Hvað er súrefni?
Súrefni er þriðja algengasta frumefni alheims á eftir vetni og helíum. Það er frumefni númer átta í lotukerfinu og hefur því átta róteindir í kjarnanum og átta rafeindir á braut um hann.
Þegar tvö súrefnisatóm renna saman mynda þau súrefnissameindina O2 – litlaust og lyktarlaust gas sem allt þróað líf reiðir sig á.
Hins vegar geta þrjú súrefnisatóm líka tengst og myndað O3 – óson. Nálægt yfirborði jarðar er óson eitruð gróðurhúsalofttegund en ofar í lofthjúpnum myndar óson ósonlagið sem hægir á útfjólublárri geislun frá sólu sem veldur krabbameini.
Súrefnisatóm samanstendur af átta róteindum í kjarna og átta rafeindum á braut um hann. Þess vegna hefur frumefnið sætistöluna 8 í lotukerfinu.
Hvað gera frumurnar við súrefnið?
Þróaðir fjölfrumungar hafa þróað súrefni til þess að geta lifað, því súrefni skiptir sköpum í orkuframleiðslu frumnanna og þar með alls líkamans. Í raun á þetta sér stað í orkukornum sem eru eins konar orkuver frumnanna og framleiða efnið adenósíntrífosfat, ATP.
Myndun ATP út frá sykrunni glúkósa gerist í mörgum þrepum þar sem súrefni kemur við sögu – m.a. þegar efnið píruvat oxiderast við að taka upp súrefni.
Glúkósa má einnig brjóta niður án súrefnis en þegar súrefni er til staðar er ferlið þrettán sinnum skilvirkara fyrir lífveruna.
Þannig er súrefni algjörlega nauðsynlegt til að geta myndað stærri lífverur eins og slöngur, manneskjur og risaeðlur.
Hvatberarnir eru einnig kallaðir orkuver frumnanna. Hér er súrefni notað til að brenna sykruna glúkósa þannig að orkusameindin ATP myndast.
Hve mikið súrefni er í loftinu?
Þurrt loft við eina loftþyngd inniheldur 20,95% súrefni. Ef loftið er rakt minnkar magnið því að hluti rúmtaksins fer í vatnsgufu.
Magn súrefnis hefur verið breytilegt í sögu jarðar. Í fyrstu tvo milljarða ára innihélt loftið ekkert súrefni en fyrir 2,4 milljörðum ára tók magn þess smám saman að aukast.
Á tímaskeiðinu eftir að fjölfrumungar mögnuðust upp á jörðinni fyrir ríflega 240 milljón árum hefur súrefnisinnihald í lofthjúpnum verið breytilegt milli 15 og heilla 35%.
Mest var súrefnismagnið á kolatímanum og var líklega drifkrafturinn á bak við risavaxin skordýr þess tíma – m.a. drekaflugur sem voru með 70 cm vænghaf.
Lofthjúpur jarðar samanstendur af tæplega 21 prósent súrefnis, rúmlega 78 prósent köfnunarefnis, 0,038 prósent koltvísýrings og 0,93 prósent argons.
Hve mikið súrefni notar manneskjan?
Við drögum andann að meðaltali 16 sinnum á mínútu þegar við erum virk en þó ekki undir miklu álagi eins og í langhlaupi. Með andardrættinum nær fullvaxin manneskja í um 500 lítra eða 0,7 kg af hreinu súrefni daglega.
Við notum alls ekki allt þetta súrefni sem við drögum niður í lungun. Þegar loftinu er andað inn inniheldur það um 20 til 21% súrefni en innihald súrefnis er um 15% þegar loftinu er andað út á ný.
Súrefninu er heldur ekki jafnt dreift inni í líkamanum. Heili þinn sem er aðeins um 2% af líkamsþyngdinni krefst þess að fá um fimmtung af öllu súrefni til að anna gríðarlegri orkuþörf sinni.
Við öndum að okkur u.þ.b. 2000 lítrum af súrefni á dag, en nýtum aðeins um fjórðung þess. Því eru u.þ.b. 15 prósent súrefni í útöndunarloftinu okkar.
Hvað gerist ef maður fær of mikið súrefni?
Of stór skammtur af súrefni er í fyrstu skaðlaus en verði maður fyrir of miklu magni í meira en sólarhring getur það m.a. skaðað frumur í lungum.
Hreint súrefni, þ.e.a.s. loft sem samanstendur af 100% súrefni, er notað m.a. á sjúkrahúsum í meðferðum á sjúklingum með reykeitrun eða hjartastopp.
Reyndar önduðu Apollo-geimfararnir að sér hreinu súrefni í allri tunglferð þeirra en undir lægri loftþrýstingi en við yfirborð jarðar.
Það er nefnilega ekki hlutfall súrefnis í lungum sem skaðar frumurnar, heldur svokallaður hlutfallsþrýstingur sem vísar í hve mikið af þrýstingi loftsins móti lungnavefnum er súrefni.
Hreint súrefni er notað á sjúkrahúsum, m.a. við hjartastopp og reykeitrun. Þar blæs súrefnið nýju lífi í frumurnar.
Hvernig kemst súrefni í vatn?
Súrefni í sjónum kemur að hluta til frá lofthjúpnum, að hluta frá ljóstillífun grænþörunga og annarra lífvera sem samanlagt skila af sér jafn miklu súrefni eins og plöntur á landi.
Úthöfin eru með mjög stöðuga lagskiptingu þar sem vatnsmassarnir blanda afar litlu súrefni saman hver við annan.
Súrefni frá efri vatnslögum nær því ekki niður í djúphafið sem þess í stað fær súrefni sitt frá sjávarstraumum þar sem súrefnisríkt yfirborðsvatn á sumum stöðum sekkur marga kílómetra niður og greinist. Þetta gerist t.d. í hafinu milli Íslands, Grænlands og Færeyja.
Þessi ójafna dreifing þýðir að botnsvæði sums staðar, t.d. í norðurhluta Indlandshafs, eru nánast súrefnislaus.
Samkvæmt útreikningum vísindamanna stafa 50-80 prósent af súrefnisframleiðslu jarðar frá svifi, þangi og vatnsbakteríum.
Veldur súrefni kafarasýki?
Það er ekki súrefni heldur köfnunarefni sem myndar loftbólur í blóðinu og orsakar kafaraveiki ef maður fer of hratt upp eftir djúpa köfun. Bólurnar geta virkað eins og blóðtappar og í versta falli leitt til dauða.
Við meðferð á kafarasýki þarf að koma kafaranum sem skjótast í meiri þrýsting, jafnan í þrýstiklefa þannig að loftbólurnar leysist upp á ný. Oft anda þessir óheppnu kafarar að sér lofti með auka súrefni við meðferðina.
Kafarasýki vegna súrefnissbóla í blóðinu getur þó fræðilega skaðað atvinnukafara sem eru með óvenjulega mikið magn af súrefni í súrefniskútum sínum. Líkaminn notar þó súrefni svo hratt að það er varla nokkur hætta á því í raun.
