Здесь есть три отдельных вопроса:

• Слишком много кислорода, и человеческое тело (как и любой другой органический материал) будет легко воспламеняться. Вы не очень хотите там жить.
• Слишком высокое или слишком низкое парциальное давление кислорода , и метаболизм не будет работать правильно.
• Другие газы или их отсутствие также могут вызывать проблемы.

Таким образом, 100% кислородная атмосфера не будет работать из-за пункта 1. Также ваша 90% атмосфера CO2 не будет работать, потому что высокая концентрация CO2 убьет вас.

Будут ли работать остальные 10% атмосфер, зависит от общего давления. Если полное давление в два раза выше, чем на Земле, то и парциальное давление такое же, как на Земле, а так как остальные газы инертны (либо азот, как здесь, на Земле, либо инертные газы), то они не должны сильно беспокоить их. Однако, за исключением гелия, они обладают наркотическим эффектом, поэтому атмосфера азота, аргона и ксенона также не будет лучшей для жизни, хотя временные посещения должны быть менее проблематичными (спасибо Робу Уоттсу за то, что он сообщил мне об Эта проблема). Кроме того, для работы дыхания также должно быть некоторое количество CO2.

С 2% атмосферы вам потребуется в 10 раз больше давления, чтобы получить такое же парциальное давление кислорода, как на Земле. Я не уверен, сможет ли человеческое тело выдержать это в течение длительного времени (в течение ограниченного времени, конечно, может, как доказывают дайверы; это давление, которое вы найдете на земле под водой на глубине 90 метров). Однако при таких концентрациях у вас действительно должен быть гелий в качестве инертного газа.

Еще один момент: во всем вышеизложенном я предполагал, что процент равен проценту на земле (потому что там также действительны значения земной атмосферы). На Земле доля кислорода уменьшается с высотой, потому что азот немного легче кислорода. Из других газов, которые вы упомянули, только гелий легче кислорода; однако тот намного легче, поэтому в гелий-кислородной атмосфере процентное содержание кислорода будет быстро падать по мере подъема (заметьте, однако, что парциальное давление будет падать не быстрее, чем в нашей атмосфере, при той же гравитации). . Так что в гелий-кислородной атмосфере уже небольшая гора будет мешать вам разводить огонь (но еще не дышать).

Для газов, которые тяжелее кислорода, доля кислорода будет расти по мере подъема. Однако парциальное давление все равно будет снижаться. Что дает, казалось бы, парадоксальную ситуацию, что вещи лучше горят на большей высоте, а ваше тело получает меньше кислорода.

100% кислород опасен - вещи сгорят, оксигенация может повредить ткани. У «Аполлона-1 » была чистая кислородная атмосфера, что не очень хорошо закончилось. кислород токсичен

90% CO2 вас убьет (недостаточное парциальное давление кислорода в гемоглобине)

2% кислорода недостаточно.

10% кислорода с другими инертными газами (азотом (не инертным, но и не реактивным), гелием) можно было бы выжить. См. дыхательный газ тримикс для подводного плавания. Разные смеси для разного применения, и pro/com для гелия и азота, и понижение парциального давления кислорода.

Судя по всему, ксенон используется для анестезии, так что в такой концентрации он вам не поможет. Спасибо @Twelfth

Аргон усиливает изменение газовой эмболии, но он использовался для замены азота для ускорения декомпрессии, поэтому он НЕ сразу становится ядовитым.

По-видимому, хорошо обученные и адаптированные люди (с большим количеством гемоглобина в крови) могут пережить 12% кислорода.

Изображение на этой странице о пределах человеческого выживания показывает опасные уровни гипоксии (низкий уровень кислорода) и гипероксии (слишком много кислорода).

Двенадцатый в своем ответе затронул интересный аспект: относительная плотность различных газов и возможность отдельных слоев. Глядя на таблицу плотности газа , плотность воздуха (1,2 кг/м3) близка к кислороду (1,3) и азоту (1,16) — ничего удивительного в этом нет.

Плотность гелия (0,16) составляет 10% от кислорода, поэтому, вероятно, атмосфера со смесью кислорода и гелия через короткое время образовала бы слои с большим количеством кислорода в нижних слоях, что привело бы к кислородному отравлению. Нехорошо. Еще хуже: @Marky Марк прав , гелий действительно выходит из атмосферы Земли .

