“此外，在自然界中，一些微生物也需要透過有氧呼吸獲得能量，例如細菌中的芽孢桿菌、根瘤菌、固氮菌、硝化細菌以及黴菌、放線菌等在有氧環境中都吸收分子氧進行呼吸作用。兼性厭氧微生物在有氧條件下氧阻遏發酵作用，促進呼吸作用，也透過有氧呼吸獲得生命活動所需的能量。這些微生物雖然微小，但它們在氧的迴圈和利用中也有著不可忽視的作用。”老師透過顯微鏡展示了一些微生物的影像，讓他們對微生物的呼吸有更直觀的認識。

在講解完氧元素的生理作用後，老師開始介紹氧元素的分佈情況。“氧是地殼中最豐富的、分佈最廣的元素，它在地殼中基本上是以氧化合物（如二氧化矽、矽酸鹽及含氧酸鹽等）的形式存在，在整個地殼中的質量分數為 48.6%。在大氣中主要以氧單質（氧氣和臭氧）的形式存在，約佔整個大氣體積的 21%，大氣質量的 23%。在海洋、江河以及湖泊中主要以水的形式存在，質量分數約為 88.8%。此外，氧在人體和動物中質量佔比約為 65%，在火星大氣中也含有約 0.15%的氧氣。可以說，氧元素無處不在，它構成了我們這個豐富多彩的世界的重要基礎。”

老師指著牆上的一幅地球剖面圖，上面標註著氧元素在不同圈層中的分佈。“同學們，想象一下，從地球的核心到大氣層，氧元素就像一個無形的紐帶，將各個部分聯絡在一起。在地殼中，那些堅硬的岩石裡蘊含著大量的氧，它們參與了地球漫長的地質演化過程。在大氣中，氧氣是我們呼吸的源泉，臭氧則在高空為我們阻擋了紫外線的傷害。而在水體中，氧溶解在水中，維持著水生生物的生存。這種廣泛的分佈，決定了氧元素在地球生態系統中的核心地位。”

“地球早期的大氣是缺氧的，屬於還原性質的大氣。氧逐漸增加是大氣圈的主要變化之一。”老師開始講述大氣氧含量的演變過程，她的聲音彷彿帶著同學們穿越到了遠古的地球。“有科學家推測，37 億年前也許已存在與氧混合的大氣，但缺少有力的證據。一般認為太古宙的自由氧已有明顯的意義，可能已存在臭氧。在早元古宙，南非有古土壤，並且枕狀玄武岩中有氧化環，說明那時大氣中自由分子氧已增多。”

老師在黑板上畫出了不同時期地球大氣的示意圖，展示氧氣含量的變化趨勢。“有學者認為在 23 億年前已出現大量紅層，在各洲都有紅色層的記錄。從那時起易氧化的碎屑硫化物、鈾雲母從地質記錄中基本消失，這表明在大氣中已有較多的自由氧。18 - 20 億年前廣泛分佈的條帶沉積鐵礦是海洋中二價鐵氧化為 Fe?O?沉積形成的，另一種猜測認為可能鐵細菌透過光合作用產生出氧，氧化了亞鐵，這都說明那時大氣中自由氧的濃度不斷增高。”

“最原始的真核細胞可能在 25 - 17 億年前出現，真核生物是喜氧的，呼吸能力增大。個體較大的單細胞真核生物，具複雜細胞器，大約出現在 14 億年左右，要求氧的濃度更高。元古宙晚期出現紅層，是陸上二價鐵的氧化，紅層是含有 Fe?O?的沉積物，產生 Fe?O?所需的氧含量要比產生條帶狀鐵礦岩層 Fe?O?所需的氧含量高。”老師用生動的語言描繪著地球早期生命與氧氣的關係，讓同學們感受到生命與環境相互影響的奇妙。

“自由氧的累積有多種途徑，其中光致離解的作用不容忽視。在 45 - 32 億年前，估計大氣上層溫度達 1500℃ - 2000℃，水汽和甲烷在大氣上層受到光的分解，即光致離解作用，水分解成氫和氧。海拔高度約 600k以上是逃逸層，那裡溫度高而空氣稀薄，分子間碰撞的機率小，低分子量的氫以相當快的速度逃逸出地球引力圈外，而分子量較重的氧留下，因此氧逐漸累積。水的‘光致離解’產生氧後，部分活潑的自由氧與甲烷作用形成二氧化碳和水，產生的水在高空中又‘光致離解’，透過甲烷和水的接力分解，自由氧不斷有所增加。不過，早期大氣中水汽的光致離解，提供的自由氧，大部分消耗在火山還原揮發物的氧化和風化中，所以氧累積很緩慢。”老師透過動畫演示，向同學們展示了光致離解的過程，讓這個複雜的科學概念變得更加易懂。

