Откуда воздух?

Жизнь на Земле плавает на дне воздушного океана. Посетителям из других частей Солнечной системы атмосфера Земли не понравится. Даже самые ранние формы жизни Земли сочли бы нынешнюю воздушную массу Земли токсичной. Тем не менее, жители Земли преуспевают в этой уникальной азотно-кислородной смеси, которую люди называют воздухом.

Существование воздуха на Земле, как и атмосфер других планет, началось еще до образования планеты. Нынешняя атмосфера Земли сформировалась в результате последовательности событий, которые начались с объединяющая солнечная система.

Первая атмосфера Землиподобно пыли и камням, образующим раннюю Землю, соединились вместе при формировании Солнечной системы. Эта первая атмосфера представляла собой тонкий слой водород и гелий это унесло прочь от хаоса раскаленных камней, которые в конечном итоге стали Землей. Эта временная водородно-гелиевая атмосфера возникла из остатков газообразного шара, ставшего Солнцем.

Горячей каменной массе, которая стала Землей, потребовалось много времени, чтобы остыть. Вулканы пузырились и выделяли газ из недр Земли в течение миллионов лет. Преобладающие выделяемые газы состояли из двуокиси углерода, водяного пара, сероводорода и аммиака. Со временем эти газы накапливались, чтобы сформировать вторую атмосферу Земли. Примерно через 500 миллионов лет, Земля остыла достаточно, чтобы вода начала накапливаться, еще больше охлаждая Землю и, в конечном итоге, образовывая первый океан Земли.

Первые узнаваемые окаменелости Земли, микроскопические бактерии, датируются примерно 3,8 миллиарда лет назад. К 2,7 миллиардам лет назад цианобактерии населяли Мировой океан. Цианобактерии высвобожденный кислород попадают в атмосферу в процессе фотосинтеза. По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере количество углекислого газа, потребляемого фотосинтезирующими цианобактериями, уменьшалось.

В то же время солнечный свет заставил атмосферный аммиак разлагаться на азот и водород. Большая часть водорода легче воздуха поднялась вверх и, в конце концов, улетела в космос. Однако азот постепенно накапливался в атмосфере.

Около 2,4 миллиарда лет назад увеличение содержания азота и кислорода в атмосфере привело к переходу от ранней восстановительной атмосферы к современной. окислительная атмосфера. Текущая атмосфера состоит из 78 процентов азота, 21 процента кислорода, 0,9 процента аргона, 0,03 процента углекислого газа и небольшого количества количество других газов остается относительно стабильным благодаря фотосинтезу растений и бактерий, уравновешенному животными дыхание.

Большая часть погоды и жизни на Земле происходит в тропосфере, слое атмосферы, ближайшем к поверхности Земли. На уровне моря сила давления воздуха равна 14,70 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. дюйм). Эта сила исходит от массы всего столба воздуха над каждым квадратным сантиметром поверхности. Так откуда же в машине воздух? Поскольку автомобили не являются герметичными контейнерами, сила воздуха над и вокруг автомобиля толкает воздух внутрь автомобиля.

Но откуда в самолете воздух? Самолеты герметичнее автомобилей, но не полностью герметичны. Сила воздуха над и вокруг самолета наполняет самолет воздухом. К сожалению, современные самолеты летают на высоте 30000 футов или выше, где воздух слишком разреженный чтобы люди дышали.

Повышение давления воздуха в салоне до давления, необходимого для выживания, требует перенаправления части воздуха из двигателей самолета. Воздух, сжатый и нагретый двигателями, проходит через серию охладителей, вентиляторов и коллекторов, прежде чем попасть в воздух в салоне самолета. Датчики давления открывают и закрывают выпускной клапан, чтобы поддерживать давление воздуха в кабине на высоте от 5000 до 8000 футов над уровнем моря.

Поддержание большего давления воздуха на больших высотах требует повышения конструкционной прочности корпуса самолета. Чем больше разница между давлением внутреннего воздуха и давлением внешнего воздуха, тем прочнее требуется внешняя оболочка. Хотя давление на уровне моря возможно, давление, эквивалентное 7000 футов над уровнем моря, составляет около 11 фунтов на квадратный дюйм, часто используется в салонах самолетов. Это давление комфортно для большинства людей при уменьшении массы самолета.

Так откуда же в кипящей воде воздух? Ответ прост: растворенный воздух. Количество растворенного в воде воздуха зависит от температуры и давления. С повышением температуры количество воздуха, которое может быть растворено в воде, уменьшается. Когда вода достигает температуры кипения, 212 ° F (100 ° C), растворенный воздух выходит из раствора. Поскольку воздух менее плотный, чем вода, пузырьки воздуха поднимаются на поверхность.

И наоборот, количество воздуха, которое может быть растворено в воде, увеличивается с увеличением давления. Температура кипения воды снижается с увеличением высоты, потому что давление воздуха уменьшается. Использование крышки увеличивает давление на поверхность воды, увеличивая температуру кипения. Влияние более низкого давления на температуру кипения требует корректировки рецепта при приготовлении на большой высоте.