ЛЕКЦИЯ № 3. Атмосферный воздух.

Тема: Атмосферный воздух, его химический состав и физиологическое

значение составных частей.

Атмосферные загрязнения; их влияние на здоровье населения.

План лекции:

Химический состав атмосферного воздуха.

Биологическая роль и физиологическое значение его составных частей: азота, кислорода, углекислого газа, озона, инертных газов.

Понятие об атмосферных загрязнениях и их источниках.

Влияние атмосферных загрязнений на здоровье (прямое воздействие).

Влияние атмосферных загрязнений на условия жизни населения (косвенное воздействие на здоровье).

Вопросы охраны атмосферного воздуха от загрязнения.

Газовая оболочка земли называется атмосферой. Общий вес земной атмосферы составляет 5,13  10 15 тонн.

Воздух, образующий атмосферу, представляет собой смесь различных газов. Состав сухого воздуха на уровне моря будет следующий:

Таблица № 1

Состав сухого воздуха при температуре 0 0 С и

давлении 760 мм рт. ст.

Состав земной атмосферы остается постоянным над сушей, над морем, в городах и сельской местности. Не изменяется он также с высотой. При этом следует помнить, что речь идет о процентном содержании составных частей воздуха на разных высотах. Однако этого нельзя сказать о весовой концентрации газов. По мере подъема вверх плотность воздуха падает и количество молекул, содержащихся в единице пространства, тоже снижается. Вследствие этого падает весовая концентрация газа и его парциальное давление.

Остановимся на характеристике отдельных составных частей воздуха.

Главной составной частью атмосферы является азот. Азот является инертным газом. Он не поддерживает дыхания и горения. В атмосфере азота жизнь невозможна.

Азот играет важную биологическую роль. Азот воздуха усваивается некоторыми видами бактерий и водорослями, которые образуют из него органические соединения.

Под влиянием атмосферного электричества образуется небольшое количество ионов азота, которые вымываются из атмосферы осадками и обогащают почву солями азотистой и азотной кислоты. Соли азотистой кислоты под влиянием почвенных бактерий превращаются в нитриты. Нитриты и соли аммиака усваиваются растениями и служат для синтеза белков.

Таким образом, осуществляется превращение инертного азота атмосферы в живую материю органического мира.

Ввиду недостатка азотистых удобрений природного происхождения, человечество научилось получать их искусственным путем. Создана и развивается азотно-туковая промышленность, которая перерабатывает атмосферный азот в аммиак и азотистые удобрения.

Биологическое значение азота не ограничивается его участием в круговороте азотистых веществ. Он играет важную роль как разбавитель кислорода атмосферы, так как в чистом кислороде жизнь невозможна.

Увеличение содержания азота в воздухе вызывает гипоксию и асфиксию вследствие снижения парциального давления кислорода.

При повышении парциального давления азот проявляет наркотические свойства. Однако, в условиях открытой атмосферы наркотическое действие азота не проявляется, так как колебания его концентрации незначительны.

Наиболее важным из компонентов атмосферы является газообразный кислород (О 2 ) .

Кислород в нашей Солнечной системе в свободном состоянии встречается только на Земле.

Много предположений выдвинуто относительно эволюции (развития) земного кислорода. Наиболее признанное объяснение заключается в том, что подавляющая часть кислорода в современной атмосфере образовалась в процессе фотосинтеза в биосфере; и только начальное, малое количество кислорода образовалось в результате фотосинтеза воды.

Биологическая роль кислорода чрезвычайно велика. Без кислорода невозможна жизнь. Земная атмосфера содержит 1,18  10 15 тонн кислорода.

В природе непрерывно идут процессы потребления кислорода: дыхание человека и животных, процессы горения, окисления. В то же время непрерывно идут процессы восстановления содержания кислорода в воздухе (фотосинтез). Растения поглощают углекислый газ, расщепляют его, усваивают углерод, а кислород выделяют в атмосферу. Растения выбрасывают в атмосферу 0,5  10 5 миллионов тонн кислорода. Этого достаточно чтобы покрыть естественную убыль кислорода. Поэтому содержание его в воздухе постоянно и составляет 20, 95%.

Непрерывное течение воздушных масс перемешивают тропосферу, вот почему не наблюдается разницы в содержании кислорода в городах и сельской местности. Концентрация кислорода колеблется в пределах нескольких десятых процентов. Это не имеет значения. Однако, в глубоких ямах, колодцах, пещерах содержание кислорода может падать, поэтому спуск в них опасен.

При падении парциального давления кислорода у человека и животных наблюдаются явления кислородного голодания. Значительные изменения парциального давления кислорода наступают при подъеме вверх над уровнем моря. Явления кислородной недостаточности могут наблюдаться при подъемах в горы (альпинизм, туризм), при авиаперелетах. Подъем на высоту 3000м может вызвать высотную или горную болезнь.

При длительном проживании в высокогорной местности у людей развивается привыкание к недостатку кислорода и наступает акклиматизация.

Высокое парциальное давление кислорода неблагоприятно для человека. При парциальном давлении более 600 мм уменьшается жизненная емкость легких. Вдыхание чистого кислорода (парциальное давление 760 мм) вызывает отек легких, пневмонию, судороги.

В естественных условиях в воздухе не наблюдается повышенное содержание кислорода.

Озон является составной частью атмосферы. Масса его составляет 3,5 миллиарда тонн. Содержание озона в атмосфере меняется по сезонам года: весной оно высокое, осенью низкое. Содержание озона зависит от широты местности: чем ближе к экватору, тем оно ниже. Концентрация озона имеет суточный ход: максимума оно достигает к полудню.

