Los límites de la biología humana: tolerancias atmosféricas (#1)

Esta es la primera pregunta de una serie sobre los límites físicos del cuerpo humano.

La intención de esta serie es ilustrar los límites superiores e inferiores de la biología humana con el fin de construir mundos en los que puedan (o no) sobrevivir.

Otras preguntas: (obviamente, esto se actualizará a medida que se hagan otras preguntas en la serie).

Preguntas:

Cuáles son los máximos posibles y mínimos necesarios para que el cuerpo humano funcione correctamente, en porcentaje de la atmósfera cerca del nivel del mar.

  1. Oxígeno

Las preguntas futuras cubrirán:

  1. Nitrógeno
  2. Hidrógeno

Restricciones:

  • Los seres humanos deben ser capaces de funcionar al menos con la eficiencia suficiente para proporcionar alimentos, agua y refugio sin la ayuda de combustibles de hidrocarburos (básicamente tecnología preindustrial, anterior a la pólvora).

Esto puede ser en forma de agricultura o caza. Los seres humanos aún necesitan poder esforzarse físicamente sin que la atmósfera limite indebidamente su capacidad para hacerlo.

Esto parece una pregunta para Biology SE en lugar de Worldbuilding ...
@Frostfyre Hmmm... Siento que tiene mucho uso aquí... especialmente con la serie planificada que tengo en mente, pero veo tu punto... ideas para mejorarlo específicamente para la construcción de mundos o deberíamos simplemente ¿Déjalo caer? He tenido esta serie en mente para el tema del desafío...
Tengo algo similar en mente, por lo que no he votado para cerrarlo (todavía). Realmente no veo una manera de hacer esto más sobre la construcción de mundos. Esperaré a ver qué opina la comunidad.
Mi sensación es que una serie de preguntas como esta sería un gran recurso seguro... PERO tenemos biología SE así que... sí... veo ambos lados. Le señalé esto a los moderadores para que lo pongan en espera hasta que arreglemos lo que decidamos.
Ya proporcioné respuestas a esta pregunta, aunque la pregunta formulada podría ser diferente. ¿Puedo vincular mi respuesta a esta pregunta?
@James hecho. Hubo un voto por fuera de tema y otro por poco claro; Fui con este último semi-arbitrariamente.

Respuestas (1)

Solo pregúntale a la NASA, ya lo han estudiado con bastante cuidado.

El gráfico clave es
Siempre que mantenga la concentración de hidrógeno por debajo del 4% (a la presión y temperatura normales de la atmósfera terrestre), no es una mezcla inflamable. No sé dónde puede encontrar los límites de inflamabilidad en forma de gráfico, pero el artículo de Wikipedia sobre límites de inflamabilidad enumera la fórmula para estimar esto en función de diferentes composiciones atmosféricas. Para concentraciones bajas de H2 (para evitar incendios), puede ver que las líneas son casi planas en el borde derecho del gráfico, por lo que probablemente pueda ignorar el hidrógeno por tolerancia ambiental.

Leyendo algunos valores específicos de la tabla, para presiones a nivel del mar, un contenido de oxígeno de aproximadamente 12% a 62% se considera seguro, es decir, un ser humano con salud normal puede sobrevivir indefinidamente sin consecuencias negativas. En el rango del 9% al 12% de las personas que se han aclimatado a un ambiente con poco oxígeno estarán bien ya que el cuerpo se adaptará a los cambios en la sangre y los pulmones para sobrevivir a niveles más bajos de oxígeno. También tenga en cuenta que con niveles bajos de oxígeno puede haber algunas molestias (dificultad para respirar), pero nada de importancia real, aunque sus habilidades atléticas se verán reducidas.

Por encima del 62%, el aumento de oxígeno (a la presión del nivel del mar) es al menos algo tóxico, aunque a presiones mucho más altas, el oxígeno puro también puede ser fatal rápidamente. Como muestra el gráfico, 24 horas de oxígeno puro no serán un problema grave (aunque los riesgos de incendio son graves).

El nitrógeno es seguro en cualquier cantidad al nivel del mar (suponiendo que aún tenga suficiente oxígeno). A presiones más altas, la narcosis se vuelve importante, es decir, el nitrógeno (casi todos los gases inertes también) lo duerme, lo intoxica, etc. El nivel exacto del gas inerte requerido para la narcosis varía según el tipo.

También se requiere una pequeña cantidad de CO2 para la regulación de la respiración, etc.

Tenga en cuenta que sin fuego u otra fuente de ignición, cualquier H 2 o C H 4 en la atmósfera reaccionará lentamente con el O 2 y desaparecer sin una reposición constante. Hay un % de H 2 en el que la mezcla se vuelve explosiva. No recuerdo el % para H 2 pero yo pienso C H 4 ronda el 15%.
Por encima de cierto % de H 2 , la mezcla ya no es inflamable (no hay suficiente oxidante en la mezcla).
El enlace a la imagen parece estar roto.
Gary, para aquellos de nosotros que no estamos muy familiarizados con la ciencia, ¿puedes explicarnos lo que muestra el gráfico?
Se agregó una descripción verbal de algunas partes del gráfico.
Jim2B: estaba bastante seguro de que estaba equivocado acerca de la estabilidad de la mezcla de H2 y O2, encontré un artículo que lo confirma. La mezcla es notablemente estable a temperatura ambiente, miles de millones de años estable. arrow.utias.utoronto.ca/~ogulder/ClassNotes3.pdf
@GaryWalker, la frase clave de esas notas de clase es "cualquier reacción directa " entre los dos es cero. Los gases reaccionan pero lo hacen a través de intermediarios . Debería saberlo, pasé 7 años trabajando en este problema de química computacional para mi tesis. Las 6 especies involucradas son O 2 , H 2 , O , H , O H , H 2 O . Otros juegan papeles menores, pero aquí es donde está toda la acción. Hay mezclas que no son inflamables (o muy poco H 2 o O 2 ), hay mezclas que son inflamables y hay mezclas que son detonables.
Bueno, supongo que estoy corregido. Cualquier marco de tiempo aproximado sobre cuánto tiempo llevaría convertir el 50 % del hidrógeno en una mezcla de H2/O2 en STP. En una atmósfera abierta, los rayos UV, los rayos, etc. presumiblemente harían esto mucho más rápido (especialmente si explota), pero estaba pensando en usarlo en una nave espacial ... Mi química era para mi título de ingeniería, por lo que solo valen 2 años.
Los límites de la biología humana: tolerancias atmosféricas (#1)
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