世界缺少氧气的研究论文

在过去的80万年里，由于冰川侵蚀，大气中的氧气水平可能下降了。通过对南极冰层中保存了150万年的气泡的研究，科学家们发现了大气中氧气枯竭的可能原因，这一现象已经持续了至少80万年。

风化和氧化如何影响大气中的氧气

发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的这篇地球化学研究论文的通讯作者、莱斯大学（ Rice University）的颜玉珍表示，科学家们意识到，在冰河期，大气中的氧气水平在逐渐下降。当冰川作用在同一时期扩大和加强时，风化作用本身也在加速。

金属的氧化是风化过程中分解岩石和矿物的最基本的过程之一。铁的腐蚀就是一个例子。当铁接触到空气中的氧气时，一种红色的氧化物立即形成。

根据莱斯大学地球、环境和行星科学系的博士后研究助理颜玉珍的说法，当沉积储层的新晶体表面暴露在氧气下时，它会产生消耗氧气的风化作用。据严教授说，揭示被冰川掩埋了数百万年的有机碳可能会增加大气中氧气的消耗。专家说，化石燃料导致地球氧气减少。

大气中氧的源（生产）和汇（消耗）

2016年，严教授参与了一项由丹尼尔·斯托尔帕(Daniel Stolper)领导的研究，斯托尔帕目前是加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的助理教授，该研究分析了冰芯中的气泡，以证明在过去80万年中，地球大气中的氧气含量减少了约。

来自俄勒冈州立大学（Oregon State University）、缅因大学（he University of Maine）和加州大学圣地亚哥分校（the University of California, San Diego）的科学家们研究了早期冰芯中的气泡，表明氧气的减少大约始于100万年前，当时地球的冰川周期延长了四倍多。

大约在270万年前，地球进入了现在的冰河时代。之后还有几十个冰河时期。有一段时间，冰帽扩张，覆盖了地球的三分之一，然后消退。直到将近一百万年前，每个周期都持续了大约四万年。据《 科技 日报》（Scitech Daily）报道，当大气中的氧气水平开始下降时，冰川周期开始持续约10万年。

严教授说，这是因为氧气的生产速度低于氧气的消耗速度。这就是科学家们所说的源和汇，他继续说。源和汇是用来描述氧气生产和消耗的两个术语。

发现的重要性

根据这些发现，氧气水平的下降表明人们消耗的气体比之前想象的要多。根据严和同事的研究，全球风化是最合理的地质机制，能够吸收足够多的额外氧气来解释这种减少。

当冰川前进时，全球海平面下降，当冰川后退时，海平面上升。随着冰川旋回的持续时间增加了一倍以上，海平面波动的幅度也有所增加。随着海岸的扩张，大气中氧气的氧化力将暴露在原来被水覆盖的区域。由于冰期循环不同，冰层的厚度也不同，因此很难精确估计由冰川侵蚀引起的化学风化的数量。

另一方面，颜教授声称研究表明它可能提取了足够的氧气来解释这种还原现象。专家称，缺氧将导致地球上大多数生命在数十亿年后“死亡”

