Veteen liuenneen hapen vaikutus O2-molekyylien muodossa heikkenee pääasiassa vaikutukseen redox-reaktioihin, joihin osallistuvat metallikationit (esimerkiksi rauta, kupari, mangaani), typpeä ja rikkiä sisältävät anionit ja orgaaniset yhdisteet. Siksi määritettäessä veden stabiilisuutta ja sen aistinvaraisia \u200b\u200bominaisuuksia sekä mitattaessa orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden pitoisuutta, pH: ta, on tärkeää tietää tämän veden happipitoisuus (mg / l). Maanalaisten lähteiden vedessä on pääsääntöisesti erittäin vähän happea, ja hapen imeytymiseen ilmaan sen tuotannon ja kuljetuksen aikana vedenjakeluverkoissa liittyy alkuperäisen anionisen kationisen tasapainon rikkominen, mikä johtaa esimerkiksi raudan saostumiseen, veden pH: n muutokseen ja monimutkaisten ionien muodostumiseen. Suurista syvyyksistä otettujen kivennäisvesien ja juomaveden pullotetun veden valmistajien on usein puututtava tällaisiin ilmiöihin. Pintalähteiden vedessä happipitoisuus vaihtelee suuresti riippuen erilaisten orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden pitoisuuksista sekä mikro-organismien läsnäolosta. Happitasapaino määräytyy prosessien tasapainon perusteella, jotka johtavat hapen virtaukseen veteen ja sen kulutukseen. Veden happipitoisuuden kasvua helpottavat hapenottoprosessit ilmakehästä, hapen vapautuminen vesikasvillisuudesta fotosynteesin aikana ja pinta lähteiden täydentäminen happea sisältävällä sateella ja sulavedellä. Tämän prosessin nopeus kasvaa lämpötilan laskiessa paineen lisääntyessä ja mineralisaation vähentyessä. Maanalaisissa lähteissä pystysuuntainen lämpökonvektio voi aiheuttaa pienen happipitoisuuden. Aineiden (nitriitit, metaani, ammonium, humiinit, orgaaniset ja epäorgaaniset jätteet ihmisen alkuperää olevissa jätevesissä) kemiallinen hapetus, biologinen (organismien hengitys) ja biokemiallinen kulutus (bakteerien hengitys, hapenkulutus orgaanisen orgaanisen hajoamisen aikana) aineet). Hapenkulutuksen nopeus kasvaa lämpötilan ja bakteerien määrän noustessa. Kemiallisen hapenkulutuksen määrällinen ominaisuus perustuu hapetuvuuden käsitteeseen - happea määrä milligrammoina, joka kulutetaan orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden hapettumiseen 1 litrassa vettä (ns. Permanganaatin hapetus lievästi saastuneille vesille ja bikromaattihapetus (tai COD - kemiallinen hapenkulutus). Biokemiallista hapenkulutusta (BOD, mg / l) pidetään veden pilaantumisen mittana ja se määritellään veden happipitoisuuden erona ennen ja jälkeen sen pitämisen pimeässä viiden päivän ajan 20 ° C: ssa. Vettä, jonka BOD on korkeintaan 30 mg / l, pidetään käytännöllisesti puhtaana. Vaikka WHO: n asiantuntijat eivät tarjoa kvantitatiivista kuvausta juomaveden happeesta, he kuitenkin suosittelevat "... pitämään liuenneen hapen pitoisuudet mahdollisimman lähellä kyllästymistasoa, mikä puolestaan \u200b\u200bedellyttää, että biologisesti hapettavien aineiden pitoisuudet ... ovat mahdollisimman pieniä". Teknisestä näkökulmasta hapettuneella vedellä on metalliin ja betoniin syövyttäviä ominaisuuksia, mikä ei ole toivottavaa. Kompromissi on kyllästymisaste (suhteellinen happipitoisuus prosentteina sen tasapainopitoisuudesta) 75% (tai vastaava 7: stä kesällä 11: een talvella mg O2 / l).
Kemikaalitieteiden kandidaatti T. ZIMINA.
Korroosio on monimutkainen fysikaalis-kemiallinen prosessi. Se perustuu metallien ja seosten sähkökemialliseen (eikä kemialliseen, kuten aiemmin ajateltiin) liukenemiseen. Korroosioprosessissa tapahtuu vähintään kaksi reaktiota samanaikaisesti: hapettuminen ja pelkistys. Jos jostain syystä yksi niistä onnistuu jarruttamaan, korroosioprosessi hidastuu huomattavasti - metallista tulee korroosionkestävä.
Korroosion aikana metalli hapettuu (antaa pois yhden tai useamman valenssielektronin), ts. Se virtaa siihen anodisähkökemiallisen prosessin reaktio. Tämä prosessi voidaan esittää reaktiona
Minä → Me n + + nE - ,
jossa e - valenssielektroni; n - metallin "antama" elektronien lukumäärä; Me n + on metalli hapettuneessa tilassa.
Konjugaattina katodi talteenottoprosessi (yhden tai useamman elektronin lisääminen) voi sisältää erilaisia \u200b\u200baineita syövyttävän väliaineen luonteesta riippuen. Useimmin hapesta tulee tällainen aine. Se on hän, joka "valitsee" elektronit, eli palautetaan. Esimerkiksi neutraaleissa ympäristöissä, joihin sisältyy vesi, katodiprosessi voidaan esittää seuraavalla reaktiolla (korroosio hapenpolarisoituminen):
O 2 + 4e + 2 H20 \u003d 4 OH.
Lämmönjakelujärjestelmän elementtien korroosio (aggressiivinen ympäristö - vesi) tapahtuu ns katodinen hallinta eli katodireaktio on estetty verrattuna anodiin, ja se määrittelee koko korroosioprosessin nopeuden. Lämmönjakelujärjestelmän elementit on mahdollista suojata, jos katodinen reaktio "murskataan" niin paljon kuin mahdollista. Tämä tehdään kahdella tavalla: poistamalla happea syövyttävästä väliaineesta (vesi) tai lisäämällä korroosionestoaine (moderaattori) järjestelmään. Inhibiittoria, yleensä kaukana vaarattomasta kemikaalista, ei aina voida lisätä veteen. Siksi valitaan pääsääntöisesti ensimmäinen tapa - hapen poisto.
