20.2.2023. 

Za svakog od nas kiseonik je pojam života. Možemo izdržati najviše nekoliko minuta bez njegovog prisustva i onda gubi­mo svest, a ubrzo i život. Mozak ne trpi njegov nedostatak!

U prirodi ga ima u vazduhu, vodi i zemlji. Veoma je reaktivan i gradi brojna jedinjenja, ali za nas je svakako najbitniji onaj u slobodnoj formi koji nas okružuje. Ima ga tačno onoliko koliko nam treba ili bar tako mislimo, oko 21% od zapremine vazduha. Da ga ima za samo nekoliko procenata manje teško bi smo disali, što je dobro poznato planinarima koji prelaze velike nadmorske visine. Poznato je da stanovništvo koje generacijama živi u visokim regionima Anda, Himalaja i drugih planinskih ve¬naca ima gušću krv, da bi iz tako „retkog vazduha“ izvukli maksimum. Međutim, njihov život bi bio veoma težak u nižim nadmorskim visinama, jer bi tako gusta krv u ovom okolnostima vršila preveliko opterećenje na srce.

Ali da ga ima za samo koji procenat više, u prirodi bi se često dešavali procesi spontanog sagorevanja organske ma¬terije. Požari bi bili mnogo češći i imali bi krupnije razmere, šume bi gorele u mnogim regionima, a sa njima i mnogi objekti koje je čovek izgradio.

Prema tome, gledajući na ovaj način, kiseonika ima u at¬mosferi onoliko koliko nam treba. Da se podsetimo.

Atmosfera predstavlja tanki (u odnosu na veličinu Zem¬lje) vazdušni omotač oko naše planete, bez koga, svakako, opstanak života ne bi bio moguć. Formirana je od tri os¬novna gasa: azota (78,08%), kiseonika (20,95%) i argona (0,93%) koji čine većinski deo njene zapremine, dok brojni drugi gasovi poput ugljen-dioksida, neona, helijuma, met¬ana, vodonika, ugljen-monoksida i dr. čine samo onaj mali ostatak od 0,04%. Takođe sadrži vodenu paru u različitim količinama (od 0-4%), čestice prašine i dima.

Ali, kako je atmosfera nekada izgledala?

Formiranje pra-atmosfere započelo je u veoma davnoj geološkoj prošlosti. Smatra se da je u veoma ranom peri-odu Zemljine istorije, pre oko 3,8 milijardi godina, atmos¬fera bila dovoljna gusta i izgrađena od gasova koji su mogli formirati jak efekat staklene bašte. Pošto je u tom vremens¬kom periodu Sunce zračilo samo 75% današnje toplote, ovako gusta atmosfera je činila Zemlju toplijom i sprečavala pojavu globalnog ledenog doba. Sa današnjim sastavom at¬mosfere takva količina primljene energije ne bi bila dovol¬jna da spreči formiranje ledenog pokrivača koji bi polako prekrio verovatno celu planetu.

Pra-atmosfera je nastala kao posledica hlađenja stena pr¬vobitno vrele Zemlje, formiranjem površinske kore, a po-tom izbacivanjem ogromne količine gasova kroz vulkanska grotla i mnogobrojne pukotine. Bili su to vodena para, čijim je povratkom na tlo u vidu kiše došlo do formiranja okeana, zatim azot, amonijak, vodonik, ugljen dioksid i dr.

Amonijak se pod dejstvom Sunčevog zračenja raspadao na azot i vodonik, a najveći deo vodonika, čiji su molekuli vrlo la-gani, “pobegao” je u svemir. Pošto je azot težak, sta¬bilan i hemij-ski slabo aktivan gas, zadržao se u toj prvobit¬noj atmosferi i danas čini oko 78% vazduha koji udišemo.

Sa druge strane, velike količine ugljen dioksida su tokom vremena utrošene na stvaranje ogromnih količina karbon¬atnih stena. Smanjivanjem na taj način količine ovoga gasa, slabio je efekat staklene bašte, ali se postepeno povećavala količina energije koju nam šalje Sunce, tako da su ova dva procesa funkcionisala u stanju određene ravnoteže.

Veće količine slobodnog kiseonika na Zemlji pojavile su se pre nešto manje od 3 milijarde godina. Ostavio je svo¬je tragove lagane rđe na stenama bogatim gvožđem u vidu ljuspastih preliva crvene boje poput onih kod Velikog kanjo¬na u Arizoni. Stene iz razdoblja pre pojave kiseonika uopšte nisu takve boje, niti ispoljavaju druge znake prisustva ovog elementa. Postavlja se pitanje - zbog čega je Zemljina at¬mosfera postala bogata kiseonikom?

