Wenn wir Menschen auf Planeten mit Atmosphären setzen, die sich von der Erdatmosphäre unterscheiden, aber immer noch Sauerstoff enthalten, könnten Menschen dann atmen?

Aus Wikipedia :

Trockene Luft enthält volumenmäßig 78,09 % Stickstoff, 20,95 % Sauerstoff, 0,93 % Argon, 0,039 % Kohlendioxid und geringe Mengen anderer Gase.

Wären zum Beispiel Menschen in der Lage, in diesen Atmosphären zu überleben? :

  • 100 % Sauerstoff, sonst nichts
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Stickstoff
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Argon
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Kohlendioxid
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Helium
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Xenon
  • 2 % Sauerstoff, 98 % andere ungiftige Elemente
Sie würden jeweils brennen, ersticken, ersticken, ersticken, ersticken, ersticken und ersticken. Dort.
Die Frage und Antworten gehen meistens implizit von Standarddruck (und -temperatur) aus. Wie @2012rcampion angedeutet hat, erhältst du mehr Optionen, wenn du mit Gesamtdruck spielst.
Um nicht zu sagen, dass die Antworten hier schlecht sind, aber ich würde denken, dass diese Frage als wissenschaftliche Frage auf einem der Science Stack Exchanges maßgeblicher beantwortet werden könnte. Ich würde denken, dass es meistens unter die Biologie SE passen würde , da dort andere Fragen zu Sauerstoffgehalt und Atmung gestellt werden.
@trlkly - Es könnte der Unterschied zwischen "können wir es atmen" und "können wir darin leben" sein. Schließlich kann reiner Sauerstoff über lange Zeit ohne negative Auswirkungen eingeatmet werden, solange Sie sich nicht in einer Atmosphäre davon befinden (Boom!).
@SerbanTanasa. Nr. 1 ist über die Brandgefahr hinaus langsam tödlich, aber bei niedrigeren Drücken tolerierbar. #4 ist tödlich, #6 ist meiner Meinung nach tödlich. Nr. 7 ist bei Standarddruck tödlich, aber ich glaube, 2% Sauerstoff / 98% Wasserstoff sind bei ausreichendem Druck sicher (und nein, es wird nicht boomen). Die anderen sind atmungsaktiv.
@LorenPechtel Du sagst mir also, dass eine Wasserstoff-Sauerstoff-Atmosphäre stabil ist? Und da dachte ich, diese beiden würden beim ersten Mikrojoule-Funken explosiv reagieren und H2O bilden.
@SerbanTanasa Der niedrige Sauerstoffgehalt ist entscheidend. Es wird eine "Korrosion" von Wasserstoff aus der Atmosphäre geben, aber nicht genug, um eine Kettenreaktion (ein Feuer oder eine Explosion) auszulösen. Es ist tatsächlich überraschend schwer, Dinge zum Explodieren zu bringen (und noch schwerer, sie sicher handhabbar zu machen und sie natürlich auch explodieren zu lassen :D).
@SerbanTanasa Sie benötigen über 4% Sauerstoff, damit es brennt. 2% explodieren nicht, aber Sie müssen mindestens 5 Atmosphären haben, um es in Betracht zu ziehen, 10 Atmosphären, um normal zu atmen. Es wurde für sehr tiefe Tauchgänge verwendet.

Antworten (6)

Hier gibt es drei getrennte Probleme:

  • Zu viel Sauerstoff und der menschliche Körper (sowie jedes andere organische Material) wird hochentzündlich. Wohnen möchte man dort eigentlich nicht.
  • Zu hoher oder zu niedriger Sauerstoffpartialdruck , und der Stoffwechsel funktioniert nicht richtig.
  • Die anderen Gase oder deren Fehlen können ebenfalls Probleme verursachen

Eine Atmosphäre mit 100 % Sauerstoff wird also aufgrund von Punkt 1 nicht funktionieren. Auch Ihre Atmosphäre mit 90 % CO2 wird nicht funktionieren, weil die hohe CO2-Konzentration Sie töten wird.

