A bennünket körülvevő, éltető semmi

Hajlamosak vagyunk azt mondani a levegőre, hogy semmi.
Ha például egy pohár áll az asztalon, amiben nincs folyadék, azt mondjuk üres, nincs benne semmi. Pedig tele van levegővel, az pedig egyáltalán nem semmi, bár jelenlétéről csak közvetve szerzünk tudomást.
Egy 2 deciliteres pohárban, amikor "üres" a levegőt alkotó gázok 5x10²¹ molekulája található, aminek a 78% nitrogén, 21%-a oxigén, a többi pedig sokféle egyéb gáz, továbbá vízgőz, por, stb. Szóval azért ez nem semmi.
Ennek a Földünket körülölelő "semminek", a földi légkörnek az összes tömege 5,2 x 10¹⁵ tonna, ami tényleg nem semmi.

Nézzünk széjjel egy kicsit "levegőügyben", tekintsük át hatásait, következményeit, észlelésének szemléletes eseteit.

Ez a - Föld méretéhez viszonyított arányaiban a tojáshéjnál is vékonyabb - gázburok életünk egyik legfontosabb alapja.
Ezt lélegezzük be, ez véd meg minket a külső hatásoktól (napsugárzás, kozmikus sugárzás, meteorok), ez biztosítja a folyékony víz jelenlétét - ami az élet másik fontos alapja.
Mivel azonban közvetlenül csak bizonyos esetekben észlelhető, az emberiség elég sokára ismerte meg tényleges mibenlétét.

Ha szélcsendben ücsörgünk akkor szinte észlelhetetlen, bár a légzésünk azért elég jó bizonyíték arra, hogy van egy "láthatatlan valami" amit rendszeresen beszívunk és kifújunk. Valószínűleg arra is hamar rájöttek, hogy akit megakadályoznak ebben, az nem lesz hosszú életű...
Ennek ellenére csak az 1700-as évek második felében állapította meg Lavoisier a levegő összetételét és azt, hogy mi a fenének szívják be és fújják ki az élőlények ezt a "láthatatlan valamit".

Persze amikor erős szél van, netán szélvihar, akkor nagyon szemléletessé válik, hogy a levegő nem semmi. Ilyet bizonyára már nagyon régen is megfigyeltek.

Azt is nagyon hamar megfigyelhették, hogy a madarak, rovarok, stb. repülnek és a falevél nem úgy esik le, mint egy darab kő. (Bár egészen Galilei híres ejtési kísérletéig az volt a "hivatalos vélemény", hogy a nehezebb tárgyak gyorsabban esnek és a légellenállás szerepéről nem sokat tudtak.)

A vitorlás hajók esetén is biztosan jól megfigyelték, hogy mekkora ereje van az áramló levegőnek, vagyis a szélnek. A hajókon alkalmazott jelentős méretű vitorlafelületeken bizony komoly erőhatások jelentkeztek.
Gondoljunk arra, hogy egy sokkal kisebb esernyőre, 72 km/órás (viharos) szélben 320 N erő hat. Egy kisebb gyereket ez már elsodor, vagy egyszerűen kifordítja az ernyőt.
Kétszer ekkora szélsebességnél már négyszer ekkora erőhatás keletkezik. Ilyen erős szélben már egy felnőtt ember sem tud megállni.

Azokon a sebességeken, amit a "komolyabb járművek" megjelenése előtt tapasztalhattak az emberek nem volt jelentős hatása a légellenállásnak. Egy lovas kocsit még nem kellett áramvonalasra kialakítani. Bár azt azért biztosan megfigyelték, hogy a madarak "törekednek az áramvonalasságra", hiszen ők lényegesen nagyobb sebességeket érnek el.
A mostani járművek esetén, már rendkívül fontos az áramvonalas kialakítás. Már a közúton megengedett 90 km/órás sebesség esetén is jóval nagyobb teljesítményhányad szükséges a légellenállás, mint a súrlódás legyőzéséhez.
A légellenállás a sebességgel négyzetesen nő. Ez kozmikus sebességeknél már egészen drámai hatásokat produkál. Gondoljunk az űrrepülőgép katasztrófájára (a képen). A kb. 20.000 km/órás sebességgel beérkező Columbiát már a 100 km magasságban lévő, nagyon ritka légkör fékező hatása is megolvasztotta, megsemmisítette.

