密闭环境中的人消耗氧气和产生二氧化碳的速度那个更快?那个会威胁生命?
高中 来源:网络 编辑:小蜜蜂 2019-05-23 10:56:24

  在一些突发的危险事情上,有的人会很好的保护自己,这是因为他们掌握了很好的一些生命安全的信息。在生活中遇到被困电梯的时候,这时候是一个相对密闭的环境,我们都知道,人需要消耗氧气,排除二氧化碳以达到身体机能的正常工作,但是在密闭的环境中,人体消耗氧气的速度和产生二氧化碳的速速那个更快呢?换句话说就是危害人体生命的是缺氧还是二氧化碳中毒?

密闭环境中的人消耗氧气和产生二氧化碳的速度那个更快?那个会威胁生命?

  先来排除一些特殊的情况

  如果此人不是渴死的,那么该人会因缺氧+二氧化碳中毒的双重影响因素而死。

  没有水喝人只能支撑大约72小时左右,这就是地震救援中的黄金72小时的来源,只要空气中的氧气远不足以提供72小时的生命需求,那就能讨论一下,到底是缺氧还是呼出的二氧化碳伤害更大。

  实际上,此人生命安全的因素肯定需要同时考虑缺氧和二氧化碳中毒,但如果非要强行分出哪个因素更重要,那么二氧化碳中毒可能会更重要一些。这也是潜水员要面对的现实危险,哪怕有二氧化碳过滤器,也会因为种种原因,可能出现短时间局部二氧化碳浓度过高,较终导致潜水员丧命的事件。

  让我们用一立方米空气进行一下估算吧。

  根据生理学家的测试,在一个大气压的正常空气中,一个普通成年男性在保持静卧的状态下(身体能量消耗较少),吸入的空气量大约为0.5立方米空气/小时,所以一立方米空气就能活两小时?当然不能这样简单计算,因为人体呼出的空气中,依然含有许多氧气,我们的每次呼吸并不会把空气中的氧气耗竭。实验测试数据表明:此时呼出的气体中含有大约16%的氧气和4%的二氧化碳,这意味着身体净消耗了5%的氧气。(这是我们进行估算的关键数据)

  先让我们看看氧气的情况

  虽然每次呼吸大约只消耗5%的氧气,但是要让人陷入窒息状态,并不需要将氧气耗竭。那么空气中的氧气浓度降到多少,就会达到人体极限生存状态呢,嗯,差不多就是珠峰顶上的氧气浓度,就是人体生存极限浓度,大约6%。但其实在氧气浓度降到11%左右,也就是大约海拔5000米的地方,就很容易出现各种因缺氧导致的致命并发症了,当然这些问题通常不会在几分钟内就杀死一个人,要致命,需要将氧气浓度降低到6%。

  氧气浓度降到6%,在几分钟内就会导致心脏停跳。如果不及时抢救,及时恢复氧气供应,结局就是迅速死亡了。

  那么要将1立方米中空气的中的含氧量从21%降低到6%,需要呼吸多长时间呢?

  1、每小时呼吸0.5立方米空气,同时消耗5%的氧气,两个小时就能将一立方米空气呼吸完一次,我们将此记为一个循环。

  2、简单答案就是(21-6)/5 = 3,需要呼吸三轮循环,这意味着极间为6小时。

  注意这只是一个简单的估算值,是较长呼吸时间。这个答案并没有考虑随着氧气浓度下降对人造成的刺激,这种刺激会促使人的呼吸加深加快,因为随着氧气浓度下降,我们需要更快的吸入更多的空气才能得到足够生存的氧气,但就让我们暂时忽略这一点,只进行简单估算吧。

  现在来看看二氧化碳的情况

  我们的呼吸中还含有4%的二氧化碳,如果房间中没有吸收二氧化碳的物质,那么这些二氧化碳就会扩散到空气中,较终又被我们再次吸入肺中。高浓度的二氧化碳是有毒的,所以我们需要考虑究竟是氧气浓度先下降到致命的6%,还是二氧化碳浓度先升高到足以迅速致命的浓度呢?

  二氧化碳浓度对人的影响。

  1、当空气中的二氧化碳浓度达到5.5%,人会在一小时后陷入昏迷

  2、当空气中的二氧化碳浓度达到6%,人会在半小时后陷入昏迷

  3、当空气中的二氧化碳浓度达到7%,只需要六分钟就能让人精神错乱

  4、当空气中的二氧化碳浓度达到8%,直接麻痹呼吸中枢,让人停止呼吸,这将很快导致死亡

  回顾下前面提到的关键数据:

  每小时吸入0.5立方米的空气,呼出的气体中含有大约16%的氧气和4%的二氧化碳。

  那么空气中的二氧化碳浓度将以多快的速度增长呢?

  1、正常空气中的二氧化碳浓度极低,可以忽略不计

  2、两小时时间就能让1立方米空气就被全部吸入一次并呼出一次,这意味着两小时后空气中的二氧化碳浓度就会达到4%。这个浓度还算相对安全,但已经会对人产生生理影响了。

  3、4小时后,二氧化碳浓度达到8%,直接致命。

  只从极限生存时间来看,二氧化碳浓度达到致命时间的速度比氧气浓度下降来得更快。因此,也可以说二氧化碳中毒是威胁生命的主因,氧气浓度下降则是次要因素。需要强调的是,哪怕空气中有21%的氧气浓度,只要二氧化碳浓度达到8%,就足以致人死地!

  吸入的空气中含有的二氧化碳浓度:

  1%对人是安全的,没有不良影响。

  3%就开始产生不良影响如:心脏跳动加速,血压升高;听力下降;大脑中枢轻微麻痹

  5%会造成呼吸急促;眩晕;幻觉;头痛

  8%会造成视力模糊、昏迷、流汗、肌肉震颤

  但当我们将一立方米空气的结论推广到10立方米房间中时,会有一些微妙的区别需要注意!

  因为二氧化碳的密度比空气重,因此它将在平静的空气中往地面沉降。这意味着,被困的人可能有机会巧妙的逃避二氧化碳中毒的影响,只要这个密闭的房间中没有电风扇在搅动空气,而他自己又不作死。如果房间有个高出地面高度的平台,那么我们的结论就会发生改变,此时他只要躺在上面,就更有机会死于缺氧而不是死于二氧化碳中毒了。

  注意,人不是蜡烛,位置高的蜡烛先熄灭,是因为温度很高的蜡烛火焰产生的热对流,让二氧化碳先往上升,再往下沉,结果位置高的蜡烛先熄灭,人的体温不足以产生如此剧烈的热对流,只要房间稍微高一些宽一些,不要太矮太窄。

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