有没有可能,氧气是种慢性毒气,通常需要 70-100 年来杀死人类?

有没有可能,氧气是种慢性毒气,通常需要 70-100 年来杀死人类?

空间端点,干货回答见文章《个人干货集锦》

不要贩卖“脱离剂量谈毒性都是耍流氓”的老梗了,让老夫上干货:是的,氧气确实有毒,特定条件下不是慢慢杀人,而且会迅速要命,还曾经差点灭光地球生物!待本文细细道来。

1) 生命为什么一定需要氧气?

真要这么问,很多知友会义正词严的告诉你:先问是不是,再问为什么(严肃脸)。在地球形成生命之初,生命是不需要氧气的——因为地球最初的大气层中就几乎没有氧气,而仅有氮气、二氧化碳、甲烷等。

地球最初十多亿年大气中没有氧(上下两根线分别是估值上下限)

连带的结果就是,在地球原初海洋中也没氧气;38 亿年前出现的第一批海洋生物,也不依赖于氧气存活。直到今天,还有一大票生物(多数是细菌、真菌)遇了氧就不能活(专性厌氧)、有没有氧都能活(兼性厌氧)、有一丁点氧就能活(微需氧生物)。

2) 氧气差点害死地球生物

后来进化出的的光合生物通过光合作用产生氧气当成废物排出体外,溶解在海洋中,于是就有了氧!

海洋中光合作用几亿年后,问题就来了:海水中氧气饱和了,就开始冒泡释放入大气。活泼的氧气进入大气后,把甲烷大量氧化成了二氧化碳和水。

原始海洋中氧气开始冒泡

要知道甲烷是比二氧化碳强 20 多倍的温室气体,这一氧化不要紧,温室效应强变弱,地球开始迅速降温,封冻了 3 亿年之久,造成了一波生物大灭绝——看,氧气在地球的第一次登场,就间接害死了不知多少生物!

3 亿年啊 3 亿年,就问你怕不怕怕不怕?

3) 福祸相倚

经历了第一波大灭绝没死的生物面临一个新课题:怎么在富含氧气的环境中生存下来,最好是能变废为宝,利用氧气生存(光合生物 vs 需氧生物:你的砒霜,我的蜜糖)。

氧气其实不是个好东西,最外层轨道五行缺俩电子,总是想打劫电子,氧化些什么东西,而且中途产生更有害的东东,叫自由基,不是祸害细胞膜的脂类,就是蹂躏生命的图纸——DNA,细胞不死也得搞成残次品。

氧气其实又是个好东西:细胞氧化营养物质产生的能量,比不用氧气产生的能量效率高得多,而且代谢产物要健康得多——无氧代谢产生的乳酸、乙醇等,不是会改变生物内环境的酸碱度,就是浓度高了有害;而有氧代谢生成二氧化碳则可以通过循环系统运输、通过呼吸系统快速排出体外,这就给多细胞、大体型的复杂生物的产生创造了条件。

那有没有什么办法把糖衣吃掉,炮弹打回呢?还真找到了,生物进化出了几种对抗氧自由基的物质:

  • 抗氧化剂:维生素 C、E 等,专门给氧自由基进贡电子,给 DNA 他们挡枪;
  • 抗氧化酶:超氧化物歧化酶(就是大宝 SOD 蜜里那个著名的 SOD)、过氧化氢酶、谷光甘肽过氧化物酶等,让氧自由基快点拿齐电子变成水,尽量不给它时间祸害其他生物大分子。

当生物进化开了这个窍,妈妈就再也不用担心氧气的危害了,开始了大口吸氧,大步进化的历程,同时大气中的氧气还在高空形成臭氧层挡住了有害的紫外线,生物出海登陆也不怕晒了。

有了氧气的地球大气是多么甜美!

4) 氧气咋就又变毒了呢?

生物体又进化了几亿年,人类出现了,袁隆平研制成功了杂交水稻,吃饱了的人们开始聚集在一个叫知乎的地方讨论一个古老的问题:氧气是不是有毒呢?

答案是:当然!在特定的时候氧气毒性还很剧烈!有以下几种可能:

氧不是一般的氧

当你贪婪地吸吮氧气这口远古馈赠的仙气时,知不知道单质氧有两种形态——两个氧原子构成的普通氧气,以及三个氧原子构成的臭氧:

成双的这是氧气
成叒的这是臭氧,化学性质更为活泼

如果你家煤气灶是电打火的,可以关上煤气阀拧点火开关,打出一串电火花后凑近闻一闻,有木有一缕沁人心脾的清臭?有就对了,那就是臭氧的味道。记得一定关掉煤气再打火,否则你闻到的就是煤气里添加的警示剂硫醇,以及鼻毛烧焦的臭味……

臭氧在高空能挡紫外线,但在地表就是不折不扣的污染物,毒到什么程度?跟据 CDC 的警示,空气中有百万分之 5 的臭氧就对健康有即刻的危害,百万分之 50 的臭氧中人活不过一小时,注意不是臭死的,是臭氧的氧化性实在太强,产生的自由基太多,人体原有的抗氧化系统招架不住,呼吸道细胞受损肺水肿而死。

量不是一般的量

氧气如果在正常浓度下吸入,吸 70~100 年可能会吸死吧,但有一种情况,吸 O2 能几分钟内致命,那就是吸入高压、高纯度的氧气引发的急性毒性,还有个学名叫做“氧中毒”!

什么时候人会吸入高压、高浓度的氧气呢?至少有以下三种情况:

  1. 潜水员在水下作业时;
  2. 飞行员在飞行时;
  3. 病人进行高压氧治疗时

氧中毒能有多快、多严重呢?请看下面的视频,1940 年代的纪录片,潜水员吸入高压、高纯的氧气,几分钟以后人就开始抽风,神志不清了(警告!可能会引起观看者不适)!

抽,抽了,了,了…… https://www.zhihu.com/video/1143716249539383296

普通的 O2 氧气高压、高纯度吸入,在氧化过程中产生超量的自由基,伤害各种细胞,引发快慢、轻重不一的氧中毒,症状包括抽风、晕厥、肺水肿、视网膜损伤、溶血等等。

氧中毒的风险与氧分压(等于气压 x 氧气含量)有关。以潜水为例,潜水员在水下呼吸的空气是与周围的水压相等的,否则就会被水压得吸不进气;例如在水下 30 米,吸入的就是 4 个大气压(水面 1 个大气压 + 相当于 3 个大气压的水压)的空气,相应地氧气分压也是水上的 4 倍。

技术潜水还有一门专业技能叫做高氧潜水,是吸入比正常空气更高氧含量的气体(多数为 32%或 36%),可以让潜水员在水下停留更久而不用进减压舱,但相应地发生氧中毒的风险更高,必须更严格地控制深度(也就是吸入氧气的压力),否则水下一旦发生抽风、晕厥,几乎是 100%要淹死的。

高氧潜水有多严肃呢?首选气瓶一定用醒目的黄色表明这是一瓶高氧气体,浓度多少;其次潜水员一定要亲自测量氧气浓度,计算留有余量的最大下潜深度;最后设定潜水表在接近这个深度时用声音报警。

高氧气瓶一定要标成这样,否则八成出人命

细胞不是一般的细胞

混知乎久的盆友们很可能见过这样一张的动图,白细胞在愉快地进食细菌:

感情深,一口吞

能这样做的有两种白细胞:中性粒细胞和巨噬细胞。它们吞了细菌后会发一个大招:急剧消耗氧气产生大量氧自由基和次氯酸(漂白粉就靠这个杀菌),把吃下肚的细菌一锅端!这一招有个霸气的名字,叫“呼吸爆发”:

嗯,就这招

当然,这招用下去,受伤的不是人,而是细菌,还有吞下细菌的白细胞自身——它们带着一肚子细菌被自己放的特种氧毒死后就会变成脓液。


所以啊,氧气有毒,小毒怡情,大毒伤身,且毒且珍惜。手机码字不易,各位看着好请来套点赞、感谢、加关注素质三联,谢谢!