อากาศมาจากไหน?

ชีวิตบนโลกแหวกว่ายที่ก้นมหาสมุทรแห่งอากาศ ผู้มาเยือนจากที่อื่นในระบบสุริยะจะไม่พบบรรยากาศของโลกที่น่าดึงดูดใจ แม้แต่รูปแบบชีวิตแรกสุดของโลกก็ยังพบว่ามวลอากาศในปัจจุบันของโลกเป็นพิษ ทว่าผู้อยู่อาศัยของโลกยังเจริญเติบโตในส่วนผสมของไนโตรเจนและออกซิเจนที่มนุษย์เรียกว่าอากาศ

การมีอยู่ของอากาศบนโลก เช่นเดียวกับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่น เริ่มต้นก่อนที่ดาวเคราะห์จะก่อตัวขึ้นด้วยซ้ำ ชั้นบรรยากาศปัจจุบันของโลกเกิดขึ้นจากลำดับเหตุการณ์ที่ขึ้นต้นด้วย การรวมระบบสุริยะ

ชั้นบรรยากาศแรกของโลกเช่นเดียวกับฝุ่นและหินที่ก่อตัวเป็นโลกยุคแรก มารวมกันเมื่อระบบสุริยะก่อตัวขึ้น บรรยากาศแรกนั้นเป็นชั้นบางๆของ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ที่พัดพาความโกลาหลของหินร้อนที่จะกลายเป็นโลกในที่สุด บรรยากาศไฮโดรเจนและฮีเลียมชั่วคราวนี้มาจากเศษของลูกบอลก๊าซที่กลายเป็นดวงอาทิตย์

มวลหินร้อนที่กลายเป็นโลกใช้เวลานานกว่าจะเย็นตัวลง ภูเขาไฟระเบิดและปล่อยก๊าซออกจากภายในโลกเป็นเวลาหลายล้านปี ก๊าซหลักที่ปล่อยออกมาประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และแอมโมเนีย เมื่อเวลาผ่านไป ก๊าซเหล่านี้จะสะสมเป็นชั้นบรรยากาศที่สองของโลก หลังจากนั้นประมาณ

ฟอสซิลที่รู้จักเป็นครั้งแรกของโลก แบคทีเรียจุลทรรศน์ มีอายุย้อนหลังไปประมาณ 3.8 พันล้านปี เมื่อ 2.7 พันล้านปีก่อน ไซยาโนแบคทีเรียได้อาศัยอยู่ในมหาสมุทรของโลก ไซยาโนแบคทีเรีย ปล่อยออกซิเจน สู่ชั้นบรรยากาศด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสง เมื่อออกซิเจนในบรรยากาศเพิ่มขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ก็ลดลง ไซยาโนแบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงเข้าไปบริโภค

ในเวลาเดียวกัน แสงแดดทำให้แอมโมเนียในบรรยากาศแตกตัวเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน ไฮโดรเจนที่เบากว่าอากาศส่วนใหญ่ลอยขึ้นด้านบนและในที่สุดก็หนีไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม ไนโตรเจนค่อยๆ ก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศ

ประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อน ไนโตรเจนและออกซิเจนที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากบรรยากาศลดระดับต้นไปสู่บรรยากาศสมัยใหม่ บรรยากาศการออกซิไดซ์. บรรยากาศปัจจุบันของไนโตรเจน 78 เปอร์เซ็นต์ ออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์ อาร์กอน 0.9 เปอร์เซ็นต์ คาร์บอนไดออกไซด์ 0.03 เปอร์เซ็นต์ และขนาดเล็ก ปริมาณของก๊าซอื่น ๆ ยังคงค่อนข้างคงที่เนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชและแบคทีเรียที่สมดุลโดยสัตว์ การหายใจ

สภาพอากาศและสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ของโลกเกิดขึ้นในชั้นโทรโพสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศใกล้กับพื้นผิวโลกมากที่สุด ที่ระดับน้ำทะเล แรงกดอากาศเท่ากับ 14.70 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว). แรงนี้มาจากมวลของอากาศทั้งคอลัมน์ที่อยู่เหนือพื้นผิวแต่ละตารางนิ้ว แล้วอากาศในรถมาจากไหน? เนื่องจากรถยนต์ไม่ใช่ตู้คอนเทนเนอร์แบบสุญญากาศ แรงของอากาศด้านบนและรอบๆ รถจึงผลักอากาศเข้าไปในรถ

แต่อากาศมาจากไหนในเครื่องบิน? เครื่องบินอัดลมได้ดีกว่ารถยนต์ แต่ไม่กันอากาศเข้าอย่างสมบูรณ์ แรงของอากาศด้านบนและรอบๆ เครื่องบินจะเติมอากาศลงในเครื่องบิน น่าเสียดายที่เครื่องบินสมัยใหม่แล่นบนหรือสูงกว่า 30,000 ฟุตโดยที่ อากาศบางเกินไป เพื่อให้มนุษย์ได้หายใจ

การเพิ่มแรงดันอากาศในห้องโดยสารให้เป็นแรงดันที่อยู่รอดได้นั้นจำเป็นต้องเปลี่ยนเส้นทางอากาศบางส่วนจากเครื่องยนต์ของเครื่องบิน อากาศที่ถูกบีบอัดและทำให้ร้อนโดยเครื่องยนต์จะเคลื่อนผ่านชุดทำความเย็น พัดลม และท่อร่วมก่อนที่จะถูกเติมเข้าไปในอากาศในห้องโดยสารของเครื่องบิน เซ็นเซอร์ความดันเปิดและปิดวาล์วไหลออกเพื่อรักษาความดันอากาศในห้องโดยสารระหว่าง 5,000 ถึง 8,000 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเล

การรักษาความกดอากาศให้สูงขึ้นที่ระดับความสูงที่สูงขึ้นนั้นจำเป็นต้องเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างของเปลือกเครื่องบิน ยิ่งความแตกต่างระหว่างความดันอากาศภายในและแรงดันอากาศภายนอกมากเท่าใด เปลือกนอกก็ยิ่งต้องการ ในขณะที่ความดันระดับน้ำทะเลเป็นไปได้ ความกดอากาศเทียบเท่ากับ 7,000 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเลประมาณ 11 psiมักใช้ในห้องโดยสารเครื่องบิน ความกดดันนี้ทำให้คนส่วนใหญ่สบายใจในขณะที่ลดมวลของเครื่องบินลง

แล้วอากาศมาจากไหนในน้ำเดือด? คำตอบง่ายๆ คือ อากาศละลาย ปริมาณอากาศที่ละลายในน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาณอากาศที่สามารถละลายในน้ำจะลดลง เมื่อน้ำถึงอุณหภูมิเดือด 212°F (100°C) อากาศที่ละลายจะหลุดออกจากสารละลาย เนื่องจากอากาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ฟองอากาศจึงลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ

ในทางกลับกัน ปริมาณอากาศที่สามารถละลายในน้ำจะเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น จุดเดือดของน้ำจะลดลงตามระดับความสูงเนื่องจากความกดอากาศลดลง การใช้ฝาปิดจะเพิ่มแรงกดบนผิวน้ำ ทำให้อุณหภูมิเดือดเพิ่มขึ้น ผลกระทบของแรงดันที่ต่ำลงต่ออุณหภูมิเดือดต้องปรับสูตรเมื่อปรุงอาหารที่ระดับความสูงที่สูงขึ้น