Аргон немного тяжелее кислорода (1,66), но ненамного. Но если бы такой слой аргона был возможен и стабилен, все низменности были бы необитаемы. Так что вам нужно будет добавить немного ветра и турбулентности, чтобы все перепутать. Даже тогда шахты и подвалы были бы невозможны без активной вентиляции, потому что там скапливался бы более тяжелый аргон, вызывая удушье.

100% О ₂

При нормальном атмосферном давлении ( 101,325 кПа ), если вашим единственным газом является O ₂ , у вас будет парциальное давление O ₂ 101,325 кПа ... смертельно, смертельно и болезненно.

Поговорим о последствиях!

• Кислородная токсичность : Когдапарциальное давление _{O 2} превышает 50 кПа , кислород становится токсичным .
  Симптомы:
  • Дезориентация, проблемы с дыханием, изменения зрения, такие как близорукость.
  • Длительное воздействие более высокого содержания O ₂ PP или более короткое воздействие, но очень сильное, может вызвать окислительное повреждение клеточных мембран, коллапс альвеол в легких, отслойку сетчатки и судороги.
  • Многое другое, нажмите на ссылку для получения дополнительной информации.

10 % О ₂ и 90 % Н ₂

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

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.

Ценности:

• 10% О ₂ : 8,98 кПа О ₂
• 90% N ₂ : 92,34 кПа N ₂

Последствия:

• Низкое содержание кислорода - гипоксия : минимальное безопасное парциальное давление O ₂ составляет 16 кПа , и если парциальное давление O ₂ падает ниже 13,3 кПа , люди страдают от гипоксии.
  Симптомы включают утомляемость , онемение /покалывание конечностей, тошноту и аноксию. При тяжелой гипоксии или гипоксии с очень быстрым началом атаксия , спутанность сознания/дезориентация/ галлюцинации /изменение поведения, сильные головные боли /снижение уровня сознания, отек диска зрительного нерва , одышка , бледность ,тахикардия и легочная гипертензия , в конечном итоге приводящие к поздним признакам цианоза , замедлению сердечного ритма / легочного сердца и низкому кровяному давлению с последующей смертью.
  Другими словами, мучительная и медленная смерть.
• Азотная наркопсия: Нет, не волнуйтесь , у вас нет азотной наркопсии, потому что она развивается при давлениях выше 240 кПа и 354 кПа , а азота у вас всего 92,34 _кПа .

10% O ₂ и 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>.

Ценности:

• 10% О ₂ : 12,34 кПа
• 90% Ar: 88,98 кПа

Concequesces:

• Низкое значение кислорода - Гипоксия : Гипоксия составляет 13,3 кПа , а у вас 12,34 кПа . (См. выше, чтобы прочитать симптомы).
• Аргоновая асфиксия : хотя аргон нетоксичен, он на 38% плотнее воздуха и поэтому считается опасным удушающим газом в закрытых помещениях. Его трудно обнаружить, потому что он бесцветный, без запаха и вкуса.
• Аргоновая наркопсия : я мало что знаю об этом, но я думаю, что это может вызвать наркопсию, как нитро.

10% О ₂ и 90% СО ₂

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

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

Ценности:

• 10% О ₂ : 13,43 кПа
• 90% CO ₂ : 87,89 кПа

Concequesces:

• Почти низкое значение кислорода - Не Гипоксия : Гипоксия составляет 13,3 кПа , а у вас 13,43 кПа . Вы можете выжить (я думаю, без сознания), но не жить , вы будете много страдать (и это повлияет на ваше здоровье).
• Слишком высокое значение CO ₂ - Гиперкапния (Отравление углекислым газом) : Тяжелая гиперкапния вызывается увеличением на 10 кПа CO ₂ ...ммм... у вас 87,89 кПа , что намного больше... чем смертельное.
  Будьте осторожны с токсичностью двуокиси углерода , концентрации от 7% до 10% могут вызвать удушье, даже при наличии достаточного количества кислорода, что проявляется головокружением, головной болью, нарушениями зрения и слуха и потерей сознания в течение от нескольких минут до часа. (У вас 90% ). Симптомы и признаки ранней гиперкапнии включают покраснение кожи, полный пульс , тахипноэ ,одышка , экстрасистолы , подергивания мышц, взмахи руками, снижение нервной активности и, возможно, повышение артериального давления.
  Другие симптомы легкой гиперкапнии могут включать головную боль, спутанность сознания и вялость. Гиперкапния может вызывать увеличение сердечного выброса, повышение артериального давления и склонность к аритмиям .
  При тяжелой гиперкапнии симптоматика прогрессирует до дезориентации, паники , гипервентиляции , судорог , потери сознания и, в конечном итоге, смерти .
  Также вы повысите содержание углекислоты в крови в результате процесса, называемого респираторным ацидозом .
  Кроме того, вы помните, что я сказал об удушающем газе , ну, CO ₂ имеет те же результаты.

