La vie sur Terre nage au fond d'un océan d'air. Les visiteurs venus d'ailleurs dans le système solaire ne trouveraient pas l'atmosphère terrestre invitante. Même les premières formes de vie de la Terre trouveraient la masse d'air actuelle de la Terre toxique. Pourtant, les habitants de la Terre prospèrent dans ce mélange unique d'azote et d'oxygène que les humains appellent air.
Existence de l'air
L'existence de l'air sur Terre, comme les atmosphères des autres planètes, a commencé avant même que la planète ne se forme. L'atmosphère actuelle de la Terre s'est développée à travers une séquence d'événements qui a commencé avec le système solaire coalescent.
La première atmosphère de la Terre
La première atmosphère de la Terre, comme la poussière et les roches formant la Terre primitive, se sont réunis lors de la formation du système solaire. Cette première atmosphère était une fine couche de hydrogène et hélium qui a soufflé du chaos des roches chaudes qui deviendraient finalement la Terre. Cette atmosphère temporaire d'hydrogène et d'hélium provenait des restes de la boule gazeuse qui est devenue le soleil.
La deuxième atmosphère de la Terre
La masse de roche chaude qui est devenue la Terre a mis longtemps à se refroidir. Les volcans ont bouillonné et libéré des gaz de l'intérieur de la Terre pendant des millions d'années. Les principaux gaz rejetés étaient du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau, du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac. Au fil du temps, ces gaz se sont accumulés pour former la deuxième atmosphère de la Terre. Après environ 500 millions d'années, la Terre s'est suffisamment refroidie pour que l'eau commence à s'accumuler, refroidissant davantage la Terre et formant finalement le premier océan de la Terre.
Troisième (et actuelle) atmosphère de la Terre
Les premiers fossiles reconnaissables de la Terre, les bactéries microscopiques, remontent à environ 3,8 milliards d'années. Il y a 2,7 milliards d'années, les cyanobactéries peuplaient les océans du monde. Cyanobactéries oxygène libéré dans l'atmosphère par le processus de photosynthèse. Au fur et à mesure que l'oxygène dans l'atmosphère augmentait, le dioxyde de carbone diminuait, consommé par les cyanobactéries photosynthétiques.
Dans le même temps, la lumière du soleil a provoqué la rupture de l'ammoniac atmosphérique en azote et en hydrogène. La plupart de l'hydrogène plus léger que l'air a flotté vers le haut et s'est finalement échappé dans l'espace. L'azote, cependant, s'est progressivement accumulé dans l'atmosphère.
Il y a environ 2,4 milliards d'années, l'augmentation de l'azote et de l'oxygène dans l'atmosphère a conduit à un passage de l'atmosphère réductrice primitive à l'atmosphère moderne atmosphère oxydante. L'atmosphère actuelle de 78 pour cent d'azote, 21 pour cent d'oxygène, 0,9 pour cent d'argon, 0,03 pour cent de dioxyde de carbone et de petites les quantités d'autres gaz restent relativement stables en raison de la photosynthèse des plantes et des bactéries équilibrée par les animaux respiration.
Vivre dans un océan d'air
La plupart des conditions météorologiques et de la vie sur Terre se produisent dans la troposphère, la couche atmosphérique la plus proche de la surface de la Terre. Au niveau de la mer, la force de la pression atmosphérique est égale à 14,70 livres par pouce carré (psi). Cette force provient de la masse de toute la colonne d'air au-dessus de chaque centimètre carré de surface. Alors d'où vient l'air dans une voiture? Étant donné que les voitures ne sont pas des conteneurs hermétiques, la force de l'air au-dessus et autour de la voiture pousse l'air dans la voiture.
Mais d'où vient l'air dans un avion? Les avions sont plus étanches que les voitures, mais pas complètement étanches. La force de l'air au-dessus et entourant l'avion remplit l'avion d'air. Malheureusement, les avions modernes volent à ou au-dessus de 30 000 pieds où le l'air est trop fin pour que les humains respirent.
L'augmentation de la pression de l'air dans la cabine à une pression de survie nécessite de rediriger une partie de l'air des moteurs de l'avion. L'air comprimé et chauffé par les moteurs traverse une série de refroidisseurs, de ventilateurs et de collecteurs avant d'être ajouté à l'air dans la cabine de l'avion. Les capteurs de pression ouvrent et ferment une vanne de sortie pour maintenir une pression d'air dans la cabine entre 5 000 et 8 000 pieds au-dessus du niveau de la mer.
Le maintien d'une pression d'air plus élevée à des altitudes plus élevées nécessite d'augmenter la résistance structurelle de la coque de l'avion. Plus la différence entre la pression d'air intérieure et la pression d'air extérieure est grande, plus la coque extérieure requise est solide. Bien que la pression au niveau de la mer soit possible, la pression équivalente à 7 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, à environ 11 psi, est souvent utilisé dans les cabines d'avion. Cette pression est confortable pour la plupart des gens tout en réduisant la masse de l'avion.
Air, (presque) partout
Alors d'où vient l'air dans l'eau bouillante? La réponse, en termes simples, est air dissous. La quantité d'air dissous dans l'eau dépend de la température et de la pression. Lorsque la température augmente, la quantité d'air qui peut être dissoute dans l'eau diminue. Lorsque l'eau atteint la température d'ébullition, 212°F (100°C), l'air dissous sort de la solution. L'air étant moins dense que l'eau, les bulles d'air remontent à la surface.
Inversement, la quantité d'air qui peut être dissoute dans l'eau augmente avec l'augmentation de la pression. Le point d'ébullition de l'eau diminue avec l'altitude car la pression atmosphérique diminue. L'utilisation d'un couvercle augmente la pression à la surface de l'eau, augmentant la température d'ébullition. L'effet d'une pression plus faible sur les températures d'ébullition nécessite des ajustements de recette lors de la cuisson à des altitudes plus élevées.