Was ist die höchste Sauerstoffkonzentration, die ein Mensch vernünftigerweise überleben kann?

Leider konnte ich keine genauen Details darüber finden, welcher Prozentsatz von O2 die Grenze sein würde; Das Beste, was ich für Details finden konnte, ist die folgende Tabelle. Ich fand jedoch Details darüber, was eine Überdosierung von Sauerstoff bewirken kann.

Anscheinend kann zu viel Sauerstoffaufnahme zu Problemen mit der Funktionsfähigkeit der Zellen führen. Es führt zu einer Überproduktion von etwas, das ROS genannt wird, was sich darauf auswirkt, wie Zellen Nährstoffe aufnehmen und Gewebe schädigen können. Besonders gefährdet sind Lunge, Herz und Gehirn.
Für weitere Details habe ich einige Links unterhalb der Diagramme bereitgestellt. Hoffe das hilft.

http://www.emsworld.com/article/10915304/the-dangers-of-giving-too-much-oxygen

Es hängt vom atmosphärischen Druck ab.

Dieses Diagramm der NASA zeigt die Beziehung zwischen O2-Konzentration, atmosphärischem Druck und wie angenehm ein Mensch diese Atmosphäre atmen wird. Sie könnten tatsächlich in einer Atmosphäre mit 100 % Sauerstoff überleben, nur bei einem viel niedrigeren Druck als auf der Erde. Auf diesem Diagramm können Sie sehen, dass die Grenze für die überlebensfähige O2-Toxizität in einer Umgebung mit 100 % O2 bei ~8 psia oder knapp über dem halben atmosphärischen Druck der Erde liegt.

Mit einem so niedrigen Druck und ohne Gase außer Sauerstoff wäre dieser Planet tatsächlich deutlich kälter als die Erde, ich würde sogar kälter als eine Durchschnittstemperatur von 6 ° C vermuten. Eine dünne Atmosphäre in Kombination mit einem Mangel an Treibhausgasen führt zu einer niedrigen Oberflächentemperatur, da die Sonnenwärme schnell verloren geht.

Um die Temperatur Ihres Planeten zu erhöhen, sollte er wahrscheinlich einen heißen Stern umkreisen und eine sehr niedrige Oberflächenalbedo haben (ein sehr schwarzer Planet) und / oder etwas Sauerstoff gegen ein starkes Treibhausgas wie Wasser eintauschen (unwahrscheinlich, wenn Ihr Planet so kalt ist). , CO2 oder Methan. Das enge Umkreisen eines heißen Sterns mit einer dünnen Atmosphäre würde weitere Probleme wie Sonneneinstrahlung und einen großen Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht mit sich bringen. Außerdem sollten Sie nicht versuchen, ein Feuer in einer Sauerstoff/Methan-Atmosphäre zu entfachen. Oder in einer Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt.

Ich habe jetzt nicht die genaue Mathematik bei mir, aber es gibt einige Modelle, die solche Dinge schätzen können. Ich kann dies später mit genaueren Zahlen bearbeiten, wenn Sie möchten.

BEARBEITEN: Ein Planet wie die Erde, aber mit einer 100% igen Sauerstoffatmosphäre, hätte wahrscheinlich eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von etwa -20 ° C.

NASA-Seite zu Umweltbedingungen

Diese Seite beschreibt die Bedingungen innerhalb eines Raumfahrzeugs, es gelten jedoch die gleichen Konzepte.

Menschen atmen routinemäßig ohne Probleme 100 % O2 ein. Taucher, Astronauten und Patienten atmen routinemäßig 100 % Sauerstoff ein. Es gibt einige Gefahren einer hohen Sauerstoffkonzentration wie Absorptionsatelektase (Zusammenbruch der kleinen Luftsäcke in der Lunge) und die Unterdrückung des hypoxischen Atemantriebs bei einigen COPD-Patienten, deren chronische CO2-Retention ihren normalen CO2-bezogenen Antrieb ausgebrannt hat, was sie verursacht aufhören zu atmen. Die meisten Gefahren hängen jedoch mit dem hohen Sauerstoffpartialdruck zusammen.

Die Wissenschaft verwendet das Maß des Partialdrucks von O2, um über die Sauerstoffkonzentration und den Sauerstoffdruck zu sprechen. Kurz gesagt, jedes Gas in einer Mischung übt einen Druck aus, der seinem Prozentsatz in der Mischung entspricht. Auf Meereshöhe beträgt der atmosphärische Druck also 14,70 PSI. O2, das etwa 21 % der Atmosphäre ausmacht, übt einen Druck von 0,21*14,7 = 3,08 PSI aus.

Laut Wikipedia betragen die minimalen und maximalen Partialdrücke von O2 für menschliches Leben 2,3 PSI und 14,5 PSI.