“游離氧的長期不斷累積，在高層大氣中形成了薄薄的臭氧層。臭氧層的形成是生物發展的必要條件之一，它吸收紫外線，大氣中氧達到現代水平的 1％時就可形成保護作用，所以 20 億年前可能已存在這個條件，但有的學者估計在 16 億年前才形成臭氧層。臭氧層保護了生物，生物的作用又進一步加強了臭氧層，這是一個相互促進的過程。”老師強調了臭氧層對於地球生命的重要性，讓同學們意識到氧元素在地球保護機制中的關鍵作用。

“生物在自由氧的累積過程中也有著巨大的貢獻。早期能進行光合作用的一些藻類，用光能加工二氧化碳和氮等元素製造有機物排出氧，把氧從化合物中解放出來。疊層石是由原核藍藻類在特定的環境下與無機沉積物相互作用共同構成的一種生物沉積建造體，這種藍藻已有進行光解的能力。生物的光合作用為大氣圈中氧的增多和二氧化碳的減少作出了貢獻，也為自身的發展創造了條件。所有綠色植物包括藻類和古老的藍細菌，都以相同過程釋放氧，光合作用同化二氧化碳，釋放自由氧。大約在 20 億年前自由氧至少可達現代大氣總量值的 5%，10 億年前估計增加到現在氧的 10％。自由氧的缺乏限制了生物的發展，因此 10 億年前的生物都是小的、簡單的、無骨骼的、固著的或漂浮的，缺乏主動取食能力。隨著藻類繁盛，生物光解能力的增長，自由氧迅速增多，生物形體變大、變複雜、活動能力增強，發展為具有骨骼的生物。尤其是 4 億年以來高等植物的出現和發展，氧成為大氣的主要成分之一，在志留紀時氧增加到現代自由氧水平的 50％。”老師用豐富的圖片和資料，展示了生物在氧元素迴圈中的重要角色，讓同學們對生物與環境的協同進化有了更深刻的理解。

“氧在自然界中的迴圈是一個複雜而精妙的過程。現代空氣中對自由氧的迴圈起決定作用的是生物的光合作用，估計全球每年產生自由氧為 3.83×101?g，其中海洋中產生 3.4×101?g。另一估計陸生植物純初生生物產量每年約 58×101?g 碳，碳和氧之比等於 12/32，即光合作用分解二氧化碳後，每年釋放 1.55×101?g 氧；而水生植物每年釋放 3.62×101?g 氧，全球每年產生自由氧為 5.17×101?g。現代大氣氧的總含量 1.2×1021g，被除於生物每年釋放的 5.17×101?g 氧，等於 2321 年，這是現代大氣圈中氧全部更換的時間。不過，由於碳的埋葬和生物產量的不確定性，氧的駐留時間變化很大。生物圈儲庫包含約 3653×101?g 有機碳，其中生物圈、土壤腐殖土和海洋中溶解的有機碳是主要儲庫，如果生物圈儲庫的所有碳氧化，要消耗現代氧 9.7×101?g，佔大氣圈總氧的近 1％，所以有機碳的儲庫在一定程度上控制了氧在大氣中的含量。”老師透過一系列的資料和圖表，向同學們詳細講解了氧元素的迴圈過程，讓他們對這個宏觀的自然現象有了更清晰的認識。

“氧元素在醫療保障領域有著廣泛的應用。富氧空氣或純氧在臨床醫療中用於治療各種型別的缺氧、呼吸困難以及任何其它大量消耗氧氣的疾病，比如用於治療呼吸系統疾病、一氧化碳中毒等疾病，當誤吸（化學性肺炎）或吸入有毒氣體可能導致肺損傷，進而導致正常氧合受損時，也需要輔助供氧。此外，氧氣在潛水、登山、航天飛行等方面對於保障人體正常活動也非常重要。在這些特殊的環境中，人體對氧氣的需求會發生變化，而我們透過各種裝置來為人體提供足夠的氧氣，確保生命活動的正常進行。”老師拿出一些醫療用氧裝置的模型，向他們介紹氧氣在醫療中的應用。

“在化工生產中，氧氣主要用於原料氣的氧化。例如，重油的高溫裂化以及煤粉、水煤漿的氣化等，都是透過氣化原料來達到強化工藝過程、提高產品產量的目的。另外，氧氣可用於生產製備過氧化鈉、氧化鉛、硫酸、硝酸和磷酸等物質，還可直接氧化乙烯生產環氧乙烷、合成氣（H? + CO），在紙漿漂白、汙水處理等領域也有應用。此外，氧的同位素之一1?O 常作為示蹤原子（試劑 H?O1?）用於化學反應機理的研究。化工行業離不開氧元素，它就像是一把神奇的鑰匙，開啟了許多化學反應的大門，讓我們能夠生產出各種各樣的化工產品。”老師帶著同學們來到化工實驗區，展示各種化工反應中氧氣的作用。

“大量的純氧用於鍊鋼，鍊鋼工業耗氧量佔氧生產總量的 60%以上。在鍊鋼過程中吹入高純度