Kdy se začneme dusit: Může se stát, že nám jednoho dne dojde kyslík?

Kyslík je druhým nejvíce zastoupeným plynem atmosféry naší planety. Jeho procentuální podíl činí necelých 21 % a jeho role v udržení života na zemi v podobě, jak jej známe dnes, je nepopiratelná. Kyslík dýchají nejen lidé, ale i zvířata, houby, a dokonce i rostliny a většina bakterií. Samozřejmě i dnes se na Zemi vyskytují organismy, které se bez kyslíku obejdou úplně, pokud by však zmizel z atmosféry, naprostá většina všeho živého by zahynula.

Před miliony let

Země je stará přibližně 4,6 miliardy let a vznik prvních forem života předpokládají vědci poměrně záhy po jejím zformování – asi před 4 miliardami let. Život jako takový však poměrně po dlouhou dobu přetrvával ve svých nejprimitivnějších formách. Důvodem tohoto stavu bylo i nehostinné složení atmosféry, která v tu dobu obsahovala jen zlomek dnešní koncentrace kyslíku. Dokonce ještě před „pouhou“ miliardou let dosahoval obsah kyslíku nejspíš jen 0,1 % současných hodnot. Kde se tedy kyslík v atmosféře vzal?

Každé léto si můžete ve zprávách přečíst o zamoření rybníků a nádrží přemnoženými sinicemi. Tyto obtížné mikroorganismy vytvářejí toxiny a znemožňují koupání na řadě míst. Právě „vodnímu květu“ však vděčíme za vznik kyslíkové atmosféry. Sinice, latinsky zvané Cyanobacteria (ano, opravdu se jedná de facto o fotosyntetizující bakterie) patří mezi jedny z nejstarších organismů na Zemi.

Konkurenční boj o kyslík

Zprvu nebyly sinice příliš rozšířené a kyslík byl v podstatě pouze jejich odpadním produktem. Na počátku se kyslík vyskytoval omezeně v takzvaných kyslíkových oázách v oceánech. Je třeba zdůraznit, že praorganismy nebyly na jeho přítomnost adaptovány a na většinu z nich působil toxicky – asi jako dezinfekce. Jeho masivnějšímu rozšíření bránila také aktivita podmořských vulkánů, které jej spotřebovávaly na oxidaci svých produktů. 

Až s postupným ustáváním vulkanické aktivity došlo k masivnějšímu rozšíření sinic. Zelená masa pozvolně zaplavila oceány a nadprodukcí kyslíku likvidovala své konkurenty, pro něž byly tyto koncentrace toxické. V té době ještě neexistovaly na Zemi ve větším množství organismy, které by potřebovaly kyslík dýchat. Záplava atmosféry kyslíkem však měla ještě jeden vedlejší efekt, který měl zásadní vliv na rozvoj života.

Před vytvořením kyslíkové atmosféry byl povrch planety nemilosrdně spalován ultrafialovými slunečními paprsky, které činily rozvoj života na povrchu takřka nemožným. Díky přítomnosti kyslíku však došlo k vytvoření ozonové vrstvy, která se stala účinným UV filtrem chránícím nerušený rozmach života na planetě. Následnou evoluci rozličných forem života adaptovaných na kyslík, zakončenou lidmi samotnými, již znáte.

Víš, co dýcháš?

Lidé si dlouho přítomnost kyslíku v atmosféře neuvědomovali. Nezbytnost dýchání a nepostradatelnost vzduchu byly známy samozřejmě odpradávna. Pouze od sebe lidé nerozlišovali vzduch, kyslík a jiné plyny. Až Leonardo da Vinci vypozoroval, že jedna ze složek vzduchu podporuje hoření a poprvé kyslík samostatně popsal švédský chemik Carl Wilhelm Scheele, který jej nazval „ohnivý vzduch“. Francouz Antoine Lavoisier pak poprvé použil název „oxygen“ pro složku vzduchu nezbytnou k dýchání a hoření.

Hladina kyslíku v atmosféře se v průběhu věků samozřejmě měnila. Roli producentů kyslíku převzaly kromě sinic také vyšší rostliny a jeho spotřeba kolísala v závislosti na mnoha různých faktorech. Proto nepřekvapí, že v minulosti byl podíl kyslíku v atmosféře mnohem větší, až 30 %. Není však bez zajímavosti, že jeho koncentrace v historii Země klesala i na mnohem nižší hladiny.

Podle výpočtů z analýz hornin vychází ještě před asi 200 miliony let (tedy někdy v období jury) jeho koncentrace na pouhých 10 až 15 %. Pak jeho podíl postupně narůstal a dnešních hodnot dosáhl v období před asi 40 miliony let. Právě v tuto dobu také docházelo k masivnímu rozvoji savců, jejichž teplokrevná těla mají na koncentraci kyslíku daleko větší nároky než plazi.