Концентрация озона неравномерно распределяется по высоте. Наиболее высокое его содержание наблюдается на высоте 20-30 км.

Озон непрерывно образуется в стратосфере. Под влиянием ультрафиолетовой радиации солнца, молекулы кислорода диссоциируют (распадаются) с образованием атомарного кислорода. Атомы кислорода рекомбинируются (соединяются) с молекулами кислорода и образуют озон (О 3). На высоте выше и ниже 20-30 км процессы фотосинтеза (образования) озона замедляются.

Наличие слоя озона в атмосфере имеет большое значение для существования жизни на Земле.

Озон задерживает коротковолновую часть спектра солнечной радиации, не пропускает волны короче 290 нм (нанометров). При отсутствии озона жизнь на земле была бы невозможна, вследствие губительного действия короткой ультрафиолетовой радиации на все живое.

Озон поглощает также инфракрасную радиацию с длиной волны 9,5 мкм (микрон). Благодаря этому, озон задерживает около 20 процентов теплового излучения земли, уменьшая потерю ее тепла. В отсутствие озона абсолютная температура Земли была бы ниже на 7 0 .

В нижний слой атмосферы – тропосферу озон заносится из стратосферы в результате перемешивания воздушных масс. При слабом перемешивании концентрация озона у поверхности земли падает. Увеличение озона в воздухе наблюдается при грозе в результате разрядов атмосферного электричества и увеличения турбулентности (перемешивания) атмосферы.

Вместе с тем, значительное повышение концентрации озона в воздухе является результатом фотохимического окисления органических веществ, которые поступают в атмосферу с выхлопными газами автомобилей и выбросами промышленности. Озон относится к числу токсических веществ. Озон оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, носа, горла в концентрации 0,2-1 мг/м 3 .

Углекислый газ (СО 2 ) находится в атмосфере в концентрации 0,03%. Общее количество его равно 2330 миллиардов тонн. Большое количество углекислого газа содержится в растворенном виде в воде морей и океанов. В связанном виде он входит в состав доломитов и известняков.

Атмосфера постоянно пополняется углекислым газом в результате процессов жизнедеятельности живых организмов, процессов горения, гниения, брожения. Человек выделяет в день 580 л углекислого газа. Большое количество углекислого газа выделяется при разложении известняков.

Несмотря на наличие многочисленных источников образования, существенного накопления углекислого газа в воздухе не происходит. Углекислый газ постоянно ассимилируется (усваивается) растениями в процессе фотосинтеза.

Кроме растений регулятором содержания углекислого газа в атмосфере являются моря и океаны. При повышении парциального давления углекислого газа в воздухе, он растворяется в воде, а при снижении выделяется в атмосферу.

В приземной атмосфере наблюдаются небольшие колебания концентрации углекислого газа: над океаном она ниже, чем над сушей; в лесу выше, чем в поле; в городах выше, чем за городом.

Углекислый газ играет большую роль в жизнедеятельности животных и человека. Он является побудителем дыхательного центра.

В атмосферном воздухе присутствует некоторое количество инертных газов : аргона, неона, гелия, криптона и ксенона. Эти газы относятся к нулевой группе таблицы Менделеева, не вступают в реакции с другими элементами, являются инертными в химическом смысле.

Инертные газы являются наркотическими. Их наркотические свойства проявляются при высоком барометрическом давлении. В открытой атмосфере наркотические свойства инертных газов не могут проявиться.

Кроме составных частей атмосферы, в ней содержатся различные примеси природного происхождения и загрязнения, вносимые в результате деятельности человека.

Примеси, которые присутствуют в воздухе помимо его естественного химического состава, называются атмосферными загрязнениями .

Атмосферные загрязнения подразделяются на естественные и искусственные.

К естественным загрязнениям относят примеси, поступающие в воздух в результате стихийных природных процессов (растительная, почвенная пыль, извержение вулканов, космическая пыль).

Искусственные атмосферные загрязнения образуются в результате производственной деятельности человека.

Искусственные источники атмосферных загрязнений делят на 4 группы:

транспорт;

промышленность;

теплоэнергетика;

сжигание мусора.

Остановимся на их краткой характеристике.

Современная ситуация характеризуется тем, что объем выбросов автомобильного транспорта превышает объем выбросов промышленных предприятий.

Один автомобиль выбрасывает в воздушный бассейн более 200 химических соединений. Каждый автомобиль потребляет в год в среднем 2 тонны топлива и 30 тонн воздуха, а выбрасывает в атмосферу 700 кг оксида углерода (СО), 230 кг несгоревших углеводородов, 40 кг окислов азота (NО 2) и 2-5 кг твердых веществ.

Современный город насыщен и другими видами транспорта: железнодорожным, водным и воздушным. Общее количество выбросов в окружающую среду от всех видов транспорта имеет тенденцию к непрерывному росту.

Промышленные предприятия по степени наносимого вреда окружающей среде занимают второе место после транспорта.

Наиболее интенсивно загрязняют атмосферный воздух предприятия черной и цветной металлургии, нефтехимической и коксохимической промышленности, а также предприятия по производству строительных материалов. Они выбрасывают в атмосферу десятки тонн сажи, пыли, металлов и их соединений (меди, цинка, свинца, никеля, олова и др.).

Поступая в атмосферу, металлы загрязняют почву, накапливаются в ней, проникают в воду водоемов.

В районах расположения промышленных предприятий, население подвергается риску неблагоприятного воздействия атмосферных загрязнений.

Помимо твердых частиц промышленность выбрасывает в воздух различные газы: серный ангидрид, окись углерода, окислы азота, сероводород, углеводороды, радиоактивные газы.

Загрязняющие вещества могут длительно находиться в окружающей среде и оказывать вредное влияние на организм человека.

