Wird die Sauerstoffmenge in der Luft tatsächlich geringer, wenn Sie in größere Höhen gehen?

Bei Höhen unter etwa 100 km (als Referenz liegt der Gipfel des Mt. Everest etwa 8,8 km über dem Meeresspiegel) ist die relative Sauerstoffkonzentration in der Luft ziemlich konstant bei etwa 21 %.

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Es stimmt, dass mit zunehmender Höhe weniger Sauerstoff vorhanden ist (genauer gesagt, der Sauerstoffpartialdruck wird geringer) - und das liegt einfach daran, dass insgesamt weniger Gas vorhanden ist.

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Der Grund, warum es schwierig ist, in höheren Lagen zu atmen, ist, dass die Fähigkeit Ihrer Lungen, Ihr Blut mit Sauerstoff zu versorgen, vom Partialdruck von O abhängt$_2$in deiner Lunge, wenn du einatmest. Auf Meereshöhe und unter normalen Bedingungen ist der Partialdruck von O$_2$in Ihrer Lunge beträgt ca$21\% \times 100\ \mathrm{kPa} \approx 21\ \mathrm{kPa}$. Dies definiert normal, zumindest in einem begrenzten Sinne. Wenn Sie reinen Sauerstoff atmen, könnten Sie möglicherweise ein O haben$_2$Partialdruck von$100\ \mathrm{kPa}$, das helfen kann, Lungenschäden (z. B. durch Narbenbildung) zu kompensieren, die ihre Fähigkeit, Blut mit Sauerstoff zu versorgen, verringern - obwohl dies, wie Benutzer Arsenal in einem Kommentar feststellt, unter normalen Umständen zu Hyperoxie führen würde, was eine schlechte Nachricht ist .

Auf der Spitze des Mt. Everest hingegen würde der Partialdruck in Ihrer Lunge auf ungefähr abfallen$21\% \times 30\ \mathrm{kPa} \approx 6\ \mathrm{kPa}$- bei weitem nicht genug, um längere Zeit durchzuhalten, insbesondere bei erhöhter körperlicher Belastung. Das Einatmen von reinem Sauerstoff aus einem Tank erhöht diese Zahl auf näher$30\ \mathrm{kPa}$, weshalb die meisten Kletterer ihren eigenen Sauerstoff mitnehmen.

Ab einer Höhe von 12 km (ungefähr die Höhe, in der Verkehrsflugzeuge fliegen) sinkt der Druck jedoch ab$20\ \mathrm{kPa}$, was bedeutet, dass selbst das Atmen von reinem Sauerstoff nicht den normalerweise erforderlichen Partialdruck von O liefert$_2$, und Sie riskieren eine Hypoxie. Flugzeuge, die über dieser Höhe fliegen, haben deshalb für den Notfall Überdruck-Atemschutzgeräte für die Piloten. Anstatt einfach eine höhere Sauerstoffkonzentration zu sein, wird das Gas in einem Überdruck-Atemschutzgerät (wie der Name schon sagt) aktiv über den atmosphärischen Umgebungsdruck unter Druck gesetzt, um die erforderliche Sauerstoffmenge in Ihre Lungen zu drücken. Siehe z. B. Seite 4 dieser Broschüre der US FAA und der dazugehörigen Vorschriften.

Nun, beides hängt zusammen. Bei niedrigerem Druck neigen Moleküle dazu, weniger "gepackt" zu sein, und so atmen Sie beim Atmen weniger Sauerstoff ein. Daher die Schwierigkeit, in wirklich großer Höhe zu atmen.

Die Sauerstoffmenge wird geringer, aber nicht die Konzentration

Die Verwirrung in der Frage beruht auf einer vagen Definition von „Menge“.

Der größte Teil der Atmosphäre unterhalb von etwa 100 km ist gut gemischt (durch den Effekt, den wir Wetter nennen, der sicherstellt, dass der relative Anteil der Gase in der Atmosphäre durch turbulente Mischung gleich bleibt). Nur in der verdünnten höheren Atmosphäre (10-mal höher als der Everest) lassen die Auswirkungen des Wetters nach und die Schwerkraft kann mit der Diffusion konkurrieren, was zu einer gewissen Trennung durch die molekulare Masse des Gases führt.

Was sich jedoch schnell mit der Höhe über dem Meeresspiegel ändert, ist die Dichte der Atmosphäre. Auf dem Everest, dem höchsten Berg, beträgt die Luftdichte nur etwa 1/3 des Wertes auf Meereshöhe. Es befindet sich also nur etwa ein Drittel aller Bestandteile in der Luft. Der Sauerstoffanteil beträgt immer noch etwa 21 %, aber die Sauerstoffmenge beträgt nur etwa 1/3 der Menge auf Meereshöhe.

Verwirrung entsteht also wegen der Definition von "Menge". Wenn Sie den Sauerstoffanteil meinen , ist er derselbe wie auf Meereshöhe; aber wenn Sie die absolute Sauerstoffmenge meinen, sind es nur ~30% des Wertes auf Meereshöhe. Was für Ihre Atmungsfähigkeit zählt, ist die Gesamtsauerstoffmenge pro Liter Luft, nicht der Sauerstoffanteil pro Liter Luft.

Einige Leute beziehen sich auf "Menge" als relativen Anteil, andere als Gesamtkonzentration. Daher die Verwirrung.

Sauerstoff wird geringer (prozentual). Dies geschieht aufgrund der Sauerstoffdichte. Wenn wir die Höhe erhöhen, bleiben relativ schwerere Gase unten. Niedriger Druck verursacht selten Atembeschwerden. Es kann Nasenbluten oder Beschwerden im Zusammenhang mit Bluthochdruck verursachen. Aber aufgrund der geringeren Sauerstoffmenge müssen wir mehr Luft aufnehmen, was als Atembeschwerden angesehen wird .

Auf dieser Seite finden Sie ein Höhen-Sauerstoff-Diagramm