Вы можете увидеть эту интересную таблицу , которую я нашел:

%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

И это фото:

Ну 6 минут при 7% СО ₂ , подумаешь при 90% ...

10% О ₂ , 90% Не

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

Ценности:

• 10% О ₂ : 1,38 кПа
• 90% He: 99,93 кПа

Последствия:

• Чрезвычайно низкое значение кислорода - Гипоксия : Гипоксия составляет 13,3 кПа , а у вас 1,38 кПа . (См. выше, чтобы прочитать симптомы).
• Гелий и голос : более высокие резонансные частоты, вызванные газом (см. ссылку, чтобы узнать, как это сделать), вызывают изменение тембра, что приводит к пронзительному, утиному вокалу.
• Удушающий газ гелий : чрезмерное вдыхание гелия может быть опасным, поскольку гелий является простым удушающим средством и поэтому вытесняет кислород, необходимый для нормального дыхания. На 90% Хе очевидно, что это летально.
• Гелиевая наркопсия : я мало что знаю об этом, но я думаю, что это может вызвать наркопсию, как нитро.

10% О ₂ , 90% Хе

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

Ценности:

• 10% О ₂ : 31,72 кПа
• 90% Хе: 69,59 кПа

Последствия:

• Высокий, но не смертельный кислород - Кислородная токсичность : Кислородная токсичность выше 50 кПа , а у вас 31,72 кПа , поэтому у вас не будет этого, но, возможно, у вас будут другие проблемы со здоровьем.
  Высокие значения кислорода вызывают кислородный стресс в ваших клетках, а также увеличивают окисление вашего тела (больше свободных радикалов - реактивных форм кислорода ), и это может увеличить скорость вашего старения, опухоли, рак и гибель клеток. См. свободнорадикальную теорию старения .
• Ксенон и голос : Ксенон медленнее вибрирует в голосовых связках при выдохе и производит более низкие тона голоса, эффект, противоположный высокому тону голоса, производимому гелием.
• Ксенон сам по себе не токсичен : ксенон нетоксичен, хотя он растворяется в крови и принадлежит к избранной группе веществ, которые проникают через гематоэнцефалический барьер , вызывая хирургическую анестезию от легкой до полной при вдыхании в высоких концентрациях с кислородом.
• Ксеноновая анестезия : ксенон использовался в качестве общего анестетика , я думаю (нужна цитата), что 30% Xe используется как анестетик.
  Плотные газы, такие как ксенон, можно безопасно вдыхать, если они смешаны как минимум с 20% кислорода, к сожалению, у вас всего 10% кислорода. Ксенон в концентрации 80% вместе с 20% кислорода быстро вызывает потерю сознания при общей анестезии.
• Ксенон удушающий газ : Подобно аргону и другим инертным газам, он может быть удушающим газом, потому что он имеет больший вес, чем О ₂ , и может заполнить поверхность планеты 100% инертным газом (О ₂ будет летать вверх).

2% O ₂ , 98% других нетоксичных элементов

Что ж, к сожалению, я могу произвести расчеты, потому что не знаю молекулярной массы других элементов, но, по крайней мере, я могу с уверенностью сказать, что вы, очевидно, умрете от гипоксии .

Я надеюсь, что это поможет вам, извините за длинный пост, я ненавижу длинные посты, но вы просите слишком много атмосферы. Если вам нужна дополнительная информация, проверьте мои другие ответы: this и this .

100% кислород, ничего больше - нет, человеческое тело взорвется, как галлон бензина от искры статического электричества, к тому же оно токсично.

10% кислорода, 90% - двуокись углерода Углекислый газ %7 может убить, длительное воздействие %.5 может вызвать проблемы со здоровьем.

для остальных людей, чтобы нормально работать, требуется ~ 20 кислорода . Менее 19,5% , и вы начинаете чувствовать серьезные последствия, и в целом 10% может привести к серьезным проблемам со здоровьем, включая смерть.

