Skąd pochodzi powietrze?

Życie na Ziemi płynie na dnie oceanu powietrza. Goście z innych części Układu Słonecznego nie uznaliby atmosfery Ziemi za zachęcającą. Nawet najwcześniejsze formy życia na Ziemi uznałyby obecną masę powietrza na Ziemi za toksyczną. Jednak mieszkańcy Ziemi doskonale prosperują dzięki tej wyjątkowej mieszaninie azotu i tlenu, którą ludzie nazywają powietrzem.

Istnienie powietrza na Ziemi, podobnie jak atmosfery innych planet, rozpoczęło się, zanim planeta w ogóle się uformowała. Obecna atmosfera Ziemi rozwinęła się w wyniku sekwencji wydarzeń, które rozpoczęły się koalescencyjny układ słoneczny.

Pierwsza atmosfera Ziemi, podobnie jak pył i skały tworzące wczesną Ziemię, połączyły się podczas formowania się Układu Słonecznego. Ta pierwsza atmosfera była cienką warstwą wodór i hel które oderwały się od chaosu gorących skał, które ostatecznie stały się Ziemią. Ta chwilowa atmosfera wodoru i helu pochodziła z pozostałości kuli gazowej, która stała się słońcem.

Gorąca masa skał, która stała się Ziemią, długo się ochładzała. Wulkany bulgotały i uwalniały gazy z wnętrza Ziemi przez miliony lat. Dominujące uwalniane gazy składały się z dwutlenku węgla, pary wodnej, siarkowodoru i amoniaku. Z biegiem czasu gazy te gromadziły się, tworząc drugą atmosferę Ziemi. Po około 500 milionów lat, Ziemia ochłodziła się wystarczająco, aby woda zaczęła się gromadzić, dalej ochładzając Ziemię i ostatecznie tworząc pierwszy ocean na Ziemi.

Pierwsze rozpoznawalne skamieliny na Ziemi, mikroskopijne bakterie, pochodzą sprzed około 3,8 miliarda lat. 2,7 miliarda lat temu sinice zamieszkiwały oceany na świecie. Cyjanobakteria uwolniony tlen do atmosfery w procesie fotosyntezy. Wraz ze wzrostem tlenu w atmosferze zmniejszał się dwutlenek węgla, zużywany przez fotosyntetyczne cyjanobakterie.

W tym samym czasie światło słoneczne powodowało rozpad atmosferycznego amoniaku na azot i wodór. Większość lżejszego od powietrza wodoru unosiła się w górę i ostatecznie uciekła w kosmos. Jednak w atmosferze stopniowo gromadził się azot.

Około 2,4 miliarda lat temu wzrastający poziom azotu i tlenu w atmosferze doprowadził do przejścia z atmosfery wczesnej redukującej do nowoczesnej atmosfera utleniająca. Obecna atmosfera 78% azotu, 21% tlenu, 0,9% argonu, 0,03% dwutlenku węgla i mała ilości innych gazów pozostają względnie stabilne dzięki fotosyntezie roślin i bakterii zrównoważonej przez zwierzęta oddychanie.

Większość warunków pogodowych i życia na Ziemi ma miejsce w troposferze, warstwie atmosfery znajdującej się najbliżej powierzchni Ziemi. Na poziomie morza siła ciśnienia powietrza wynosi 14,70 funtów na cal kwadratowy (psi). Siła ta pochodzi z masy całego słupa powietrza nad każdym calem kwadratowym powierzchni. Skąd więc bierze się powietrze w samochodzie? Ponieważ samochody nie są hermetycznymi pojemnikami, siła powietrza nad i wokół samochodu wpycha powietrze do samochodu.

Ale skąd bierze się powietrze w samolocie? Samoloty są bardziej hermetyczne niż samochody, ale nie całkowicie hermetyczne. Siła powietrza nad i otaczająca samolot wypełnia samolot powietrzem. Niestety, nowoczesne samoloty latają na wysokości 30 000 stóp lub powyżej, gdzie powietrze jest za rzadkie by ludzie mogli oddychać.

Podniesienie ciśnienia powietrza w kabinie do poziomu umożliwiającego przeżycie wymaga przekierowania części powietrza z silników samolotu. Powietrze sprężone i ogrzane przez silniki przechodzi przez szereg chłodnic, wentylatorów i kolektorów, zanim zostanie dodane do powietrza w kabinie samolotu. Czujniki ciśnienia otwierają i zamykają zawór odpływowy, aby utrzymać ciśnienie powietrza w kabinie na wysokości od 5000 do 8000 stóp nad poziomem morza.

Utrzymanie większego ciśnienia powietrza na większych wysokościach wymaga zwiększenia wytrzymałości konstrukcyjnej poszycia samolotu. Im większa różnica między ciśnieniem powietrza we wnętrzu a ciśnieniem powietrza na zewnątrz, tym mocniejsza jest wymagana powłoka zewnętrzna. Chociaż ciśnienie na poziomie morza jest możliwe, ciśnienie odpowiadające 7000 stóp nad poziomem morza, około 11 psi, jest często używany w kabinach samolotów. To ciśnienie jest wygodne dla większości osób przy jednoczesnym zmniejszeniu masy samolotu.

Skąd więc bierze się powietrze we wrzącej wodzie? Odpowiedź po prostu brzmi: rozpuszczone powietrze. Ilość powietrza rozpuszczonego w wodzie zależy od temperatury i ciśnienia. Wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się ilość powietrza, które można rozpuścić w wodzie. Gdy woda osiąga temperaturę wrzenia, 212°F (100°C), rozpuszczone powietrze wychodzi z roztworu. Ponieważ powietrze ma mniejszą gęstość niż woda, pęcherzyki powietrza unoszą się na powierzchnię.

I odwrotnie, ilość powietrza, które można rozpuścić w wodzie, wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Temperatura wrzenia wody spada wraz z wysokością, ponieważ spada ciśnienie powietrza. Użycie pokrywki zwiększa ciśnienie na powierzchni wody, zwiększając temperaturę wrzenia. Wpływ niższego ciśnienia na temperaturę wrzenia wymaga dostosowania przepisu podczas gotowania na wyższych wysokościach.