Например, углеводороды сохраняются в окружающей среде до 16 лет, принимают активное участие в фотохимических процессах в атмосферном воздухе с образованием токсических туманов.

Массивное загрязнение атмосферы наблюдается при сжигании твердого и жидкого топлива на теплоэлектростанциях. Они являются основными источниками загрязнения атмосферы окислами серы и азота, окисью углерода, сажей и пылью. Для этих источников характерна массивность загрязнения атмосферного воздуха.

В настоящее время известно много фактов неблагоприятного влияния атмосферных загрязнений на здоровье людей.

Атмосферные загрязнения оказывают на организм человека как острое, так и хроническое воздействие.

Примерами острого влияния атмосферных загрязнений на здоровье населения являются токсические туманы. Концентрации токсических веществ в воздухе возрастали при неблагоприятных метеорологических условиях.

Первый токсический туман зарегистрирован в Бельгии в 1930 году. Пострадало несколько сот человек, 60 человек умерли. В последующем подобные случаи повторялись: в 1948 году в американском городе Донора. Пострадало 6000 человек. В 1952 году от «великого лондонского тумана» умерло 4000 человек. В 1962 году по этой же причине погибло 750 жителей Лондона. В 1970 году от смога над японской столицей (Токио) пострадало 10 тысяч человек, 1971 году – 28 тысяч.

Помимо перечисленных катастроф, анализ материалов исследований отечественных и зарубежных авторов обращает внимание на повышение общей заболеваемости населения по причине загрязнения атмосферы.

Выполненные в данном плане исследования позволяют заключить, что в результате воздействия атмосферных загрязнений в промышленных центрах наблюдается повышение:

общего уровня смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и болезней органов дыхания;

острой неспецифической заболеваемости верхних дыхательных путей;

хронических бронхитов;

бронхиальной астмы;

эмфиземы легких;

рака легких;

снижение продолжительности жизни и творческой активности.

Кроме того, в настоящее время математический анализ выявил статистически значимую корреляционную зависимость между уровнем заболеваемости населения болезнями крови, органов пищеварения, болезнями кожи и уровнями загрязнения атмосферного воздуха.

Органы дыхания, пищеварительная система и кожа являются «входными воротами» для токсических веществ и служат мишенями их прямого и опосредованного действия.

Влияние атмосферных загрязнений на условия жизни расценивается как непрямое (косвенное) воздействие атмосферных загрязнений на здоровье населения.

Оно включает:

снижение общей освещенности;

снижение ультрафиолетовой радиации солнца;

изменение климатических условий;

ухудшение жилищно-бытовых условий;

отрицательное воздействие на зеленые насаждения;

отрицательное воздействие на животных.

Вещества, загрязняющие атмосферу, наносят большой ущерб зданиям, сооружениям, строительным материалам.

Общий экономический ущерб США от загрязнителей атмосферы, включая их влияние на здоровье человека, строительные материалы, металлы, ткани, кожу, бумагу, краски, резину и другие материалы ежегодно составляет 15-20 миллиардов долларов.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что охрана атмосферного воздуха от загрязнения является проблемой чрезвычайной важности и объектом пристального внимания специалистов во всех странах мира.

Все мероприятия по охране атмосферного воздуха должны осуществляться комплексно по нескольким направлениям:

Законодательные меры. Это принятые правительством страны законы, направленные на охрану воздушной среды;

Рациональное размещение промышленных и жилых зон;

Технологические мероприятия, направленные на снижение выбросов в атмосферу;

Санитарно-технические мероприятия;

Разработка гигиенических нормативов для атмосферного воздуха;

Контроль за чистотой атмосферного воздуха;

Контроль за работой промышленных предприятий;

Благоустройство населенных мест, озеленение, обводнение, создание защитных разрывов между промышленными предприятиями и жилыми комплексами.

Кроме перечисленных мер внутригосударственного плана, в настоящее время разрабатываются и широко внедряются межгосударственные Программы по охране атмосферного воздуха.

Проблема охраны воздушного бассейна решается в ряде международных организаций – ВОЗ, ООН, ЮНЕСКО и других.

Состав воздуха на земле – одна из причин нашей жизни. Без воздуха человек проживет всего лишь три минуты, а через 10 наступит клиническая смерть.

Пока мы дышим, мы живем. Ни на одной планете в солнечной системе нет настолько тесной связи между химией и биологией. Наш мир уникален.

В зависимости от территории объем главного компонента жизненно необходимого газа составляет от 16 до 20 процентов – это кислород, формула которого O 2. Его вариация ощущается в пространстве как «свежесть» после грозы – это озон O 3 .

Из этой статьи вы узнаете все тайны воздушной оболочки земли. Что произойдет с миром без одного компонента? Какой вред может нанести? Как на жизнь повлияет незначительное ухудшение атмосферы?

Что такое воздух

Древние греки использовали два слова в качестве определения для воздуха: аир, что означало нижние слои атмосферы (Дим), а эфир означал яркие верхние слои атмосферы (заоблачное пространство).

В алхимии символ воздуха – это треугольник, разделенный надвое горизонтальной линией.

В современном мире, ему подошло бы такое определение – газовая смесь, окружающая планету, которая защищает от проникновения радиации солнца и больших доз ультрафиолета.

За многомиллионный период развития планета преобразовала газовые вещества и создала уникальный защитный щит, увидеть который практически невозможно. Массовая доля их несоизмеримо мала для космоса.

Ничто больше не оказывает влияние на мирообразование. Если вспомнить, что часть воздушных масс – это кислород, то, что произойдет на земле без него? Здания и сооружения рухнут.