一种化学元素。化学符号O ，原子序数8 ，原子量，属周期系ⅥA族。 氧的发现 1774年英国化学家J.普里斯特利用一个大凸透镜将太阳光聚焦后加热氧化汞，制得纯氧，并发现它助燃和帮助呼吸，称之为“脱燃素空气”。瑞典.舍勒用加热氧化汞和其他含氧酸盐制得氧气虽然比普里斯特利还要早一年，但他的论文《关于空气与火的化学论文》直到1777年才发表，但他们二人确属各自独立制得氧。1774年，普里斯特利访问法国，把制氧方法告诉.拉瓦锡，后者于1775年重复这个实验，把空气中能够帮助呼吸和助燃的气体称为oxygene，这个字来源于希腊文oxygenēs，含义是“酸的形成者”。因此，后世把这三位学者都确认为氧气的发现者。 氧的存在 氧有三种稳定同位素，即氧16、氧17和氧18，其中氧 16 含量占 ％ 。氧在地壳中的含量为 ％，居首位，氧在地球上分布极广，大气中的氧占21％，海洋和江河湖泊中到处都是氧的化合物水，氧在水中占％。地球上还存在着许多含氧酸盐，如土壤中所含的铝硅酸盐，还有硅酸盐、氧化物、碳酸盐的矿物。大气中的氧不断地用于动物的新陈代谢，人体中氧占65％，植物的光合作用能把二氧化碳转变为氧气，使氧得以不断地循环。虽然地球上到处是氧，但氧主要是从空气中提取的，有取之不尽的资源。 物理物理性质： 氧 是 无 色 、无 臭 、无 味 的 气 体 ，熔点－℃ ，沸点－℃ ，气体密度克／厘米3 ，液态氧是淡蓝色的 。 氧是化学性质活泼的元素 ，除了惰性气体，卤素中的氯、溴、碘以及一些不活泼的金属（如金 、铂 ）之外 ，绝大多 数非 金属和金 属 都能直接与 氧化合，但氧可以通过间接的方法与惰性气体氙生成氧化物： XeF6 + 3H2O=XeO3 + 6HF 同样，氯的氧化物也可以通过间接的方法制得： 2Cl2+2HgO=HgO•HgCl2+Cl2O 在常温下，氧还可以将其他化合物氧化： 2NO+O2=2NO2 氧可以将葡萄糖氧化，这一作用是构成生物体呼吸作用的主要反应： C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O 氧的氧化态为 －2 、－ 1、＋ 2 。 氧的氧化性仅次于氟，因此，氧和氟发生反应时，表现为＋2价，形成氟化氧(F2O)。氧与金属元素形成的二元化合物有氧化物、过氧化物、超氧化物。氧分子可以失去一个电子，生成二氧基正离子（），形成O2PtF6等化合物。 氧气的实验室制法有：①氯酸钾的热分解： ②电解水： ③氧化物热分解： ④以二氧化锰做催化剂，使过氧化氢分解： ⑤高锰酸钾的热分解 在宇宙飞船中 ，可利用宇航员 呼出的二氧化碳气体与超氧化钾作用，产生氧气，供宇航员呼吸用。 生产和应用 大规模生产氧气的方法是分馏液态空气，首先将空气压缩，待其膨氧胀后又冷冻为液态空气，由于稀有气体和氮气的沸点都比氧气低，经过分馏，剩下的便是液氧，可贮存在高压钢瓶中。所有的氧化反应和燃烧过程都需要氧，例如炼钢时除硫、磷等杂质，氧和乙炔混合气燃烧时温度高达3500℃，用于钢铁的焊接和切割。玻璃制造、水泥生产、矿物焙烧、烃类加工都需要氧。液氧还用作火箭燃料，它比其他燃料更便宜。在低氧或缺氧的环境中工作的人，如潜水员、宇航员，氧更是维持生命所不可缺少的。但氧的活性状态如、OH以及H2O2等对生物的组织有严重的损坏作用，紫外线对皮肤和眼的损害多与此种作用有关。是空气的组分之一，无色、无嗅、无味。氧气密度比空气大，在标准状况（0℃和大气压强101325帕）下密度为克/升，能溶于水，但溶解度很小，1L水中约溶30mL氧气。在压强为101kPa时，氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。 1.氧气能与很多元素直接化合，生成氧化物。 2.氧气是燃烧和动植物呼吸所必需的气体，富氧空气用于医疗和高空飞行，纯氧用于炼钢和切割、焊接金属，液氧用做火箭发动机的氧化剂。 3.生产上应用的氧气由液态空气分馏而得。实验室借含氧盐类（氯酸钾、高锰酸钾等）受热分解来制取氧气。 4.一个氧分子是由两个氧原子组成的 原子半径纳米【自己组织一下吧！】

