Człowiek może żyć bez ziemskiego powietrza. Ale nie jest to takie proste

Jeśli człowiek kiedyś skolonizuje inne ciało niebieskie, np. Księżyc lub Marsa, to najpewniej będzie żył w zamkniętych kopułach. Wewnątrz nich trzeba będzie zapewnić odpowiednie warunki do życia: jedzenie, ciepło, wodę i powietrze. Jako Ziemianie nie zastanawiamy się na co dzień nad tym ostatnim. No chyba, że wisi w nim alarmująca ilość smogu.

Powietrze jest dla nas czymś najbardziej naturalnym i niezbędnym do życia. Ze szkoły wiemy, że jest to mieszanina gazów, w której skład wchodzi przede wszystkim azot (78 proc.) oraz tlen (21 proc.). Wiemy, też że to właśnie tlen jest niezbędny do życia. Ale z jakiegoś powodu natura stwierdziła, że dostaniemy tylko 1/5 racji w każdym wdechu.

O ile zapewniony jest dostęp do tlenu, to życie bez ziemskiego powietrza jest jak najbardziej możliwe. Korzystają z tego np. płetwonurkowie podczas nurkowania na duże głębokości. Narażają się oni wtedy na ryzyko narkozy azotowej i choroby dekompresyjnej. Obie dolegliwości spowodowane są zwiększonym stężeniem azotu w ludzkim organizmie, jaki nurkowie wdychają razem z tlenem w powietrzu. Aby temu przeciwdziałań, podczas nurkowań technicznych (czyli głębiej niż 40 metrów) korzysta się z tzw. mieszanek oddechowych, które eliminują azot. Zastępowany jest on na przykład helem lub neonem (te mieszanki nazywają się odpowiednio helioks i neoks).

Jeśli człowiek potrzebuje tylko tlenu, a nie powietrza, do życia, to może w przyszłych koloniach kosmicznych wystarczy stworzyć atmosferę złożoną w stu procentach z o2? W końcu produkcja dodatkowych gazów to większe koszty i zużycie energii.

Czysty tlen podawany jest na przykład poszkodowanym w pożarach. Używają go też himalaiści na dużych wysokościach, gdzie powietrze jest tak rozrzedzone, że oddychanie nim nie dostarcza wystarczającej ilości tlenu. Jednak na dłuższą metę czysty tlen (o ciśnieniu wyższym niż atmosferyczne) jest trujący. W medycynie jest to znane jako zatrucie tlenowe. W ekstremalnych przypadkach może powodować padaczkę i nieodwracalne uszkodzenia mózgu.

Jest jednak sposób na to, aby człowiek bezpiecznie oddychał czystym tlenem. Cały trik polega na jego odpowiednim ciśnieniu. Jeśli zmniejszy się je około pięciokrotnie, to przy każdym wdechu do płuc będzie dostawało się tyle samo tlenu, co przy oddychaniu powietrzem atmosferycznym na Ziemi. Oznacza, to że w naszej teoretycznej księżycowej lub marsjańskiej kolonii, mogłoby panować ciśnienie ok 300 hPa, a atmosfera składałaby się z czystego tlenu. Dzięki temu nie trzeba by było tracić środków i energii na produkcję azotu, helu czy neonu.

A co z ludzkim ciałem? Czy niskie ciśnienie mu nie zaszkodzi? Chociaż ludzkie ciało nie jest niezniszczalne, to jest wyjątkowo odporne na niskie i wysokie ciśnienie. Minimalne ciśnienie jakie zniesie człowiek to ok 60 hPa. Poniżej tej wartości woda zawarta w organicznie (np. we krwi) zacznie się gotować.

Ta właściwość stosowana jest np. w kombinezonach EVA przeznaczonych do spacerów kosmicznych. Wypełnione są one właśnie czystym, lub prawie czystym tlenem o ciśnieniu ok. 30 kPa . Dzięki temu różnica ciśnień pomiędzy pustką kosmosu a wnętrzem kombinezonu jest niższa niż gdyby zastosować powietrze o ziemskim ciśnieniu. Pompując kombinezon ziemskim powietrzem wyglądałby on jak balon, co skutecznie ograniczałoby ruchy astronautów.

Ten sam system, czyli czysty tlen o niskim ciśnieniu, stosowany był też w kosmicznych programach NASA Merkury i Gemini. Takie rozwiązanie miało być tańsze i bezpieczniejsze do powietrza. Wszystko zmieniło się jednak po katastrofie modułu pasażerskiego Apollo 1. Podczas prób naziemnych w kabinie astronautów doszło do wyładowania elektrycznego. Czysty, stężony tlen sprawił, że wiele niepalnych normalnie materiałów stało się łatwopalnych, a rzep Velcro stał się wręcz wybuchowy. Trzech członków załogi zginęło na miejscu. Ich skafandry stopiły się do tego stopnia, że niemożliwe było natychmiastowe wyjęcie ich ciał z kapsuły.

Łatwopalność tlenu jest właśnie największym problemem zastosowania czysto tlenowej atmosfery w pojazdach kosmicznych i tym samym w potencjalnych koloniach.

- Jest to oczywiście techicznie możliwe, ale osobiście myślę, że w potencjalnych koloniach nie będzie stosować się czystego tlenu właśnie ze względu na bezpieczeństwo - mówi w rozmowie z WP Tech dr inż. Krzysztof Kanawka z kosmicznej firmy Blue Dot Solutions i portalu kosmonauta.net. - Nie chodzi tu tylko o kwestie łatwopalności. Upilnowanie wszystkiego w stacji, gdzie ludzie będą żyć i pracować miesiącami albo latami może być niemożliwe, dlatego skłaniam się ku atmosferze złożonej z mieszanki gazów, pewnie zbliżoną do tego, czym oddychamy na Ziemi.