Укажите содержание углекислого газа в чистом атмосферном воздухе

Химический состав атмосферного воздуха, его влияние на организм и гигиеническое значение.

По
химическому составу чистый атмосферный
воздух (слой воздуха, прилегающий к
земле -тропосфера) представляет собой
смесь газов:

Атмосферный
воздух представляет собой смесь:

• кислорода
  – 20,95 %;
• инертных
  газов – 0,94 %;

С
высотой, в результате уменьшения
плотности атмосферы, снижается
концентрация и парциальное давление
всех газов в воздухе.

Кислород
(О2)
по
биологической роли – самая важная
составная 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.

В
покое потребность человека в кислороде
составляет
12-17
л/час.

При
физической
работе
потребление
кислорода увеличивается в несколько
раз.

–
дыхание людей и животных

–
окисление органических веществ

–
сгорание топлива и др.

Восстановление
содержания кислорода в
атмосфере происходит за счет
выделения его частями растений,
содержащими
хлорофилл.

Растения
поглощают углекислый газ, расщепляя
его, усваивают углерод, а освободившейся
кислород выделяют в атмосферу.

Кислород
один из важнейших компонентов
чистого
воздуха.

Уровень
кислорода у поверхности Земли
прибли­зительно одинаков: 20,7-20,9%.

Организм
очень чувствителен к недостатку
кислорода.

Все
физические сдвиги в организме начинаются
при снижении до 16-17%
кислорода.

• до
  16-17% приводит к учащению пульса и дыхания.
• до
  14%
  приводит к нарушениям функции
  дыхания
• до
  11%
  нарушение высшей
  нервной деятельности
• менее
  11%
  поражение с.с.с,
  почти необратимые
  последствия
• 7%
  несовместимо с жизнью,
  порог смерти

Для
предупреждения кислородной недостаточности
применяют
барокамеры.

Метод
подачи кислорода
с лечебной целью называется
гипербарической
оксигенацией
(интенсивная терапия, хирургия, а так
неотложной
помощи (напр. при отравлении угарным
газом).

В
барокамере создается давление
до 3-х атмосфер,
при содержании кислорода 40-60%, в результате
чего улучшается
кислородный режим тканей
(улучшение усвоения кислорода тканями),
отмечается нормализация нарушенных
функций.

У
здоровых людей кислородное голодание
может наблю­даться

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 (спадение всего
легкого или его части), через 3-6 ча­сов
– нарушение проницаемости капилляров
в легких, через 24 часа – явления отека
легких.

Углекислый
газ (диоксид углерода)
в природе находится в свободном и
связанном состоянии.

Благодаря
процессам образования и ассимиляции
содержание
углекислого газа в атмосферном воздухе
относительно постоянно и составляет
0,03%-0,04%.

В
природе непрерывно происходят процессы
выделения и поглощения углекислого
газа.

Поступает
углекислый газ
в
атмосферу в резуль­тате:

Поглощение
углекислого газа осуществляется:

• растениями
  в процессе фотосинтеза;
• водные
  поверхности регулируют содержание СО2
  (океан);
• из
  воздуха угле­кислый газ вымывается
  осадками;

СО2
возбуждает дыха­тельный центр

Углекислый
газ является физиологическим возбудителем
дыхательного центра.

При
вдыхании больших концентраций углекислого
газа нарушается
окислительно-восстановительные
процессы.

Чем
больше углекислого газа во вдыхаемом
воздухе, тем меньше его может выделить
организм.

Повышение
концентрации СО2
не безраз­лично для организма.

8
%
возникает
тяжелое отравление, потеря сознания.

Накопление
угликислого газа в воздухе закрытых
помещений указывает на
санитарное
неблагополучие помещения.

В
гигиеническом отношении содержание
диоксида углерода является показателем,
по которому судят о
степени чистоты воздуха в жилых и
общественных зданиях.

В
воздухе жилых помещениях предельно
допустимая концентрация (ПДК) СО2
не должена превы­шать
0,1
%,

В
природе с диоксидом
углерода
связан «парниковый
эффект».

В
ближайшие 50-100 лет концентрация
диоксида углерода
удвоится,
что
поведет к всеобщему
потеплению,
подъему средней земной температуры на
2,5
градуса
по Цельсию.

«Парниковый
эффект»
связан с тем, что диоксид
углерода задерживает ультрафиолетовые
лучи земной поверхности в области 12-18
микрометров
(здесь находится максимальное излучение
энергии от земли).

