Hay tres problemas separados aquí:

• Demasiado oxígeno, y el cuerpo humano (así como cualquier otro material orgánico) será altamente inflamable. Realmente no quieres vivir allí.
• Presión parcial de oxígeno demasiado alta o demasiado baja , y el metabolismo no funcionará correctamente.
• Los otros gases, o la falta de ellos, también pueden causar problemas

Entonces, una atmósfera con 100% de oxígeno no funcionará, debido al punto 1. Además, su atmósfera con 90% de CO2 no funcionará porque la alta concentración de CO2 lo matará.

Que las otras atmósferas al 10% funcionen depende de la presión total. Si la presión total es el doble que en la tierra, la presión parcial es la misma que en la tierra, y como los demás gases son inertes (ya sea nitrógeno como aquí en la tierra, o gases nobles), no deberían molestar demasiado en los suyos Sin embargo, a excepción del helio, tienen efectos narcóticos, por lo que las atmósferas de nitrógeno, argón y xenón tampoco serían las mejores para vivir, aunque las visitas temporales deberían ser un problema menor (gracias a Rob Watts por informarme). este problema). Además, también debería haber algo de CO2 para que la respiración funcione.

Con el 2% de la atmósfera, necesitará 10 veces más presión para obtener la misma presión parcial de oxígeno que en la Tierra. No estoy seguro de si el cuerpo humano podría tolerar eso durante un tiempo prolongado (durante un tiempo limitado ciertamente puede, como lo demuestran los buzos; es la presión que encuentras en la tierra bajo el agua a una profundidad de 90 metros). Sin embargo, a esas concentraciones, realmente debería tener helio como gas inerte.

Otro punto: en todo lo anterior, he asumido que el porcentaje es el que está en el suelo (porque allí también son válidos los valores de la atmósfera terrestre). En la tierra, la fracción de oxígeno disminuye con la altura porque el nitrógeno es ligeramente más ligero que el oxígeno. De los otros gases que mencionas, solo el helio es más liviano que el oxígeno; sin embargo, ese es mucho más liviano, por lo que en la atmósfera de helio-oxígeno, el porcentaje de oxígeno disminuirá rápidamente a medida que sube (tenga en cuenta, sin embargo, que la presión parcial no disminuirá más rápido que en nuestra atmósfera, asumiendo la misma gravitación) . Entonces, en la atmósfera de helio-oxígeno, ya una pequeña montaña te impedirá hacer fuego (pero aún no respirar).

Para los gases que son más pesados ​​que el oxígeno, la fracción de oxígeno crecerá a medida que subas. Sin embargo, la presión parcial seguirá bajando. Lo que da la situación aparentemente paradójica de que las cosas se queman mejor a mayor altura, mientras que tu cuerpo recibe menos oxígeno.

El oxígeno al 100% es peligroso: las cosas se quemarán, la oxigenación puede dañar los tejidos. El Apolo 1 tenía una atmósfera de oxígeno puro, no terminó bien. el oxigeno es toxico

90% CO2 te matará (no hay suficiente presión parcial de oxígeno en la hemoglobina)

El 2% de oxígeno no es suficiente.

10% de oxígeno con otros gases inertes (nitrógeno (no inerte, pero tampoco reactivo), helio) podría sobrevivir. Ver gas respirable trimix para buceo. Diferentes mezclas para diferentes usos y pro/com para helio y nitrógeno, y reducción de la presión parcial de oxígeno.

Parece que el xenón se usa para la anestesia, por lo que no le servirá de nada tenerlo en tal concentración. Gracias @duodécimo

El argón mejora el cambio de la embolia gaseosa, pero se usó para reemplazar el nitrógeno para acelerar la descompresión, por lo que parece NO ser venenoso de inmediato.

Aparentemente, los humanos bien entrenados y adaptados (con más hemoglobina en la sangre) pueden sobrevivir al 12% de oxígeno.

La imagen de esta página sobre los límites de la supervivencia humana muestra niveles peligrosos de hipoxia (poco oxígeno) e hiperoxia (demasiado oxígeno).

