Wie atmen die Menschen auf der ISS, wenn reiner Sauerstoff giftig ist?
Es kann sein, dass du da etwas durcheinander bringst. Auf der ISS gibt es eine Atmosphäre, die große Ähnlichkeit mit Luft hat, also 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff und dann noch ein paar andere Sachen. Tatsächlich reinen Sauerstoff geatmet haben die Astronauten während der Apollo-Missionen. Welch einen Nachteil das hatte, musste man 1967 bei Apollo 1 erleben: Ein Kurzschluss in der Raumkapsel setzte den Sauerstoff in Brand, drei Astronauten starben. Dennoch entschied sich die Nasa bei Apollo für eine reine Sauerstoffatmosphäre.
Aber ist das nicht giftig?
Dazu muss man sich mit dem sogenannten Partialdruck befassen. Wenn du eine Atmosphäre aus Luft hast, die aus 80 Prozent Stickstoff und 20 Prozent Sauerstoff besteht, und du bist dieser Atmosphäre mit 1 Bar Umgebungsdruck ausgesetzt, dann übt diese Atmosphäre einen Druck von 1 Bar auf jede deiner Zellen aus, und von diesem einen Bar kommen halt 200 Millibar vom Sauerstoff und 800 Millibar vom Stickstoff. Mit 200 Millibar Sauerstoff-Partialdruck kommt der menschliche Körper zur Not 90 Jahre lang gut klar, etwas anderes ist er nicht gewohnt. Steigert man den Partialdruck des Sauerstoffs (zum Beispiel, indem man zwar eine Atmosphäre von 1 Bar hat, aber eben nur aus Sauerstoff, dann wirkt das auf die Dauer toxisch. Taucher kennen das Problem, denn die stehen in der Tiefe unter enormem Druck, und bekommen ihre Luft mit hohem Druck verabreicht, sonst würde ihr Brustkorb zusammengepresst. Die Taucher haben, wenn sie normale Luft atmen auch das Problem, dass die 80 Prozent Stickstoff sich in ihrem Gewebe anreichern, und wenn der Taucher dann (zu) schnell auftaucht, perlt der Stickstoff aus wie bei einer Flasche Sprudel, die man aufmacht. Das ist dann die berüchtigte Taucherkrankheit, an der man auch sterben kann.
Aber zurück zum Sauerstoff: Wenn Menschen in einer reinen Sauerstoffatmosphäre atmen, und der Druck ist nicht so hoch - zum Beispiel nur ein Drittel des normalen Atmosphärendrucks - dann ist er auch nicht giftig, Menschen können Tage und Wochen so zubringen. Und genau das haben sie bei Apollo gemacht: Der Atmosphärendruck in den Raumschiffen war während des Fluges viel niedriger als normaler Luftdruck.
Das hatte ein paar Vorteile:
Das Raumschiff konnte leichter gebaut werden, weil es nicht solch einen hohen Innendruck hatte (im All ist ja Vakuum)
Die Wiederaufbereitung der Atmosphäre war einfacher
Man musste weniger Gas mitnehmen
Und dann noch ein Special Effect: Im Falle eines schlagartigen Druckverlustes im Raumschiff führt das bei Menschen, die zuvor Luft geatmet haben, zu einer sofortigen Handlungsunfähigkeit (siehe Taucherkrankheit). Haben sie nur Sauerstoff geatmet, sind sie noch 30 Sekunden handlungsfähig - lang genug, um irgendwelche Notfallmaßnahmen zu machen.
Die Nachteile liegen auf der Hand: Extreme Brandgefahr, außerdem müssen die Menschen daran gewöhnt werden (deshalb sind bei Apollo die Astronauten auch in Raumanzügen mit Helm auf und Life Support Köfferchen in die Kapsel gestiegen). Auf der MIR hat es mal gebrannt. Wäre sie mit Sauerstoff gefüllt gewesen, wäre es das gewesen. Deshalb setzt man bei den erheblich größeren Systemen, (z.B. Space Shuttle oder ISS) auf eine Luftatmosphäre.