Inhalt
- Existenz von Luft
- Die erste Erdatmosphäre
- Zweite Erdatmosphäre
- Dritte (und gegenwärtige) Erdatmosphäre
- In einem Ozean der Luft leben
- Luft, (fast) überall
Das Leben auf der Erde schwimmt am Boden eines Ozeans der Luft. Besucher von anderswo im Sonnensystem würden die Erdatmosphäre nicht als einladend empfinden. Selbst die frühesten Lebensformen der Erde würden die aktuelle Luftmasse der Erde als giftig empfinden. Dennoch gedeihen die Bewohner der Erde in diesem einzigartigen Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch, das der Mensch Luft nennt.
Existenz von Luft
Die Existenz von Luft auf der Erde begann, wie die Atmosphären anderer Planeten, bevor sich der Planet überhaupt bildete. Die gegenwärtige Atmosphäre der Erde entwickelte sich durch eine Abfolge von Ereignissen, die mit dem koaleszierendes Sonnensystem.
Die erste Erdatmosphäre
Die erste Atmosphäre der Erde, wie der Staub und die Felsen, die die frühe Erde bildeten, kamen zusammen, als sich das Sonnensystem bildete. Diese erste Atmosphäre war eine dünne Schicht Wasserstoff und Helium das wehte weg vom Chaos der heißen Felsen, die schließlich die Erde werden würden. Diese vorübergehende Wasserstoff- und Heliumatmosphäre stammte von den Überresten der gasförmigen Kugel, die zur Sonne wurde.
Zweite Erdatmosphäre
Die heiße Gesteinsmasse, aus der die Erde wurde, brauchte lange, um abzukühlen. Vulkane sprudelten und setzten über Millionen von Jahren Gase aus dem Erdinneren frei. Die freigesetzten dominanten Gase bestanden aus Kohlendioxid, Wasserdampf, Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Im Laufe der Zeit sammelten sich diese Gase und bildeten die zweite Atmosphäre der Erde. Nach ungefaehr 500 Millionen Jahre, Die Erde kühlte sich so weit ab, dass sich Wasser ansammelte, was die Erde weiter kühlte und schließlich den ersten Ozean der Erde bildete.
Dritte (und gegenwärtige) Erdatmosphäre
Die ersten Fossilien der Erde, mikroskopisch kleine Bakterien, stammen aus ungefähr 3,8 Milliarden Jahren. Vor 2,7 Milliarden Jahren besiedelten Cyanobakterien die Weltmeere. Cyanobakterien Sauerstoff freigesetzt in die Atmosphäre durch den Prozess der Photosynthese. Wenn der Sauerstoff in der Atmosphäre zunahm, nahm das Kohlendioxid ab, das von den photosynthetischen Cyanobakterien verbraucht wurde.
Gleichzeitig führte Sonnenlicht dazu, dass atmosphärisches Ammoniak in Stickstoff und Wasserstoff zerfiel. Der größte Teil des Wasserstoffs, der leichter als Luft ist, schwamm nach oben und entkam schließlich ins All. In der Atmosphäre baut sich jedoch allmählich Stickstoff auf.
Vor etwa 2,4 Milliarden Jahren führte der Anstieg von Stickstoff und Sauerstoff in der Atmosphäre zu einer Verlagerung von der frühen reduzierenden Atmosphäre in die moderne oxidierende Atmosphäre. Die derzeitige Atmosphäre aus 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, 0,9 Prozent Argon, 0,03 Prozent Kohlendioxid und geringen Mengen anderer Gase bleibt aufgrund der Photosynthese von Pflanzen und Bakterien, die durch die Atmung der Tiere ausgeglichen wird, relativ stabil.
In einem Ozean der Luft leben
Das meiste Wetter und Leben auf der Erde findet in der Troposphäre statt, der atmosphärischen Schicht, die der Erdoberfläche am nächsten liegt. Auf Meereshöhe ist die Kraft des Luftdrucks gleich 14,70 Pfund pro Quadratzoll (psi). Diese Kraft kommt von der Masse der gesamten Luftsäule über jedem Quadratzoll einer Oberfläche. Woher kommt die Luft in einem Auto? Da Autos keine luftdichten Behälter sind, drückt die Luftkraft über und um das Auto Luft in das Auto.
Aber woher kommt die Luft in einem Flugzeug? Flugzeuge sind luftdichter als Autos, aber nicht vollständig luftdicht. Die Kraft der Luft über und um das Flugzeug herum füllt das Flugzeug mit Luft. Unglücklicherweise fliegen moderne Flugzeuge in einer Höhe von 30.000 Fuß oder darüber, in der die Luft zu dünn ist, als dass der Mensch atmen könnte.
Das Erhöhen des Kabinenluftdrucks auf einen überlebensfähigen Druck erfordert das Umleiten eines Teils der Luft von den Flugzeugtriebwerken. Von den Triebwerken komprimierte und erwärmte Luft strömt durch eine Reihe von Kühlern, Lüftern und Verteilern, bevor sie der Luft in der Flugzeugkabine zugeführt wird. Drucksensoren öffnen und schließen ein Ausströmventil, um einen Kabinenluftdruck zwischen 5.000 und 8.000 Fuß über dem Meeresspiegel aufrechtzuerhalten.
Um einen höheren Luftdruck in höheren Lagen aufrechtzuerhalten, muss die strukturelle Festigkeit der Flugzeughülle erhöht werden. Je größer der Unterschied zwischen Innenluftdruck und Außenluftdruck ist, desto stärker muss die Außenschale sein. Während Meeresspiegeldruck möglich ist, entspricht der Druck etwa 7.000 Fuß über dem Meeresspiegel 11 psiwird häufig in Flugzeugkabinen eingesetzt. Dieser Druck ist für die meisten Menschen angenehm, während die Masse des Flugzeugs verringert wird.
Luft, (fast) überall
Woher kommt also Luft in kochendem Wasser? Die Antwort lautet einfach: gelöste Luft. Die in Wasser gelöste Luftmenge ist abhängig von Temperatur und Druck. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Luftmenge ab, die sich in Wasser lösen kann. Wenn Wasser die Siedetemperatur von 212 ° F (100 ° C) erreicht, kommt die gelöste Luft aus der Lösung. Da Luft weniger dicht als Wasser ist, steigen die Luftblasen an die Oberfläche.
Umgekehrt nimmt die Luftmenge, die sich in Wasser lösen kann, mit steigendem Druck zu. Der Siedepunkt von Wasser nimmt mit zunehmender Höhe ab, da der Luftdruck abnimmt. Die Verwendung eines Deckels erhöht den Druck auf die Wasseroberfläche und damit die Siedetemperatur. Die Wirkung eines niedrigeren Drucks auf die Siedetemperaturen erfordert Rezeptanpassungen, wenn in höheren Lagen gekocht wird.