Металлические мосты и прочие конструкции, завораживающие миллионы туристов, превратятся в единой ком из-за малого количества молекул кислорода (в данной ситуации близкой к нулю). Ухудшится жизнь всех живых организмов на планете, а некоторых приведет к смерти.

Моря и океаны, испаряясь в виде водорода, исчезнут. И когда планета станет похожей на Луну, воцарится радиационный пожар, выжигающий остатки флоры, поскольку без кислорода температура очень сильно увеличится, а вот без атмосферы не будет защиты от солнца.

Из чего состоит воздух

Почти вся земная атмосфера состоит только из пяти газов: азота, кислорода, водяного пара, аргона и углекислого газа.

Другие смеси в ней тоже присутствуют, но ради чистоты представления химический состав водяного пара рассматриваться не будет. Стоит упомянуть, что в воздушной массе он занимает не более пяти процентов.

Состав воздуха в процентах

В идеале собранный в банку воздух состоит на:

• 78 процентов из азота;
• 16 — 20 процентов кислорода;
• 1 процента аргона;
• три сотых процента углекислого газа;
• одну тысячную процента неона;
• 0,0002 процента метана .

Более мелкие компоненты это:

• гелий - 0,000524%;
• криптон - 0,000114%;
• водород — Н2 0,00005%;
• ксенон - 0,0000087%;
• озон О 3 - 0,000007%;
• диоксид азота - 0,000002%;
• йод - 0,000001%;
• монооксид углерода;
• аммиак.

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Дыхание преобладает над прочими потребностями человека. Из школьного курса каждому известно, что человек вдыхает кислород, а выдыхает углекислый газ. Хотя в жизни в воздухе кроме чистого O 2 присутствует другие вещества.

Вдох — выдох. Подобный цикл повторяется порядка 22000 раз в день в процессе чего потребляется кислород, который поддерживает жизнеспособность человеческого тела. Проблема в том, что нежная легочная ткань подвергается нападению со стороны загрязнения воздуха, чистящих растворов, волокон, паров и пыли.

В первой половине статьи говорилось про сокращение кислорода, но что будет при увеличении. Двукратная концентрация основного газа привела бы к сокращению потребляемого топлива в автомобилях.

Вдыхая больше кислорода, человек стал бы намного психологически позитивнее. Однако, некоторым насекомым благоприятный климат позволил бы увеличиться в размерах. Есть ряд теорий, прогнозирующих это. Думается, что никто не хотел бы встретиться с пауком размером с собаку, а про рост крупных представителей можно только фантазировать.

Вдыхая меньше тяжелых металлов, человечество смогло бы победить ряд сложных заболеваний, но такой проект потребует много сил. Есть целая программа, направленная на создание практического рая на земле: в каждом доме, в комнате, городе или стране. Ее цель сделать атмосферу чище, избавить людей от опасной работы в шахтах и металлургии. Место, где рабочие места заняли бы мастера своего дела.

Важно, что вдыхать чистый, не тронутый промышленностью воздух можно, но для этого нужна политическая, а лучше мировая воля. А пока люди заняты поисками денег и дешевых (грязных) технологий, остается вдыхать только городской смог. Как долго подобное продлится неизвестно.

Наглядно оценить атмосферный воздух столицы нашей родины, который вдыхает не один десяток людей, позволит карта.

Гигиеническое значение атмосферного воздуха

Официально, загрязнение воздуха может быть определено как содержание вредных веществ в воздухе либо частиц или микроскопических биологических молекул, которые представляют опасность для здоровья живых организмов: людей, животных или растений.

Уровень загрязнения воздуха в конкретном месте зависит главным образом от источника или источников загрязнения. Сюда входят:

• выхлопные газы автомобилей;
• угольные электростанции;
• промышленные заводы и другие источники загрязнения.

Все перечисленное извергает в воздух различные типы опасных веществ и токсинов, превышая нормы в десятки, а порой сотни раз. В сочетании с природными источниками – вулканы , гейзеры и прочее – создается смертоносный коктейль ядовитых воздушных масс, который привычно называют «смогом».

Доказательства вины каждого человека очевидны. Наш персональный выбор и промышленность могут оказать пагубное влияние на столь необходимый газ. За век технологического рывка природа успела пострадать, а значит отмщение неизбежно.

Увеличивая выбросы, человечество приближается к пропасти, возврата из которой нет и быть не может. Пока не поздно, следует исправить хоть что-то. Доказано, что альтернативные промышленные технологии могут помочь очистить воздух в Москве, Петербурге, Токио, Берлине и любом ином крупном городе.

Вот некоторые пути решения:

1. Замените бензин электричеством в автомобилях, и небо над городом станет чуть прекрасней.
2. Убрать из городов угольные станции, пусть они уйдут в историю страны, начать использовать энергию солнца, воды, ветра. Тогда после дождя не полетит сажа из трубы очередного завода, а будет только запах «свежести».
3. Посадите дерево в парке. Если подобное сделают тысячи, то больницы перестанут посещать астматики и депрессивные люди в поисках уникального рецепта из уст психолога.

ВОЗДУХ – смесь газов, образующая атмосферу, оболочку вокруг земного шара, обусловливающую возможность жизни на Земле животных и растительных организмов.

Воздух состоит в основном из смеси азота (78,09% по объему) и кислорода (20,95% по объему); на долю всех остальных газов приходится около 1%. Важнейшей составной частью воздуха является кислород, играющий основную роль в поддержании жизни на Земле. В процессе жизнедеятельности животные организмы непрерывно потребляют кислород. Пополнение запасов кислорода В. происходит за счет продуцирования его растениями, зеленые части которых в процессе фотосинтеза поглощают на свету углекислый газ и используют его углерод для образования органических веществ, выделяя при этом в воздух свободный кислород. Таким образом, в природе происходит кругооборот кислорода, в процессе которого одновременно с большим расходом кислорода происходит полное восстановление его количества.

