如果所有生物停止制造氧气，人类多久会憋死？

想象一下，在一瞬间，地球上所有的植物、藻类和进行光合作用的微生物都静止了。不再有那源源不断的氧气生产线。人类会在多久之后开始经历窒息的痛苦并最终死亡呢？这个问题并非一个简单的数字，因为它涉及到空气中氧气含量的消耗速度，以及人体对缺氧的耐受程度。

首先，我们需要明确地球大气层中的氧气储备。我们呼吸的空气，大约含有21%的氧气。这个比例看似微小，但对于支持我们这样好动的、温血的生物来说，却是生命所必需的。据估计，地球大气层中总共储存了大约1.1 x 10^15吨的氧气。这是一个极其庞大的数字，足以让我们在没有新的氧气来源的情况下，支撑相当长的一段时间。

然而，“憋死”这个词的含义需要细化。人体缺氧是一个渐进的过程，而不是瞬间的死亡。最初的反应是身体对氧气需求的增加，但很快就会转变为机能的衰退。

早期阶段：轻度缺氧与感知

如果所有氧气制造停止，大气中的氧气含量会开始缓慢下降，因为我们以及其他消耗氧气的生物（比如动物，以及进行呼吸作用的植物和微生物）会持续消耗它。

几分钟到几十分钟： 在最初的几分钟里，你可能不会感觉到任何异常。人体内部储存的氧气（主要是在血液和组织中）可以维持一段时间。你的呼吸频率可能会不自觉地加快，心跳也会加速，这是身体试图更有效地输送血液中剩余氧气的反应。有些人可能会开始感到轻微的头晕、注意力不集中，甚至有些亢奋感，就像在高海拔地区一样。
几十分钟到几个小时： 随着血液中氧气浓度的进一步下降，症状会变得更加明显。你会感到呼吸困难，胸闷，头痛会加剧。你的判断力和协调能力会明显下降。对于没有准备的人来说，这个阶段可能会引起恐慌。

中期阶段：严重缺氧与机能衰退

这个阶段是氧气储备消耗得更快的时期，身体的生存机制开始受到严重挑战。

几个小时到一天： 大约在24小时后，如果地球的氧气含量持续下降到一个临界点，比如低于1012%，大多数人会开始出现严重的缺氧症状。这包括极度的虚弱、恶心、呕吐、意识模糊，甚至可能会昏迷。此时，大脑作为人体最耗氧的器官，功能会严重受损。身体的其他重要器官也开始出现功能衰竭的迹象。

晚期阶段：危及生命与死亡

这个阶段，身体已经无法正常运作，生命功能濒临终结。

数天到数周： 如果我们假设在没有任何新的氧气来源的情况下，大气中的氧气可以持续供应给人类，并且消耗速度维持在一个相对稳定的水平，那么我们可能会看到一个非常漫长的过程。然而，重要的是要理解，即使氧气含量没有降到零，但只要低于人体生存所需的阈值，就会导致死亡。
关键阈值： 人类需要大约16%以上的氧气浓度才能正常生存。低于这个水平，缺氧症状就会出现。而如果氧气含量降到6%以下，人在几分钟内就会失去意识并死亡。
消耗速度的考量： 我们必须考虑全球人口以及所有呼吸性生物对氧气的总消耗量。根据估算，地球上的生物每天消耗大约5.5 x 10^10千克的氧气。如果按照这个速率消耗，同时没有新的氧气补充，地球大气中的氧气储备理论上可以支撑相当长的时间。一些估算认为，仅靠现有的氧气储备，人类可以存活数千年甚至更久，但这是在一个非常理想化且静态的假设下进行的。

现实中的复杂性

然而，这个情景在现实中会更加复杂和残酷：

1. 其他生物的影响： 不仅仅是人类，所有的动物、大多数的微生物，甚至包括植物在夜间都会消耗氧气。这意味着一旦氧气生产停止，消耗就会立即开始，而且消耗的基数会比单纯考虑人类要大得多。
2. 大气环流： 大气层的氧气分布并非完全均匀。洋流和风力会将氧气输送到世界各地。但是，一旦生产停止，这个“储蓄”会被不断消耗。
3. 对生态系统的连锁反应： 氧气停止生产不仅仅影响人类。海洋中的浮游生物是地球上最大的氧气生产者。它们的停止意味着海洋生态系统的崩溃，这会引发更广泛的生物死亡，进而改变大气成分。
4. 人类的活动： 燃烧，无论是工业生产还是取暖，都会消耗氧气。在没有新的氧气补充的情况下，这些活动会加速氧气消耗。
5. 心理恐慌： 即使在生理上还有一些氧气储备，但人类对于自身生存环境的感知往往比生理指标更敏感。一旦意识到氧气来源枯竭，巨大的恐慌和混乱可能会引发大规模的死亡事件。