El duodécimo en su respuesta planteó un aspecto interesante: la densidad relativa de diferentes gases y la posibilidad de capas separadas. Mirando la tabla de densidad del gas , la densidad del aire (1,2 kg/m3) está cerca del oxígeno (1,3) y el nitrógeno (1,16), lo que no sorprende.

La densidad del helio (0,16) es el 10% del oxígeno, por lo que es probable que la atmósfera con una mezcla de oxígeno y helio formaría capas después de un corto tiempo, con más oxígeno en las capas inferiores, lo que provocaría una intoxicación por oxígeno. No es bueno. Peor aún: @Marky Mark tiene razón , el helio se escapa de la atmósfera terrestre .

El argón es un poco más pesado que el oxígeno (1,66), pero no mucho. Pero si tal capa de argón fuera posible y estable, todas las tierras bajas serían inhabitables. Por lo tanto, necesitaría agregar algunos vientos y turbulencias para mezclar las cosas. Incluso entonces, las minas y los sótanos no serían posibles sin ventilación activa, porque allí se acumularía argón más pesado, causando asfixia.

100% _O2

A presión atmosférica normal ( 101.325 kPa ) si tu único gas es O ₂ tendrás una presión parcial de 101.325 kPa de O ₂ ... letal, mortal y doloroso.

¡Hablemos de las consecuencias!

• Toxicidad por oxígeno : cuando la presión parcialO _{2 es} superior a 50 kPa , el oxígeno se vuelve tóxico .
  Síntomas:
  • Desorientación, problemas respiratorios, cambios en la visión como la miopía.
  • Las exposiciones prolongadas de O ₂ PP más altas o exposiciones más cortas pero muy altas pueden causar daño oxidativo a las membranas celulares, colapso de los alvéolos en los pulmones, desprendimiento de retina y convulsiones.
  • Mucho más, haga clic en el enlace para obtener más información.

₁₀ % O2 y 90% _N2

$$\left| \begin{array}{cc|ccc|c} \text{Gas}&\text{%}&\text{gr/mol}&\text{Mols}&\text{Fractal Mol}&\text{Partial Pressure (kPa)}\\ \text{O}_{2}&\text{10%}&31.9988&0.31&\text{8%}&8.98\\ \text{N}_{2}&\text{90%}&28.0134&3.21&\text{91%}&92.37\\ \text{Total}&\text{100%}&60.0122&3.52&\text{100%}&101.325 \end{array} \right|$$

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.

Valores:

• 10% O ₂ : 8,98 kPa O ₂
• 90% N ₂ : 92,34 kPa N ₂

Consecuencias:

• Valor bajo de oxígeno - Hipoxia : La presión parcial mínima segura de O ₂ es de 16 kPa y si la presión parcial de O ₂ cae por debajo de 13,3 kPa , los humanos sufren hipoxia.
  Los síntomas incluyen fatiga , entumecimiento /hormigueo de las extremidades, náuseas y anoxia. En hipoxia grave, o hipoxia de aparición muy rápida, ataxia , confusión/desorientación/ alucinaciones /cambio de comportamiento, cefaleas intensas /disminución del nivel de conciencia, papiledema , disnea , palidez ,taquicardia e hipertensión pulmonar que finalmente conducen a los signos tardíos de cianosis , frecuencia cardíaca lenta / cor pulmonale y presión arterial baja seguida de muerte.
  En otras palabras, una muerte dolorosa y lenta.
• Narcopsia nitrogenada: No, no te preocupes , no tienes narcopsia nitrogenada porque se desarrolla bajo presiones superiores a 240 kPa y 354 kPa , y solo tienes 92,34 kPa de N ₂ .

₁₀ % O2 y 90% Ar

$$\left| \begin{array}{cc|ccc|c} \text{Gas}&\text{%}&\text{gr/mol}&\text{Mols}&\text{Fractal Mol}&\text{Partial Pressure (kPa)}\\ \text{O}_{2}&\text{10%}&31.9988&0.31&\text{12%}&12.34\\ \text{Ar}&\text{90%}&39.948&2.25&\text{87%}&88.98\\ \text{Total}&\text{100%}&71.9468&2.56&\text{100%}&101.325 \end{array} \right|$$

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

Valores:

• ₁₀ % O2 : 12,34 kPa
• Ar 90 %: 88,98 kPa

Consecuencias:

• Valor bajo de oxígeno - Hipoxia : La hipoxia está en 13,3 kPa y usted tiene 12,34 kPa . (Ver arriba para leer los síntomas).
• Asfixia por argón : aunque el argón no es tóxico, es un 38 % más denso que el aire y, por lo tanto, se considera un gas asfixiante peligroso en áreas cerradas. Es difícil de detectar porque es incoloro, inodoro e insípido.
• Argón narcopsia : No sé mucho al respecto, pero creo que puede causar narcopsia como el nitrógeno.