On huomattava, että lämmönjakelujärjestelmien - kattiloiden, lämmönvaihtimien, putkien - korroosio on erittäin aktiivista ja "pahanlaatuista". Hiiliteräksestä valmistetut elementit, jotka altistetaan kuumalle vedelle (80 ° C ja yli), ovat alttiita haavaiselle korroosiolle - syövyttävien onteloiden ja fistulien muodostumiselle. Tosiasia, että löysien, suojaamattomien ruosteiden (rautahydroksidin) muodostumisen jälkeen teräksen pinnalle muodostuu ns. Epätasaisen ilmaston pareja - alueita, joilla happea on lisääntynyt ja vähentynyt. Nämä parit itse alkavat toimia paikallisina galvaanisina kennoina. Alueet, joilla on vähentynyt ilmastus (hapen kuljettaminen on vaikeaa), toimivat anodeina, jotka alkavat liueta intensiivisesti muodostaen haavaumia.
Kuumassa vedessä tämä prosessi tapahtuu erittäin nopeasti, koska sekä hapen diffuusio vedessä että muodostuneella pinnan teräsoksidilla, samoin kuin sen ionisaatio ja siten koko korroosioprosessi kiihtyvät lämpötilan noustessa. Totta, hapen liukoisuus veteen vähenee samanaikaisesti. Siksi avoimissa järjestelmissä (esimerkiksi avoimessa vesisäiliössä) havaitaan suurin korroosionopeus 80 ° C: seen saakka. Korkeammassa lämpötilassa veden happiliukoisuuden vähentämiskerroin alkaa vallita ja korroosio estyy jonkin verran. Suljetuissa järjestelmissä, joissa happi ei voi poistua järjestelmästä, korroosionopeus kasvaa lineaarisesti lämpötilan myötä.
Hiilidioksidi ei sinänsä ole vaarallinen teräkselle, mutta se “hapottaa” vettä muodostaen hiilihappoa ja aiheuttaa siten eräänlaisen korroosion vedyn depolarisaatio (esimerkiksi kattilakorroosiossa) - prosessi, jossa toinen aine sisältyy katodiseen reaktioon - vety, mikä tarkoittaa, että se nopeuttaa katodista prosessia.
Lisäksi vesi sisältää pääsääntöisesti kalsiumsuoloja, jotka kerrostuvat liukenemattoman suojakerroksen muodossa putkien ja säiliöiden seinämiin. Kuitenkin, jos vedessä on hiilidioksidia pitoisuudessa, joka ylittää tietyn kriittisen arvon, suojaava kalsiumkarbonaatti CaCO 3 ei saostu teräksen pintaan, mutta muodostuu liukoista kalsiumbikarbonaattia Ca (HCO 3) 2, mikä johtaa myös korroosioon.
Katso saman aiheen artikkeli.
Kaikki elävät asiat tarvitsevat ruokaa. Se on välttämätön energialähde ylläpitämään kaikkia kehon toimintoja sekä materiaalia solurakenteiden rakentamiseksi ja päivittämiseksi. Tärkein tapa saada energiaa on ruoka-aineiden hapettuminen, ja hapetus, kuten tiedät, vaatii happea. Tutimme kuinka ruokavarat jakautuvat merelle. Nyt on aika kertoa missä Poseidonin kohteet ottavat tarvitsemansa hapen, kuinka hän pääsee valtameren syvyyteen.
Kaikki kaasut kykenevät liukenemaan veteen. Ne tulevat luonnollisten säiliöiden veteen maan ilmakehästä. Niiden liukoisuus riippuu monista syistä. Tärkeimpiä ovat tietyn kaasun osuus alkuperäisessä kaasuväliaineessa tai tarkemmin sanottuna sen osapaine *. Eniten typpeä siinä, 78,09 prosenttia. Toisella sijalla on happi - 20,95. Jäljellä olevia kaasuja on vähän. Kaikkien inerttien kaasujen määrä on irtotavarana 0,93, leijonanosan laskeutuessa argoniin ja hiilidioksidin vain 0,03 prosenttia. On tapana sanoa, että veteen liuennut kaasu on saman osittaisen paineen alainen, kuin mitä se aiheutti ilmakehässä kosketuksessa sen kanssa. Tämä selittää, miksi valtamerien vedessä on eniten typpeä ja vähiten hiilidioksidia ja noin neljä kertaa vähemmän happea kuin typessä.
* (Osittainen on kaasuseokseen sisältyvän kaasun paine, joka se aiheuttaisi samassa lämpötilassa, jos se täyttää yhden koko kaasuseoksen käyttämän tilavuuden.)
Liukoisuuden kannalta itsessään kaasun ominaisuudet ovat välttämättömiä. 15 asteessa ja paineessa, joka on yhtä suuri kuin 1 atmosfääri, seuraava määrä kaasuja voi liueta litraan vettä:
typpi - 16,9,
happi - 34,1,
hiilidioksidi - 1019,0 millilitraa.
Siten ilmakehän kaasujen joukossa hiilidioksidi liukenee parhaiten veteen.
Veteen liuenneiden kaasujen määrä riippuu niiden paineesta ja lämpötilasta. Puhuimme kaasujen liukoisuudesta ilmakehän paineessa, tavallisesti merenpinnan tasolla. Jos se kaksinkertaistuu, veden kaasupitoisuus kaksinkertaistuu. Lämpötilan nousu antaa päinvastaisen vaikutuksen. Toisin kuin kiinteät aineet, kaasujen liukoisuus vähenee merkittävästi veden kuumentuessa.
