מאיפה בא אוויר?

החיים על פני כדור הארץ שוחים בתחתית אוקיינוס ​​אוויר. מבקרים ממקומות אחרים במערכת השמש לא ימצאו את האטמוספירה של כדור הארץ מזמינה. אפילו צורות החיים המוקדמות ביותר של כדור הארץ ימצאו את מסת האוויר הנוכחית של כדור הארץ רעילה. אולם תושבי כדור הארץ משגשגים בתערובת החנקן-חמצן הייחודית הזו שבני האדם מכנים אוויר.

קיומו של אוויר על פני כדור הארץ, כמו האטמוספרות של כוכבי לכת אחרים, החל לפני שכדור הארץ בכלל נוצר. האטמוספירה הנוכחית של כדור הארץ התפתחה באמצעות רצף אירועים שהחל עם מערכת סולארית מתלכדת.

האטמוספירה הראשונה של כדור הארץ, כמו האבק והסלעים היוצרים את כדור הארץ המוקדם, התחברו יחד עם יצירת מערכת השמש. האווירה הראשונה ההיא הייתה שכבה דקה של מימן והליום שנשבה מהכאוס של סלעים חמים שבסופו של דבר יהפכו לכדור הארץ. אווירת מימן והליום זמנית זו הגיעה משאריות הכדור הגזי שהפך לשמש.

המסה החמה של הסלע שהפכה לכדור הארץ לקחה זמן רב להתקרר. הרי געש מבעבעים ושחררו גזים מהפנים של כדור הארץ במשך מיליוני שנים. הגזים הדומיננטיים ששוחררו כללו פחמן דו חמצני, אדי מים, מימן גופרתי ואמוניה. עם הזמן גזים אלו הצטברו ויצרו את האטמוספירה השנייה של כדור הארץ. אחרי בערך

המאובנים המוכרים הראשונים של כדור הארץ, חיידקים מיקרוסקופיים, מתארכים כ -3.8 מיליארד שנים. לפני 2.7 מיליארד שנה אכלסו ציאנובקטריה באוקיאנוסים העולמיים. ציאנובקטריה חמצן משוחרר לאטמוספרה באמצעות תהליך הפוטוסינתזה. ככל שהחמצן באטמוספירה גדל, פחמן הדו-חמצני פחת ונצרך על ידי ציאנובקטריה פוטוסינתטית.

במקביל, אור השמש גרם לאמוניה אטמוספירית לפרוץ לחנקן ומימן. רוב המימן הקל יותר מהאוויר צף כלפי מעלה ובסופו של דבר נמלט לחלל. אולם חנקן הצטבר אט אט באווירה.

לפני כ -2.4 מיליארד שנה, החנקן והחמצן הגוברים באטמוספירה הובילו למעבר מהאטמוספירה המוקדמת למודרנית אווירה מחמצנת. האטמוספירה הנוכחית של 78 אחוז חנקן, 21 אחוז חמצן, 0.9 אחוז ארגון, 0.03 אחוז פחמן דו חמצני וקטנה כמויות גזים אחרים נשארות יציבות יחסית בגלל פוטוסינתזה של צמחים וחיידקים המאוזנים על ידי בעלי חיים נשימה.

מרבית מזג האוויר וחיי כדור הארץ מתרחשים בטרופוספירה, שכבת האטמוספירה הקרובה ביותר לפני כדור הארץ. בגובה פני הים כוח לחץ האוויר שווה 14.70 פאונד לאינץ 'מרובע (psi). כוח זה מגיע ממסת כל עמוד האוויר מעל כל סנטימטר מרובע של משטח. אז מאיפה אוויר באוטו? מכיוון שמכוניות אינן מכולות אטומות, כוח האוויר מעל המכונית וסובב אותה דוחף אוויר למכונית.

אבל מאיפה בא אוויר במטוס? מטוסים אטומים יותר ממכוניות, אך לא אטומים לחלוטין. כוח האוויר מעל וסביב המטוס ממלא את המטוס באוויר. למרבה הצער, מטוסים מודרניים משייטים בגובה של יותר מ- 30,000 רגל האוויר דק מדי לבני אדם לנשום.

העלאת לחץ האוויר בתא ללחץ שורד מחייבת הפניית חלק מהאוויר ממנועי המטוס. אוויר דחוס ומחומם על ידי המנועים עובר דרך סדרת מקררים, מאווררים וסעיפי טרם הוספה לאוויר בתא המטוס. חיישני לחץ פותחים וסוגרים שסתום זרימה לשמירה על לחץ אוויר בתא בגובה 5,000 עד 8,000 רגל מעל פני הים.

שמירה על לחץ אוויר גדול יותר בגבהים גבוהים יותר מחייבת הגדלת חוזק מבני מעטפת המטוס. ככל שההבדל גדול יותר בין לחץ האוויר הפנימי ללחץ האוויר החיצוני, כך הקליפה החיצונית נדרשת חזקה יותר. אמנם לחץ מפלס הים אפשרי, אך הלחץ השווה 7,000 רגל מעל פני הים, בערך 11 psi, משמש לעתים קרובות בבקתות מטוס. לחץ זה נוח לרוב האנשים תוך הפחתת מסת המטוס.

אז מאיפה בא אוויר במים רותחים? התשובה, בפשטות, היא אוויר מומס. כמות האוויר המומסת במים תלויה בטמפרטורה ולחץ. ככל שהטמפרטורה עולה, כמות האוויר שניתן להמיס במים פוחתת. כאשר המים מגיעים לטמפרטורת רתיחה, 100 מעלות צלזיוס, האוויר המומס יוצא מתמיסה. מכיוון שהאוויר צפוף פחות ממים, בועות האוויר עולות אל פני השטח.

לעומת זאת, כמות האוויר שניתן להמיס במים עולה ככל שהלחץ עולה. נקודת הרתיחה של המים פוחתת עם הגבהה מכיוון שלחץ האוויר יורד. שימוש במכסה מגביר את הלחץ על פני המים, ומגדיל את טמפרטורת הרתיחה. ההשפעה של לחץ נמוך יותר על טמפרטורות הרתיחה דורשת התאמות מתכונים בעת בישול בגבהים גבוהים יותר.