Ob die anderen 10% Atmosphären funktionieren, hängt vom Gesamtdruck ab. Wenn der Gesamtdruck doppelt so hoch ist wie auf der Erde, ist der Partialdruck derselbe wie auf der Erde, und da die anderen Gase inert sind (entweder Stickstoff wie hier auf der Erde oder Edelgase), sollten sie nicht zu viel Ärger machen ihre eigenen. Mit Ausnahme von Helium haben sie jedoch narkotische Wirkungen, daher wären die Stickstoff-, Argon- und Xenonatmosphären auch nicht die besten zum Leben, obwohl vorübergehende Besuche weniger problematisch sein sollten (danke an Rob Watts für den Hinweis dieses Problem). Darüber hinaus sollte auch etwas CO2 für die Atmung vorhanden sein, um zu funktionieren.

Mit der 2%-Atmosphäre benötigen Sie 10-mal so viel Druck, um den gleichen Partialdruck für Sauerstoff wie auf der Erde zu erhalten. Ich bin mir nicht sicher, ob der menschliche Körper das auf längere Zeit aushalten würde (für eine begrenzte Zeit schon, wie Taucher beweisen; es ist der Druck, den man auf der Erde unter Wasser in 90 Metern Tiefe hat). Bei diesen Konzentrationen sollten Sie jedoch wirklich Helium als Inertgas haben.

Ein weiterer Punkt: Ich bin bei all dem oben Gesagten davon ausgegangen, dass der Prozentsatz der am Boden ist (weil dort auch die Werte der Erdatmosphäre gelten). Auf der Erde nimmt der Sauerstoffanteil mit der Höhe ab, da Stickstoff etwas leichter als Sauerstoff ist. Von den anderen von Ihnen erwähnten Gasen ist nur Helium leichter als Sauerstoff; dieser ist jedoch viel leichter, so dass in der Helium-Sauerstoff-Atmosphäre der Sauerstoffanteil beim Aufsteigen schnell sinkt (beachten Sie jedoch, dass der Partialdruck nicht schneller sinkt als in unserer Atmosphäre, vorausgesetzt, die gleiche Gravitation) . In der Helium-Sauerstoff-Atmosphäre hindert Sie also bereits ein kleiner Berg am Feuermachen (aber noch nicht am Atmen).

Bei Gasen, die schwerer als Sauerstoff sind, nimmt der Sauerstoffanteil mit zunehmender Höhe zu. Der Partialdruck wird jedoch immer noch sinken. Was zu der scheinbar paradoxen Situation führt, dass die Dinge in größerer Höhe besser brennen, während Ihr Körper weniger Sauerstoff bekommt.

Si. Gefällt mir. Das OP hat keinen Druckbereich angegeben, gut von Ihnen, dies für sie zu tun.
Ich denke, Sie müssten sich auch im 2-%-Szenario Sorgen um eine Stickstoffnarkose machen. Das könnte der schnellste Grund sein, warum dich 10-facher Druck umbringen würde.
Ah, das wusste ich nicht, danke. Ich werde die Antwort entsprechend ändern (und auch einige andere Informationen hinzufügen).
10 % Sauerstoff, 90 % Helium. Klingt nach Mickey-Mouse-Universum :)
@Daerst aber trotzdem gebräuchlich. Taucher, die es atmen, verwenden oft einen elektronischen Tonhöhenfilter in ihren Funkgeräten, damit die Bootsbesatzung sie besser verstehen kann (... und vielleicht, damit sie sich nicht den ganzen Tag den Hintern auslachen): en.wikipedia.org/wiki/Heliox
Beachten Sie, dass sich eine Helium-Sauerstoff-Atmosphäre ziemlich schnell abscheidet.

100 % Sauerstoff ist gefährlich – das Zeug brennt, die Sauerstoffzufuhr kann Gewebe schädigen. Apollo 1 hatte reine Sauerstoffatmosphäre, endete nicht gut. Sauerstoff ist giftig

90 % CO2 bringt dich um (nicht genügend Sauerstoffpartialdruck im Hämoglobin)

2 % Sauerstoff reichen nicht aus.

10 % Sauerstoff mit anderen Inertgasen (Stickstoff (nicht inert, aber auch nicht reaktiv), Helium) möglicherweise überlebensfähig. Siehe Trimix -Atemgas für Gerätetauchen. Unterschiedliche Mischungen für unterschiedliche Anwendungen und pro/com für Helium und Stickstoff und zur Senkung des Sauerstoffpartialdrucks.