Planý poplach

V poslední době se čím dál tím víc množí alarmující zprávy o tom, že kyslík v atmosféře ubývá. Realita je taková, že skutečně jsou na Zemi místa, kde je kyslíku nedostatek. Jedná se však zejména o vodní prostředí, typicky části moří a oceánů. Rozpustnost kyslíku ve vodě je totiž nepřímo úměrná její teplotě. Nadměrně ohřívané lokality, typicky při pobřeží v subtropech a tropech, pak trpí kritickým nedostatkem kyslíku. Také místa s výraznou mírou znečištění se vyznačují vysokou spotřebou kyslíku, který je využit na rozklad organických látek – obvykle se jedná o ústí velkých znečištěných řek.

V takových oblastech nemohou žít ryby ani celá řada dalších mořských živočichů, z ekologického hlediska se proto jedná o zásadní problém. Nedostatek kyslíku v těchto místech je však pouze relativní, zásadní problém je v jeho distribuci, nikoli v jeho celkovém nedostatku.

Množství kyslíku na Zemi však opravdu mírně pokleslo. Celkový pokles od doby, kdy lidstvo začalo ve velkém spalovat fosilní paliva, tedy od začátku průmyslové revoluce, je však pouhých 0,095 %. Tento pokles je natolik nepatrný, že na lidský organismus má pramalý vliv. Srovnatelný pokles zažijete, pokud se posunete v nadmořské výšce asi o 100 m výše. 

Navzdory bezohlednosti

Současná lidská civilizace spotřebovává více kyslíku, než kolik se jej stačí doplňovat přirozenými cestami do atmosféry. Zatímco člověk sám o sobě spotřebuje asi 0,8 kg kyslíku za den, dálkový let proudového letadla jej spotřebuje několik tun, nemluvě o uhelných elektrárnách a dalších spalovacích provozech. Celosvětová společnost ročně spotřebuje souhrnně asi tolik fosilních paliv, kolik se jich stihlo uložit za milion let.

Oproti přirozeným procesům je to značná rychlost a měřitelným způsobem se to projevilo především nárůstem oxidu uhličitého v zemské atmosféře. Dlužno však říci, že celkovým složením atmosféry toto masivní spalování příliš nezahýbalo. Plynný obal planety má totiž vskutku gigantické rezervy, a i kdyby lidé spálili všechna fosilní paliva a k tomu vykáceli a spálili lesy, ani tak by obsah kyslíku v atmosféře nepoklesl o více než pár procent.

Jak kyslík doplnit?

Domníváte se, že za udržování kyslíku v atmosféře vděčíme tropickým deštným lesům? Vždyť amazonské pralesy jsou přece vzletně nazývány „plíce planety“! Jedná se však pouze o hluboce zakořeněný mýtus. Ekosystém pralesa sice masivně produkuje kyslík, stejně tak masivně jej ale spotřebovává. Kupříkladu rostoucí strom v pralese pohltí velké množství oxidu uhličitého a vytvoří tomu úměrné množství kyslíku. Jakmile však odumře a spadne, veškerá jeho biomasa je rychle rozložena a vytvořený kyslík je urychleně opětovně spotřebován.

Aby na zemi kyslíku začalo přibývat, musela by jeho produkce převládnout nad spotřebou. V praxi to znamená, že rostlina, která během svého života vyprodukovala kyslík, by se nesměla rozložit, ale „zakonzervovat“ bez přístupu vzduchu. Takové procesy jsou známé, podobným způsobem vznikalo uhlí či ropa. I dnes se tak děje kupříkladu na rašeliništích či v hlubokomořských močálech. Pouze měřítko, ve kterém k těmto procesům dochází, by muselo být mnohanásobně větší.

Dostatek pro všechny

V současné době za doplňování kyslíku do atmosféry vděčíme zejména mořskému fytoplanktonu, především opět sinicím. Jeho zásoba v atmosféře je nicméně natolik výrazná, že pokud by z planety vymizel veškerý život, trvalo by ještě asi 15 milionů let, než by se většinově spotřeboval k postupné oxidaci plynů a hornin.

I kdyby však hladina kyslíku poklesla v průběhu času pod úroveň 19,5 %, rozhodně by nenastalo masové vymírání civilizací na výškovou nemoc. I dnes známe etnické skupiny, jejichž příslušníci žijí ve vysokých polohách po mnoho generací. Jedná se o andské indiány, obyvatele Tibetu či Etiopany. U všech těchto obyvatel horských poloh došlo rozličnými mechanismy k postupné adaptaci organismu na nedostatek kyslíku (nárůst hemoglobinu, úprava viskozity krve, změny plicní tkáně a podobně). Pokud by tedy ke změně nedošlo skokově, pravděpodobně by ji dnešní lidé, ani jejich potomci vůbec nezaznamenali.