Kaasun läsnäolo vedessä ei vaikuta muiden liukoisuuteen. Muu aine on muita aineita. Merkittävä määrä suoloja merivedessä, noin 20 prosenttia, vähentää sen kykyä liuottaa kaasuja. Katsotaan nyt, kuinka paljon happea voi liueta veteen tavanomaisissa maaolosuhteissamme. Muista, että tämä arvo on verrannollinen sen osapaineeseen, toisin sanoen viisi kertaa vähemmän kuin se voisi liueta, jos maapallon ilmapiiri koostuisi yhdestä hapesta. Siksi 15 asteessa 1 litrassa makeanveden vettä ei liukene 34, vaan vain 7 millilitraa happea. Joten 1 litraan vettä maapallon luonnollisissa säiliöissä seuraava määrä millilitraa happea voi liueta:
Iltapäivällä selkeän taivaan alla, kun planktonikasvit säteilevät paljon happea fotosynteesin aikana, sen pitoisuus vedessä saattaa osoittautua hieman korkeammaksi. Mutta yöllä, jos vedessä on paljon eläviä olentoja, liukeneminen ja mikä tärkeintä, hapen tunkeutuminen syvyyteen, ei välttämättä seuraa virtausnopeutta, ja sen todellinen pitoisuus on alempi kuin laskettu.
Veteen liuenneiden kaasujen jakautumisen päämekanismi on diffuusio, toisin sanoen aineen leviäminen sen konsentraatiosta kaikkiin avaruussuuntiin. Difuusion ydin on, että minkä tahansa aineen molekyyleillä on taipumus tunkeutua siellä, missä niitä on vähän, jos niiden pitoisuus on korkea. Diffuusio jatkuu, kunnes tämän aineen molekyylipitoisuus muuttuu samanlaiseksi kaikkialla. Kaasujen diffuusio sekä vedessä että elävien solujen sytoplasmassa sekä interstitiaalisissa nesteissä tapahtuu ilman erityisiä energiamenoja. Ohuet solumembraanit ja jopa eläimen kehon ohuet ulkomuodot eivät ole vakava este kaasujen leviämiselle. Kaasut tunkeutuvat helposti näihin esteisiin. Toinen nesteiden kaasun jakautumismekanismi on itse liuottimen liikkuminen, mukaan lukien merivirrat ja verenkierto.
Difuusio tapahtuu tietyllä nopeudella, joka riippuu liuottimen ominaisuuksista ja diffundoivan aineen molekyylien luonteesta. Mitä raskaampia ne ovat, sitä hitaammin ne leviävät. Happimolekyyli, joka koostuu kahdesta atomista (nimittäin piimatommolekyylien muodossa, happi on maan ilmakehässä), on paljon kevyempi kuin hiilidioksidimolekyyli, ja niiden diffuusio on nopeampaa.
Pienillä alkeellisilla eläimillä ei ole erityisiä elimiä hapen ottamiseksi vedestä ja verenkiertoelimestä sen toimittamiseksi kehon eri osiin. He ovat tyytyväisiä kaasumäärään, joka yksinkertaisen diffuusion takia menee kehoonsa ja leviää tasaisesti sen läpi. Kykyä toimittaa happea kaikkiin kehon "kulmiin" rajoittaa polun, jonka kaasun on kuljettava, pituus. Hapen toimittamiseksi keholle diffuusion kautta on sen pitoisuuden elävän olennon ulkopinnalla oltava riittävän suuri ja eläimen itsensä oltava pieni. Muutoin happi ei pääse kehoon, koska se kuluu kokonaan matkalla.
On mahdollista laskea organismin koko, jolla se voi esiintyä luonnollisissa vesimuodostumissa ilman erityisiä elimiä hapen uuttoa varten. Yleensä eläimet kuluttavat 0,001 millilitraa happea minuutissa / gramma kehon painoa, joten kehon pallomaisen muodon ollessa sen halkaisija ei saa olla yli 2 millimetriä, ja olosuhteissa, joiden kokoonpano on erilainen, enimmäisetäisyys syvien osien pinnasta ei saa ylittää I. millimetriä. Sitten he voivat elää vedessä, jossa hapen osapaine on 0,15 ilmakehän.
Veden lämpötilan noustessa kaasujen diffuusio kiihtyy, mutta samalla niiden liukoisuus vähenee ja elävien organismien hapenkulutus kasvaa voimakkaasti. Siksi lämpötilan nousun lopullisella vaikutuksella on haitallisia vaikutuksia. Ei ole yllättävää, että tropiikissa, joissa veden lämpötila pinnalla ei koskaan laske alle 20 astetta, löytyy usein huonoja alueita.
Diffuusio täyttää yksisoluisten eläinten, sienien, suoliston, monentyyppisten rotiferien, litteiden ja pyöreämatojen, joidenkin sammakkojen ja annelidien happitarpeet täysin. Jotkut niistä, esimerkiksi meduusat ja sienet, ovat kooltaan erittäin vaikuttavia, mutta onnistuvat olemaan tyytyväisiä happea, joka tarjoaa yksinkertaisen diffuusion. Meduusan hyytelömäinen runko sisältää vähemmän kuin yhden prosentin orgaanista ainesta. Siksi hapenkulutus on vähäinen, sillä se kuluttaa säästeliäästi ja pääsee meduusan syvimpiin kehon osiin. Tilanne sienillä on vielä yksinkertaisempi. Heidän kehonsa tunkeutuvat lukuisat kanavat ja huokoset, joiden läpi vesi kuljetetaan, toimittaen happea ja orgaanisen aineen hiukkasia. Jäljelle jäävät monisoluiset eläimet kuljettavat happea interstitiaalisten nesteiden avulla tai veren mukana.
