Природный химический состав атмосферного воздуха

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 15Следующая ⇒

По химическому составу чистый атмосферный воздух представляет собой смесь газов: кислорода, углекислого газа, азота, а также целого ряда инертных газов (аргон, гелий, криптон и др.). Так как воздух является физической смесью, а не химическим соединением составляющих его газов, то при подъеме даже на десятки километров, процентное содержание этих газов практически не меняется.

Однако с высотой, в результате уменьшения плотности атмосферы, снижаются концентрации и парциальное давление всех газов в воздухе.

У поверхности Земли в атмосферном воздухе содержится:

кислорода – 20, 93%;

азота – 78, 1%;

углекислого газа – 0, 03-0, 04%;

инертных газов – от 10^-3до 10^-6%.

Кислород (О₂) – самая важная для жизни часть воздуха. Он необходим для окислительных процессов и находится в крови, в основном, в связанном состоянии – в виде оксигемоглобина, который переносится эритроцитами к клеткам организма.

Переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь происходит благодаря разности парциального давления в альвеолярном воздухе и венозной крови. В силу этой же причины осуществляется поступление кислорода из артериальной крови в межтканевую жидкость, и далее – в клетки.

В природе кислород расходуется, в основном, на окисление органических веществ, содержащихся в воздухе, воде, почве и на процессы горения. Убыль кислорода пополняется за счет больших его запасов в атмосфере, а также в результате деятельности фитопланктона океанов и наземных растений. Непрерывные турбулентные течения воздушных масс выравнивают содержание кислорода в приземном слое атмосферы. Поэтому уровень кислорода у поверхности Земли колеблется незначительно: от 20, 7 до 20, 95%. В жилых помещениях, общественных зданиях содержание кислорода также практически не меняется благодаря легкой диффузии его через поры строительных материалов, щели в окнах и т.п.

В герметизированных же помещениях (убежища, подводные лодки и др.) содержание кислорода может значительно уменьшатся. Однако выраженное ухудшение самочувствия, снижение работоспособности у людей наблюдаются при очень значительном падении содержания кислорода – до 15-17% (при норме – почти 21%). Следует подчеркнуть, что в данном случае речь идет о пониженном содержании кислорода при нормальном атмосферном давлении.

При возрастании температуры воздуха до 35-40^оС и большой влажности снижается парциальное давление кислорода, что может оказать негативное влияние на больных с явлениями гипоксии.

У здоровых людей кислородное голодание из-за снижения парциального давления кислорода может наблюдаться при полетах (высотная болезнь) и при восхождении на горы (горная болезнь, начинающаяся на высоте около 3 км).

Высоты в 7-8 км соответствуют 8, 5-7, 5% кислорода в воздухе на уровне моря и для нетренированных людей считаются несовместимыми с жизнью без использования кислородных приборов.

Дозированное увеличение парциального давления кислорода в воздухе в барокамерах используется в хирургии, терапии и неотложной помощи.

Кислород в чистом виде обладает токсическим действием. Так, в экспериментах на животных показано, что при дыхании чистым кислородом у животных через 1-2 часа обнаруживаются ателектазы в легких, через 3-6 часов – нарушение проницаемости капилляров в легких, через 24 часа – явления отека легких.

Еще быстрее развивается гипероксия в кислородной среде с повышенным давлением – наблюдается как поражение легочной ткани, так и поражение центральной нервной системы.

Углекислый газ или диоксид углерода, в природе находится в свободном и связанном состояниях. До 70% углекислого газа растворено в воде морей и океанов, в состав некоторых минеральных соединений (известняков и доломитов) входит около 22% общего количества диоксида углерода. Остальное количество приходится на животный и растительный мир. В природе происходят непрерывные процессы выделения и поглощения диоксида углерода. В атмосферу он выделяется в результате дыхания человека и животных, а также горения, гниения, брожения. Кроме того, диоксид углерода образуется при промышленном обжиге известняков и доломитов, возможно его выделение с вулканическими газами. Наряду с процессами образования в природе идут процессы ассимиляции диоксида углерода – активное поглощение растениями в процессе фотосинтеза. Из воздуха диоксид углерода вымывается осадками.

Важную роль в поддержании постоянной концентрации диоксида углерода в атмосферном воздухе играет его выделение с поверхности морей и океанов. Диоксид углерода, растворенный в воде морей и океанов, находится в динамическом равновесии с диоксидом углерода воздуха и при повышении парциального давления в воздухе растворяется в воде, а при понижении парциального давления выделяется в атмосферу. Процессы образования и ассимиляции взаимосвязаны, благодаря этому содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе относительно постоянно и составляет 0, 03-0, 04%. За последнее время концентрация диоксида углерода в воздухе промышленных городов увеличивается в результате интенсивного загрязнения воздуха продуктами сгорания топлива. Содержание диоксида углерода в городском воздухе может быть выше, чем в чистой атмосфере, и составлять до 0, 05% и более. Известна роль диоксида углерода в создании «парникового эффекта», приводящего к повышению температуры приземного слоя воздуха.