Anscheinend wird Xenon zur Anästhesie verwendet, also wird es Ihnen nicht gut tun, es in einer solchen Konzentration zu haben. Danke @Twelfth

Argon verbessert die Veränderung der Gasembolie, aber es wurde verwendet, um Stickstoff zu ersetzen, um die Dekompression zu beschleunigen, also scheint es NICHT sofort giftig zu sein.

Anscheinend können gut trainierte und angepasste Menschen (mit mehr Hämoglobin im Blut) 12 % Sauerstoff überleben

Das Bild auf dieser Seite über die Grenzen des menschlichen Überlebens zeigt gefährliche Werte von Hypoxie (wenig Sauerstoff) und Hyperoxie (zu viel Sauerstoff).

Der zwölfte in seiner Antwort angesprochene interessante Aspekt: ​​relative Dichte verschiedener Gase und Möglichkeit getrennter Schichten. Betrachtet man die Gasdichtetabelle , liegt die Luftdichte (1,2 kg/m3) nahe an der von Sauerstoff (1,3) und Stickstoff (1,16) – keine Überraschung.

Die Heliumdichte (0,16) beträgt 10 % Sauerstoff, daher würde wahrscheinlich eine Atmosphäre mit einer Mischung aus Sauerstoff und Helium nach kurzer Zeit Schichten bilden, mit mehr Sauerstoff in den unteren Schichten – was zu einer Sauerstoffvergiftung führt. Nicht gut. Noch schlimmer: @Marky Mark hat recht , dass Helium aus der Erdatmosphäre entweicht .

Argon ist etwas schwerer als Sauerstoff (1,66), aber nicht viel. Aber wenn eine solche Argonschicht möglich und stabil wäre, wären alle Tiefländer unbewohnbar. Sie müssten also etwas Wind und Turbulenzen hinzufügen, um die Dinge zu vermischen. Bergwerke und Keller wären auch dann ohne aktive Belüftung nicht möglich, weil sich dort schwereres Argon ansammeln und Ersticken verursachen würde.

20% Sauerstoff / Xenon würden Sie fast sofort umhauen. Xenon dringt in die Blut-Hirn-Schranke ein und wirkt sich wesentlich stärker auf uns aus als Lachgas.
Die Dichte von Helium ist so gering, dass es auf einer Erde wie atmosphärischer Druck und Schwerkraft Fluchtgeschwindigkeit erreicht und in den Weltraum entlüftet wird. Ich glaube also, dass eine Atmosphäre aus Sauerstoff (O2) / Helium (He) schnell zu 100% Sauerstoff werden würde. Angenommen, Sie beginnen mit 10 % O2 / 90 % He, wäre das Endergebnis eine reine O2-Atmosphäre mit niedrigem Druck. Sie müssten ein Inertgas mit ungefähr der gleichen Dichte wie Sauerstoff (wie Stickstoff) finden, um den Druck auf etwas Überlebensfähiges zu erhöhen.
Die trockene Atmosphäre der Erde hat vom Boden bis zu 100 km eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung, da das Mischen aufgrund von Dichteschwankungen ein stärkerer Effekt ist als eine Trennung. Bei 100 km ändert sich dies hauptsächlich aufgrund der erhöhten mittleren freien Weglänge der Moleküle in der sehr dünnen Luft. Wasserdampf ist aufgrund anderer Effekte nicht einheitlich
In diesem Beitrag sind viele Fehler! Der Prozentsatz spielt keine Rolle, 100 % Sauerstoff sind beispielsweise bei 20 kPa in Ordnung, aber 20 % Sauerstoff bei 1 MPa sind zu viel. Außerdem tötet CO2 Sie durch respiratorische Azidose, selbst wenn Sie genug Sauerstoff in Ihrem Blutkreislauf haben.
Fühlen Sie sich frei, eine korrektere Antwort zu schreiben. Mein Beitrag ist nur ein bisschen Google-Fu.
Natürlich kann eine unsachgemäße Belüftung in Bergwerken auch in unserer heutigen Atmosphäre zum Ersticken führen.
@DietrichEpp Die Prozentzahl ist nicht unerheblich. 100 % Sauerstoff kann bei 20 kPa (etwa 0,2 Atmosphären) atembar sein, aber ist eine Mischung aus 20 % Sauerstoff? Wichtig ist der Partialdruck , also sowohl der Druck als auch die Mischung.
@KSmarts: Genau das habe ich gemeint: Partialdruck.