Eläimet käyttävät kahdentyyppisiä elimiä hapen uuttoon. Poseidonin valtakunnassa kolojen muodossa, toisin sanoen erimuotoisten ja -rakenteisten vartalojen kasvut. Kiilat voivat tarttua ulos. Useimmiten tämä koskee äyriäisiä. Kuoren, joka sisältää erittäin kestävää ainetta, kitiiniä, ansiosta ne on osittain vakuutettu vaurioilta. Kitiini ei häiritse hapen tunkeutumista kehoon. Siinä kaasun diffuusio on helpompaa kuin useimmissa muissa kehon kudoksissa.
Korkeampien äyriäisten ja kalojen kiteet sijaitsevat erityisissä kolo-onteloissa. Tämä on varotoimi. Simpukoissa ja muissa kuorellisissa olioissa ne ovat piilossa talon sisätiloissa, mikä takaa kidusten turvallisuuden, mutta se edellyttää erityisen mekanismin luomista, jotta voidaan varmistaa veden nopea vaihtaminen kuma-onteloissa. Eläinten, joilla ei ole pumppausjärjestelmiä, on siirrettävä kaltansa myös silloin, kun ne tarttuvat ulos. Jos happea uutetaan täydellisesti hiljaisesta vedestä, lähimmissä kerroksissa se kuluu pian kokonaan.
Kiilan liikkeet ovat ominaisia \u200b\u200blähinnä pienille organismeille. Suurille tämä menetelmä ei ole sopiva, koska se vaatii, että kidilla on riittävä lujuus ja että ne voivat voittaa vedenkestävyyden. Muuten ne taipuvat ja kiertyvät, ja niiden mekaanisen lujuuden vahvistaminen on epäkäytännöllistä. Suuret ja raskaat kidukset olisivat energiallisesti haitallisia. Äyriäiset kykenevät siirtämään kiduksia. Heidän jalkansa istuu useilla terillä. Jotkut tarjoavat eläimen liikkumisen, toiset - hengittävät, toiset ajavat vettä, josta ruoka ja happi uutetaan.
Veden liikkumista on paljon helpompaa organisoida erityisissä onteloissa sijaitsevien kärkipintojen yli. Jopa silikat ovat sopivia tähän. Simpukoita käyttävät niitä. Oikeat kalastuspumput toimivat kaloille ja rapuille. Heidän ainoa tarkoitus on palvella hengitystä. Pääjalkaiset ovat mukauttaneet suihkumoottorin tähän tarkoitukseen. Kun vettä imetään vaipan onkaloon, happea otetaan siitä aktiivisesti, ja veden vapautuminen varmistaa eläimen liikkumisen.
Kaloilla on tosiasiassa kaksi pumppua: suu- ja koto-ontelo, varustettu asianmukaisilla venttiileillä. Kiilan onkalo on tila kolojen ja koteloiden välissä. Kahden pumpun yhteisen toiminnan ansiosta vesi virtaa ikkunoiden läpi melkein jatkuvasti: ensimmäinen pumppu nostaa painetta työntämällä vettä kiilon onteloon, ja toinen vähentää sitä imemällä siellä vettä.
Energiatehokkaampaa on siirtää vettä hitaasti suuren hengityspinnan yli kuin nopeasti pienen yli. Kiskojen suhteellinen pinta-ala (niiden pinta-ala, korreloituna eläimen ruumiinpainon kanssa) on paljon suurempi aktiivisissa kaloissa, kuten tonnikala ja makrilli, kuin hitaissa kaloissa, kuten pufferkalat ja rupikonnakalat. Pumppuja käyttävistä luullisista kaloista suurin osa vedestä kolojen läpi kulkee Antarktiksen valkoisilla kaloilla.
Aktiivisimmat kalat tekevät ilman pumppuja ollenkaan. Heillä on purkautuva ilmanvaihto. Tonnikala kiirehtii vedenalaisessa valtakunnassa avoimella suulla siten, että suuonteloon tuleva vesi työnnetään kidusten läpi. Pienet pumput sisältävät kalat turvautuvat kimppuun, jos niiden nopeus nousee yli 0,5–1 metriä sekunnissa. Paineilmanvaihdossa kiskojen läpi kulkevan veden määrää säädetään suun avautumisasteella.
Korkeammat äyriäiset pitävät kiskonsa sisätiloissa. Amerikan sininen rapu, joka on pysyvä asukkaat vedessä ja joka johtaa myös aktiivista elämäntapaa, on paljon suurempi kuin houkutteleva rapu, joka laskuveden aikana mieluummin kävelee rannalla ja käyttää ilmaa hengittämiseen, missä happea on paljon enemmän kuin meressä. Vielä vähemmän on kokonaan maahan muuttaneiden aaverapujen kiiltojen pinta. Paljaat verisuonipaketit työntyvät kärjen onteloon, mikä yksinkertaistaa huomattavasti veren kulkeutumisen happea.
Meressä on kaloja, jotka eivät kykene tuuletamaan omia koloonteloitaan ja joutuvat etsimään apua muilta olentoilta. Sticky poistoaineet vaeltavat meressä asettumalla haiden ja säteiden kiiltoonteloihin käyttämällä päälliköitään ajoneuvona ja pumpuna, joka toimittaa heille makeaa vettä. Remors ei pysty hallitsemaan pitkään yksin. Omistajien avun puutteen vuoksi he hengittävät raskaasti, tekemällä jopa 250 hengitysliikettä minuutissa, ja voivat johtaa täydelliseen uupumukseen.
Kinkkujen vastavirtajärjestelmä myötävaikuttaa veren täydelliseen kyllästymiseen happea. Sen olemus on, että jos kiduksia kasteleva vesi virtaa kiiltokierrosten välillä vasemmalta oikealle, veri liikkuu lohkojen sisäpuolella olevien suonien läpi vettä kohti, ts. Oikealta vasemmalle. Siksi tuoreet vesimäärät, jotka sopivat hengityspinnoille, törmäävät vereen, joka päättää tiensä kiteiden läpi ja on jo riittävän rikastettu hapolla. Vain täysin makea vesi voi lisätä hiukan enemmän happea sellaiseen vereen. Ja kun hän on kulkenut kidusten läpi ja antanut melkein kaiken happea matkan varrella, hän kohtaa siellä laskimoveren, sen viimeiset jäänteet diffundoituvat helposti siihen. Tämän avulla kalat voivat poimia 80-90 prosenttia happea vedessä. Äyriäiset eivät voi ylpeillä korkeilla hinnoilla. Eurooppalaiset rannikkoraput absorboivat vain 23 prosenttia hapoista kiteiden läpi virtaavasta vedestä.
