атмосферно

Често се казва, че, докато набираме височина в планините, концентрацията на кислород във въздуха намалява, и следователно започваме да усещаме страховитите ефекти от височинната болест: силна умора, световъртеж, главоболие, тахикардия, гадене и дори белодробен оток в най-тежките случаи. Тази информация обаче не е напълно вярна и е важно да я изясним.

През първите 100 километра атмосфера, концентрацията на кислород във въздуха остава стабилна, т.е. 21% кислород, заедно със 78% азот и 1% други газове. Както можете да заключите, тези 100 километра далеч надвишават почти 9-километровата височина на Еверест. И така, къде е объркването?

Съставът на въздуха съдържа 21% кислород през първите 100 километра от атмосферата (изображение, взето от biopedia.com)

Както току-що посочихме, във височина концентрацията на кислород във въздуха не намалява, тъй като остава стабилен до приблизително 100 километра. Това, което намалява, е атмосферното налягане и съответно налягането на всички газове (азот, кислород и др.). Атмосферното налягане е натискът, упражняван върху главите ни от въздушната колона, която имаме на планетата, и това намалява, докато набираме височина: колкото по-висока е височината, толкова по-малко частици въздух (по-ниско тегло на въздушния стълб), така че налягането е по-ниско.

Връзка между надморската височина и атмосферното налягане (изображение от Cruithne9, чрез Wikimedia Commons)

В горната графика можете да видите връзката между височината, измерена в метри (ос X, хоризонтално) и атмосферното налягане, измерено в килопаскали kPa (ос Y, вертикално). Следователно, Докато на морското равнище атмосферното налягане е 100 kPa, на 8848 метра (Еверест) то спада до 34 kPa. Това означава, че на върха на Еверест количеството молекули във въздуха (с кислород) е 34% в сравнение със 100% на морското равнище.

Нека изясним последното. Ако напълним кутия за обувки с въздух на плажа, тя ще съдържа 21% кислород (както посочихме в началото на статията), с максимално атмосферно налягане, т.е. 100% въздушни молекули (с кислород) в споменатата кутия . Ако обаче напълним една и съща кутия за обувки с въздух в горната част на Еверест, тя пак ще има същата концентрация от 21% кислород в сравнение с други газове, но по относителен или частичен начин, като се има предвид, че количеството въздушни молекули (с кислород ) ще бъде намалена до 34% в сравнение с морското равнище поради по-ниското атмосферно налягане. Това се превръща в парциално налягане на кислорода (pO2) от 7,1 kPa (резултатът от намаляването на концентрацията на 21% кислород във въздуха с 34%) върху Еверест (виж графиката по-долу). Тоест, когато налягането във височината намалее, молекулите на въздуха се отделят и излизат от кутията за обувки, като имат по-малък брой молекули за същия обем.

Следователно, На върха на Еверест дишаме същата концентрация на въздух като на плажа, но количеството на кислородните молекули е по-ниско поради намаляването на атмосферното налягане. Следователно, въпреки че същият обем въздух прониква в белите дробове, както на морското равнище, когато парциалното налягане на въздуха е намалено, насищането с кислород в кръвта намалява, така че доставката на кислород в тъканите е нарушена и те започват да изпитват страшни симптоми на височинна болест.

Връзка между височината и атмосферното налягане (kPa) (изображение, взето от www.saddlespace.org)

Обобщавайки: Когато се изкачваме на планина, концентрацията на кислород във въздуха не намалява, но броят на въздушните молекули, включително кислород: съотношението на кислорода към другите газове остава постоянно при 21%. Кислородът ще започне да намалява едва когато сме над 100 километра.

И накрая, атмосферното налягане се измерва не само в килопаскали, както се появява в двете графики, но и в милиметри живак (mm Hg) и в барове (bar). В този смисъл, докато на морското равнище атмосферното налягане е 760 mm Hg или 1013 бара, на 1000 метра то вече е само 674 mm Hg или 898 бара, а при 9000 231 mm Hg или 238 бара. Можете да видите връзката между тези мерки в следната таблица: