Gostota zraka ni enaka. Kjer je manjša, je zrak redkejši. Ugotovimo, kaj pomeni redčen zrak in kakšne lastnosti so zanj značilne.
Plinska lupina Zemlje
Zrak je nematerialna, a izjemno pomembna sestavina našega planeta. Sodeluje v procesu izmenjave energije in podpira vse vitalne funkcije organizmov. Spodbuja prenos zvoka, preprečuje hipotermijo Zemlje in jo ščiti pred prekomernim vplivom sončnega sevanja.
Zrak je zunanja lupina planeta, imenovana atmosfera. Sestavljen je iz številnih plinov: neon, argon, vodik, metan, helij, kripton itd. Glavni delež predstavljata kisik in dušik, ki sestavljata 98 do 99 % zraka.
Razmerje med plini in njihova količina sta lahko različna. Tako je zaradi avtomobilskih izpuhov in tovarniških emisij mestni zrak bolj nasičen z ogljikovim dioksidom. V gozdovih, na območjih, kjer ni industrije, se poveča količina kisika. Toda na pašnem območju narašča delež metana, ki ga krave oddajajo med prebavo.
Gostota zraka
Na gostoto plinskega ovoja vpliva veliko dejavnikov, razlikuje se v različnih delih planeta in na različnih nadmorskih višinah. Zrak z nizko gostoto je redek zrak (iz besede "redek"). Bolj redka je, bolj oddaljene so njene molekule druga od druge.
Gostota kaže, koliko zraka je v enem kubičnem metru prostornine. Kot standard za to vrednost je izbrana vrednost 1,293 kilograma na kubični meter pri normalnih pogojih in suhem zraku.
V fizikalni znanosti je običajno razlikovati med specifično in masno gostoto. Specifično določa en kubični meter. Odvisno je od geografske širine in vztrajnosti zaradi rotacije planeta. Masa se določi na podlagi zračnega tlaka, absolutne temperature in specifične plinske konstante.
Glavne vzorce pojavljanja in principe redčenega zraka opisujeta zakon Gay-Lussac in Boyle-Marriott. Po njihovem mnenju, višja kot je temperatura in nižji tlak, redkejši je zrak. Hkrati je pomembna tudi njegova vlažnost: ko se povečuje, se gostota zmanjšuje.
Redek zrak in nadmorska višina
Sila gravitacije Zemlje kot magnet privlači k sebi vsa telesa, ki so ji dostopna. Zato hodimo in ne kaotično lebdimo v prostoru. Zato se na dnu kopiči več molekul snovi, kar pomeni, da sta tudi njena gostota in pritisk ob površju zemlje večja. Dlje kot ste od njega, nižji so ti kazalniki.
Ste opazili, da ko se povzpnete na višje nadmorske višine, na primer v gore, postane težje dihati? To je posledica redkega zraka tam. Z višino se skupna vsebnost kisika v enem litru zraka zmanjšuje. Kri ne nasiči pravilno in težko dihamo.
Višina Mount Everesta je 8488 metrov. Na njegovem vrhu je gostota zraka ena tretjina standardne gostote na morski gladini. Človek lahko opazi spremembe že na nadmorski višini od 1500 do 2500 metrov. Nadaljnje spremembe gostote in pritiska se čutijo močneje in že predstavljajo potencialno tveganje za zdravje.
Najbolj redek zrak je značilen za eksosfero - zunanjo plast ozračja. Začne se z nadmorske višine 500-1000 kilometrov, gladko se premika v vesolje, kjer je vesolje blizu stanja vakuuma. Tlak in gostota plina v vesolju sta zelo nizka.
Helikopter in redek zrak
Veliko je odvisno od gostote zraka. Na primer, določa "zgornjo mejo" za dvig nad zemeljsko površino. Za osebo je deset tisoč metrov. Da pa se dvigneš tako visoko, je treba veliko priprav.
Tudi letala imajo svoje meje. Za helikopterje je približno 6 tisoč metrov. Veliko manj kot letala. Vse pojasnjujejo oblikovne značilnosti in načela delovanja te "ptice".