Kiilat, joista ei huolehdita, voivat tulla roskiksi. Jotta tämä ei tapahdu, korkeammat syövät muuttavat säännöllisesti veden liikesuuntaa kiskon onteloissa lyhyen aikaa. Jotkut tekevät sen kerran minuutissa, toiset 10 minuutin välein tai jopa harvemmin. Sivulta voi tuntua, että rapu yski. Eläinlääkärit kutsuvat "puhdistusjaksoja" yskäksi. Tällaisissa menetelmissä kiinteät hiukkaset, jotka ovat kiinnittyneet voimakkaaseen veden käänteisvirtaan, poistuvat kuma-onteloista. Samassa tilanteessa olevat kalat laajentavat suuonteloa avamatta suuhunsa vähentäen huomattavasti siinä olevaa painetta. Tällöin veden liikesuunta muuttuu ja lika kiiltokierroksista poistetaan. Simpukoita lyö äkillisesti kuoren ikkunaluukut puhdistaen vaipan onkalon, jossa kidukset sijaitsevat.
Poseidonin henkilöiden keuhkot eivät ole suosittuja. Tämä on elinten nimi, jotka näyttävät syventyvän tai työntyvän kehon ja työpinnan sisälle ontelon sisäseinillä. Useimmiten sillä on hyvin monimutkainen kokoonpano, joka muodostaa lukemattomia alveoleja. On väärin ajatella, että keuhkot on suunniteltu poistamaan happea vain ilmasta, vaikka useimmiten ne tekevät niin.
Holothurians käyttää keuhkoja, jotka ovat pari pitkät haarautuneet kanavat sijaitsevat pussin oikealla ja vasemmalla puolella. Siitä ne ovat lähtöisin, ja sokeilla päillään ne saavuttavat melkein rungon etunavan. Oikealta happea tulee vatsanesteeseen ja leviää koko vartaloon. Vasen keuhko on peitetty tiheällä verisuoniverkolla, ja sen avulla uutettu happi kuljetetaan verenkiertoon.
Lihasten koordinoidun toiminnan takia holoturian keuhkot joko täytetään vedellä tai tyhjennetään. Valitettavasti veden viskositeetti on paljon ilmaa korkeampi, joten kaikkien keuhkojen kulmien täyttäminen vedellä ja myöhempi vapautuminen vedestä vaatii merkittäviä energiakustannuksia. Tämä heikentää vakavasti keuhkojen suorituskykyä. Siksi Poseidonin tutkijat mieluummin kiiltoaineita.
Merinisäkkäät - sireenit, hylkeet ja valaat käyttävät ilmakeuhkoja. He eivät voi ottaa happea suoraan vedestä, silti he tekevät pitkiä retkiä Poseidonin valtakuntaan. Haluan vakuuttaa lukijalle, että tätä ei ollut helppo saavuttaa. Vertaa ihmisen kykyjä antamalla hänelle olla veden alla 2,5 minuutin voimasta merinisäkkäiden saavutuksiin. Vedenalaisten kävelyjen kesto, ts. Aika noususta toiseen, saavuttaa 15 tavallisella hylkeellä, 30 minuuttia valkoisella valalla, 1,5 tuntia siittiävaalilla ja 2 tuntia pullonkalalla. Pitkät sukellukset ovat mahdollisia, koska nämä eläimet kykenevät muodostamaan merkittäviä happivarantoja, ovat oppineet pelastamaan sen ja voivat jopa tehdä ilman sitä jonkin aikaa.
Merinisäkkäillä on suuret keuhkot, ja he osaavat käyttää niitä. Jos ihminen täyttää normaalin hengityksen aikana ilmalla noin 20 prosenttia keuhkojen tilavuudesta, niin delfiinit käyttävät 80. Tämä ei tarkoita, että sukellaessaan he yrittävät ottaa mahdollisimman paljon ilmaa mukanaan. Päinvastoin, jotkut valaat, tavalliset hylkeet, norsuhylkeet ja Weddell-hylkeet sukeltavat tyhjentäen keuhkonsa. Ilman varastointi on kannattamatonta, se sisältää vain 20 prosenttia happea, eläimet eivät tarvitse muita kaasuja ja voivat vain estää upotusta.
Merinisäkkäät varastoivat puhdasta happea ja varastoivat sen kemiallisesti sitoutuneessa muodossa käyttämällä erityistä säilöntäainetta. Kun tuli tarpeeksi luoda kuljetusjärjestelmä, joka voisi ottaa vastaan \u200b\u200bhappea, energiaa ja rakennusmateriaaleja sekä muita kehon elämän kannalta välttämättömiä aineita, kävi ilmi, että ei voinut tehdä ilman sitä tai pikemminkin ilman kaasupulloja, koska 1 millilitra veriplasmassa tai interstitiaalisessa nesteessä, joka primitiivisissä eläimissä korvaa veren, vain 0,003 millilitraa happea voi liueta. Voitteko kuvitella, kuinka paljon verta tarvittaisiin, kuinka paksun verisuonen tulisi olla ja kuinka paljon voimaa sydän tarvitsee kehon kudoksen tarjoamiseksi happea?