Человек вдыхает за сутки 20-30 м куб. воздуха. Потребность человека в кислороде зависит от интенсивности трудовой деятельности; в покое эта потребность составляет 25 л в час. Снижение содержания кислорода в воздухе до 16-18% не оказывает заметного влияния на организм человека; снижение до 14% уже сопровождается явлениями кислородной недостаточности, а снижение до 9% опасно для жизни. Однако основное биологическое значение имеет не процентное содержание кислорода в воздухе, а его парциальное (частичное) давление, то есть та часть общего атмосферного давления, которая приходится на его долю, так как переход кислорода из воздуха, содержащегося в альвеолах легких, в кровь и ткани основан на разнице его парциального давления. Наиболее полно этот переход осуществляется при парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе, равном 150- 159 мм, которое обычно имеет место при атмосферном давлении 760 мм. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе ниже, чем в атмосферном воздухе: при парциальном давлении кислорода в атмосферном воздухе, равном 159 мм, в альвеолярном воздухе оно составляет только 105 мм. Понижение парциального давления кислорода воздуха влечет за собой нарушение дыхательного процесса, снижение легочного и тканевого газообмена, обеднение крови и тканей кислородом. При понижении парциального давления кислорода в атмосферном воздухе до 130-140 мм (в альвеолярном воздухе соответственно до 80-85 мм) уже может возникать ряд нарушений – одышка, учащение и увеличение глубины дыхания, учащение сердце биений, ускорение тока крови и другие, которые носят компенсаторный характер. При дальнейшем снижении парциального давления кислорода до 110 мм (в альвеолярном воздухе – около 62 мм) компенсаторные возможности организма оказываются уже недостаточными и возникают явления кислородной недостаточности (так называемая гипоксемия, гипоксия). Дальнейшее снижение парциального давления кислорода до 50-60 мм (в альвеолярном воздухе до 20-25 мм) может привести к смерти. Дефицит кислорода можно компенсировать употребляя кислородный коктейль. Приготовление кислородного коктейля производят с помощью различных аппаратов, в том числе концентратор кислорода , кислородные миксеры, ароматические станции, пенообразователи и многие другие.

Понижение парциального давления кислорода отмечается с подъемом на высоту. Поэтому при подъемах на горы или на самолете с негерметизированной кабиной у малотренированных и неакклиматизированных людей может развиться так называемая высотная болезнь. Значительно легче организм переносит повышение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Экспериментальные животные переносят содержание кислорода в воздухе 40-60% в течение длительного срока без каких-либо заметных проявлений и нарушений в состоянии организма. При водолазных работах дыхание воздухом, содержащим до 50% кислорода, также переносится без вредных последствий.

При высоком парциальном давлении кислорода (около 1 атм) и длительном вдыхании его развивается отек и воспаление легких.

Второй важной составной частью воздуха является азот. Он относится к инертным газам и не способен поддерживать дыхание и горение. Однако азот играет важную роль как разбавитель кислорода в атмосферном воздухе, обеспечивая благоприятную для поддержания нормального дыхания животных и человека концентрацию кислорода в воздухе. Наилучшие условия для жизни создаются при содержании в воздухе азота 78,09% (по объему) и кислорода 20,95%. При увеличении содержания азота в воздухе до 83% отмечаются первые признаки недостаточности кислорода. Азот при повышенном парциальном его давлении во вдыхаемом воздухе обладает наркотическим действием (при парциальном давлении азота 30-40 атм наступает полный наркоз). Изучение токсического действия азота у водолазов при глубоководных спусках показало, что при дыхании обыкновенным воздухом под давлением 9 атм и более отмечается ряд расстройств. Азот растворяется в крови и тканях организма в количествах, пропорциональных его парциальному давлению. При быстром переходе человека от повышенного давления к низкому избыток азота выделяется из тканей и крови в виде пузырьков газа, что является причиной так называемой кессонной болезни.

Постоянной составной частью воздуха является углекислый газ (CO2). Углекислый газ участвует в круговороте углерода; он поглощается в большом количестве растениями. Однако количество его в воздухе остается постоянным за счет поступления из почвы, в составе промышленных газов и дыма, за счет дыхания людей и животных. Человек в покое за 1 час выдыхает 22,6 л CO2. Наибольшее количество CO2 содержится в воздухе крупных промышленных городов. Наименьшее количество - над водной поверхностью океанов и морей. Регулирующее влияние на содержание СO2 в атмосферном воздухе оказывает вода морей и океанов, которая в зависимости от величины парциального давления кислорода воздуха и температуры отдает или поглощает СO2 из атмосферного воздуха. Физиологическое значение углекислого газа заключается в его возбуждающем действии на дыхательный центр. Так как в процессе жизнедеятельности в организме образуется углекислый газ в количестве, достаточном для создания в крови необходимого парциального давления СO2, обеспечивающего нормальное течение дыхательного процесса, то понижение содержания углекислого газа в атмосферном воздухе не имеет существенного значения. Повышение же концентрации СO2 в воздухе сказывается на состоянии организма: при содержании в воздухе 3-4% СO2 дыхание ускоряется и углубляется, появляется головная боль, шум в ушах, замедление пульса, повышение кровяного давления и другое, при повышении концентрации СO2 в воздухе до 10% может наступить потеря сознания и смерть. Механизм действия высоких концентраций СO2 аналогичен действию кислородной недостаточности. Гигиенической нормой содержания СO2 в воздухе жилых и общественных помещениях принято считать 0,1%. Углекислый газ принято рассматривать как показатель загрязнения воздуха в помещениях.