Азот
является
разбавителем кислорода, так как дыхание
чистым кислородом приводит к необратимым
последстви­ям.

При
концентрациях азота, превышающих
допустимые
90-93%,
наступает смерть.

При
повышении содержания азота
в воздухе
снижается парциальное
давление кислорода,
что может ока­зывать наркотическое
действие,
и развитие кессоной
болезни.

у
аквалангис­тов
могут наблюдаться такие признаки:
– возбуждение,

– за­паздывание зрительных,
слуховых, обонятельных реакций,
– ухудшение памяти,
– нарушение
координации движений.

При
подъеме с глубины азот выделяется из
крови в виде пу­зырьков газа, могут
произойти закупорка
мелких сосудов,
приводящая:

Кроме
азота к инертным газам, содержащимся в
ат­мосферном воздухе, относятся
аргон,
неон, гелий, ксенон
в химическом отношении они инертны, а
их опасное воздействие на организм
связано с их радиоактивностью.

В
природных условиях они определяют
естественную

Что такое воздух

Итак, атмосферный воздух – это смесь газов, о чем уже было сказано выше. Однако это не полное определение, чтобы расширить его, обратимся к истории. В 1754 году шотландский физик и химик Джозеф Блэк в процессе нагревания белой магнезии обнаружил выделение «связанного воздуха», а именно это был столь популярный в нашем блоге 🙂 углекислый газ в воздухе. Получив СО2, мистер Блэк сделал еще одно очень важное открытие – состав воздуха, до этого считавшегося одним веществом, неоднороден.

Джозеф Блэк фактически показал дорогу другим ученым, которые друг за другом стали все больше расшифровывать состав атмосферы, вычислять кислород в воздухе и другие газы. А затем и сформировалось то самое определение, которое сегодня звучит так: воздух – это смесь газов, образующая атмосферу Земли. Основная функция воздуха – делать планету пригодной для дыхания и существования живых организмов. Для него создан федеральный закон Российской Федерации «Об охране атмосферного воздуха», а также атмосфера является источником инертных газов, которые добываются из воздуха путем сжижения. Итак, из каких газов состоит воздух?

Какие газы входят в состав воздуха

Оговоримся сразу, азот в воздухе занимает большую часть, однако и химический состав оставшейся доли весьма интересен и разнообразен. Если коротко, то список основных элементов выглядит следующим образом.

Однако дадим и небольшие пояснения по функциям этих химических элементов.

Содержание азота в воздухе – 78% по объему и 75% по массе, то есть этот элемент доминирует в атмосфере, имеет звание одного из самых распространенных на Земле, и, кроме того, содержится и за пределами зоны обитания человека – на Уране, Нептуне и в межзвездных пространствах. Итак, сколько азота в воздухе, мы уже разобрались, остался вопрос о его функции. Азот необходим для существования живых существ, он входит в состав:

В среднем около 2% живой клетки составляют как раз атомы азота, что объясняет, зачем столько азота в воздухе в процентах объема и массы. Азот также является одним из инертных газов, добываемых из атмосферного воздуха. Из него синтезируют аммиак, используют для охлаждения и в других целях.

Содержание кислорода в воздухе – один из самых популярных вопросов. Сохраняя интригу, отвлечемся на один забавный факт: кислород открыли дважды – в 1771 и 1774 годах, однако из-за разницы в публикациях открытия, почести открытия элемента достались английскому химику Джозефу Пристли, который фактически выделил кислород вторым. Итак, доля кислорода в воздухе колеблется около 21% по объему и 23% по массе. Вместе с азотом эти два газа образуют 99% всего земного воздуха. Однако процент кислорода в воздухе меньше, чем азота, и при этом мы не испытываем проблем с дыханием. Дело в том, что количество кислорода в воздухе оптимально рассчитано именно для нормального дыхания, в чистом виде этот газ действует на организм подобно яду, приводит к затруднениям в работе нервной системы, сбоям дыхания и кровообращения. При этом недостаток кислорода также негативно сказывается на здоровье, вызывая кислородное голодание и все связанные с ним неприятные симптомы. Поэтому сколько кислорода в воздухе содержится, столько и нужно для здорового полноценного дыхания.

Аргон в воздухе занимает третье место, он не имеет запаха, цвета и вкуса. Значимой биологической роли этого газа не выявлено, однако он обладает наркотическим эффектом и даже считается допингом. Добытый из атмосферы аргон используют в промышленности, медицине, для создания искусственной атмосферы, химического синтеза, пожаротушения, создания лазеров и пр.