Happisylinterit ovat erityisiä proteiineja - globiineja, jotka ovat yhdessä metallia sisältävien pigmenttien kanssa. Polychaete-madot käyttävät sylintereinä rautaa sisältävän proteiini-kloorivirhapin vihreitä molekyylejä. (Siksi heidän verensä on vihreää.) Happi kiinnittyy helposti siihen: kukin raudan atomi sisältää kaksi happiatomia. Kloorikruoriinin avulla polychaete-veri kuljettaa 10 kertaa enemmän happea kuin se voisi siirtää ilman sitä.
Tällaiset sylinterit ovat kuitenkin hankalia. Tosiasia on, että kehon solut eivät ole kiinnostuneita vain niiden sisältämästä hapesta, vaan pyrkivät käyttämään itse ilmapalloja omiin tarpeisiinsa. He pitävät niitä erinomaisena romumetallina, joka soveltuu varsin hyvin ”uudelleen sulatettavaksi” myöhempää käyttöä varten rakennuksissa.
Ainoa tapa estää ryöstö on rakentaa suuret "säiliöt", toisin sanoen hyvin suuret proteiini - happea-kantoaineen molekyylit, jotka koostuvat satoista tuhansista atomeista. Ne eivät voi indeksoida verisuonten seinämien huokosien läpi, joten niitä on vaikea käyttää muihin kehon tarpeisiin. Suurten säiliöiden pitäminen ei kuitenkaan ole järkevää, koska niiden koko kasvaa niin sanottuna seinien paksuuntumisen vuoksi ja kapasiteetti pysyy samana. Suuret, mutta epäjohdonmukaiset sylinterit ovat kannattamattomia.
Useimmat eläimet vaihtoivat pieniin, mutta tilaviin happisäiliöihin, joissa hiilidioksidia voidaan kuljettaa vastakkaiseen suuntaan. Hemoglobiineja käytetään säiliöinä. Aikuisen globiinimolekyyli koostuu neljästä polypeptidiketjusta. Kaksi alfaketjua sisältää 141 aminohappotähdettä molemmissa ja kaksi beetaketjua molemmat sisältävät 146. Nämä ketjut ovat kierretty spiraalimaisesti ja taskuissa ne muodostavat molekyylin ei-proteiiniosan - hemen. Sen perusta on rakenne, joka koostuu neljästä viisijäsenisestä porfyriinirenkaasta, joiden keskellä rautaatomi sijaitsee.
Jalokivet toimivat yhdessä, ja ovat kuin yhden osuuskunnan jäseniä. Vaikka ”ilmapallo” ei ole vielä alkanut täyttyä happeella, alfaketjujen rauta-atomi ulkonee porfyriinirenkaan tasosta. Tämä helpottaa hapen kiinnittymistä. Sitten rautaatomi vedetään porfyriinirenkaan tasoon, mikä muuttaa koko hemen kokoonpanoa ja helpottaa siten muiden happiatomien sitoutumista. Siksi he joutuvat kosketuksiin hemoglobiinin kanssa paljon helpommin, etenkin neljännen, joka liittyy rauhaseseen 500 kertaa nopeammin kuin ensimmäinen. Samalla tavalla tapahtuu "sylinterien" purkaminen. Ensimmäisen happiatomin irrottaminen vaatii jonkin verran vaivaa, mutta loput "putoavat" melkein itsestään.
Tässä kuvatut hengitysproteiinit ovat erinomaisia \u200b\u200bhapen kantajia. Esimerkiksi jokaisella kloorigruoriinimolekyylillä on 80 teemaa. Hemoglobiinista ei ole mitään sanottavaa. Merieläimet kuitenkin käyttävät muita pigmenttejä. Sipunculides, mato-muotoiset olennot ja sorkkaeläimet, jotka elävät kuorissa, ala-matoissa, priapulideissa, jotka eivät vältä syvää vettä, missä ne rakentavat naarmuja itselleen tiheässä hiekkaisessa maaperässä, ja jotkut annelidimatoja käyttävät rautaa sisältäviä pigmenttejä - hemoerytrinejä, joiden hapettunut tila on violetti-vaaleanpunainen. Näiden pigmenttien kaksi rautaatomia pitävät yhden happimolekyylin, vähemmän kuin hemoglobiinirauta. Mutta rautaa on heissä kolme kertaa enemmän kuin selkärankaisten pigmenteissä.
Nilviäiset ja korkeammat äyriäiset - katkaravut, piikk hummerit, hummerit käyttävät kuparia sisältävää proteiinia hemosyaniinia. Norjalaisilla hummereilla hemosyaniini muodostaa 88 prosenttia kaikista veren proteiineista. Tämän pigmentin kaksi kupariatomia kykenevät pitämään yhden happimolekyylin. Hapettunut hemosyaniini on sinistä. Se on hän, joka antaa äyriäisen veren "jalo" sinisen sävyn. Poseidonin valtakunnassa kuparia on hyvin vähän, vain 1 mg / 100 litraa merivettä. Hemosyaniinia käyttävien eläinten veressä kuparia on tuhat kertaa enemmän - 1 milligrammaa 100 millilitraa verta. Ilmeisesti niin monien ei-rautametallien kerääminen ei ole helppoa, ja eläimet vaaliavat vaurauttaan. Jos nilviäinen nälkää ja hemosyaniinia käytetään energiamateriaalina, ts. Se "poltetaan", kuparia ei hävitetä kuona kaatopaikalle, vaan se lähetetään sisäisiin varastoihin.
Joskus eläimet käyttävät monentyyppisiä hengitysproteiineja, joilla on epätasainen affiniteetti happea kohtaan. Chum-lohessa on kahta tyyppiä hemoglobiineja. Yksi on tarkoitettu käytettäväksi vuoristovirtojen ja jokien happea sisältävässä kylmässä vedessä, toinen meriveden hengittämiseen. Sipunculides, jotka elävät maanalaisissa naarmissa, mutta erottavat happea tarttuvilla lonkeroilla, käyttävät kahta hemoerytriiniä. Pigmentilla, joka kiertää lonkeroiden suonissa ja poistaa happea ympäröivästä vedestä, ei tarvitse olla suurta affiniteettia happea kohtaan. Mutta coelomic nesteen hemoerytriini on välttämätöntä kaiken veren hapen poistamiseksi verestä ja siirtämiseksi elimiin, joihin verisuonet eivät pääse.
