Varifrån kommer luft?

Livet på jorden simmar längst ner i ett hav av luft. Besökare från andra håll i solsystemet skulle inte hitta jordens atmosfär inbjudande. Även jordens tidigaste livsformer skulle finna jordens nuvarande luftmassa giftig. Ändå trivs jordens invånare i denna unika kväve-syre-blandning som människor kallar luft.

Förekomsten av luft på jorden, liksom atmosfären på andra planeter, började innan planeten ens bildades. Jordens nuvarande atmosfär utvecklades genom en sekvens av händelser som började med koalescerande solsystem.

Jordens första atmosfär, precis som damm och stenar som bildade den tidiga jorden, kom samman när solsystemet bildades. Den första atmosfären var ett tunt lager av väte och helium som blåste bort från kaoset av heta stenar som så småningom skulle bli jorden. Denna tillfälliga väte- och heliumatmosfär kom från resterna av den gasformiga kulan som blev solen.

Den heta massan av sten som blev jorden tog lång tid att svalna. Vulkaner bubblade och släppte ut gaser från jordens inre i miljontals år. De dominerande gaserna som släpptes ut bestod av koldioxid, vattenånga, vätesulfid och ammoniak. Med tiden ackumulerades dessa gaser för att bilda jordens andra atmosfär. Efter ungefär

Jordens första igenkännbara fossiler, mikroskopiska bakterier, går tillbaka cirka 3,8 miljarder år. För 2,7 miljarder år sedan befolkade cyanobakterier världshaven. Cyanobakterier släppt syre in i atmosfären genom fotosyntesprocessen. När syret i atmosfären ökade minskade koldioxiden, konsumeras av de fotosyntetiska cyanobakterierna.

Samtidigt orsakade solljus atmosfärisk ammoniak att bryta in i kväve och väte. Det mesta av vätskan som är lättare än luften flöt uppåt och så småningom flydde ut i rymden. Kväve byggdes emellertid gradvis upp i atmosfären.

För cirka 2,4 miljarder år sedan ledde det ökande kvävet och syret i atmosfären till en övergång från den tidigt reducerande atmosfären till den moderna oxiderande atmosfär. Den nuvarande atmosfären på 78 procent kväve, 21 procent syre, 0,9 procent argon, 0,03 procent koldioxid och små kvantiteter av andra gaser förblir relativt stabila på grund av fotosyntes av växter och bakterier balanserade av djur andning.

Det mesta av jordens väder och liv förekommer i troposfären, det atmosfäriska skiktet närmast jordens yta. Vid havsnivå är lufttryckets kraft lika 14,70 pund per kvadrattum (psi). Denna kraft kommer från massan av hela luftkolonnen ovanför varje kvadratcentimeter av en yta. Så var kommer luft ifrån i en bil? Eftersom bilar inte är lufttäta containrar, skjuter luftens kraft ovanför och omgivande bilen luft in i bilen.

Men var kommer luft ifrån i ett plan? Flygplan är mer lufttäta än bilar, men inte helt lufttäta. Luftkraften ovanför och omgivande planet fyller planet med luft. Tyvärr kryssar moderna flygplan vid eller över 30 000 fot där luften är för tunn för människor att andas.

Att öka kabinlufttrycket till ett överlevande tryck kräver att en del av luften omdirigeras från planetens motorer. Luft komprimerad och uppvärmd av motorerna rör sig genom en serie kylare, fläktar och grenrör innan den läggs till luften i planets stuga. Trycksensorer öppnar och stänger en utflödesventil för att bibehålla ett lufttryck i kabinen mellan 5000 och 8000 fot över havet.

Att bibehålla ett högre lufttryck vid högre höjder kräver att flygplanets skal hålls mer strukturellt. Ju större skillnad mellan det inre lufttrycket och det yttre lufttrycket, desto starkare krävs det yttre skalet. Medan havsnivåtryck är möjligt, motsvarar trycket 7000 fot över havet cirka 11 psianvänds ofta i flygplansstugor. Detta tryck är bekvämt för de flesta samtidigt som det minskar planetens massa.

Så varifrån kommer luft i kokande vatten? Svaret, enkelt uttryckt, är upplöst luft. Mängden luft upplöst i vatten beror på temperatur och tryck. När temperaturen ökar minskar mängden luft som kan lösas upp i vatten. När vatten når koktemperatur, 212 ° F (100 ° C), kommer den upplösta luften ut ur lösningen. Eftersom luft är mindre tät än vatten, stiger luftbubblorna till ytan.

Omvänt ökar mängden luft som kan lösas i vatten när trycket ökar. Vattnets kokpunkt minskar med höjden eftersom lufttrycket minskar. Att använda ett lock ökar trycket på vattenytan och ökar koktemperaturen. Effekten av lägre tryck på koktemperaturen kräver receptjusteringar när du lagar mat på högre höjder.