne mogą utrzymywać się w powietrzu przez długi czas.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.