Из других газов воздуха необходимо отметить озон (O3), который относится к активным газам, оказывающим влияние на здоровье человека. Однако естественное содержание озона у поверхности земли ничтожно и не представляет какой-либо опасности для здоровья. Наибольшие количества озона сосредоточиваются в атмосфере на высоте 25-30 км. Озон играет важную роль в защите от вредного действия коротких волн солнечной радиации, а также обладает способностью задерживать тепло, исходящее от земли и, таким образом, в некоторой степени препятствует охлаждению земной поверхности.

В воздухе могут находиться в виде примесей и другие газы, в том числе и вредные (сероводород, сернистый газ, аммиак, окись углерода и другие), что чаще всего имеет место вблизи промышленных предприятий. Среди примесей, загрязняющих воздух, первое место принадлежит пыли . Мероприятия по санитарной охране воздуха направлены к всемерному снижению содержания в воздухе этих вредных примесей.
Помимо состава воздуха, существенное значение для нормальной жизнедеятельности человека имеют также физические свойства воздуха: температура, влажность, подвижность, которые оказывают комбинированное действие на организм, увеличивая или уменьшая его теплоотдачу. Наиболее благоприятная для человека температура воздуха 18-20°. Чем тяжелей выполняемая человеком работа, тем ниже должна быть температура воздуха. Человек легко переносит колебания температуры, вследствие свойственной ему способности к .

Большое значение для нормального самочувствия человека имеет влажность воздуха. Наиболее благоприятна для человека относительная влажность воздуха 40-60%. Сухой воздух переносится человеком хорошо, высокая влажность действует крайне неблагоприятно: при высокой температуре воздуха она способствует перегреву организма, так как затрудняет испарение пота, а при низких температурах способствует его переохлаждению, так как влажный воздух отличается высокой теплопроводностью. Человек очень чувствителен к движению воздуха, вызывающему усиление теплоотдачи организма. При низких температурах ветер способствует быстрому переохлаждению тела. При высокой температуре или интенсивном солнце ветер предохраняет от перегрева, улучшает самочувствие.

В воздухе могут содержаться микроорганизмы, в том числе и болезнетворные. Загрязненный ими воздух может способствовать распространению некоторых заразных болезней, особенно так называемых капельных инфекций (грипп, дифтерия, корь, скарлатина, коклюш и другие), возбудители которых больной человек выделяет с капельками слюны и слизи при кашле, чихании, разговоре.

Необходимо всегда следить за чистотой воздуха в помещении: систематически мыть полы, проветривать комнаты путем устройства сквозняков, тщательно выколачивать пыль из мягкой мебели, ковров, портьер, постельных принадлежностей и одежды не реже одного раза в неделю.

Химический состав воздуха

Воздух имеет такой химический состав: азот-78, 08%, кислород-20, 94%, инертные газы-0, 94%, диоксид углерода-0, 04%. Эти показатели в приземном слое могут колебаться в незначительных пределах. Человеку в основном нужен кислород, без которого он не сможет жить, как и остальные живые организмы. Но сейчас изучено и доказано, что другие составные части воздуха также имеют большое значение.

Кислород - газ без цвета и запаха, хорошо растворимый в воде. Человек за сутки вдыхает в состоянии покоя примерно 2722 л (25 кг) кислорода. В выдыхаемом воздухе содержится около 16% кислорода. От величины потребляемого кислорода зависит характер интенсивности окислительных процессов в организме.

Азот - газ без цвета и запаха, малоактивный, его концентрация в выдыхаемом воздухе почти не меняется. Он играет важную физиологическую роль в создании атмосферного давления, который жизненно необходим, и совместно с инертными газами разбавляет кислород. С растительной пищей (особенно бобовых) азот в связанном виде поступает в организм животных и участвует в образовании животных белков, а соответственно и белков человеческого организма.

Диоксид углерода - газ без цвета, с кисловатым вкусом и своеобразным запахом, хорошо растворимый в воде. В выдыхаемом из легких воздухе его содержится до 4,7%. Повышение содержания диоксида углерода в 3% во вдыхаемом воздухе отрицательно влияет на состояние организма, возникают ощущения сжатия головы и головная боль, повышается артериальное давление, замедляется пульс, появляется шум в ушах, может наблюдаться психическое возбуждение. При росте концентрации двуокиси углерода до 10% во вдыхаемом воздухе происходит потеря сознания, а затем может наступить остановка дыхания. Большие концентрации быстро приводят к параличу мозговых центров и смерти.

Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие.

Оксид углерода (СО) - бесцветный газ, не имеющий запаха, так называемый «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода при низкой температуре.

Диоксид углерода (СО 2), или углекислый газ - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.

Диоксид серы (SO 2) или сернистый ангидрид - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он участвует в формировании кислотных дождей. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит к нарушению кровообращения и остановке дыхания.

Оксиды азота (оксид и диоксид азота). Образуются при всех процессах горения большей частью в виде оксида азота. Оксид азота достаточно быстро окисляется до диоксида, который представляет собой красно-белый газ с неприятным запахом, сильно действующим на слизистые оболочки человека. Чем выше температура горения, тем интенсивнее идет образование оксидов азота.

Озон - газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений (ЛОС).

Углеводороды - химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т.д. Многие углеводороды опасны сами по себе. Например, бензол, один из компонентов бензина, может вызвать лейкемию, а гексан - тяжелые поражения нервной системы человека. Сильным канцерогеном является бутадиен.

Свинец - серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства припоя, красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. Свинец и его соединения, попадая в организм человека, снижают активность ферментов и нарушают обмен веществ, кроме того, они обладают способностью накапливаться в организме человека. Особую угрозу соединения свинца представляют для детей, нарушая их умственное развитие, рост, слух, речь ребенка, его способность сосредоточиться.