Helikopter pridobi vzgon s pomočjo propelerjev. Vrtijo se in zrak delijo na dva toka: nad njimi in pod njimi. V zgornjem delu se zrak premika v smeri vijakov, v spodnjem delu - proti. Tako postane gostota pod krilom naprave večja kot nad njim. Zdi se, da se helikopter nasloni na zrak pod seboj in vzleti.
Redek zrak ne omogoča ustvarjanja potrebnega tlaka. V takšnih razmerah bo treba močno povečati moč motorja in hitrost propelerjev, česar sami materiali ne bodo zdržali. Praviloma helikopterji letijo v gostejšem zraku na višinah 3-4 tisoč metrov. Samo enkrat je pilot Jean Boulet svoj avtomobil dvignil na 12,5 tisoč metrov, vendar je motor zagorel.
Z oddaljevanjem od zemeljske površine se gostota zraka zmanjšuje. To se zgodi, ker je tlak v zgornji atmosferi nižji od tlaka pri tleh.
Kakšno je razmerje med zračnim tlakom in njegovo gostoto?
Gostota plina je neposredno sorazmerna z njegovim tlakom. Odvisnost gostote zraka od tlaka opisuje Clapeyronova enačba: za idealni plin
,Kje ? - gostota zraka, str- absolutni tlak, R- specifična plinska konstanta za suh zrak (287,058 J? (kg K)), T- absolutna temperatura v Kelvinih.
Za izračun gostote zraka ? na določeni nadmorski višini h uporabljajo se naslednje formule:
, Kje
Tukaj
p 0- standardni atmosferski tlak na morski gladini (101325 Pa);
T0- standardna temperatura na morski gladini (288,15 K);
g- pospešek prostega pada nad zemeljsko površino (9,8 m? s 2);
L- hitrost padanja temperature z višino v troposferi (0,0065 K? m);
R- univerzalna plinska konstanta (8,31447 J? (Mol K));
M- molska masa suhega zraka (0,0289644 kg? Mol).
To je jasno in intuitivno: spodnje plasti zraka so pod večjim pritiskom kot zgornje plasti.
Kaj pomeni nizek tlak in nizka gostota zraka? To pomeni, da tako redčen zrak vsebuje manj molekul, vključno z molekulami kisika. Zato je na visoki nadmorski višini težko dihati.
Mimogrede...
Pri 0 °C je masa enega kubičnega metra (1 m3) zraka:
- na površini zemlje - 1.293 kilogramov;
- na nadmorski višini 12 km - 319 gramov;
- na nadmorski višini 40 km - 4 grame.
Gore privabljajo ljudi s svojo lepoto in veličino. Starodavni, kot sama večnost, lepi, skrivnostni, očarajoči um in srce, nikogar ne pustijo ravnodušnega. Dih jemajoči razgledi na gorske vrhove pokrite s snegom, ki se nikoli ne stopi, gozdnata pobočja in planšare privabijo vse, ki so vsaj enkrat preživeli počitnice v gorah, da se vrnejo.
Že dolgo je znano, da ljudje v gorah živijo dlje kot na ravnini. Mnogi med njimi, ki živijo do visoke starosti, ohranijo dobro voljo in bister um. Manj zbolijo in hitreje okrevajo po bolezni. Ženske v sredogorju ohranijo sposobnost roditve veliko dlje kot ženske v nižinah.
Dih jemajoče poglede na gore dopolnjuje najčistejši zrak, ki ga je tako prijetno globoko vdihavati. Gorski zrakčista in napolnjena z aromami zdravilnih zelišč in cvetja. Ni prahu, industrijskih saj ali izpušnih plinov. Z lahkoto se diha in zdi se, kot da se ga ne morete nasititi.
Gore ne pritegnejo ljudi le s svojo lepoto in veličino, temveč tudi s trajnim izboljšanjem počutja, opaznim povečanjem zmogljivosti ter naletom moči in energije. V gorah je zračni tlak nižji kot na ravnini. Na nadmorski višini 4 km je tlak 460 mmHg, na nadmorski višini 6 km pa 350 mmHg. Z višanjem nadmorske višine se gostota zraka zmanjšuje, temu primerno se zmanjšuje tudi količina kisika v vdihanem volumnu, paradoksalno pa ima to pozitiven učinek na zdravje ljudi.
