Einleitung
Wenn Sie jemals früh am Morgen aufgewacht, ins Auto gestiegen sind und den Tag mit Skifahren in den Bergen verbracht haben, haben Sie sich wahrscheinlich die ganze Zeit gekeucht und gepustet gefunden. Ein Teil davon war fast sicher auf die Aufregung zurückzuführen, die schneebedeckten Hügel hinunterzusausen, aber Sie hätten auch beim Gehen die Stufen hinauf, um in der Hütte eine heiße Schokolade zu kaufen, um Luft gerungen. Die übliche Erklärung? „Die Luft ist dünner da oben.“ Das stimmt, soweit es geht, aber hier ist ein wenig mehr Detail.
Schwerkraft
- Alles auf der Erde wird von derselben Kraft nach unten gezogen – der Gravitationsanziehung aufgrund der Masse der Erde. Und alles wird mit genau derselben Beschleunigung nach unten gezogen, unabhängig von der Größe des Objekts. Das heißt, eine Bowlingkugel, ein Tennisball und ein Tischtennisball unterliegen alle derselben Beschleunigung. Kleinere Objekte unterliegen ebenfalls derselben Beschleunigung: eine Heidelbeere, Ihre Fingernagelabschnitte, eine Wimper – alle werden von der Schwerkraft nach unten gezogen und fallen alle auf die Oberfläche der Erde. Denken Sie nun noch kleiner. Jedes Luftmolekül wird ebenfalls nach unten zur Erdoberfläche gezogen. Der Unterschied ist, dass die meisten Luftmoleküle nicht auf die Oberfläche fallen. Eine andere Kraft wirkt ihrem Fall entgegen.
Hydrostatisches Gleichgewicht
- Der einzige Grund, warum Luftmoleküle nicht auf die Erdoberfläche fallen, ist, dass eine andere Kraft gegen die Schwerkraft zurückdrückt. Diese Kraft ist der Luftdruck. Sie können eine Luftsäule wie eine Art Feder vorstellen. Wenn Sie eine Feder auf die Seite legen, hat sie eine bestimmte Länge. Wenn die Feder nicht zu steif und nicht zu weich ist und Sie sie aufrecht hinstellen, wird sie kürzer, weil die Schwerkraft sie nach unten zieht. Sie wird nicht zu einer Pfanne plattgedrückt, weil die Feder gegen die Schwerkraft zurückdrückt. Das hält die Luft um die Erde davon ab, zu einer winzigen Pfannenschicht auf dem Boden zu plattieren: Der Druck drückt gegen die Schwerkraft.
Druck vs. Höhe
- Die Menge an Druck, die erforderlich ist, um gegen die Schwerkraft an einem bestimmten Ort zurückzudrücken, hängt davon ab, wie stark die Schwerkraft auf die Luft drückt. Das hängt davon ab, wie viel Luft über dem Ort ist. Auf Meereshöhe wird die gesamte Höhe der Erdatmosphäre nach unten gezogen, sodass der Druck etwa 15 Pfund pro Quadratzoll beträgt. In 1.500 Metern über Meereshöhe gibt es weniger Luft über dem Ort und der atmosphärische Druck beträgt etwa 12 Pfund pro Quadratzoll. Wenn Menschen also sagen, die Luft sei „dünner“ in größeren Höhen, meinen sie damit: Der Druck ist niedriger, die Luftmoleküle sind weiter verteilt, und eine Lungenspitze Luft enthält in großer Höhe weniger Moleküle.
Sauerstoff
- Sauerstoff ist von besonderem Interesse, weil er das menschliche Leben erhält. Sauerstoff macht etwa 21 Prozent der Atmosphäre aus. Dieser Prozentsatz bleibt für alle Höhen innerhalb weniger Meilen von der Erdoberfläche gleich – erst Dutzende Meilen höher ändert sich die Chemie der Atmosphäre signifikant. Also ist Sauerstoff in großen Höhen immer noch 21 Prozent des gesamten Luftvolumens, es ist nur so, dass die Gesamtzahl der Moleküle in diesem Volumen abgenommen hat. Obwohl es zusätzliche Überlegungen gibt, weil die Mechanismen des menschlichen Körpers zur Sauerstoffverstoffwechslung komplex sind, lautet die allgemeine Regel, dass der verfügbare Sauerstoff sinkt, wenn der Druck sinkt. Also in 1.500 Metern Höhe ist der Druck 80 Prozent von dem auf Meereshöhe, und der verfügbare Sauerstoff ist ebenfalls 80 Prozent von dem auf Meereshöhe.