Der sichere Mindestpartialdruck von Sauerstoff in einem Atemgas wird üblicherweise auf 16 kPa (0,16 bar) festgelegt.

Der maximale sichere ppO2 in einem Atemgas hängt von der Expositionszeit ab ... Er liegt typischerweise zwischen 100 kPa (1 bar) und 160 kPa (1,6 bar)

Andere Antworten haben das Problem des O2-Partialdrucks angesprochen, den Menschen tolerieren können. Ich möchte auf andere mögliche Probleme hinweisen.

Sauerstoff ist sehr reaktiv. Je höher der Sauerstoffgehalt, desto leichter kann ein Feuer entstehen / sich ausbreiten. Und alles, was oxidieren kann, wird dies schneller tun, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird.

Eine 100% Sauerstoffatmosphäre ist nicht sehr plausibel, AFAIK. Ich glaube nicht, dass ein sich natürlich entwickelndes Leben es aufrechterhalten könnte, da es immer mit Dingen reagieren würde, um andere Gase (z. B. CO2) zu erzeugen.

Der CO2-Partialdruck ist auch für den Menschen eine große Sache. Wenn es zu hoch ist, diffundiert CO2 nicht aus dem Blutkreislauf zurück in die Luft in der Lunge, was zu Veränderungen des Blutsäuregehalts führt, wenn sich mehr CO2 ansammelt. CO2-Toxizität ist eine Sache . Es ist bei weitem nicht so schlimm wie Kohlenmonoxid , und ich habe noch keine verlässliche Zahl zum CO2-Partialdruck gefunden, die gefährlich wäre. Was ich bisher herausgefunden habe, deutet darauf hin, dass eine Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks den erhöhten CO2-Partialdruck nicht sehr oder überhaupt nicht kompensieren würde.

Interessante Optionen für Ihr Ambiente:

• Gesamtdruck ~= Meeresspiegel der Erde. 60 % O2 (Obergrenze für das unbegrenzte menschliche Überleben), Rest eine Mischung aus Stickstoff und anderen Gasen mit einem erdähnlichen Biom. Nur wirklich aggressive Pflanzen oder so.

• Gesamtdruck = ~zweimal Erde. Ähnliche Verhältnisse wie bei der Erde für andere Gase (es sei denn, dies führt zu einem zu hohen CO2-Partialdruck).

• Gesamtdruck = ~zweimal Erde. 25 % O2 (Partialdruck mehr als das Doppelte der Erde). Andere Gase, die sich sehr von der Erde unterscheiden. Vielleicht machen Inertgase wie Argon und/oder Helium einen großen Anteil aus? Ein schwerer Planet könnte sein Helium besser halten als die Erde, vielleicht genug, um zu verhindern, dass es an der Spitze der Atmosphäre in den Weltraum entweicht? Ich habe die Zahlen nicht durchlaufen, aber vielleicht ist Helium immer noch unplausibel.

  Stellen Sie jedoch sicher, dass Ihre Atmosphäre nicht brennbar ist, da es immer Blitze oder andere Feuerquellen gibt. Wenn sich die Atmosphäre entzünden / explodieren könnte, hätte sie dies bereits getan.

Ich denke nicht, dass Sie weniger als den Gesamtdruck auf Meereshöhe der Erde berücksichtigen sollten, da ein gefährlich hoher O2-Partialdruck für den Menschen sogar mehr als 60% des gesamten Gases ausmachen würde, und dann bräuchten Sie einen Mechanismus, um dies zu erklären .

Es geht in erster Linie um den Partialdruck und nicht um die Konzentration *, so dass so ziemlich jede Konzentration gut sein kann, wenn der Druck angemessen ist.

Der US-EWU-Raumanzug verwendet 100 % Sauerstoff bei 29,6 kPa (~4,3 psi) – https://www.nasa.gov/pdf/188963main_Extravehicular_Mobility_Unit.pdf

Die akute Sauerstoffvergiftung des Nervensystems (Krampfanfälle usw.), die viele Sporttaucher getötet hat, tritt weit über 1 bar / 15 psi auf; Sie würden dies bei Druck auf Meereshöhe selbst mit reinem Sauerstoff nicht erreichen.

Dazwischen treten geringere Effekte auf, die mit der Zeit zunehmen - Wikipedia behauptet, dass unter 0,5 bar auf unbestimmte Zeit in Ordnung ist, zumindest für Lungeneffekte, anscheinend basierend auf einer Studie von 1987.

* Bei sehr niedrigen Drücken spielt auch der Gesamtdruck eine Rolle - 3 psi 100% O2 geben Ihnen deutlich weniger Sauerstoff als Luft auf Meereshöhe, obwohl der Partialdruck aufgrund des Dampfdrucks von Wasser (und meiner Meinung nach auch des Vorhandenseins von CO2) gleich ist ) in der Lunge.