Kisik oksidira naše telo, prispeva k staranju in pojavu številnih bolezni. Hkrati je življenje brez njega popolnoma nemogoče. Če torej želimo bistveno podaljšati življenje, moramo zmanjšati dotok kisika v telo, vendar ne premalo in ne preveč. V prvem primeru ne bo nobenega terapevtskega učinka, v drugem pa si lahko škodujete. Ta zlata sredina je gorski zrak sredogorja: 1200 - 1500 metrov nad morjem, kjer je vsebnost kisika približno 10%.
Trenutno je že jasno ugotovljeno, da obstaja le en dejavnik, ki človeku podaljšuje življenje v gorah - to je gorski zrak, katerega vsebnost kisika je zmanjšana in to zelo blagodejno vpliva na telo.
Pomanjkanje kisika povzroči prestrukturiranje v delovanju različnih telesnih sistemov (srčno-žilni, dihalni, živčni) in prisili v vklop rezervnih sil. Izkazalo se je, da je to zelo učinkovit, poceni in kar je najpomembneje dostopen način za obnovitev in izboljšanje zdravja. Ko se količina kisika v vdihanem zraku zmanjša, se signal o tem prek posebnih receptorjev prenese v dihalni center podolgovate medule, od tam pa v mišice. Poveča se delo prsnega koša in pljuč, oseba začne pogosteje dihati, s tem pa se izboljša prezračevanje pljuč in dostava kisika v kri. Srčni utrip se poveča, kar poveča prekrvavitev in kisik hitreje pride do tkiv. To je omogočeno s sproščanjem novih rdečih krvničk v kri in s tem hemoglobina, ki ga vsebujejo.
To pojasnjuje blagodejni učinek gorskega zraka na človekovo vitalnost. Ko pridejo v gorska letovišča, mnogi opazijo, da se njihovo razpoloženje izboljša in njihova vitalnost se aktivira.
Če pa se dvignete višje v gore, kjer gorski zrak vsebuje še manj kisika, se bo telo na njegovo pomanjkanje odzvalo povsem drugače. Hipoksija (pomanjkanje kisika) bo že nevarna, najprej bo trpel živčni sistem, in če ni dovolj kisika za vzdrževanje delovanja možganov, lahko oseba izgubi zavest.
V gorah je sončno obsevanje veliko močnejše. To je posledica velike prosojnosti zraka, saj njegova gostota ter vsebnost prahu in vodne pare z nadmorsko višino upadajo. Sončno sevanje uniči številne škodljive mikroorganizme, ki živijo v zraku in razgrajujejo organske snovi. Najpomembneje pa je, da sončno sevanje ionizira gorski zrak in spodbuja nastajanje ionov, vključno z negativnimi ioni kisika in ozona.
Za normalno delovanje našega telesa morajo biti v zraku, ki ga dihamo, prisotni tako negativno kot pozitivno nabiti ioni in to v strogo določenem razmerju. Kršitev tega ravnovesja v kateri koli smeri zelo slabo vpliva na naše počutje in zdravje. Hkrati so negativno nabiti ioni po sodobnih znanstvenih podatkih potrebni za človeka tako kot vitamini v hrani.
V podeželskem zraku koncentracija ionov obeh nabojev na sončen dan doseže 800-1000 na 1 kubični cm. V nekaterih gorskih središčih se njihova koncentracija dvigne na nekaj tisoč. Zato gorski zrak na večino živih bitij deluje zdravilno. Veliko ruskih dolgoživcev živi v gorskih območjih. Drug učinek redkega zraka je povečanje odpornosti telesa na škodljive učinke sevanja. Vendar se na velikih nadmorskih višinah delež ultravijoličnega sevanja močno poveča. Vpliv ultravijoličnih žarkov na človeško telo je zelo velik. Možne opekline kože. Škodljivo vplivajo na očesno mrežnico, povzročajo hude bolečine in včasih začasno slepoto. Za zaščito oči obvezno uporabljajte očala s stekli, ki ščitijo svetlobo, za zaščito obraza pa nosite klobuk s širokimi krajci.