• 10% кислорода, 90% азота
• 10% кислород, 90% аргон
• 10% кислорода, 90% гелия
• 10% кислород, 90% ксенон
• 2% кислорода, 98% других нетоксичных элементов

10% слишком мало и не сработает. Если вы увеличили его до 20%:

100% кислород:

• Я думаю, что мы бы спонтанно воспламенились... это тоже токсично.

20% кислорода, 80% азота

• довольно близко к тому, в чем мы живем сейчас. Кислород и азот имеют примерно одинаковый вес и очень хорошо смешиваются.

20% кислород, 80% аргон

• Если азот имеет примерно такой же вес и хорошо смешивается с кислородом, то аргон в несколько раз тяжелее кислорода и поэтому стремится опуститься на дно. В атмосферном масштабе это закончилось бы смертью, поскольку на поверхности был бы 100% аргон, а весь кислород переместился бы на более высокие уровни атмосферы.
• Мы можем дышать смесью аргона и кислорода... на самом деле аргон считается допингом для олимпийских целей.
• Давление этой атмосферы будет значительно выше... аргон много весит.

20% кислорода, 80% углекислого газа

-Углекислый газ токсичен при таком уровне, мы бы умерли.

20% кислорода, 80% гелия

• Довольно забавно, но это может снова закончиться сценарием со 100% кислородом. Гелий достаточно легкий, чтобы образовались слои двух газов: около 100% кислорода на поверхности и 100% гелия в верхних слоях атмосферы.

20% кислород, 80% ксенон

• Ксенон тяжелый, и у него будут те же проблемы, что и у аргона... мы довольно быстро задохнемся и, вероятно, будем раздавлены тяжестью атмосферы.
• Мы можем вдохнуть его, но он вырубает нас довольно быстро... он работает как довольно сильный анестетик (вдыхание 20% кислорода и 80% ксенона вырубит вас быстрее, чем общий наркоз, используемый в больницах) и относится к категории допинга для Олимпийские игры.
• Ксенон также считается токсичным... он растворяется в пластике и резине.

Отредактируйте с оговоркой - я не уверен, как вода (влажность воздуха) меняется в этих средах. Например, вода диффундирует в гелии намного быстрее, что должно означать, что влажность распространяется быстрее и еще больше затрудняет формирование облаков.

Вам в основном нужен кислород, чтобы дышать. Все остальное не является строго необходимым. Ограничения, на которые вы готовы пойти, зависят от того, насколько вы альпинист и насколько вы ныряльщик.

Эти две статьи объясняют верхний и нижний пределы парциального давления кислорода для человека: https://en.wikipedia.org/wiki/High-altitude_adaptation_in_humans https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_operating_depth

Там, где живут тибетские горцы, уровень кислорода составляет всего около 60% от уровня моря. Большинство людей будут терпеть этот уровень как минимум, поэтому у вас будет ~ 100 мбар / 10 кПа чистого кислорода в качестве «минимальной атмосферы». Дыхание чистым кислородом работает хорошо, и это скажет вам каждый технический дайвер. Тем не менее, все, что не является влажным или легковоспламеняющимся, сгорает ОЧЕНЬ легко. Немного масла и искры, и у вас будет БОЛЬШОЙ огонь.

Затем нужно убедиться, что количество большого количества более или менее ядовитых газов не слишком велико. Для каждого газа существует парциальное давление, которое необходимо поддерживать ниже порогового значения.

Максимальные парциальные давления для некоторых газов

• Кислород был обработан выше, например, 1,6 бар - см. https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_operating_depth

• Азот - например, 6 бар - см. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_narcosis

• Водород - например, 50 бар - см. https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_narcosis

• Аргон и подобные - например, 1 бар - см. https://en.wikipedia.org/wiki/Argox

• CO2 — например, 100 мбар — см. https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide#Toxicity

Некоторые эффекты могут быть аддитивными. Вы могли бы создать атмосферу, например, состоящую из 1 части O2, 40 частей H2, 5 частей He и 5 частей N2 при общем давлении, в пятьдесят раз превышающем давление на Земле, и вы могли бы ею дышать, хотя вы почувствуете, что воздух очень " думать», и вам нужно будет привыкнуть к этому. Вы также можете жить в атмосфере, в 500 раз более тонкой, состоящей из чистого кислорода. Это о пределах для людей.