100 % O2

Bei normalem atmosphärischem Druck ( 101,325 kPa ) haben Sie, wenn Ihr einziges Gas O 2 ist, einen Partialdruck von 101,325 kPa von O 2 ... tödlich, tödlich und schmerzhaft.

Reden wir über Konsequenzen!

  • Sauerstofftoxizität : Wenn der O 2 -Partialdruck über 50 kPa liegt, wird Sauerstoff toxisch .
    Symptome:
    • Orientierungslosigkeit, Atemprobleme, Sehstörungen wie Kurzsichtigkeit.
    • Längerer Kontakt mit höherem O 2 PP oder kürzerer Kontakt, aber sehr viel höher, kann zu oxidativen Schäden an Zellmembranen, Kollaps der Alveolen in der Lunge, Netzhautablösung und Krampfanfällen führen.
    • Viel mehr, klicken Sie auf den Link für weitere Informationen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

10 % O 2 und 90 % N 2

| Gas % gr/mol Mol Fraktale Mol Partialdruck (kPa) Ö 2 10% 31,9988 0,31 8% 8,98 N 2 90% 28.0134 3.21 91% 92.37 Gesamt 100% 60.0122 3.52 100% 101.325 |

In Wikipedia you can find another gr/mol values. This is because O2 and N2 are <2> atoms per molecule, so I multiply the value per atom by 2.

Werte:

  • 10 % O2 : 8,98 kPa O2
  • 90 % N2 : 92,34 kPa N2

Folgen:

10 % O 2 und 90 % Ar

| Gas % gr/mol Mol Fraktale Mol Partialdruck (kPa) Ö 2 10% 31,9988 0,31 12% 12.34 Ar 90% 39.948 2.25 87% 88,98 Gesamt 100% 71.9468 2.56 100% 101.325 |

Argon is only ONE atom, it doesn't have any Ar<2>.

Werte:

  • 10 % O 2 : 12,34 kPa
  • 90 % Ar: 88,98 kPa

Konsequenzen:

  • Niedriger Sauerstoffwert – Hypoxie : Hypoxie liegt bei 13,3 kPa und Sie haben 12,34 kPa . (Siehe oben, um die Symptome zu lesen).
  • Argon Asphyxie : Obwohl Argon ungiftig ist, ist es 38 % dichter als Luft und wird daherin geschlossenen Räumen als gefährliches erstickendes Gas angesehen. Es ist schwer zu erkennen, da es farb-, geruch- und geschmacklos ist.
  • Argon-Narkopsie : Ich weiß nicht viel darüber, aber ich denke, es kann Narkopsie wie Stickstoff verursachen.

10 % O 2 und 90 % CO 2

| Gas % gr/mol Mol Fraktale Mol Partialdruck (kPa) Ö 2 10% 31,9988 0,31 13% 13.44 CO 2 90% 44.01 2.04 86% 87,89 Gesamt 100% 76.0088 2.35 100% 101.325 |

There are several atoms, you can find the value in wikipedia or calculate by yourself (sum of all atoms * quantity values).

Werte:

  • 10 % O 2 : 13,43 kPa
  • 90 % CO 2 : 87,89 kPa

Konsequenzen:

  • Fast niedriger Sauerstoffwert - Keine Hypoxie : Hypoxie liegt bei 13,3 kPa und Sie haben 13,43 kPa . Sie können überleben (bewusstlos, denke ich), aber nicht leben , Sie werden viel leiden (und Ihre Gesundheit beeinträchtigen).
  • Zu hoher CO 2 -Wert - Hyperkapnie (Kohlendioxidvergiftung) : Schwere Hyperkapnie wird durch eine Erhöhung von 10 kPa CO 2 verursacht ... mmm ... Sie haben 87,89 kPa , ziemlich mehr ... als die tödliche.
    Seien Sie vorsichtig mit der Toxizität von Kohlendioxid , Konzentrationen von 7 % bis 10 % können Erstickungsgefahr verursachen, sogar in Gegenwart von ausreichend Sauerstoff, was sich innerhalb weniger Minuten bis zu einer Stunde in Schwindel, Kopfschmerzen, Seh- und Hörstörungen und Bewusstlosigkeit manifestiert. (Sie haben 90 % ) Zu den Symptomen und Anzeichen einer frühen Hyperkapnie gehören gerötete Haut, voller Puls , Tachypnoe ,Dyspnoe , Extrasystolen , Muskelzuckungen, Handflattern, reduzierte neurale Aktivität und möglicherweise ein erhöhter Blutdruck.
    Andere Symptome einer leichten Hyperkapnie können Kopfschmerzen, Verwirrtheit und Lethargie sein. Hyperkapnie kann eine erhöhte Herzleistung, eine Erhöhung des arteriellen Blutdrucks und eine Neigung zu Arrhythmien hervorrufen .
    Bei schwerer Hyperkapnie entwickeln sich die Symptome zu Orientierungslosigkeit, Panik , Hyperventilation , Krämpfen , Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod .
    Außerdem erhöhen Sie die Kohlensäure Ihres Blutes in einem Prozess, der respiratorische Azidose genannt wird .
    Erinnern Sie sich auch, was ich über erstickendes Gas gesagt habe, nun ja , CO 2 hat die gleichen Ergebnisse.

Sie können diese interessante Tabelle sehen , die ich gefunden habe:

%CO2 in air   Duration       Major limitation
0.04 %           lifetime    normal atmosphere
0.5  %           lifetime    no detectable limitations
1.0  %           lifetime                 "
1.5  %        > 1    month   mild respiratory stimulation
2.0  %        > 1    month                "
2.5  %        > 1    month                "
3.0  %        > 1    month   moderate respiratory stimulation
3.5  %        > 1    week                 "
4.0  %        > 1    week    moderate respiratory stimulation, exaggerated respiratory response to exercise
4.5  %        > 8    hours                "
5.0  %        > 4    hours   prominent respiratory stimulus, exaggerated respiratory response to exercise
5.5  %        > 1    hours                "
6.0  %        > 0.5  hours   prominent respiratory stimulus, exaggerated respiratory response to exercise, beginnings of mental confusion
6.5  %        > 0.25 hours             "
7.0  %        > 0.1  hours   limitation by dyspnea and mental confusion

Und dieses Foto:
Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nun, 6 Minuten bei 7 % CO 2 , denken Sie an 90 % ...

10 % O 2 , 90 % He

| Gas % gr/mol Mol Fraktale Mol Partialdruck (kPa) Ö 2 10% 31,9988 0,31 1,37 % 1.38 Er 90% 28.0134 22.48 98,63 % 99,93 Gesamt 100% 36.001402 22.79 100% 101.325 |

Werte:

  • 10 % O 2 : 1,38 kPa
  • 90 % He: 99,93 kPa

Konsequenzen:

  • Extrem niedriger Sauerstoffwert – Hypoxie : Hypoxie liegt bei 13,3 kPa und Sie haben 1,38 kPa . (Siehe oben, um die Symptome zu lesen).
  • Helium und Stimme : Die durch das Gas verursachten höheren Resonanzfrequenzen (Informationen dazu finden Sie unter dem Link) bewirken eine Veränderung des Timbres, was zu einer schrillen, entenartigen Stimmqualität führt.
  • Erstickendes Heliumgas : Das Einatmen von Helium kann gefährlich sein, wenn es im Übermaß ausgeübt wird, da Helium ein einfaches Erstickungsmittel ist und daher den für die normale Atmung erforderlichen Sauerstoff verdrängt. Bei 90 % He ist es offensichtlich, dass es tödlich ist.
  • Helium-Narkopsie : Ich weiß nicht viel darüber, aber ich denke, es kann Narkopsie wie Stickstoff verursachen.