Углекислый газ

Углекислый газ составляет атмосферу Венеры и Марса, его процент в земном воздухе куда ниже. При этом огромное количество углекислоты содержится в океане, он регулярно поставляется всеми дышащими организмами, выбрасывается за счет работы промышленности. В жизни человека углекислый газ используется в пожаротушении, пищевой промышленности как газ и как пищевая добавка Е290 – консервант и разрыхлитель. В твердом виде углекислота – один из самых известных хладагентов «сухой лед».

Тот самый загадочный свет дискотечных фонарей, яркие вывески и современные фары используют пятый по распространенности химический элемент, который также вдыхает человек – неон. Как и многие инертные газы, неон оказывает на человека наркотическое действие при определенном давлении, однако именно этот газ используют в подготовке водолазов и других людей, работающих при повышенном давлении. Также неоново-гелиевые смеси используются в медицине при расстройствах дыхания, сам неон используют для охлаждения, в производстве сигнальных огней и тех самых неоновых ламп. Однако, вопреки стереотипу, неоновый свет не синий, а красный. Все остальные цвета дают лампы с другими газами.

Метан и воздух имеют очень древнюю историю: в первичной атмосфере, еще до появления человека, метан был в куда большем количестве. Сейчас этот газ, добываемый и используемый как топливо и сырье в производстве, не так широко распространен в атмосфере, но по-прежнему выделяется из Земли. Современные исследования устанавливают роль метана в дыхании и жизнедеятельности организма человека, однако авторитетных данных на этот счет пока нет.

Посмотрев, сколько гелия в воздухе, любой поймет, что этот газ не относится к числу первостепенных по важности. Действительно, сложно определить биологическое значение этого газа. Не считая забавного искажения голоса при вдыхании гелия из шарика 🙂 Однако гелий широко применяется в промышленности: в металлургии, пищевой промышленности, для наполнения воздухоплавающих судов и метеорологических зондов, в лазерах, ядерных реакторах и т.д.

Речь не идет о родине Супермена 🙂 Криптон – инертный газ, который в три раза тяжелее воздуха, химически инертен, добывается из воздуха, используется в лампах накаливания, лазерах и все еще активно изучается. Из интересных свойств криптона стоит отметить, что при давлении в 3,5 атмосферы он оказывает наркотический эффект на человека, а при 6 атмосферах приобретает резкий запах.

Водород в воздухе занимает 0,00005% по объему и 0,00008% по массе, но при этом именно он – самый распространенный элемент во Вселенной. О его истории, производстве и применении вполне можно написать отдельную статью, поэтому сейчас ограничимся небольшим списком отраслей: химическая, топливная, пищевая промышленности, авиация, метеорология, электроэнергетика.

Последний в составе воздуха, изначально и вовсе считавшийся только примесью к криптону. Его название переводится как «чужой», а процент содержания и на Земле, и за ее пределами минимальный, что обусловило его высокую стоимость. Сейчас без ксенона не обходятся: производство мощных и импульсных источников света, диагностика и наркоз в медицине, двигатели космических аппаратов, ракетное топливо. Кроме того, при вдыхании ксенон значительно понижает голос (обратный эффект гелию), а с недавнего времени вдыхание этого газа причислено к списку допингов.

Физические свойства воздуха

Как и у всякой смеси веществ, сегодня можно установить физические свойства воздуха.

Каким бы ни был состав воздуха, необходимо стараться исключать из него «химические добавки» от деятельности промышленности и по возможности вдыхать только чистый, свежий, и даже подогретый качественным бризером воздух в городе или первозданный – на природе. В любом случае, воздух – один из самых известных и малопонятных для не специалиста коктейлей, который необходим для жизни. На протяжении всей своей истории человечество неоднократно романтизировало образ воздушной стихии, превознося ее способность проникать сквозь границы и легкость, называя воздух символом свободы.

Дышите чистым и свободным от загрязнений воздухом и будьте здоровы!

Углекислый газ в атмосфере Земли

Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. Присутствие таких газов в атмосферах планет приводит к появлению парникового эффекта.

Закисление океана (англ. ocean acidification) — это снижение показателя pH, вызванное попаданием в океан углекислого газа из атмосферы Земли. Наряду с глобальным потеплением, этот процесс является следствием деятельности человека. В то время, как в атмосфере парниковые газы приводят к повышению температуры, в воде они вступают в химические реакции. На закисление влияет, главным образом, оксид углерода, в то время как на парниковый эффект влияют также метан и оксид азота.