Фреоны - группа галогеносодержащих веществ, синтезированных человеком. Фреоны, представляющие собой хлорированные и фторированные углероды (ХФУ), как недорогие и нетоксичные газы широко применяют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, пенообразующих агентов, в установках для газового пожаротушения, рабочего тела аэрозольных упаковок (лаков, дезодорантов).

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяют на следующие классы:

механическая пыль - образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса,

возгоны - образуются в результате объемной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат,

летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении,

промышленная сажа - входящий в состав промышленного выброса твердый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Основной параметр, характеризующий взвешенные частицы, - это их размер, который колеблется в широком диапазоне - от 0,1 до 850 мкм. Наиболее опасны частицы от 0,5 до 5 мкм, поскольку они не оседают в дыхательных путях и именно их вдыхает человек.

Диоксины относятся к классу полихлорированных полициклических соединений. Под этим названием объединено более 200 веществ - дибензодиоксинов и дибензофуранов. Основным элементом диоксинов является хлор, который в отдельных случаях может замещаться бромом, кроме того, диоксины содержат кислород, углерод и водород.

Атмосферный воздух выступает своего рода посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами (примесями), переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.

Химический состав атмосферного воздуха и его гигиеническое значение.

Химический состав атмосферного воздуха . Атмосферный воздух является смесью многих газообразных веществ. Основную массу воздуха составляют кислород и азот, кроме того, в нем содержится углекислый газ, аргон, неон, гелий, и другие газы. Кислород О 2 - важнейшая составная часть атмосферного воздуха 20,95%. Организм человека чувствителен к недостатку кислорода. Уменьшение его содержания в воздухе до 17% приводит к учащению пульса, дыхания. При концентрации кислорода 11-13% отмечается выраженная кислородная недостаточность, ведущая к резкому снижению работоспособности. Содержание в воздухе 7-8% кислорода несовместимо с жизнью. Наряду с процессами потребления непрерывно протекают и обратные процессы - восстановление кислорода в воздухе благодаря выделению его зелеными частями растений, поэтому содержание кислорода в атмосферном воздухе остается почти постоянным. Для организма важно парциальное давление кислорода, а не его абсолютное содержание во вдыхаемом воздухе, так как переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а из нее - в ткани происходит под влиянием разницы в парциальном давлении. Парциальное давление кислорода уменьшается с увеличением высоты местности над уровнем моря. Падение парциального давления вызывает у человека и животных явление кислородного голодания (уменьшение насыщения крови кислородом), при этом нарушаются окислительные процессы в тканях. Ухудшается общее самочувствие, наблюдается учащенное дыхание. Кислородное голодание наблюдается, например, при подъеме в горы и т.д. Даже подъем на высоту 300м может вызвать горную, или высотную болезнь. Однако длительная тренировка или постоянное проживание в высотной местности делает организм менее чувствительным к недостатку кислорода. 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 - явление отека легких. Используется в медицине: в кислородных подушках (40 - 60 % О 2 ), в барокамерах (метод гипербарической оксигенации).

Азот N 2 - главная составная часть атмосферного воздуха, составляющая примерно 78% его объема. Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. Он играет важную биологическую роль, участвуя в круговороте азотистых веществ. Кроме того, азот служит разбавителем кислорода, так как жизнь в чистом кислороде невозможна.При концентрациях азота, превышающих допустимые (90-93%), наступает смерть. Наиболее выраженные неблагоприятные свойства азота проявляются при повышенном атмосферном давлении, что связано с его наркотическим действием и участием в развитии кессонной болезни. Углекислый газ СО 2 , или двуокись углерода, присутствует в атмосферном воздухе в небольшом количестве. Процессы жизнедеятельности живых организмов, процессы горения, гниения, брожения сопровождаются его выделением. Однако, несмотря на многочисленные источники образования углекислого газа, значительного его увеличения в атмосферном воздухе не происходит. Это объясняется тем, что углекислый газ усваивается растениями, причем углерод участвует в построении органических веществ, а кислород снова поступает в атмосферу. В воздухе промышленных городов содержание углекислого газа несколько больше, чем в воздухе загородной местности, что объясняется поступлением его с дымовыми газами промышленных предприятий и коммунальных объектов, с выхлопными газами автотранспорта и т.п. Углекислый газ является физиологическим возбудителем дыхательного центра, поэтому увеличение его содержания (свыше 4%) вызывает учащение дыхания. В природных условиях наблюдаются случаи, когда углекислый газ накапливается в больших, даже опасных для жизни концентрациях, например, в заброшенных колодцах, шахтах, подвалах и т.п. Однако обычные концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе не имеют гигиенического значения. В гигиеническом отношении содержания диоксида углерода является показателем, по которому судят о степени чистоты воздуха в жилых и общественных зданиях. Предельно допустимая концентрация диоксида углерода в жилых и общественных зданиях 0,1%. Высокое содержание озона О 3 обуславливает ряд оптических явлений (миражи), оказывает существенное влияние на интенсивность и спектральный состав электромагнитных излучений. Озон поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Применение в медицине: дезодорация воздуха (уничтожает гнилостные запахи), дезинфекция воздуха и воды. К инертным газам , содержащимся в атмосферном воздухе, относятся аргон, неон, гелий, криптон и др. В химическом отношении они инертны, а их опасное воздействие на организм связано с их радиоактивностью. В природных условиях они определяют естественную радиоактивность атмосферы, в тех концентрациях, в которых их обнаруживают в атмосфере, они не оказывают неблагоприятного действия на человека.