Sipunculides, jotka käyttävät koko kehon pintaa hengittämiseen, annetaan helposti yhdellä pigmentillä. Syövissä, jotka elävät vedessä, jonka lämpötila on 25 astetta ja jotka siten liukenevat huonosti, hemosyaniinien affiniteetti happea kohtaan on korkeampi kuin samoissa syövissä, jotka on aklimatisoitu veteen, jonka lämpötila on 10 astetta.
Selkärangattomien hemosyaniinit ja hemoglobiinit liukenevat yksinkertaisesti vereen, joten ne, kuten kloorirokoriinit, ovat suuria ja molekyylipainoisia, saavuttaen 3,5-4 ja jopa 13 miljoonaa. Kuten jo mainittiin, tämä on välttämätöntä, jotta ne voidaan suojata käytöstä romumetallina. Luotettavampi tapa säästää "happisylintereitä" on kuljettaa ne erityisiin astioihin - punasoluihin, punasoluihin. Tyypillisesti säiliöt on tiiviisti pakattu happea säiliöillä. Ihmisillä jokaisessa punasolussa on 400 miljoonaa pieniä sylintereitä, hemoglobiinimolekyylejä. Hemosyaniinien molekyylipaino on vain 50 tuhatta, ihmisen hemoglobiinia - 64500, mutta lamppujen ja joidenkin simpukoiden hemoglobiinit olivat yleensä pieniä, molekyylipainoltaan 15-19 tuhatta.
Punasoluilla on pyöreä muoto. Niiden maksimikoko on 35-58 mikronia. Vaikka monet ”happisylinterit” on sijoitettu tällaisiin astioihin, ne ovat hankalia. Sylintereitä on vaikea ladata sisällä, koska ne täytetään yksinkertaisella diffuusiolla, ja on vaikea kuljettaa kapeiden kapillaarien läpi. Nisäkkäissä punasolut ovat paljon pienempiä, välillä 5-10 mikronia. Happosylinterien lataamisen helpottamiseksi ne muuttuivat pallomaisista soluista litteiksi soluiksi, joissa oli kahdenvälinen keskuspaine. Tällaisessa astiassa jokainen hemoglobiinimolekyyli sijaitsee lähellä seinää. Kalojen punasolut ovat hiukan suurempia kuin nisäkkäissä, ja niiden muoto on elliptinen.
Veren ja kudosten välinen vaihto tapahtuu verenkiertoelimen kapillaariosassa ja johtuu myös diffuusiosta. Ihmisillä kapillaarien kokonaispituus saavuttaa 100 000 kilometriä. Eläinten kapillaariverkostolla on vertailukelpoiset arvot. Nisäkkäiden lihaksen poikkileikkauksen yhden neliömetrin millimetrillä on mukana 100 - 4000 kapillaaria. Kehon soluja ei saa poistaa kapillaarista enempää kuin 1 millimetri. Yleensä etäisyys on paljon vähemmän. Punasolut voivat muodostaa yli 40 prosenttia verestä, mutta sen virtaus kapillaarien läpi on niin rauhallista, että kaikissa säiliöissä on aikaa purkaa tarkalleen missä happea tarvitaan.
Punasolut ovat lyhytaikaisia. He elävät ihmisissä 100-120 päivää, joten sinun on pidettävä huolta heidän täydentävyydestään koko ajan. Happisylinterien elinkaari on myös rajoitettu. Ne kestävät suhteellisen pienen määrän latauksia, joten hemoglobiinin intensiivinen synteesi ei lopu edes päiväksi. Huolimatta happisylinterien laitteen monimutkaisuudesta niiden valmistus vie vain 90 sekuntia.
Punasolujen ja hemoglobiinin luominen on paljon materiaalia vaativa prosessi, joka vaatii merkittäviä energiamenoja. Ei ole yllättävää, että oravakalat kieltäytyivät kalliista astioista ja järjestivät happea toimittamaan suoraan veriplasmasta. Nämä kalat elävät Etelämantereen rannikolla kylmässä vedessä, jonka lämpötila on noin -1 tai jopa -1,5 astetta. Noin 15 proteinacea-lajia tunnetaan. Nämä ovat suuria, 60–70 senttimetriä pitkiä kaloja, joissa on alasti ja läpikuultava runko.
Hengityksen kidutuksella ei ole vakavaa roolia. Happi tulee verenkiertoon pääasiassa ihon suonien, mukaan lukien pectoralis major, kautta. Hemoglobiinin puuttuminen kompensoidaan ennätysmäärällä suurella määrällä verta, suurella ja vahvalla sydämellä, joka voi ajaa huomattavia määriä nestettä verisuoniston läpi. Kalojen kehon alhaisen lämpötilan takia 0,8–1,0 millilitraa happea voidaan liuottaa 100 millilitraan heidän vertaansa, paljon enemmän kuin valkoveret tarvitsevat. Kylmässä vedessä näiden kalojen aineenvaihdunta on erittäin alhainen.
Koska löydettiin sopiva ja luotettava tapa hapen varastointiin kuljetuksen aikana verenkiertoelimen putkistojen kautta, herää kysymys tahattomasti: onko mahdollista järjestää kaasuvarastot suoraan paikoissa, joissa sitä käytetään erityisen voimakkaasti? Osoittautuu, että pystyt! Monissa korkeampien eläinten ruumiinkudoksissa, pääasiassa lihaksissa, on happea sisältäviä ruokakomeroita. Tässä raudan sisältävän proteiinin, myoglobiinin, molekyylejä käytetään kaasusylintereinä. Monella tapaa se on samanlainen kuin hemoglobiini, se koostuu vain yhdestä ketjusta; sen molekyylipaino on 17450, rakennettu 153 aminohappotähteestä ja siten varustettu vain yhdellä hemällä. Hapettuneessa muodossa hemoglobiinilla on punainen väri. Sen läsnäolo lihaksissa tekee niistä punaisia. Valkoiset lihakset, ja kehossa on selkärankaisia, ja sellaisia, koska valkoisia, koska niissä on hyvin vähän myoglobiinia.