A Földünket körülvevő gázburok minden négyzetcentiméterre 1 kg-nyi erővel hat a súlya miatt, ezt nevezzük légnyomásnak. Torricelli találta fel 1643-ban a légnyomás mérésére alkalmas eszközt a higanyos barométert és megállapította, hogy légnyomás kb. 76 cm-es higanyoszlopot képes megtartani. (Vízzel is lehetne ugyanilyen eszközt készíteni, csak kicsit kényelmetlen lenne három emelet magasan leolvasni, ugyanis 10 méteres vízoszlopot tart meg a levegő nyomása a tengerszinten.

Otto von Guericke német fizikus az 1600-as évek első felében mutatta be híres kísérletével a levegő nyomásának erejét. Két egymáshoz illesztett réz félgömbből kiszivattyúzták a levegőt, és azokat akkora erővel szorította össze a külső légnyomás, hogy 8 - 8 ló nem tudta széthúzni.

A hegymászók egyébként azt is bizonyára megfigyelték, hogy ez a semmi, ami körülvesz minket a magasabb hegyeken már még inkább semmi. Nagyobb magasságokban már kapkodhatjuk a levegőt és a bableves sem fő meg, mert a kisebb légnyomáson alacsonyabb hőmérsékleten forr a víz.
Nagyon szemléletes egyébként a légnyomás hatása, ha mondjuk 2000 méter magasságban légmentesen bezárunk egy üres PET palackot és levisszük a tengerpartra, (vagy legalább jóval kisebb magasságba).

A légkör "optikai hatásai" is jelentősek.
Mióta űrhajózgatunk, jól tudjuk, hogy milyen másak a fényhatások egy gázburok nélküli égitesten.
Megszoktuk, hogy ott is világos van, ahová nem süt a Nap. Ez is a légkörnek "köszönhető". A Holdon az árnyékban teljesen sötét van!
Jól megfigyelhető jelenség a délibáb is (a képen), ami szintén a levegő fénytörésének következménye. Az eltérő hőmérsékletű légrétegek nem egyformán törik meg a fényt.

További érdekességek a légkörről, a levegőről

A Földünket körülölelő egyre ritkuló, néhány száz kilométer vastagságú gázburok részecskéi átlagosan 500 km/másodperc sebességgel száguldoznak, de vannak közöttük ennél jóval gyorsabban mozgók is.

A légkört alkotó gázok és egyéb anyagok részecskéire ugyanúgy hat a gravitáció, mint bármilyen más anyagra. Ennek alapján arra gondolhatnánk, hogy ezeknek az anyagoknak le kellene hullaniuk a felszínre. Ezzel szemben az említett részecskék rugalmas golyókként pattannak vissza a felszínről, illetve pattannak el egymástól és ennek megfelelően töltik ki a Föld felszíne fölött az említett tartományt.

A gázmolekulák átlagos sebessége alapján legfeljebb 13 km magasságig juthatna fel a gázburok. Mivel azonban vannak ennél 2-szer, 3-szor, vagy még többször nagyobb sebességgel mozgók is, még 3-400 kilométeres magasságban is található valamennyi gáz. Vannak köztük olyanok is, amelyek elérhetik a szökési sebességet és végleg eltávoznak a bolygóközi térbe.
A részecskék sebességének iránya is véletlenszerűen változó és a "összhatás" következtében légkörünk a felszín közelében a legsűrűbb és felfelé egyre ritkább.

A levegőt alkotó részecskék mozgásának köszönhető, hogy az illatok, szagok előbb-utóbb szétterjednek, akkor is, ha egyébként nincs légáramlás. A hagyma "illata" előbb-utóbb betölti az egész lakást...

A levegő nem csak gázokat, hanem pl. vízgőzt és apró szilárd szemcséket is tartalmaz.
Ezeket a részecskéket is magukkal taszigálják az izgő-mozgó gázmolekulák és mindenhová eljuttatják, ahol a levegő jelen van. Ezek a szilárd anyagok azonban idővel kiülepednek, lehullnak.
Ennek "áldásos" következménye a tárgyakra lerakódó por.

Por és egyéb szilárd anyagok (pl. textilszálak) lerakódása egy szobanövény levelén.

Még egy érdekes adat a légkörrel kapcsolatban.
A földi élet egyik legfontosabb "védelmezője" a 20-60 km magasságban elhelyezkedő ózonréteg, ha a felszínre "lehoznánk" mindössze 3 mm vastagon borítaná be a Földet!

Felhasznált irodalom