时至今日，几乎没有人会质疑温室效应给地球带来的灾难。但大部分人都想象不到，温室效应带来的后果有多么严重。 随着人类工业活动的不断增加，大气中二氧化碳的浓度也在不断提升。二氧化碳是一种温室气体，它可以拦截并吸收大量从地面反射到太空的阳光，致使全球气温升高。 在二氧化碳含量不断增加的同时，有些生物却面临着呼吸的威胁，它们正在逐渐失去生存所必须的氧气——它们在窒息！这些生物，就是生活在地球上各个湖泊的水下生物。 对于我们这些陆生动物来说，大气中的氧气还能够让我们呼吸，没有影响。对于水下生物来说，情况就不一样了。它们平时的呼吸，都是依赖于溶解在水中的氧气。 大部分的气体，在水中的溶解度都是随着温度的升高而降低的。大家最熟悉的就是碳酸饮料，平时都是低温的好喝，如果放在太热的地方，二氧化碳就全都跑掉了。氧气也是如此，随着温室效应加剧，全球气温不断攀升，地球水体中的氧气就会开始析出，含氧量降低。这对于水生生物来说，无疑是一场灾难。 来自于美国伦斯勒理工学院的水生生态学家斯蒂芬·简及其团队最近在《自然》期刊上发表了一篇论文，阐述了全球湖泊含氧量的变化。尽管此前人类对于海洋中的含氧量在人类的活动下不断降低有所了解，但对于全球湖泊的含氧量变化，还知之甚少。这一次的研究，弥补了这个领域的空白，也再一次给人类敲响了警钟。 地球的湖泊水含量只占了淡水资源的很小一部分，绝大部分都是冰川。但如果你认为这些湖泊的生态系统不重要，那就大错特错了。这些湖泊不仅孕育了它们自己内部的生命，还是全地球的重要资源。湖泊中氧含量的降低，会在很大程度上威胁内部的水生生物，进而影响到整个湖泊食物网和生物多样性。 这样的悲剧，正在上演。 研究团队对全世界温带地区的393个湖泊进行了采样，采样范围包含了从1941年到2017年的测量结果，果然发现：不论是湖泊的表面还是湖泊深处，都出现了氧含量的降低。 他们一共整理了超过45000份水温以及氧溶解量的资料数据，分析后发现：在过去的40年时间里，地表水的氧气溶解量平均降低了。而湖泊深处的氧气溶解量下降得更加剧烈，竟然达到了。 对于湖泊表面的氧气含量降低，我们很容易理解，就是刚才提到的气温升高倒是氧气溶解度降低，从湖水中析出。对于湖泊深处，情况就不一样了。研究人员认为，湖泊深处的温度并没有因为全球变暖而升高，所以氧气溶解度也没有变化。但这里的氧气含量还是出现了明显的下降，这或许和两部分湖水的分层现象有关。 氧气含量的降低，将会带来一系列令人担忧的后果。其中最直接的一个，就是让湖泊里的生物面临了前所未有的危机。除了水下的地球生物化学影响之外，甚至依赖这些湖泊的人类 健康 也会受到威胁。 同样来自伦斯勒理工学院的环境生物学家凯文·罗斯指出：“所有的复杂生命都要靠氧气来生存，这是水下生物网最基础的支撑。一旦氧气开始流失，就可能会导致物种的消亡。而湖泊的氧气流失速度比海洋快了倍，这样的下降速度将会对整个生态系统造成不良的后果。” 湖泊含氧量的降低，还会进一步加剧温室效应，使得全球气温进一步上升。 研究人员发现，当湖泊的含氧量下降后，其内部就会有大量能够排放甲烷的细菌滋生。甲烷是一种比二氧化碳强得多的温室气体，所幸空气中的含量非常少。如果全球气温进一步升高，湖泊里的这种细菌就越多，排放出大量的甲烷，进一步加剧温室效应，导致全球气温升得更高，继续降低湖泊的氧气溶解量…… 恐怖的恶性循环。 这个研究结果令人们更加担忧，也再一次增加了人类对温室效应新的认知——又是一个让人不愿意面对的严重后果。 全世界的湖泊正处在氧气溶解度不断降低的危机之中，而且它们的艰难处境远远超过了海洋。而这，可能还只是一个开始，未来的氧气溶解度还将随着气温的升高而进一步降低…… 另外一点值得注意的发现是，在他们的样本中，有四分之一出现了氧气含量在全球升温趋势下提高的情况，这似乎不符合常理和上面的分析。研究人员认为，这些湖泊可能都含有大量来自于城市或农村排放的生活用水，这些水中含有的化学元素滋生了大量的蓝藻，引起了水华。这些蓝藻可以进行光合作用，因而制造了大量的氧气。 但这并不能改变危险的局面，我们仍然要提高警惕。这篇论文就是一个警示，再一次提醒我们需要关注气候变化，尽快完成碳中和的目标。 斯蒂芬·简说：“湖泊就像是气候变化及其威胁的一个警钟或者说是‘哨兵’，它们可以对周围的环境和大气给出反响的信号。我们发现这些生物多样性系统中正在以不均衡的形式迅速转变，意味着此时此刻大气的变化已经造成了巨大的影响。” 不仅仅是这一项研究，此前的很多研究都暗示着全球变化会引发一系列的恶性循环。有些永久冻土内也隐藏着甲烷，可能会随着冻土的融化被释放出来，加剧全球变暖进程。 可以说，全球变暖的危机正在以滚雪球的模式增加，这令人不得不深深地担忧：地球留给我们的时间到底还有多少。尽管许多国家都制定了碳中和的目标，也签署了巴黎协定，但这样的步伐够不够快，目前又被打上了一个大大的问号……