Lihasvarastot eivät vain mahdollista luoda operatiivisia happivarantoja, vaan myös helpottavat sen käyttöä työskenteleville lihaksille. Tosiasia, että myoglobiinilla on paljon suurempi affiniteetti happea kuin hemoglobiinilla, ja se kiinnittää happea itseensä viisi kertaa nopeammin. Hemoglobiinin 50%: n kylläisyys hapolla vaatii vain 0,038 sekuntia, mutta sama myoglobiinin kyllästysaste tapahtuu 100 kertaa nopeammin, vain 0,0004 sekunnissa.
Erityisesti paljon myoglobiinia löytyy merinisäkkäiden lihaksista. Delfiinissa hengitysproteiini on 3,5 ja hylkeissä jopa 7,7 prosenttia lihaksen painosta. Tämä on huomattavasti enemmän kuin ihmisen lihaksissa. Tiivisteen lihaksiin varastoitunut happi voi tarjota työnsä viidelle, ja ihmisillä se riittää 4 minuuttiin. Muiden kuin lihasten happeavarastot sallivat kuitenkin pitkät sukellukset. Meren syvyyteen laskeutuvat merinisäkkäät pystyvät järjestämään aivojensa happea, joka ei sisällä omia varantojaan. Aivot eivät voi toimia ilman happea, mutta lihakset, vaikkakaan ei kauan, voidaan pakottaa siihen.
Eläimet käyttävät kahta menetelmää energian uuttamiseen ruuasta: sen täydellinen palaminen hapen läsnä ollessa ja käyminen, kun polttoaine hapetetaan poistamalla vety siitä. Toista tapaa käytetään harvemmin, koska ruoka-aineiden hajoaminen ei tässä tapauksessa mennä loppuun, vaan vain maitohappoon, ts. Se ei salli kaiken sen sisältämän energian uuttamista "polttoaineesta". Lisäksi maitohappo on haitallista kehon soluille ja voi aiheuttaa myrkytystä.
Merinisäkkäät yhdistävät molemmat energian uuttamismenetelmät. Vaikka he uivat lähellä valtameren pintaa eikä heillä ole happea, energia-aineiden tavanomainen hapetus tapahtuu, mutta syvyyteen mennessä eläimet turvautuvat käymiseen. Myrkytystä ei tapahdu, koska verisuonet puristuvat lihasjännityksen aikana ja maitohappo sijaitsee paikallisesti lihaksessa, eli elimessä, joka on vähiten herkkä sen vaikutuksille. Sukelluseläimessä verenvirtaus jakautuu uudelleen, minkä seurauksena veri toimitetaan pääasiassa aivoihin, silmiin ja muihin pään elimiin sekä sydämeen, ja kaikki happi käytetään vain näiden tärkeiden elinten työhön.
Samanaikaisesti pinnan nousun kanssa kehossa palautuu normaali verenkierto ja veren lihaksista pestyn maitohapon määrä kasvaa voimakkaasti. Riittävällä määrällä happea happo voidaan hapettaa, mikä antaa kaksinkertaisen vaikutuksen: myrkyllinen aine neutraloidaan ja uudet energian osat uutetaan. Siksi väliaikainen siirtyminen hapottomaan vaihtoon mahdollistaa nisäkkäiden pitkät vierailut Poseidonin tilaan.
Toisin kuin ihmiset, merinisäkkäät eivät kärsi dekompressiosairaudesta. Ammatillisia sukeltajia esiintyy ihmisillä, kun ne nousevat veden pinnalle pitkän oleskelun jälkeen yli 20 metrin syvyydessä. Se vapauttaa typpikuplia. Ne venyttävät kehon kudoksia, etenkin nivelpussit, aiheuttaen voimakasta kipua, ja joutuvat pieniin verisuoniin, tukkeuttavat niitä, estäen veren liikkumisen. Aivojen verisuonten tukkeutuminen johtaa hermosolujen kuolemaan ja hermoston toiminnan vakaviin loukkauksiin tai uhrin kuolemaan.
Veden alla ollessa paljon typpeä onnistuu liukenemaan sukeltajan kehon kudoksiin. Kaasut ovat loppujen lopuksi suuren paineen alaisia. Rasvoissa ja rasvamaisissa aineissa, joita on kehossa yhteensä noin 10 kiloa, typpi liukenee viisi kertaa paremmin. Siten yksi rasva pystyy kertymään niin paljon typpeä kuin kaikki muut kehon kudokset yhdessä.
Caisson-tauti ei uhkaa merinisäkkäitä. Ne poistavat melko vähän typpeä keuhkoissa ja toisin kuin sukeltajat, nämä varannot eivät uusiudu. Heillä ei ole mitään keinoa kyllästää kudostaan \u200b\u200btypellä. Lisäksi upottamisen aikana keuhkoista peräisin oleva typpi ei pääse lainkaan verenkiertoon. Valaissa, jo 100 metrin syvyydessä, vedenpaineen tulisi voimakkaasti puristaa keuhkot ja puristaa pois kaikki ilma, jonka tilavuus korkean paineen vaikutuksesta laski kymmenen kertaa, suureksi henkitorveksi, joka on suojattu luunrenkaiden puristukselta. Lisäksi verenvirtauksen uudelleenjaon seurauksena verenvirtaus keuhkoissa lakkaa, mikä tarkoittaa, että kaikki typen pääsyn vereen virtaukset ovat tukossa. Typpeä ei yleensä kerry veden alla vaeltavien eläinten kehon kudoksiin, joten dekompressiosairauden esiintymiselle ei ole syytä.