10 % O 2 , 90 % Xe

| Gas % gr/mol Mol Fraktale Mol Partialdruck (kPa) Ö 2 10% 31,9988 0,31 31% 31.72 Xe 90% 131.293 0,68 68% 69.59 Gesamt 100% 163.29182 0,99 100% 101.325 |

Werte:

  • 10 % O 2 : 31,72 kPa
  • 90 % Xe: 69,59 kPa

Folgen:

  • Hoher, aber kein tödlicher Sauerstoff - Sauerstofftoxizität : Die Sauerstofftoxizität liegt über 50 kPa und Sie haben 31,72 kPa , also werden Sie dies nicht haben, aber vielleicht würden Sie einige andere Gesundheitsprobleme haben.
    Hohe Sauerstoffwerte erzeugen Sauerstoffstress in Ihren Zellen, erhöhen auch die Oxidation Ihres Körpers (mehr freie Radikale - reaktive Sauerstoffspezies -) und dies würde Ihre Alterungsgeschwindigkeit, Tumore, Krebs und Zelltod beschleunigen. Siehe Theorie der freien Radikale des Alterns .
  • Xenon und Stimme : Xenon vibriert langsamer in den Stimmbändern, wenn es ausgeatmet wird, und erzeugt tiefere Stimmtöne, ein Effekt, der der in Helium erzeugten hohen Stimme entgegengesetzt ist.
  • Xenon selbst ist nicht toxisch : Xenon ist nicht toxisch, obwohl es sich im Blut auflöst und zu einer ausgewählten Gruppe von Substanzen gehört, die die Blut-Hirn-Schranke durchdringen und beim Einatmen in hohen Konzentrationen mit Sauerstoff eine leichte bis vollständige chirurgische Anästhesie verursachen.
  • Xenon-Anästhesie : Xenon wurde als Vollnarkose verwendet , ich denke (Zitat erforderlich), dass ein 30% Xe wie ein Anästhetikum verwendet wird.
    Dichte Gase wie Xenon können sicher eingeatmet werden, wenn sie mit mindestens 20 % Sauerstoff gemischt werden, leider haben Sie nur 10 % Sauerstoff. Xenon in einer Konzentration von 80 % zusammen mit 20 % Sauerstoff erzeugt schnell die Bewusstlosigkeit einer Vollnarkose.
  • Xenon erstickendes Gas : Wie Argon und andere Inertgase kann es ein erstickendes Gas sein, da es mehr Gewicht als O 2 hat und die Oberfläche eines Planeten mit 100 % Inertgas füllen kann (O 2 fliegt nach oben).

2 % O 2 , 98 % andere Elemente, die nicht toxisch sind

Nun, leider kann ich Berechnungen anstellen, weil ich die Molekülmasse anderer Elemente nicht kenne, aber zumindest kann ich mit Sicherheit sagen, dass Sie offensichtlich an Hypoxie sterben würden .

Ich hoffe, das hilft dir, entschuldige den langen Beitrag, ich hasse lange Beiträge, aber du fragst zu viel Atmosphäre. Wenn Sie weitere Informationen wünschen, überprüfen Sie meine anderen Antworten: this and this .

Ich hatte keine so gut geschriebene und geprüfte Antwort auf eine so alte Frage erwartet. Guck mal, Mathe! Sie haben meine +1 guter Herr.
@Draco18s, danke! Ich freue mich sehr, dass jemand meinen Beitrag schätzt.

100 % Sauerstoff, sonst nichts – nein, der menschliche Körper würde hochgehen wie eine Gallone Benzin mit einem Funken statischer Elektrizität, obendrein noch giftig.

10 % Sauerstoff, 90 % - Kohlendioxid Kohlendioxid von %7 kann tödlich sein, eine Langzeitbelastung von %,5 kann gesundheitliche Probleme verursachen.

Für den Rest benötigen Menschen, um gut zu funktionieren, ~20 Sauerstoff . Weniger als 19,5% und Sie spüren ernsthafte Auswirkungen und im Allgemeinen führt %10 wahrscheinlich zu schweren Gesundheitsproblemen, einschließlich des Todes.

