关于氧气的6大知识

1.空气中的含氧量是多少？
在干燥空气中，氧气含量约为20.95%。当空气潮湿时，这个数字会减少，因为空气中含有更多的水蒸气。地球上的氧气含量是不断变化的。在地球诞生的前20亿年，空气中没有氧气。直到大约24亿年前，大气中的氧气含量才开始缓慢上升。大约在5.4亿年前，大气中的氧气含量已经达到15% ~ 35%。充足的氧气使多细胞生物爆发。氧浓度最高的时期是石炭纪(3.55亿~ 2.95亿年前)。当时地球上出现了许多巨大的昆虫，比如翼展70厘米的蜻蜓。
2.我们一天消耗多少氧气？
一个健康的成年人在正常状态下平均每分钟呼吸16次，每天通过呼吸消耗氧气约0.7公斤。但是现在，我们不能充分利用吸入肺部的所有氧气。在我们吸入的气体中，氧气含量约为21%，而在我们呼出的气体中，氧气约占15%，这意味着我们只使用了吸入氧气的28%左右。另外，氧气在人体内的分布是不均匀的。比如大脑的重量只有体重的2%，却需要吸入总氧气的20%才能满足自身的能量需求，是身体需求最大的部位。
3.如何使用氧气
是氧细胞乃至全身产生能量的关键。复杂的多细胞生物必须依靠氧气才能生存。在细胞的能量工厂——线粒体中，葡萄糖被分解，释放出大量的三磷酸腺苷(ATP)，这是生物体最直接的能量分子。事实上，葡萄糖并不是在线粒体中直接分解的，这个过程分为几个阶段。葡萄糖会在细胞质基质中分解成丙酮酸，并产生少量的ATP。然后丙酮酸进入线粒体，氧气的作用是进一步氧化丙酮酸，分解成水和二氧化碳，会释放出大量的ATP。在没有氧气的情况下，丙酮酸会直接转化为代谢产物(动物产生乳酸，大部分植物产生乙醇)，没有上面提到的第二个过程。也就是说，如果有氧气，葡萄糖代谢产生的能量要比无氧条件下多得多。所以氧气是大型生物生存的必要条件，比如人类和恐龙。

4.吸入过量氧气有害吗？
短时间内吸入过量氧气是无害的，但如果连续24小时暴露在高浓度氧气中，你的肺细胞等就会受到损伤。但是高浓度氧气，比如纯氧(氧含量100%)，也有很多应用场景。医生经常使用纯氧来治疗烟雾中毒或心脏骤停的病人。阿波罗宇宙飞船的宇航员在整个登月任务中呼吸纯氧。这是因为肺组织吸收的氧气量与空气中的氧气浓度无关，而取决于氧气的分压(氧气产生的压力)。宇航员穿着内压较低的宇航服，因此必须使用高浓度的氧气来维持体内正常的分压。
5.氧气是如何进入水中的？
海洋中的氧气一部分来自大气中氧气的溶解，另一部分来自蓝藻和其他海洋生物的光合作用。海洋的垂直方向有非常稳定的层，层间水分交换很少。所以上层水体的氧气很难到达深海。只是在少数地区，在全球海洋环流下，富含氧气的上层水体会下沉几千米，扩散到其他地区的深海。这通常发生在冰岛、格陵兰岛和丹麦法罗群岛之间的海域。此外，氧气分布不均匀意味着一些没有环流的海域(如北印度洋)底层水层几乎没有氧气。
6.氧气会导致减压病吗？
如果潜水员深潜后上升过快，就会出现减压病。这是因为水下的压力大于正常的大气压，并且有更多的气体(氮气、氧气等。)会溶解在血液里。在快速减压过程中，如果体内多余的氮气不能及时排出，就会形成气泡，对身体造成不良反应，严重时甚至死亡。当减压病发生时，患者必须立即进入压力舱，回到高压环境，使氮气泡重新溶解，吸入高浓度氧气，排出体内氮气。潜水员出现减压病后，医生会立即送至高压氧舱进行治疗。理论上，他们在高压氧舱吸入的氧气压力比大气压力高得多。当它们离开舱室时，氧气也可能形成气泡，但人体会迅速消耗体内的氧气，所以这种情况通常不会发生。

（摘自《奇点科学》2023杂志征订 科普杂志 https://www.zazhipu.com/ ）