V zadnjem času so se v medicini razširile tehnike, kot sta oroterapija (zdravljenje z gorskim zrakom) ali normobarična hipoksična terapija (zdravljenje z redkim zrakom z nizko vsebnostjo kisika). Natančno je ugotovljeno, da je s pomočjo gorskega zraka mogoče preprečiti in zdraviti naslednje bolezni: poklicne bolezni, povezane s poškodbami zgornjih dihalnih poti, različne oblike alergijskih in imunsko pomanjkljivih stanj, bronhialno astmo, široko skupino bolezni živčnega sistema, bolezni mišično-skeletnega sistema, bolezni srca in ožilja, bolezni prebavil, kožne bolezni. Hipoksiterapija odpravlja stranske učinke kot metoda zdravljenja brez zdravil.
Najprej je treba omeniti, da bomo govorili o pomenu besede "redko" in ne "izpraznjeno". "Odpuščen" pomeni "biti prikrajšan."
Revolver je lahko prazen, vendar je zrak lahko redkejši.
Kaj je redek zrak
Beseda "sparse" izhaja iz pridevnika "sparse". Se pravi z zmanjšano gostoto. To je stanje zraka, ko se število molekul na kubični centimeter prostora zmanjša kot v zraku, ki so ga vsi navajeni dihati.
V naravi ga najdemo na nadmorski višini. Na primer v gorah ali v plasteh ozračja, ki jih je mogoče doseči z letalom. Višje ko se dvignete nad gladino oceana, redkejši bo zrak. Posledično se bo spremenil v vakuum, to je popolna odsotnost molekul zraka v vesolju.
Zmanjšanje gostote z naraščajočo nadmorsko višino se zgodi, ker dlje kot ste od tal, manj gravitacijske sile zemlje vpliva na delce kisika. Izkazalo se je, da je največja gostota zraka blizu površine, zlasti tam, kjer raste veliko rastlin, v odprtem prostoru pa sploh ni zraka, tam je popoln vakuum. Zrak lahko redčite tudi umetno.
Na letalih
Potniško letalo se dvigne nad površino zemlje za približno 10-12 km. Leteča vozila z raketnimi in turboreaktivnimi motorji lahko preletijo do 100 km, vendar navadni ljudje ne morejo leteti na njih le ljudje, ki so posebej usposobljeni za ta let. Na takšni višini je vitalna aktivnost človeškega telesa nemogoča. Če se med letom odprejo vrata letala ali pride do zasilnega znižanja tlaka v kabini, bodo vsi potniki na letalu takoj umrli.
Toda tudi v zaprti, zaprti kabini bodo ljudje občutili nelagodje:
- visok krvni pritisk;
- pawns ušesa;
- noge nabreknejo.
Pogosti leti z letalom niso dobri za vaše zdravje. Spremembe tlaka, visoke ravni ogljikovega monoksida, preveliko pospeševanje - vse to vpliva na srčno-žilni sistem. Nosečnicam in bolnikom s hipertenzijo se na splošno odsvetuje takšno gibanje.
V gorah
Najvišja točka na zemlji je vrh Mount Everesta. Najvišja točka te gore doseže več kot 8 tisoč metrov, kar je zelo visoko.
Instinktivno se človek boji višine in si prizadeva iti nižje. To se zgodi ne samo zato, ker lahko padeš z visokega mesta, ampak tudi zato, ker lahko višina škodljivo in celo usodno vpliva na zdravje ljudi.
Nemogoče se je popolnoma navaditi na lastnosti redkega zraka, vendar se lahko prilagodite. Plezalci, ki plezajo visoko v gore, se na to pripravljajo leta. Vedo tudi, da se morate postopoma vzpenjati, ko pridobite določeno višino - na to se morate navaditi. Če se nepripravljena oseba strmo povzpne na Everest ali celo veliko nižjo goro, bo verjetno trpela za višinsko boleznijo. Za zdravo, močno osebo je kritična nadmorska višina 2,5 km in več, za bolno ali starejšo osebo pa od 1 km in več. Simptomi te bolezni so naslednji:
- glavobol in vrtoglavica;
- dispneja;
- bruhanje;
- ostra izguba moči in nato nenaden porast moči;
- neustrezno dojemanje realnosti.