  • 10 % Sauerstoff, 90 % Stickstoff
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Argon
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Helium
  • 10 % Sauerstoff, 90 % Xenon
  • 2 % Sauerstoff, 98 % andere ungiftige Elemente
Du hast mich um 10 Sekunden geschlagen :-)
@PeterMasiar aber du hast im Trimix hinzugefügt. Was letztendlich der richtige Partialdruck ist, ist das Wichtigste, solange die anderen Gase nicht giftig sind
Ich weiss. Hoffentlich ist OP bereit, selbst zu lesen, denn wie immer lautet die Antwort "es hängt davon ab" - von anderen Faktoren, die von der ursprünglichen Frage nicht berücksichtigt werden :-)
Niedrigere Sauerstoffanteile funktionieren, wenn der Partialdruck derselbe wie bei Standardluft ist. Zum Beispiel atmeten Mercury-Astronauten eine reine Sauerstoffatmosphäre bei 5,5 psi (0,4 bar) und Taucher könnten 10 % Sauerstoff bei 300 ft/140 psi (100 m/10 bar) atmen.
Macht der zusätzliche Partialdruck des Inertgases so viel Unterschied? 10 % Sauerstoff in 14,7 psi (Meereshöhe) sind 1,47 psi Sauerstoff. Als Teenager hatte ich einen Sauerstoffpartialdruck von etwa 1,2 psi. Die Anstrengung war schwierig, das ist alles. (Ich hatte allerdings ein paar Tage der Akklimatisierung hinter mir.) In meinen 40ern hatte ich einen Partialdruck von etwa 1,4 psi, ich atmete schwerer als normal für das, was ich tat, aber das war alles.
@LorenPechtel psi ist kein Partialdruck. Was zählt und sehr wichtig ist, ist der Partialdruck von Sauerstoff (außer wenn andere toxische Gase zu hoch sind). Für die Mischung auf den meisten Teilen der Erde muss Sauerstoff also um die 20-%-Marke liegen, um die richtigen Partialdrücke zu erhalten. Ich bin jedoch kein Experte auf diesem Gebiet und es gibt viele Artikel zu diesem Thema. Tauchartikel könnten ein guter Anfang sein.

10% ist zu wenig und würde nicht funktionieren. Wenn Sie es auf 20 % erhöhen:

100 % Sauerstoff:

  • Ich denke, wir würden spontan entzünden ... das ist auch giftig.

20 % Sauerstoff, 80 % Stickstoff

  • ziemlich nah an dem, wo wir jetzt leben. Sauerstoff und Stickstoff haben ungefähr das gleiche Gewicht und mischen sich sehr gut.

20 % Sauerstoff, 80 % Argon

  • Wo Stickstoff etwa das gleiche Gewicht hat und sich gut mit Sauerstoff vermischt, ist Argon um ein Vielfaches schwerer als Sauerstoff und sinkt daher tendenziell zu Boden. Auf Atmosphärenebene würde dies zum Tod führen, da die Oberfläche 100% Argon sehen würde, wobei der gesamte Sauerstoff in die höheren Schichten der Atmosphäre verbannt würde.
  • Wir können Mischungen aus Argon und Sauerstoff atmen ... Argon gilt tatsächlich als Doping für olympische Zwecke.
  • Der Druck dieser Atmosphäre wird erheblich höher sein ... Argon wiegt viel.

20 % Sauerstoff, 80 % Kohlendioxid

- Kohlendioxid ist auf diesem Niveau giftig, wir würden sterben.

20 % Sauerstoff, 80 % Helium

  • Irgendwie lustig, aber das könnte wieder als 100% Sauerstoffszenario enden. Helium ist leicht genug, dass sich die beiden Gase überlagern würden, fast 100 % Sauerstoff an der Oberfläche und 100 % Helium in der oberen Atmosphäre.

20 % Sauerstoff, 80 % Xenon

  • Xenon ist schwer und wird die gleichen Probleme haben wie Argon ... wir würden ziemlich schnell ersticken und wahrscheinlich vom Gewicht der Atmosphäre erdrückt werden.
  • Wir können es atmen, aber es macht uns ziemlich schnell KO ... es wirkt wie ein ziemlich starkes Anästhetikum (das Einatmen von 20 % Sauerstoff und 80 % Xenon wird Sie schneller KO schlagen als die in Krankenhäusern verwendeten Vollnarkosen) und passt in die Doping-Kategorie für Die Olympischen Spiele.
  • Xenon gilt auch als giftig ... es löst sich in Kunststoffen und Gummi auf

Bearbeiten Sie unter Vorbehalt - Ich bin mir nicht sicher, wie sich Wasser (Luftfeuchtigkeit) in diesen Umgebungen ändert. Zum Beispiel diffundiert Wasser viel schneller in Helium, was bedeuten sollte, dass sich Feuchtigkeit schneller ausbreitet und die Bildung von Wolken weiter erschwert wird.

