Ως ατμοσφαιρικός αέρας ορίζεται ένα αόρατο αέριο στρώμα, που περιβάλλει τη γη και έχει πάχος μεγαλύτερο από 100 χιλιόμετρα. Στην αρχαία εποχή ο αέρας θεωρούνταν ένα από τα τέσσερα “βασικά στοιχεία”, που ήταν η Γη, ο αέρας, η φωτιά και το νερό. Σήμερα ξέρουμε ότι ο αέρας δεν είναι στοιχείο, ούτε χημική ένωση, αλλά μίγμα, που αποτελείται από διάφορα αέρια.
Σύσταση του αέρα
Αν εξαιρέσουμε τους υδρατμούς, που το ποσοστό τους σε κάθε μέρος είναι και διαφορετικό τα συστατικά του αέρα είναι σχετικά σταθερά σε ποσότητα. Ο ξερός αέρας αποτελείται από 78% άζωτο, 21 % οξυγόνο, 0,95% ευγενή αέρια (ήλιο, αργό, νέο, κρυπτό, ξένο, ραδόνιο) και 0,04% CO2 περίπου. Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει επίσης ίχνη υδρογόνου και όζοντος καθώς και σκόνη και μικρόβια.
Εκτός από αυτά, στον αέρα βρίσκονται και ελάχιστες ποσότητες υδρόθειου, διοξειδίου του θείου και αμμωνίας.
Ιδιότητες του αέρα
Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι αέριο άχρωμο σε μικρές ποσότητες. Σε μεγάλες, όμως, ποσότητες είναι γαλάζιος. Αυτό οφείλεται στη διάχυση του ηλιακού φωτός, δηλαδή ο ατμοσφαιρικός αέρας αφήνει και περνούν όλα τα χρώματα της ηλιακής ακτινοβολίας, εκτός από το μπλε και το βιολετί, που διαχέονται προς όλες τις διευθύνσεις.
Όπως όλα τα αέρια, δεν παρουσιάζει ορισμένο σχήμα και όγκο. Είναι εκτατός και συμπιεστός και διαλύεται ελάχιστα στο νερό. Η πυκνότητά του είναι η μονάδα καθορισμού της σχετικής πυκνότητας των άλλων αερίων.
Ένα λίτρο αέρα, σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας (δηλ. σε 0° C και 760 mm υδράργυρου), ζυγίζει 1,293 γραμμάρια.
Το ότι ο αέρας έχει βάρος μπορούμε να το αποδείξουμε με το παρακάτω πείραμα: Παίρνουμε ένα άδειο μπουκάλι, το κλείνουμε με ένα πώμα και το ζυγίζουμε. Έπειτα με μία αεραντλία αφαιρούμε τον αέρα που υπάρχει μέσα στο μπουκάλι, το κλείνουμε καλά και το ζυγίζουμε ξανά. Βλέπουμε ότι τη δεύτερη φορά το μπουκάλι είναι ελαφρότερο απ’ ότι την πρώτη. Βέβαια η διαφορά αυτή είναι πολύ μικρή, αποδεικνύει, όμως, ότι ο αέρας που αφαιρέσαμε από το μπουκάλι είχε κάποιο – έστω και ελάχιστο – βάρος.
Εφόσον λοιπόν, όπως είδαμε, ο αέρας έχει βάρος, θα εξασκεί στα διάφορα σώματα κάποια πίεση που καλείται ατμοσφαιρική πίεση. Η ατμοσφαιρική πίεση μεταβάλλεται από τόπο σε τόπο. Στην επιφάνεια της θάλασσας η ατμοσφαιρική πίεση είναι 760 mm υδραργύρου ή, όπως συνηθίζεται να μετριέται στη Φυσική, 1 ατμόσφαιρα. Την ατμοσφαιρική πίεση τη μετράμε με ειδικά όργανα, τα βαρόμετρα.
Αποτέλεσμα της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι κάθε σώμα που βρίσκεται μέσα στον αέρα να δέχεται μια δύναμη που το σπρώχνει προς τα πάνω, την άνωση. Η άνωση είναι ίση προς το βάρος του αέρα που εκτοπίζεται από το σώμα. Στην ύπαρξη της άνωσης οφείλεται η λειτουργία των αερόστατων και των αεροπλάνων.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας, με κατάλληλη συμπίεση και σε χαμηλή θερμοκρασία, μπορεί να υγροποιηθεί. Η εργασία αυτή είναι πολύπλοκη και γίνεται σε ειδικά εργοστάσια. Ο υγρός αέρας μοιάζει με γαλάζιο νερό και έχει πυκνότητα 0,91. Εξαιτίας της μεγάλης πτητικότητας των συστατικών του διατηρείται μέσα σε ειδικά διπλότοιχα και εσωτερικά επαργυρωμένα δοχεία.
Επειδή το κενό είναι κακός αγωγός της θερμότητας, από το χώρο που υπάρχει μεταξύ των δυο τοιχωμάτων των δοχείων αφαιρείται ο αέρας και σχηματίζεται κενό. Έτσι, εμποδίζεται η θέρμανση του υγρού αέρα από έξω. Τα δοχεία αυτά λέγονται δοχεία Ντιούαρ. Τέτοιο δοχεία είναι και τα δοχεία “Θερμός” που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση θερμών ή ψυχρών υγρών.
