Изменений химического состава атмосферного воздуха

Гигиеническое значение воздуха

Газовая оболочка земного шара, называемая атмосферой. Атмосфера (от. др.-греч. ατμός - пар и ςφαρα - шар) нашей планеты представляет собой смесь различных по химическим свойствам газов, разных по своей природе примесей взвешенных в воздухе частиц (аэрозолей) и водяных паров. Начинается атмосфера у поверхности Земли и заканчивается в космическом пространстве. Общая масса атмосферы составляет 500 трлн. тонн. (5,15-10¹⁵т.)

Атмосфера состоит из нескольких слоев. Нижний слой до высоты 10—15 км над поверхностью Земли называется тропосфера. Она нагревается от Земли, поэтому температура воздуха здесь с высотой падает на 6 °С на 1 километр подъёма. В тропосфере находится почти весь водяной пар и образуются практически все облака - прим. от geoglobus.ru. Высота тропосферы над разными широтами планеты неодинакова. Над полюсами она поднимается до 9 км, над умеренными широтами — до 10—12 км, а над экватором — до 15 км. Процессы, происходящие в тропосфере — формирование и перемещение воздушных масс, образование циклонов и антициклонов, появление облаков и выпадение осадков, — определяют погоду и климат у земной поверхности.

Выше тропосферы располагается стратосфера, которая простирается до 50—55 км. Тропосферу и стратосферу разделяет переходный слой тропопауза, толщиной 1—2 км. В стратосфере на высоте около 25 км температура воздуха постепенно начинает расти и на 50 км достигает + 10 +30 °С. Такое повышение температуры связано с тем, что в стратосфере на высотах 25—30 км находится слой озона. У поверхности Земли его содержание в воздухе ничтожно мало, а на больших высотах двухатомные молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовую солнечную радиацию, образуя трёхатомные молекулы озона.

Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера, в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля.

Верхняя часть атмосферы характеризуется очень высокими температурами и называется термосферой. Её разделяют на две части — ионосферу — до высоты около 1000 км, где воздух сильно ионизован, и экзосферу — свыше 1000 км. В ионосфере молекулы атмосферных газов поглощают ультрафиолетовую радиацию Солнца, при этом образуются заряженные атомы и свободные электроны. В ионосфере наблюдаются полярные сияния.

Атмосфера выполняет ряд важнейших функций:

- перераспределяет тепло на Земле и формирует ее тепловой режим, уравновешивает сезонные температурные колебания, годовой и суточный ход температуры;

- перераспределяет влажность воздуха и формирует ее режим, уравновешивает сезонные колебания, годовой и суточный ход влажности;

- принимает активное участие в круговороте воды в природе;

- участвует в процессах фотосинтеза, обмена веществ и энергии в биосфере;

- осуществляет защиту земной поверхности от негативного воздействия на все живое коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца, g-, рентгеновского и космического излучений;

- осуществляет защиту земной поверхности от космической «пыли», метеоритов, искусственных спутников Земли и их деталей;

- распространяет звуковую энергию;

- принимает участие в процессах трансформации твердого покрова Земли и формировании почвы;

- депонирует природные и антропогенные загрязнения и освобождается от них путем самоочищения.

Химический состав атмосферного воздуха. Биологические эффекты

изменений химического состава атмосферного воздуха

Атмосферный воздух не имеет ни цвета, ни запаха. Он имеет массу, обладает сжимаемостью (изменяет свою плотность при изменении давления), инертностью (сопротивляется изменению состояния покоя), упругостью (возвращается в исходное состояние после прекращения действия сил, вызвавших его деформацию), способностью расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении, прозрачностью по отношению к ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучениям, звукопроводимостью (проводит звук, инфра- и ультразвук) и др.

Воздух представляет собой механическую смесь газов, состоящую из кислорода (20,93 %), азота (78,1 %), углекислого газа (0,03-0,04 %) и группы

инертных газов (около 1 %).

В зависимости от состояния здоровья и условий работы, человек вдыхает разное количество воздуха:

Азот – индифферентный газ для человека, он служит «разбавителем» других газов. То, что азот физиологически инертен, не значит, что он не оказывает никакого воздействия на организм. К примеру, если азот растворяется в ваших тканях во время погружения, а затем очень быстро выходит из растворенного состояния во время всплытия, он может образовывать пузырьки и вызывать декомпрессионную болезнь (что будет детально рассмотрено в конце этой главы). При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие. Наиболее отчетливо это действие проявляется при давлении воздуха 9 и более атмосфер. При работе в таких условиях в поведении водолазов отмечается беспричинная веселость, нарушение координации движений, излишняя болтливостей другие проявления наступившей эйфории. Это и есть проявления наркотического действия азота. В настоящее время при работах водолазов на больших глубинах для дыхания пользуются не воздухом, а специально приготовленной гелиево-кислородной смесью, т.е. азот в воздухе заменяют более инертным газом.

Растворимость в липидах у азота намного выше, чем у гелия; соответственно, наркотический потенциал азота значительно выше. Предложенная гипотеза далее утверждает, что наркоз начинает формироваться в местах соединения между нервными клетками. В этих местах, называемых синапсами, азот влияет на передачу электрических импульсов от одного нейрона (нервной клетки) к другому. Наиболее часто наркотическому воздействию подвергаются структуры мозга, ответственные за координацию и бдительность. Это значит, что передача информации от одной нервной клетки к другой протекает медленнее.