Argon ist nicht um ein Vielfaches schwerer als Sauerstoff. Unter Verwendung runder Zahlen beträgt das Molekulargewicht von O2 32, Ar 40, also ist die Dichte von Ar etwa 25 % schwerer als O2. Außerdem würden Sie nicht von einer Xenon-Atmosphäre zerquetscht werden, der Druck in Ihrem Körper entspricht dem Umgebungsdruck - vorausgesetzt, es bleibt Zeit, sich an Druckänderungen anzupassen, keine Zerkleinerungswirkung. Das Atmen wäre schwierig, weil Ihre Lungen viel härter arbeiten müssten, um die schwere Atmosphäre zu pumpen – Tiefsee-Oxy/Helium-Arbeiter passen sich an die zusätzliche Lungenarbeit an, weil die Atmosphäre aufgrund des Arbeitsdrucks dicht ist.
Atmosphärische Gase mischen sich viel besser, als Sie glauben, weshalb Pflanzen über dem Meeresspiegel immer noch atmen können, obwohl das benötigte CO2 ~50 % schwerer ist als das Stickstoff/Sauerstoff-Gemisch, das den Großteil der Atmosphäre ausmacht . Aus diesem Grund können FCKW, von denen das leichteste, das allgemein verwendet wurde – Dichlordifluormethan (CCl2F2, auch bekannt als R-12) – mit einer Molekülmasse von ~121 die Stratosphäre erreichen, um Ozon zu zerstören, obwohl es viermal so schwer ist wie die meisten atmosphärischen Gase .
Neben den in den beiden obigen Kommentaren diskutierten Punkten ist "Xenon auch als giftig angesehen ... es löst sich in Kunststoffen und Gummi auf" ist ein völliger Non-Sequitur. Die Toxizität eines Stoffes hat überhaupt nichts damit zu tun, ob er sich in Kunststoffen und Gummi auflöst.

Grundsätzlich braucht man Sauerstoff zum Atmen. Alles andere ist nicht zwingend erforderlich. Die Grenzen, die du bereit bist zu nehmen, hängen davon ab, wie sehr du ein Bergsteiger und wie sehr ein Taucher bist.

Diese beiden Artikel erläutern die Ober- und Untergrenzen für den Sauerstoffpartialdruck beim Menschen: https://en.wikipedia.org/wiki/High-altitude_adaptation_in_humans https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_operating_depth

Dort, wo die tibetischen Hochländer leben, beträgt der Sauerstoffgehalt nur etwa 60 % des Meeresspiegels. Die meisten Menschen werden dieses Niveau als Minimum tolerieren, sodass Sie ~ 100 mbar / 10 kpa reinen Sauerstoffs als "Mindestatmosphäre" haben. Das Atmen von reinem Sauerstoff funktioniert gut, wie Ihnen jeder Tech-Taucher bestätigen wird. Trotzdem brennt alles, was nicht nass oder anderweitig brennbar ist, SEHR leicht. Ein wenig Öl und ein Funke und Sie haben ein GROSSES Feuer.

Dann müssen Sie darauf achten, dass die Menge vieler mehr oder weniger giftiger Gase nicht zu hoch ist. Für jedes Gas gibt es einen Partialdruck, den Sie unter einem Schwellenwert halten müssen.

Maximale Partialdrücke für einige Gase

Einige Effekte können additiv sein. Man könnte zB eine Atmosphäre bestehend aus 1 Teil O2, 40 Teilen H2, 5 Teilen He und 5 Teilen N2 bei einem Gesamtdruck von 50 mal dem Erddruck aufbauen und atmen, obwohl man die Luft als sehr " denken" und Sie müssen sich daran gewöhnen. Sie könnten auch in einer 500-mal dünneren Atmosphäre aus reinem Sauerstoff leben. Das ist ungefähr die Grenze für den Menschen.