من أين يأتي الهواء؟

تسبح الحياة على الأرض في قاع محيط من الهواء. لن يجد الزوار من أي مكان آخر في النظام الشمسي الغلاف الجوي للأرض جذابًا. حتى أقدم أشكال الحياة على الأرض سوف تجد الكتلة الهوائية الحالية للأرض سامة. ومع ذلك ، يزدهر سكان الأرض في هذا المزيج الفريد من النيتروجين والأكسجين الذي يسميه البشر الهواء.

بدأ وجود الهواء على الأرض ، مثل الغلاف الجوي للكواكب الأخرى ، قبل أن يتشكل الكوكب. تطور الغلاف الجوي الحالي للأرض من خلال سلسلة من الأحداث التي بدأت بـ اندماج النظام الشمسي.

الغلاف الجوي الأول للأرض، مثل الغبار والصخور التي شكلت الأرض المبكرة ، اجتمعت معًا عندما تشكل النظام الشمسي. كان الغلاف الجوي الأول عبارة عن طبقة رقيقة من الهيدروجين والهيليوم التي انفجرت بعيدًا عن فوضى الصخور الساخنة التي ستصبح في النهاية الأرض. جاء هذا الغلاف الجوي المؤقت للهيدروجين والهيليوم من بقايا الكرة الغازية التي أصبحت الشمس.

استغرقت الكتلة الحارة من الصخور التي أصبحت الأرض وقتًا طويلاً حتى تبرد. فقاعات البراكين وأطلقت غازات من باطن الأرض لملايين السنين. تتكون الغازات السائدة المنبعثة من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وكبريتيد الهيدروجين والأمونيا. بمرور الوقت ، تراكمت هذه الغازات لتشكل الغلاف الجوي الثاني للأرض. بعد حوالي

يعود تاريخ أول أحافير الأرض التي يمكن التعرف عليها ، وهي البكتيريا المجهرية ، إلى ما يقرب من 3.8 مليار سنة. قبل 2.7 مليار سنة ، سكنت البكتيريا الزرقاء محيطات العالم. البكتيريا الزرقاء إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي من خلال عملية التمثيل الضوئي. مع زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي ، انخفض ثاني أكسيد الكربون ، الذي تستهلكه البكتيريا الزرقاء الضوئية.

في الوقت نفسه ، تسبب ضوء الشمس في تكسير الأمونيا الجوية إلى النيتروجين والهيدروجين. طاف معظم الهيدروجين الأخف من الهواء لأعلى وهرب في النهاية إلى الفضاء. ومع ذلك ، يتراكم النيتروجين تدريجياً في الغلاف الجوي.

منذ حوالي 2.4 مليار سنة ، أدت زيادة النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي إلى التحول من الغلاف الجوي المختزل المبكر إلى الغلاف الجوي الحديث جو مؤكسد. يتكون الغلاف الجوي الحالي من 78٪ نيتروجين ، و 21٪ أكسجين ، و 0.9٪ أرجون ، و 0.03٪ ثاني أكسيد كربون وصغير تظل كميات الغازات الأخرى مستقرة نسبيًا بسبب التمثيل الضوئي للنباتات والبكتيريا التي يوازنها الحيوان التنفس.

يحدث معظم طقس الأرض وحياتها في طبقة التروبوسفير ، وهي الطبقة الجوية الأقرب إلى سطح الأرض. عند مستوى سطح البحر ، قوة ضغط الهواء تساوي 14.70 جنيه للبوصة المربعة (رطل). تأتي هذه القوة من كتلة عمود الهواء بأكمله فوق كل بوصة مربعة من السطح. إذن من أين يأتي الهواء في السيارة؟ نظرًا لأن السيارات ليست حاويات محكمة الإغلاق ، فإن قوة الهواء فوق السيارة ومحيطها تدفع الهواء إلى داخل السيارة.

لكن من أين يأتي الهواء في الطائرة؟ الطائرات محكمة الإغلاق أكثر من السيارات ، لكنها ليست محكمة الإغلاق تمامًا. قوة الهواء فوق الطائرة ومحيطها تملأ الطائرة بالهواء. لسوء الحظ ، تطير الطائرات الحديثة على ارتفاع 30000 قدم أو أكثر حيث يوجد الهواء رقيق جدا لكي يتنفس البشر.

تتطلب زيادة ضغط الهواء في المقصورة إلى مستوى ضغط قابل للبقاء إعادة توجيه بعض الهواء من محركات الطائرة. يتحرك الهواء المضغوط والمُسخن بواسطة المحركات عبر سلسلة من المبردات والمراوح والمشعبات قبل إضافته إلى الهواء في مقصورة الطائرة. تقوم مستشعرات الضغط بفتح وإغلاق صمام التدفق للحفاظ على ضغط هواء الكابينة بين 5000 و 8000 قدم فوق مستوى سطح البحر.

يتطلب الحفاظ على ضغط هواء أكبر في الارتفاعات العالية زيادة القوة الهيكلية لقذيفة الطائرة. كلما زاد الاختلاف بين ضغط الهواء الداخلي وضغط الهواء الخارجي ، زادت قوة الغلاف الخارجي المطلوب. في حين أن ضغط مستوى سطح البحر ممكن ، فإن الضغط يعادل 7000 قدم فوق مستوى سطح البحر ، حوالي 11 رطل / بوصة مربعة، غالبًا في كبائن الطائرات. هذا الضغط مريح لمعظم الناس مع تقليل كتلة الطائرة.

إذن من أين يأتي الهواء في الماء المغلي؟ الجواب ، ببساطة ، هو الهواء المذاب. كمية الهواء المذابة في الماء تعتمد على درجة الحرارة والضغط. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تقل كمية الهواء التي يمكن إذابتها في الماء. عندما يصل الماء إلى درجة حرارة الغليان ، 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية) ، يخرج الهواء المذاب من المحلول. نظرًا لأن الهواء أقل كثافة من الماء ، فإن فقاعات الهواء ترتفع إلى السطح.

على العكس من ذلك ، تزداد كمية الهواء التي يمكن إذابتها في الماء مع زيادة الضغط. تقل درجة غليان الماء مع الارتفاع بسبب انخفاض ضغط الهواء. يؤدي استخدام الغطاء إلى زيادة الضغط على سطح الماء ، مما يزيد من درجة حرارة الغليان. يتطلب تأثير الضغط المنخفض على درجات حرارة الغليان تعديلات في الوصفة عند الطهي على ارتفاعات أعلى.