₁₀ % O2 y ₉₀ % CO2

$$\left| \begin{array}{cc|ccc|c} \text{Gas}&\text{%}&\text{gr/mol}&\text{Mols}&\text{Fractal Mol}&\text{Partial Pressure (kPa)}\\ \text{O}_{2}&\text{10%}&31.9988&0.31&\text{13%}&13.44\\ \text{CO}_{2}&\text{90%}&44.01&2.04&\text{86%}&87.89\\ \text{Total}&\text{100%}&76.0088&2.35&\text{100%}&101.325 \end{array} \right|$$

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

Valores:

• ₁₀ % O2 : 13,43 kPa
• 90% CO2 : _87,89 kPa

Consecuencias:

• Valor casi bajo de oxígeno. No es hipoxia : la hipoxia está en 13,3 kPa y usted tiene 13,43 kPa . Puedes sobrevivir (inconsciente creo) pero no vivir , sufrirás mucho (y afectará tu salud).
• Valor demasiado alto de CO ₂ - Hipercapnia (intoxicación por dióxido de carbono) : La hipercapnia severa es causada por un incremento de 10 kPa de CO ₂ ...mmm... tienes 87,89 kPa , bastante más... que lo letal.
  Tenga cuidado con la toxicidad del dióxido de carbono , las concentraciones del 7% al 10% pueden causar asfixia, incluso en presencia de suficiente oxígeno, manifestándose como mareos, dolor de cabeza, disfunción visual y auditiva e inconsciencia dentro de unos minutos a una hora. (Usted tiene el 90 % ) Los síntomas y signos de hipercapnia temprana incluyen piel enrojecida, pulso lleno , taquipnea ,disnea , extrasístoles , espasmos musculares, aleteos de las manos, actividad neural reducida y posiblemente presión arterial elevada.
  Otros síntomas de hipercapnia leve pueden incluir dolor de cabeza, confusión y letargo. La hipercapnia puede inducir un aumento del gasto cardíaco, una elevación de la presión arterial y una propensión a las arritmias .
  En la hipercapnia severa, la sintomatología progresa a desorientación, pánico , hiperventilación , convulsiones , pérdida del conocimiento y finalmente la muerte .
  También aumentarás el ácido carbónico de tu sangre en un proceso llamado acidosis respiratoria .
  Además, recuerdas lo que dije sobre el gas asfixiante , bueno, el CO ₂ tiene los mismos resultados.

Podéis ver esta interesante tabla que encontré:

%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

Y esta foto:

Bueno, 6 minutos al 7 % de CO ₂ , piensa en el 90 % ...

10% O ₂ , 90% He

$$\left| \begin{array}{cc|ccc|c} \text{Gas}&\text{%}&\text{gr/mol}&\text{Mols}&\text{Fractal Mol}&\text{Partial Pressure (kPa)}\\ \text{O}_{2}&\text{10%}&31.9988&0.31&\text{1.37%}&1.38\\ \text{He}&\text{90%}&28.0134&22.48&\text{98.63%}&99.93\\ \text{Total}&\text{100%}&36.001402&22.79&\text{100%}&101.325 \end{array} \right|$$

Valores:

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

Consecuencias:

• Valor extremadamente bajo de oxígeno - Hipoxia : La hipoxia está en 13,3 kPa y usted tiene 1,38 kPa . (Ver arriba para leer los síntomas).
• Helio y voz : las frecuencias de resonancia más altas causadas por el gas (consulte el enlace para saber cómo) provocan un cambio en el timbre, lo que da como resultado una calidad vocal aflautada, similar a la de un pato.
• Gas asfixiante de helio : la inhalación de helio puede ser peligrosa si se hace en exceso, ya que el helio es un simple asfixiante y, por lo tanto, desplaza el oxígeno necesario para la respiración normal. Al 90% de él , es obvio que es letal.
• Narcopsia de helio : no sé mucho al respecto, pero creo que puede causar narcopsia como el nitrógeno.