Če ima človek občutek, da je nenadoma postal srečen, potem je to zelo slab znak. Sledila bo zaspanost in če boste zaspali, se ne boste zbudili.
Najhuje je, da je lahko gorska bolezen dolgo časa praktično asimptomatska, nato pa človek nenadoma izgubi zavest. Če ne storite ničesar in ne greste takoj dol, bo oseba umrla. Najbolj uničujoča stvar je hipoksija oziroma pomanjkanje kisika za centralni živčni sistem.
Zdravljenje z redčenim zrakom
Vendar obstaja mnenje, da je gorski zrak zelo koristen. In to mnenje je res, poleg tega obstaja celo oroterapija - zdravljenje in obnova z redkim zrakom.
Načelo terapije je, da človeka postavimo v kapsulo z redčenim zrakom v določeni koncentraciji.
Oroterapija je učinkovita v naslednjih primerih:
- alergijske reakcije telesa;
- bolezni centralnega živčnega sistema;
- preprečevanje patologij nosečnosti;
- slabokrvnost;
- potrebo po spodbujanju regeneracije.
Tehnika se v Rusiji uporablja od leta 1987. Takšno zdravljenje je treba izvajati izključno v kliničnem okolju in pod nadzorom zdravnika. Navsezadnje tako električni tok kot radioaktivno sevanje v nepravilnih odmerkih ubijata, v natančno izračunanih odmerkih pa zdravita. Generator gorskega zraka vam omogoča redčenje zraka v kliničnih pogojih.
Količina kisika in dušika z nadmorsko višino močno upada. Vse je v razliki tlaka med zgornjimi in spodnjimi plastmi ozračja. Zgornje plasti močno pritiskajo na spodnje, zato imajo slednje veliko več zraka in nižji pritisk. Plezalci pri plezanju na velike višine doživljajo nekaj težav.
Vse je odvisno od višine, na kateri se oseba nahaja. Če ne presega 1 km, je razlika skoraj neopazna in telesu ne bo škode. Tudi višina od 1 do 3 km zdravemu človeku ne more škodovati (telo zlahka nadomesti pomanjkanje kisika). Bolni ljudje, zlasti tisti, ki trpijo za astmo, naj se ne odpravijo na tako nevarno pot.
Na nadmorski višini 5 do 6 km telo zdravega človeka mobilizira vse sisteme in jih zaradi pomanjkanja kisika prisili k delu v povečanem načinu. Izurjena oseba se lahko spopade s takšno višino, zato se tukaj pogosto nahajajo različne raziskovalne baze in observatoriji. Zdrav spanec in pravilna prehrana pomagata telesu znanstvenikov pri soočanju s stresnimi situacijami.
Kraji, ki se nahajajo na nadmorski višini 7 km in več, so neprimerni za življenje ljudi. Tu je tako malo kisika, da ga kri ne more v celoti dostaviti vsem organom. Začnejo doživljati kisikovo stradanje. Oseba se počuti utrujena, glavoboli, splošno stanje se poslabša. Oseba lahko preživi največ 3 dni na nadmorski višini 8 km in več.
Življenje v visokogorju
Prebivalci gorskih območij imajo veliko boljše zdravje in živijo dlje kot prebivalci ravnin. Kaj pojasnjuje to? Kisik je po svoji naravi močan oksidant. Vsak oksidant v telesu v večji ali manjši meri povzroča staranje. Toda človek tudi ne more živeti. Za izboljšanje zdravja je potrebna nekoliko nižja vsebnost kisika v zraku kot na ravninah.
Optimalna nadmorska višina za udobno življenje je približno 1500 metrov nad morjem. Telo doživlja rahlo stradanje kisika, ki vklopi vse sisteme v izboljšanem načinu. Izboljša se prekrvavitev in prezračevanje pljuč, poveča se raven hemoglobina v krvi.
Ameriški znanstveniki so opazili, da so za ljudi, ki živijo v gorah, v govoru značilni grleni zvoki. Na visokih nadmorskih višinah je veliko lažje izgovoriti takšne zvoke, saj to zahteva stiskanje zraka v grlu. To je najlažje storiti v visokogorju, saj je tu zrak redkejši kot v nižinah.