Στη θερμοκρασία του υγρού αέρα (- 190° C περίπου), ορισμένα σώματα αποκτούν περίεργες ιδιότητες. Έτσι, λουλούδια, φρούτα, κρέας κλπ., αν βυθιστούν μέσα σε υγρό αέρα, γίνονται πολύ σκληρά και εύθραυστα. Το καουτσούκ γίνεται εύθραυστο, όπως το γυαλί και ο υδράργυρος πήζει και γίνεται πολύ σκληρός, όπως ο σίδηρος.
Ο υγρός αέρας χρησιμοποιείται σε επιστημονικές εργασίες, όταν απαιτούνται γι’ αυτές πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Βρίσκει εφαρμογή στην αφαίρεση της υγρασίας από διάφορα αέρια. Μείγμα υγρού αέρα και ανθρακούχων ενώσεων χρησιμοποιείται για την κατασκευή εκρηκτικών υλών.
Αν ο υγρός αέρας υποστεί μεγαλύτερη ψύξη, στερεοποιείται. Αυτό γίνεται στους – 210° C. Αποτελεί τότε ένα άχρωμο σώμα όμοιο με γυαλί, πάγο ή χιόνι.
Όπως είπαμε και παραπάνω, ο αέρας είναι μείγμα διάφορων αερίων και αυτό μπορούμε να το αποδείξουμε με τα εξής αναμφισβήτητα στοιχεία:
- Η σύσταση του αέρα είναι διαφορετική από μέρος σε μέρος και αυτό αποδείχνει ότι δεν είναι χημική ένωση.
- Οι ιδιότητες του αέρα είναι οι ίδιες με τις ιδιότητες των συστατικών του, πράγμα που είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα των μειγμάτων.
- Ο αέρας διαχωρίζεται στα συστατικά του με φυσικές μεθόδους, όπως συμβαίνει μ’ όλα τα μείγματα.
- Ο υγρός αέρας δεν έχει ορισμένο σημείο ζέσης, όπως συμβαίνει με τις χημικές ενώσεις.
- Όταν ο αέρας είναι διαλυμένος στο νερό, περιέχει μεγαλύτερο ποσοστό οξυγόνου από εκείνο του συνηθισμένου αέρα. Εάν ο αέρας ήταν ένωση, οι αναλογίες των συστατικών του θα έπρεπε να είναι οι ίδιες, είτε είναι ελεύθερος είτε είναι διαλυμένος.
- Ο αέρας δεν είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Παρ’ όλο που διαδίνει τον ήχο, ούτε και αυτού είναι καλός αγωγός. Είναι ακόμα κακός αγωγός και της θερμότητας. Γι’ αυτό τα ρούχα (μάλλινα, δερμάτινα κλπ.), που στις ίνες των υφασμάτων περικλείεται αέρας, κρατούν τη ζέστη. Εκεί ο αέρας ενεργεί σαν άριστο μονωτικό.
Όταν μεγάλες ποσότητες αέρα μετακινούνται από το ένα μέρος στο άλλο, τότε δημιουργούνται οι άνεμοι. Οι μετακινήσεις αυτές του ατμοσφαιρικού αέρα έχουν τεράστια πρακτική σημασία, γιατί έτσι η καπνιά και τα διάφορα μολυσματικά αέρια, που παράγονται από τα διάφορα εργοστάσια κλπ., μετακινούνται και δε μαζεύονται πάνω από τις πόλεις, πράγμα του θα ήταν καταστρεπτικό για τη ζωή του ανθρώπου. Επίσης οι άνεμοι αποτελούν και μια τεράστια ενεργειακή δύναμη που μπορεί να την εκμεταλλευτεί κατάλληλα ο άνθρωπος (ανεμόμυλοι, αερόστατα, ιστιοφόρα κλπ.).
Ο ατμοσφαιρικός αέρας έχει τεράστια σημασία και σπουδαιότητα από βιολογικής και φυσικής άποψης. Χωρίς την ατμόσφαιρα που περιβάλλει τη γη, είναι σίγουρο ότι δε θα είχε εμφανιστεί και διατηρηθεί η ζωή. Χωρίς τον αέρα ούτε οι ζωικοί ούτε οι φυτικοί οργανισμοί θα μπορούσαν να ζήσουν. Οι πλανήτες (Ερμής, Σελήνη κλπ.), που δεν έχουν ατμόσφαιρα, θεωρούνται νεκρά άστρα.
Χωρίς την ατμόσφαιρα, τα σύννεφα, οι άνεμοι, οι βροχές θα ήταν ανύπαρκτα. Το γαλάζιο χρώμα του ουρανού, τα χρώματα που παίρνει στην ανατολή και στη δύση του ήλιου, οι διάττοντες αστέρες, το ουράνιο τόξο δε θα εμφανίζονταν.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας επίσης σχηματίζει γύρω από τη γη ένα προστατευτικό στρώμα, που μας προφυλάσσει από τις επικίνδυνες ηλιακές ακτινοβολίες. Το στρώμα αυτό κρατεί σαν φυλακισμένη την ηλιακή θερμότητα κατά τη νύχτα και την εμποδίζει να διαφύγει στο άπειρο. χωρίς αέρα, η θερμοκρασία θα έφτανε την ημέρα στους 110° C και τη νύχτα στους 184° C. Τέλος, το στρώμα αυτό της ατμόσφαιρας αποτελεί μια ασπίδα, όπου καταστρέφονται οι περισσότεροι μετεωρίτες και φτάνουν στη γη σαν σκόνη.
Αέρας επίσης λέγεται και το τετράγωνο ύφασμα, που ο ιερέας σκεπάζει το δισκοπότηρο και συμβολίζει το νεκρικό σεντόνι με το οποίο τύλιξε ο Ιωσήφ το σώμα του Χριστού την ώρα της αποκαθήλωσης.