₁₀ % O2 , 90% Xe

$$\left| \begin{array}{cc|ccc|c} \text{Gas}&\text{%}&\text{gr/mol}&\text{Mols}&\text{Fractal Mol}&\text{Partial Pressure (kPa)}\\ \text{O}_{2}&\text{10%}&31.9988&0.31&\text{31%}&31.72\\ \text{Xe}&\text{90%}&131.293&0.68&\text{68%}&69.59\\ \text{Total}&\text{100%}&163.29182&0.99&\text{100%}&101.325 \end{array} \right|$$

Valores:

• ₁₀ % O2 : 31,72 kPa
• 90 % Xe: 69,59 kPa

Consecuencias:

• Oxígeno alto pero no letal - Toxicidad de oxígeno : La toxicidad de oxígeno está por encima de 50 kPa y usted tiene 31,72 kPa , por lo que no tendrá esto, pero tal vez tenga otros problemas de salud.
  Altos valores de oxígeno producen estrés de oxígeno en tus células, también aumentan la oxidación de tu cuerpo (más radicales libres -especies reactivas de oxígeno- ) y esto aumentaría tu velocidad de envejecimiento, tumores, cáncer y muerte celular. Ver la teoría de los radicales libres del envejecimiento .
• El xenón y la voz : el xenón vibra más lentamente en las cuerdas vocales cuando se exhala y produce tonos de voz más bajos, un efecto opuesto a la voz de tono alto que se produce en el helio.
• El xenón no es tóxico por sí mismo : el xenón no es tóxico, aunque se disuelve en la sangre y pertenece a un grupo selecto de sustancias que penetran la barrera hematoencefálica , provocando una anestesia quirúrgica de leve a total cuando se inhala en altas concentraciones con oxígeno.
• Anestesia de xenón : el xenón se ha utilizado como anestésico general , creo (cita necesaria) que se usa un 30% de Xe como anestésico.
  Los gases densos como el xenón se pueden respirar de forma segura cuando se mezclan con al menos un 20 % de oxígeno; lamentablemente, solo tienes un 10 % de oxígeno. El xenón al 80% de concentración junto con el 20% de oxígeno produce rápidamente la inconsciencia de la anestesia general.
• Gas asfixiante xenón : Al igual que el argón y otros gases inertes, puede ser un gas asfixiante porque tiene más peso que el O ₂ y puede llenar la superficie de un planeta con un 100 % de gas inerte (el O ₂ volará hacia arriba).

2% O ₂ , 98% de otros elementos que no son tóxicos

Bueno, lamentablemente puedo hacer cálculos porque no sé la masa molecular de otros elementos, pero al menos puedo decir con seguridad que obviamente morirías de hipoxia .

Espero que esto te ayude, perdón por la publicación larga, odio la publicación larga pero pides demasiadas atmósferas. Si desea obtener más información, consulte mis otras respuestas: esta y esta .

100% oxígeno, nada más - no, el cuerpo humano subiría como un galón de gasolina con una chispa de electricidad estática, además de ser tóxico.

10% de oxígeno, 90% - dióxido de carbono El dióxido de carbono de %7 puede matar, la exposición a largo plazo a %.5 puede causar problemas de salud.

para que el resto de los humanos funcione bien, se necesitan ~20 de oxígeno. Menos del 19,5 % y comienza a sentir efectos graves y, en general, es probable que el 10% provoque problemas graves de salud, incluida la muerte.

• 10% oxígeno, 90% nitrógeno
• 10% oxígeno, 90% argón
• 10% oxígeno, 90% helio
• 10% oxígeno, 90% xenón
• 2% de oxígeno, 98% de otros elementos que no son tóxicos

10% es muy poco y no funcionaría. Si lo aumentaste al 20%:

100% oxígeno:

• Creo que entraríamos en combustión espontánea... esto también es tóxico.