Кислород в свободном и связанном состоянии является самым распространенным на Земле элементом. В организме человека кислород прямо или косвенно принимает участие во всех видах обмена веществ. Организм чувствителен к его недостатку. Пониженное содержание кислорода приводит к головным болям, неспособности сосредоточиться, непреодолимой усталости, бессоннице, проблемам с кожей, «затекшим « плечам. Нормативом допускается минимальная концентрация кислорода в воздухе помещения не ниже 18%. Снижение содержания кислорода в воздухе до 17% приводит к учащению пульса и дыхания, до 11% - снижению работоспособности, до 7-8% - к смерти.

Обратите внимание! Наиболее чувствительна к недостатку кислорода кора больших полушарий головного мозга, которая отмирает без доступа воздуха, как правило, в течение 5 мин.

Вдыхание воздуха с большим количеством кислорода в условиях высокого (4 атм.) давления, или при парциальном давлении свыше 600 мм рт. ст. кислород ведет себя как токсичное вещество и приводит к поражению тканей легких, функциональным нарушениям нервной системы, развитию пневмонии и отеку легких.

Несмотря на большое число исследований по изучению влияния кислорода на организм, механизм его физиологического и отравляющего действия оказался недостаточно изученным. Отставание глубокой разработки этой проблемы в теоретическом аспекте явилось причиной трудностей в решении ряда практических задач.

До настоящего времени нет четкости и окончательных критериев относительно сроков и величин безопасного дыхания кислородом для здорового человека и в использовании оксигенотерапии больного организма.

Озон (от древне-греч. αζω – «пахнуть») – газ голубоватого цвета с резким специфическим запахом. В атмосферном воздухе он образуется из кислорода при электрических разрядах, испарении воды, воздействии ультрафиолетового излучения. Его содержание в атмосферном воздухе в обычных условиях незначительно (от десятых долей мг до нескольких мг в 100 м³ воздуха). Наиболее высока концентрация озона в воздухе после грозы, на морском берегу, возле водопадов, в горной и лесной местностях.

Присутствие озона в воздухе в концентрациях до 0,1 мг/м³ является показателем чистого воздуха. Однако в больших концентрациях он действует раздражающе на слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, разрушает сурфактант ( смесь поверхностно-активных веществ, выстилающая альвеолы изнутри) легких.

В верхних слоях атмосферы озон образуется под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца, формируя озоносферу, которая поглощает коротковолновое ультрафиолетовое излучение, защищая земную поверхность от его неблагоприятного воздействия на живые организмы.

Обладая мощными окислительными свойствами, озон способен уничтожать все виды бактерий, вирусов, грибов и простейших, поэтому его используют для обеззараживания питьевой воды, воды в системах оборотного водоснабжения (например, в плавательных бассейнах), очистки воздуха (в том числе от неприятных запахов при помощи так называемых озонаторов). Его применяют для отбеливания бумаги, тканей и др.

Озон находит применение и в лечебно-профилактических целях (озонотерапия, лечение проблемных зубов) и др. Известно, что терапевтические дозы озона стимулируют антиоксидантную систему и уменьшают интенсивность перекисного окисления липидов.

Среднесуточная предельно допустимая концентрация озона в атмосферном воздухе населенных мест составляет 0,03 мг/м³, а максимальная разовая предельно допустимая концентрация - 0,16 мг/м³. Предельно допустимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны - 0,1 мг/м³.

Углекислый газ образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме люде и животных, горения топлива и гниения органических веществ. Физиологическая роль углекислого газа в организме животных определяется его участием в процессах кровообращения, обмена веществ, регуляции кислотно-основного состояния и электролитного баланса, возбуждении дыхательного центра (уменьшение его содержания во вдыхаемом воздухе обуславливает остановку дыхания), регуляции тонуса гладкой мускулатуры бронхов, сосудов, мочевыводящих путей, проницаемости клеточных мембран, возбудимости нервных клеток и др.

В закрытых, особенно плохо вентилируемых помещениях концентрация СО₂ возрастает. Параллельно увеличиваются концентрации других газо- и парообразных продуктов обмена веществ организма человека, придающих воздуху неприятный «жилой» запах, но их идентификация и количественное определение значительно сложнее, чем углекислого газа, поэтому концентрация СО₂ служит косвенным показателем антропогенного загрязнения воздуха помещений жилых и общественных зданий.

Гигиеническая норма концентрации углекислого газа в воздухе жилых и служебных помещениях 0,1%. Увеличение углекислоты во вдыхаемом воздухе до 0,1 % приводит к дискомфорту, до 3% - к головной боли, одышке, снижению работоспособности. При содержании в воздухе 4-5 % углекислого газа отмечается покраснение лица, головная боль, шум в ушах, повышение артериального давления, сердцебиение, возбуждение.

Обратите внимание! При концентрациях СО₂ в воздухе в пределах 8-10% у людей быстро наступает потеря сознания и смерть вследствие остановки дыхания.

В природных условиях СО₂ поглощается зелеными растениями в ходе световой фазы фотосинтеза, растворением его в воде морей и океанов, вымыванием с атмосферными осадками, чем обеспечивается постоянство его содержания в атмосфере.

В последнее столетие отмечается некоторое повышение концентрации СО₂ в атмосферном воздухе, с чем связывают образование на Земле «парникового эффекта» и тенденцию к глобальному повышению температуры атмосферы.

Инертные газы атмосферного воздуха (аргон, криптон, неон, гелий, ксенон, радон) непосредственного физиологического значения не имеют. Их концентрация ничтожна от 0,09% аргона до млн. долей процента остальных. Вместе с тем, ряд из них находит широкое применение в промышленности при сварочных работах и других отраслях человеческой деятельности (например, пожаротушение, изготовление газоразрядных ламп, лазерная техника и т.д.).