一个更现实的设想

如果说，从所有生物停止制造氧气的那一刻算起，到大多数人类开始体验到不可逆转的生理损伤，甚至死亡，这个过程不会是瞬间的，但也不会是无限期的。

更准确地说，我们可以这样推测：

在停止生产后的几周到几个月内： 地球大气中的氧气含量可能会开始有感知的下降。首先受到影响的可能是那些对氧气需求量大或身体储备能力较差的个体，比如老年人、有呼吸系统疾病的人，或者进行剧烈运动的人。
当氧气含量下降到10%以下时： 这可能需要数年的时间，取决于总消耗率。在这个阶段，人类的活动能力会受到极大限制，社会秩序可能会崩溃，食物链也会因为其他生物的死亡而瓦解。人类将不得不依赖现有的氧气储备，寻找封闭的、富含氧气的空间生存，但这终究是饮鸩止渴。
最终的结局： 即使我们能等到数年或者数十年后氧气才消耗到极低的水平，那时地球的生态系统早已荡然无存。人类将不得不面对一个没有食物、没有清洁水源、并且大气成分也在不断变化的严峻环境。即使少数人通过某些方式暂时储存了氧气，也无法在一个没有氧气生产的星球上长期生存下去。

总结来说，与其说“多久会憋死”，不如说人类将面临一个从“轻微不适”到“普遍死亡”的渐进过程。一旦氧气生产停止，死亡并非是突然降临，而是以一种缓慢而可怕的方式，一步步侵蚀生命。而且，氧气耗尽之前，伴随而来的生态崩溃和社会混乱，很可能比单纯的缺氧本身会更快地终结大部分人类文明。

网友意见

人类可以用电解或太阳光将海水分解来制造氧气，但根据实际情况不一定有必要使用：

• 地球大气里现存的氧气相当之多，按照Walker, J. C. G.的估计有1.4E18千克，这是14后面有17个零的数字；每年，地球生物圈和大气圈·水圈·岩石圈交换约3E14千克氧气；在地球生物圈完全不进行光合作用而维持现有呼吸作用率的情况下，大气里现存的氧要等五千年^[1]到两万五千年才会耗尽。
• 况且在这个情景里呼吸作用率不可能不变。
• 将比较敏感的人憋死至少要将大气氧浓度从现在的21%降到18%以下，起码七百一十四年。人还可以从空气里浓缩氧，足够你等到人类完成大规模的地球工程——事实上你这辈子都不一定看得到人类开始搞这个工程，因为实在是没必要。
• 如果要求人类只靠技术产生氧气，其实人类文明的总功率拿出约十分之一来制造氧气，效果就会超越地球生物圈的光合作用氧生产量，而且这个工程并不会很花时间去准备。
• 况且人类文明的总功率还在成长，将今后新兴建太阳光发电、氢能源、裂变核能之类产业的生产路径改动一下就能产生巨大的氧气生成量，无需专门改动现有产业。

但是，粮食危机就是另一回事了，现代社会的资源分配是不平衡的，会有一些人等不到食物分配完成（后详）。

地球大气里的氧气主要来自浮游光合生物中的色藻和蓝菌。将这些生物改成不产氧光合作用并不是不行。

• 色藻现归属SAR超类群，将其描述为浮游植物的教科书严重过时。硅藻和双鞭毛虫门（甲藻）提供了色藻主要的光合作用氧生产量，随季节变化占全球光合作用氧生产量的20%^[2]到50%。
• 蓝菌Prochlorococcus作为旧分类浮游植物，每年的活细胞数量随季节变化在2.8E27~3.4E27个^[3]，约1.71亿吨碳。此物种随季节变化提供全球光合作用氧生产量的13%到48%^[4]，与另一种蓝菌Synechococcus提供了约一半的海洋碳固定量。蓝菌早已算是细菌界的了。

但“不用考虑饿死”是不可能的。人和家禽·家畜所吃的植物没有产氧光合作用以外的能量来源，寄生植物依靠的是宿主的产氧光合作用，食虫植物是从昆虫等动物里获取氮和微量元素而不是作为能源，况且这些昆虫的生物量本质上还是产氧光合作用支持的。植物不可能靠不产氧光合作用维持现在的生物量，粮食危机不可避免。

不过，事实上人类的存续并不需要太多人口，而且人也可以食用加工过的色藻、细菌、古菌，在必要的场合单细胞农业可以支持成百上千亿的人口，麻烦的是建成之前某些地方就会呈现中国古籍里的描述^[5]了。

总之，由于人类在这方面的能力强于地球生物圈的其余部分，无论经过多久，这件事都不能导致人类被“憋死”。

参考

1. ^ Walker, J. C. G. (1980) The oxygen cycle in the natural environment and the biogeochemical cycles, Springer-Verlag, Berlin, Federal Republic of Germany (DEU)
2. ^ https://www.livescience.com/46250-teasing-apart-the-diatom-genome.html
3. ^ https://doi.org/10.1073%2Fpnas.1307701110
4. ^ https://doi.org/10.1126%2Fscience.1118052
5. ^ 大饥，人相食——二十五史反复出现

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