Glavnina ovoga gasa poticala je od sitnih organizama koji su plutali morskom površinom, ispuštajući ga kao deo pro¬cesa fotosinteze. Prvobitni, doduše jako primitivni život na Zemlji, nije bio zasnovan na kiseoniku. Pošto je prvobitna „bezkiseonična“ atmosfera omogućila formiranje života, život je započeo da menja prirodu same atmosfere. Prve bakterije sposobne za fotosintezu ugljenik i kiseonik su do¬bijale iz ugljen dioksida, a kao izvor vodonika koristile su sumporvodonik. Prve bakterije koristile su ugljen dioksid rastvoren u vodi, a tek kasnije razvile su se i one forme koje su pomoću svetlosti dobijale vodonik iz vode, umesto sum¬porvodonika. Preostali kiseonik nakon uzimanja vodonika iz vode za njih je bio otpad, te se vraćao u atmosferu, što je dovodilo do velikih promena u njenom sastavu. U početku, između 3 i 2 milijarde godina pre našeg vremena, bakterije su ga odstranjivale vezujući ga sa jonima gvožđa prisutnim u vodi, stvarajući velike količine rude gvožđa (kao što je he-matit) koje su se nataložile na dnu plitkih mora. Tek pošto su razvile enzime koji ih štite od oksidacije, neke bakterije su tokom vremena naučile kako da prežive u sredini sa slo¬bodnim kiseonikom. Tek tada se kiseonik mogao „rasipati“ u okolinu, bez potrebe da se hemijski veže u neka jedinjen¬ja sa gvožđem. Za one organizme koji u tom vremenskom periodu nisu razvili ovu sposobnost, pojava slobodnog reaktivnog kiseonika značila je katastrofu, jer je po njih ovaj gas bio otrovan. Smatra se da se tad desio jedan od najvećih pomora u živom svetu, jer su oni organizmi koji su naučili da žive sa slobodnim kiseonikom, ovim gasom zatrovali ceo svet.

Nešto atmosferskog kiseonika pojavilo se i bez prisustva života, pod dejstvom ultraljubičastog zračenja sa Sunca na površinu okeana. Ovim dejstvom dolazi do procesa razlag¬anja izvesne količine molekula H2O na površini okeana i oslobađanja atoma vodonika i kiseonika u vazduh. Tokom stotina miliona i milijardi godina ovakvog dejstva, svaka planeta koja ima značajne količine tečne vode, obogatiće svoju atmosferu ovim gasom.

Pošto je stupio u sve moguće hemijske reakcije koje je mogao, kiseonik je počeo da se sakuplja u vazduhu, dok pre otprilike milijardu godina atmosfera po sastavu nije postala slična današnjoj. A onda, pošto su organizmi počeli da žive i koriste ovaj gas bez opasnosti po život, desio se evolucioni bum! Vezujući ga u svom telu sa vodonikom i ugljenikom u jednoj vrsti sporogorućeg procesa koji im davao energiju za život, omogućeno je da se posle perioda od par milijar¬di godina vladavine jednoćelijskih organizama višećelijske životinjske vrste stupe na pozornicu evolucije. Dovoljno kiseonika u atmosferi omogućilo je izlazak života iz mora i njegov prelazak na kopno, ali tek pošto je u atmosferi formi¬ran njegov troatomni molekul – ozon. Fotosintezom biljaka na kopnu život je i sam aktivno učestvovao u njegovom st¬varanju proizvodeći i ubacujući sve veće količine ovoga gasa u vazduh. Svakako, disanjem životinja trošena je određena količina, što je sprečavalo njegovo prekomerno prisustvo.

***

Kiseonik je veoma reaktivan element, spaja se sa drugim elementima u procesu oksidacije. Najbolji primeri takvih promena su rđanje, kao spora oksidacija, i gorenje kao brza oksidacija. Može se reći da je pojava atmosferskog kiseoni¬ka predstavljala najveće zagađenje koje se ikad dogodilo na Zemlji. Osim što deluje na gvožđe, on uzima hranu primi¬tivnim organizmima tako što se povezuje sa svim jednos¬tavnim molekulima kojima bi se oni inače hranili. Da se život do tad nije pojavio, to više ne bi ni bilo moguće, zato što potencijalni organizmi ne bi imali šta da jedu, jer bi nji¬hova moguća hrana zarđala. Atmosferski kiseonik osujetio bi nastanak života, jer kiseonik u ovom slučaju ubija! Evo¬luciono prilagođavanje je na sreću prošlo dobro, što mogu da posvedoče životinje koje udišu ovaj gas. Međutim, neke od onih koje to nisu uspele, našle su skrovita mesta poput stomaka životinja gde se nalaze skloništa za milijarde or¬ganizama koji žive u svojoj prirodnoj anoksičnoj sredini. Izloženi vazduhu, skončali bi istog trena!

Činjenica da je našživot baziran na postojanju ovoga os¬mog elementa periodnog sistema ne znači da je to ujedno bilo i najbolje rešenje, već možda samo sled slučajnosti i naše velike sreće da smo uspeli da preživimo. Ovo ubitačno svojstvo kiseonika ne važi doduše više za nas, ali neosporno je pogubno za život širom kosmosa. Život mora da počne rano u istoriji planete ili pojava kiseonika u atmosferi to više neće dopustiti. Možda je negde i započeo, razvijao se, us¬pinjao i jednog trenutka bio zauvek uništen ovim gasom. Za razliku od nas, sreća ih je mimoišla.