Загрязнение атмосферы - это образование в ней физико-химических соединений, агентов или веществ, обусловленное как природными (естественными), так и искусственными (антропогенными) факторами (табл.1). Таблица 1. Источники загрязнения воздуха

В числе непосредственных природных примесей к атмосферному воздуху - относится аммиак, который поступает в воздух в результате процессов распада азотистых органических веществ. И сероводород, попадающий в воздух в результате гниения белковых веществ, в состав которых входит сера, а также водяные пары и пыль. Естественными источниками загрязнений атмосферного воздуха служат, прежде всего, вулканические выбросы, лесные и степные пожары, пыльные бури, морские штормы и тайфуны. К широкомасштабным катастрофам приводят извержения вулканов и лесные пожары. При извержении вулканов выбрасываются огромные объемы аэрозолей, внешних частиц, которые разносятся тропосферными и стратосферными ветрами и поглощают часть солнечного излучения. Особенности формирования воздушной среды в крупном городе. Все загрязнения воздушной среды можно разделить на три вида: 1. Твердые (пыль, сажа и т.д.). 2. Жидкие (пары). 3. Газообразные. Наиболее активны с точки зрения химического взаимодействия с компонентами атмосферы и биосферы соединения серы, азота, фосфора, галогенов, фенолов и формальдегида. По ориентировочным данным, ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы (из сернистого газа выбрасываемого в воздух энергетическими системами, образуются кислоты, содержащие серу, которые затем выпадают из атмосферы в виде так называемых кислотных дождей), азота, галогенпроизводных и других соединений. Основные источники загрязнений атмосферы - энергетика, автомобильный и авиационный транспорт, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности. Загрязнения атмосферы оказывают непосредственное влияние на здоровье людей. Увеличивается число кожных заболеваний, заболеваний слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, злокачественных новообразований легких, резко обостряются различные хронические заболевания и т.д. Рост атмосферных загрязнений снижает также общую резистентность организма. Дым и газообразные отходы (особенно диоксида серы) над промышленными районами и большими городами могут привести к образованию смога (токсический туман). Концентрации загрязняющих веществ, например, оксидов серы, взвешенной пыли и оксида углерода, могут быстро достигать опасных для здоровья человека уровней и приводить к нарушению дыхания, раздражению слизистых оболочек, расстройству кровообращения, а нередко и к смерти. Особую опасность могут представлять для малолетних детей, пожилых и больных людей. Вследствие катастрофы физического лондонского смога 1952 г. в течении двух недель погибло 4000 человек. В 1952 г. результате сильного смога в Рурской области умерло 150 человек. Различают два типа смога: зимний (лондонский) и летний (лос-анджелесский). Метеорологическая предпосылка для зимнего смога - безветренная тихая погода (температурная инверсия). При этом слой более теплого воздуха расположен над земным слоем холодного воздуха (ниже 700 м), движение воздуха вблизи поверхности земли почти отсутствует (менее 3 м/с). Горизонтальный и вертикальный обмен воздуха затруднен. Загрязняющие вещества, которые обычно распределяются через высокие дымовые трубы в высоких слоях воздуха и переносятся на большие расстояния, в данном случае скапливаются в приземном слое. Летний смог называют фотохимическим смогом. При наличии в атмосферном воздухе оксидов азота и углеводородов и интенсивной солнечной радиации образуются фотооксиданты, преимущественно озон. В Центральной Европе смог этого типа наблюдается редко. Сокращение выбросов загрязняющих веществ - единственная возможность предупредить возникновение смога.Гигиеническое нормирование вредных веществ в атмосферном воздухе.Разработаны и законодательно установлены предельно допустимые концентрации загрязняющих компонентов в воздушной среде (ПДК). ПДК -- это концентрации, которые не оказывают на человека ни прямого, ни косвенного вредного и неприятного действия, не снижают его трудоспособности, не влияют отрицательно на его самочувствие и настроение. Мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха делятся на законодательные, технологические, планировочные и санитарно-технические. Особое значение имеют законодательные мероприятия , определяющие ответственность различных организаций за охрану атмосферного воздуха. В настоящее время при решении вопросов охраны атмосферного воздуха руководствуются Конституцией РФ, Федеральным законами «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (№52-Ф3 1999г.) и «Об охране атмосферного воздуха» (№96 Ф3 1999г., с изменениями 2010г.). Мероприятия, направленные на предотвращение неблагоприятного воздействия загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения, регламентируется СанПиН 2.1.6.1032-06 « Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест». В группу технологических мероприятий входят мероприятия, которые могут быть проведены на самом предприятии в целях уменьшения выбросов и снижения концентрации пыли и газов в воздухе (так называемые безотходные технологии, автоматизация и герметизация производств и т.д.). Санитарно-технические мероприятия связаны с использованием очистных устройств. Это пыле-, золо-, газоулавливатели, пылеотстойные камеры, фильтры, увлажняющие технологии очистки, электрофильтрация и т.д. Устройство высоких труб (100м и выше) способствует более интенсивному рассеиванию газов. Правильный расчет и обоснование высоты трубы имеют существенное значение в защите приземных слоев атмосферы от загрязнения. Планировочные мероприятияоснованы на принципе функционального зонирования населенных пунктов (выделение промышленных и селитебных зон, учет розы ветров и т. д.). Это позволяет сосредоточить опасные предприятия с учетом аэроклиматических условий и обосновать устройство обязательных разрывов между предприятиями и жилой застройкой (санитарно - защитные зоны), а также озеленение, благоустройство дорог и т.д. Мониторинг - непрерывное слежение за факторами окружающей среды (воздух, вода и т.д.), контроль ПДК.