Диоксид углерода является физиологическим возбудителем дыхательного центра. Его парциальное давление в крови обеспечивается регулированием кислотно-щелочного равновесия. В организме он находится в связанном состоянии в виде углекислых солей натрия в плазме и эритроцитах крови. При вдыхании больших концентраций диоксида углерода нарушаются окислительно-восстановительные процессы. Чем больше диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, тем меньше его может выделить организм. Накопление диоксида углерода в крови и тканях ведет к развитию тканевой аноксии. При увеличении содержания диоксида углерода во вдыхаемом воздухе до 3-4% отмечаются симптомы интоксикации, при 8% возникает тяжелое отравление и наступает смерть. По содержанию диоксида углерода судят о чистоте воздуха в жилых и общественных зданиях. Значительное накопление этого соединения в воздухе закрытых помещений указывает на санитарное неблагополучие помещения (скученность людей, плохая вентиляция). ПДК диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений равна 0, 07%, в воздухе жилых и общественных зданий – 0, 1%. Последняя величина принята в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции жилых и общественных зданий.

Азот. Наряду с кислородом и углекислым газом в состав атмосферного воздуха входит азот, который по количественному содержанию является наиболее существенной частью атмосферного воздуха.

Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. В атмосфере азота жизнь невозможна. В природе происходит его круговорот. Азот воздуха усваивается некоторыми видами бактерий почвы, а также сине-зелеными водорослями. Азот воздуха под влиянием электрических разрядов превращается в окислы, которые, вымываясь из атмосферы осадками, обогащают почву солями азотистой и азотной кислот. Под влиянием почвенных бактерий соли азотистой кислоты превращаются в соли азотной кислоты, которые в свою очередь усваиваются растениями и служат для синтеза белка. Установлено, что 95% атмосферного воздуха ассимилируется живыми организмами и лишь 5% связывается в результате физических процессов в природе. Следовательно, основная масса связанного азота имеет биогенное происхождение. Наряду с усвоением азота происходит его выделение в атмосферу. Свободный азот образуется при горении древесины, угля, нефти, небольшое количество свободного азота выделяется при разложении органических соединений микроорганизмами-денитрофикаторами. Таким образом, в природе идет непрерывный круговорот азота, в результате чего азот атмосферы превращается в органические соединения. При разложении этих соединений азот восстанавливается и поступает в атмосферу, а затем его вновь связывают биологические объекты.

Азот является разбавителем кислорода, выполняя в связи с этим жизненно важную функцию, так как дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. При изучении действия на организм различных концентраций азота отмечено, что его повышенное содержание во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии и асфиксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота до 93% наступает смерть. Наиболее выраженные неблагоприятные свойства азот проявляет в условиях повышенного давления, что связано с его наркотическим действием. Известна также роль азота в происхождении кессонной болезни.

Инертные газы. К инертным газам относятся аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и др. В химическом отношении эти газы инертны, в жидкостях организма растворяются в зависимости от парциального давления. Абсолютное количество этих газов в крови и тканях организма ничтожно. Среди инертных газов особое место занимают радон, актинон и торон – продукты распада естественных радиоактивных элементов радия, тория, актиния. В химическом отношении эти газы инертны, как это уже было замечено выше, а их опасное воздействие на организм связано с их радиоактивностью. В природных условиях они определяют естественную радиоактивность атмосферы.

Температура воздуха

Атмосферный воздух нагревается главным образом от земной поверхности за счет тепла, полученного ею от Солнца. Около 47% солнечной энергии, достигающей земли, поглощается земной поверхностью и превращается в тепло. Примерно 34% солнечной энергии отражается обратно в космическое пространство от верхней поверхности облаков и земной поверхности, и только пятая часть (19%) солнечной энергии непосредственно нагревает атмосферу. В связи с этим максимальная температура воздуха бывает между 13 и 14 часами, когда земная поверхность нагрета в наибольшей степени. Нагретые приземные слои воздуха поднимаются вверх, постепенно охлаждаясь. Поэтому с увеличением высоты над уровнем моря температура воздуха понижается в среднем на 0, 6^оС на каждые 100 метров подъема.

Нагревание атмосферы происходит неравномерно и зависит, прежде всего, от географической широты: чем больше расстояние от экватора к полюсу, тем больше угол наклона солнечных лучей к плоскости земной поверхности, тем меньшее количество энергии поступает на единицу площади и меньше нагревает ее.

Разница температур воздуха в зависимости от широты местности может быть очень значительна и составлять величину более 100^оС. Так, наиболее высокие температуры воздуха (до +60^оС) зарегистрированы в экваториальной Африке, минимальные (до –90^оС) – в Антарктиде.

Суточные колебания температуры воздуха бывают также очень существенны в ряде экваториальных стран, постоянно уменьшаясь по направлению к полюсам.

На суточные и годовые колебания температуры воздуха оказывает влияние целый ряд природных факторов: интенсивность солнечной радиации, характер и рельеф местности, высота над уровнем моря, близость морей, характер морских течений, растительный покров и др.

Влияние неблагоприятной температуры воздуха на организм наиболее выражено в условиях пребывания или работы людей на открытом воздухе, а также в некоторых производственных помещениях, где возможны очень высокие или очень низкие температуры воздуха. Это относится к сельскохозяйственным рабочим, строителям, нефтяникам, рыбакам и др., а также работающим в горячих цехах, в сверхглубоких шахтах (1-2 км), специалистам, обслуживающим холодильные установки и др.

В жилых и общественных помещениях существуют возможности обеспечить наиболее благоприятную температуру воздуха (за счет отопления, вентиляции помещений, использования кондиционеров и т.д.).

Атмосферное давление

На поверхности земного шара колебания атмосферного давления связаны с погодными условиями и в течение суток, как правило, не превышают 4-5 мм рт.ст.

Однако существуют особые условия жизни и трудовой деятельности человека, в которых наблюдаются значительные отклонения от нормального атмосферного давления, способные оказать патологическое воздействие.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