Het leven op aarde zwemt op de bodem van een oceaan van lucht. Bezoekers van elders in het zonnestelsel zouden de atmosfeer van de aarde niet uitnodigend vinden. Zelfs de vroegste levensvormen van de aarde zouden de huidige luchtmassa van de aarde giftig vinden. Toch gedijen de aardbewoners goed in dit unieke stikstof-zuurstofmengsel dat mensen lucht noemen.
Bestaan van lucht
Het bestaan van lucht op aarde begon, net als de atmosferen van andere planeten, voordat de planeet zelfs maar gevormd was. De huidige atmosfeer van de aarde ontwikkelde zich door een opeenvolging van gebeurtenissen die begon met de samensmeltend zonnestelsel.
De eerste atmosfeer van de aarde
De eerste atmosfeer van de aarde, zoals het stof en de rotsen die de vroege aarde vormden, kwamen samen toen het zonnestelsel werd gevormd. Die eerste atmosfeer was een dun laagje waterstof en helium die wegblies uit de chaos van hete rotsen die uiteindelijk de aarde zouden worden. Deze tijdelijke waterstof- en heliumatmosfeer kwam van de overblijfselen van de gasvormige bal die de zon werd.
De tweede atmosfeer van de aarde
De hete rotsmassa die de aarde werd, duurde lang om af te koelen. Vulkanen borrelden en lieten miljoenen jaren lang gassen uit het binnenste van de aarde vrij. De dominante gassen die vrijkwamen bestonden uit kooldioxide, waterdamp, waterstofsulfide en ammoniak. Na verloop van tijd verzamelden deze gassen zich om de tweede atmosfeer van de aarde te vormen. Na ongeveer 500 miljoen jaar, de aarde koelde genoeg af om water te laten accumuleren, de aarde verder af te koelen en uiteindelijk de eerste oceaan van de aarde te vormen.
De derde (en huidige) atmosfeer van de aarde
De eerste herkenbare fossielen van de aarde, microscopisch kleine bacteriën, dateren van ongeveer 3,8 miljard jaar oud. 2,7 miljard jaar geleden bevolkten cyanobacteriën de oceanen van de wereld. cyanobacteriën vrijgekomen zuurstof door het proces van fotosynthese in de atmosfeer terechtkomen. Naarmate de zuurstof in de atmosfeer toenam, nam de koolstofdioxide af, verbruikt door de fotosynthetische cyanobacteriën.
Tegelijkertijd zorgde zonlicht ervoor dat atmosferische ammoniak uiteenviel in stikstof en waterstof. De meeste waterstof die lichter is dan lucht zweefde naar boven en ontsnapte uiteindelijk de ruimte in. Stikstof bouwde zich echter geleidelijk op in de atmosfeer.
Ongeveer 2,4 miljard jaar geleden leidde de toenemende stikstof en zuurstof in de atmosfeer tot een verschuiving van de vroeg reducerende atmosfeer naar de moderne oxiderende atmosfeer. De huidige atmosfeer van 78 procent stikstof, 21 procent zuurstof, 0,9 procent argon, 0,03 procent koolstofdioxide en kleine hoeveelheden andere gassen blijven relatief stabiel door fotosynthese van planten en bacteriën, in evenwicht gehouden door dieren ademhaling.
Leven in een oceaan van lucht
Het meeste weer en leven op aarde vindt plaats in de troposfeer, de atmosferische laag die zich het dichtst bij het aardoppervlak bevindt. Op zeeniveau is de kracht van luchtdruk gelijk aan 14,70 pond per vierkante inch (psi). Deze kracht komt van de massa van de hele luchtkolom boven elke vierkante inch van een oppervlak. Dus waar komt lucht vandaan in een auto? Omdat auto's geen luchtdichte containers zijn, duwt de kracht van de lucht boven en rondom de auto lucht in de auto.
Maar waar komt lucht vandaan in een vliegtuig? Vliegtuigen zijn luchtdichter dan auto's, maar niet helemaal luchtdicht. De kracht van de lucht boven en rondom het vliegtuig vult het vliegtuig met lucht. Helaas varen moderne vliegtuigen op of boven 30.000 voet waar de lucht is te dun voor mensen om te ademen.
Om de luchtdruk in de cabine te verhogen tot een overleefbare druk, moet een deel van de lucht uit de motoren van het vliegtuig worden omgeleid. Lucht die door de motoren wordt gecomprimeerd en verwarmd, beweegt door een reeks koelers, ventilatoren en spruitstukken voordat ze wordt toegevoegd aan de lucht in de cabine van het vliegtuig. Druksensoren openen en sluiten een uitstroomklep om een luchtdruk in de cabine tussen 5.000 en 8.000 voet boven zeeniveau te handhaven.
Het handhaven van een grotere luchtdruk op grotere hoogte vereist een verhoging van de structurele sterkte van de schaal van het vliegtuig. Hoe groter het verschil tussen de binnenluchtdruk en de buitenluchtdruk, hoe sterker de vereiste buitenschil. Hoewel druk op zeeniveau mogelijk is, is de druk gelijk aan 7.000 voet boven zeeniveau, ongeveer 11 psi, wordt vaak gebruikt in vliegtuigcabines. Deze druk is comfortabel voor de meeste mensen terwijl de massa van het vliegtuig wordt verminderd.
Lucht, (bijna) overal
Dus waar komt lucht vandaan in kokend water? Het antwoord is simpel gezegd: opgeloste lucht. De hoeveelheid lucht die in water wordt opgelost, is afhankelijk van temperatuur en druk. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de hoeveelheid lucht die in water kan worden opgelost af. Wanneer water kooktemperatuur bereikt, 212 ° F (100 ° C), komt de opgeloste lucht uit de oplossing. Omdat lucht een lagere dichtheid heeft dan water, stijgen de luchtbellen naar de oppervlakte.
Omgekeerd neemt de hoeveelheid lucht die in water kan worden opgelost toe naarmate de druk toeneemt. Het kookpunt van water neemt af met de hoogte omdat de luchtdruk afneemt. Het gebruik van een deksel verhoogt de druk op het wateroppervlak, waardoor de kooktemperatuur stijgt. Het effect van een lagere druk op de kooktemperaturen vereist aanpassingen van het recept bij koken op grotere hoogte.