20% oxígeno, 80% nitrógeno

• bastante cerca de lo que vivimos ahora. El oxígeno y el nitrógeno tienen aproximadamente el mismo peso y se mezclan muy bien.

20% oxígeno, 80% argón

• Cuando el nitrógeno tiene aproximadamente el mismo peso y se mezcla bien con el oxígeno, el argón es varias veces más pesado que el oxígeno y, por lo tanto, tiende a hundirse hasta el fondo. En una escala atmosférica, esto terminaría en muerte ya que la superficie vería argón al 100% con todo el oxígeno relegado a los niveles más altos de la atmósfera.
• Podemos respirar mezclas de argón y oxígeno... de hecho, el argón se considera dopaje para fines olímpicos.
• La presión de esta atmósfera será significativamente mayor... el argón pesa mucho.

20% oxígeno, 80% dióxido de carbono

-El dióxido de carbono es tóxico a este nivel, moriríamos.

20% oxígeno, 80% helio

• Algo divertido, pero esto podría terminar como el escenario de oxígeno al 100% nuevamente. El helio es lo suficientemente liviano como para que los dos gases se acumulen, cerca del 100% de oxígeno en la superficie y el 100% de helio en la atmósfera superior.

20% oxígeno, 80% xenón

• El xenón es pesado y tendrá los mismos problemas que el argón... nos asfixiaríamos bastante rápido y probablemente seríamos aplastados por el peso de la atmósfera.
• Podemos respirarlo, pero nos deja inconscientes bastante rápido... funciona como un anestésico bastante fuerte (respirar 20 % de oxígeno y 80 % de xenón te dejará inconsciente más rápido que los anestésicos generales que se usan en los hospitales) y encaja en la categoría de dopaje para las Olimpiadas.
• El xenón también se considera tóxico... se disuelve en plásticos y caucho.

Edite en una advertencia: no estoy seguro de cómo cambia el agua (humedad del aire) en estos entornos. Por ejemplo, el agua se difunde mucho más rápido en el helio, lo que debería significar que la humedad se difunde más rápido y dificulta aún más la formación de nubes.

Básicamente necesitas oxígeno para respirar. Todo lo demás no es estrictamente necesario. Los límites que estás dispuesto a tomar dependen de qué tanto alpinista y qué tan buzo seas.

Estos dos artículos explican los límites superior e inferior de la presión parcial de oxígeno para humanos: https://en.wikipedia.org/wiki/High-altitude_adaptation_in_humans https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_operating_ depth

Donde viven los habitantes de las tierras altas tibetanas, el nivel de oxígeno es solo alrededor del 60% del nivel del mar. La mayoría de las personas tolerará este nivel como mínimo, por lo que tendrá ~100 mbar/10 kpa de oxígeno puro como "atmósfera mínima". Respirar oxígeno puro funciona bien, como le dirá cualquier buzo técnico. Aún así, todo lo que no esté mojado o sea inflamable se quemará MUY fácilmente. Un poco de aceite y una chispa y tienes un GRAN fuego.

Luego, debe asegurarse de que la cantidad de muchos gases que son más o menos venenosos no sea demasiado alta. Hay una presión parcial para cada gas que deberá mantener por debajo de un umbral.

Presiones parciales máximas para algunos gases

• El oxígeno se ha tratado anteriormente, por ejemplo, 1,6 bar; consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_operating_ depth

• Nitrógeno - p. ej., 6 bares - consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_narcosis

• Hidrógeno - por ejemplo, 50 bar - ver https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_narcosis

• Argón y similares, por ejemplo, 1 barra, consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Argox

• CO2 - por ejemplo, 100 mbar - consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide#Toxicity

Algunos efectos pueden ser aditivos. Puede establecer una atmósfera, por ejemplo, que consista en 1 parte de O2, 40 partes de H2, 5 partes de He y 5 partes de N2 a una presión total de cincuenta veces la presión en la tierra y podría respirarla, aunque sentirá que el aire está muy " piensa" y tendrás que acostumbrarte. También podrías vivir en una atmósfera 500 veces más delgada compuesta de oxígeno puro. Eso es sobre los límites para los humanos.