Гидрат метана — супрамолекулярное соединение метана с водой, устойчив при низких температурах и повышенных давлениях, наиболее широко распространённый в природе газовый гидрат.

Геохимический цикл углерода — это комплекс процессов, в ходе которых происходит перенос углерода между различными геохимическими резервуарами. В истории Земли углеродный цикл менялся весьма значительно, эти изменения были как и медленными постепенными изменениями, так и резкими катастрофическими событиями. Важнейшую роль в круговороте углерода играли и играют живые организмы. В различных формах углерод присутствует во всех оболочках Земли.

График Килинга описывает изменения концентрации атмосферного углекислого газа с 1958 года. Назван по имени Чарльза Килинга, под руководством которого были начаты непрерывные измерения в обсерватории на вулкане Мауна-Лоа (Гавайи (остров)). Данные наблюдения стали первым научным подтверждением антропогенного вклада в современное изменение климата.

Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Кислородная катастрофа (кислородная революция) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее в самом начале протерозоя, в период сидерий, около 2,45 млрд лет назад. Результатом кислородной катастрофы стало появление в составе атмосферы свободного кислорода и изменение общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Предположение о кислородной катастрофе было сделано на основе изучения резкого изменения характера осадконакопления.

Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе, определённого размера или уровня.

Глобальное потепление и сельское хозяйство — это два взаимосвязанных понятия. Изменение средней температуры, количества осадков или диоксида углерода и озона плохо влияет на сельское хозяйство: могут появиться новые вредители и болезни, изменяется качество продуктов питания. В ряде регионов могут произойти серьёзные изменения в традиционном наборе выращиваемых сельскохозяйственных культур и устоявшихся технологиях сельскохозяйственного производства.

Изотопная подпись (или изотопная сигнатура) — специфическое соотношение нерадиоактивных «стабильных изотопов» или относительно стабильных радиоактивных изотопов или неустойчивых радиоактивных изотопов определённых химических элементов в исследуемом материале. Соотношения изотопов в образце исследуют при помощи изотопной масс-спектрометрии. См. также изотопный анализ.

Диокси́д углеро́да или двуо́кись углеро́да (также углеки́слый газ, углекислотá, окси́д углеро́да(IV), у́гольный ангидри́д) — бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом), с химической формулой CO2.

Мета́н (лат. methanum), CH4 — простейший по составу предельный углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно тиолы) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека.

Кисло́тный дождь — все виды метеорологических осадков — снег, дождь, град, туман, дождь со снегом, — при которых наблюдается понижение водородного показателя (pH) дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, обычно оксидами серы и оксидами азота.

Геоинженерия — комплекс мер и воздействий, направленных на активное изменение климатических условий в локальном регионе Земли либо по всей планете с целью противодействия нежелательному изменению климата и получения наиболее комфортных условий проживания и экономической деятельности на большей части планеты.

Тепловое загрязнение — выброс тепла в атмосферу и в водные ресурсы, вызванный техногенной деятельностью человека, и наряду с выбросами парниковых газов, служащий одним из факторов глобального потепления.

Потенциал глобального потепления (сокр. ПГП, англ. Global warming potential, GWP) — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Эффект от выброса оценивается за определённый промежуток времени. В качестве эталонного газа взят диоксид углерода (CO2), чей ПГП равен 1. Коэффициент ПГП был введён в 1997 году в Киотском протоколе.

Бесконтро́льный парнико́вый эффе́кт (англ. runaway greenhouse effect) — процесс, при котором положительная обратная связь между температурой поверхности и непрозрачностью атмосферы увеличивает силу парникового эффекта на планете до тех пор, пока её океаны не испарятся. Такой процесс, как предполагается, произошел на раннем этапе истории Венеры. МГЭИК утверждает, что на Земле «антропогенная деятельность практически не имеет шансов вызвать „бесконтрольный парниковый эффект“, аналогичный Венере».

Глобальное похолодание — процесс постепенного остывания Земли; гипотеза, постулирующая глобальное охлаждение поверхности Земли и её атмосферы вплоть до её оледенения.

Вариации солнечного излучения (солнечные вариации) — термин, характеризующий изменения во времени текущего излучения Солнца, его спектрального распределения, и сопутствующие этим изменениям явления. Различают периодические компоненты этих изменений, основным из которых является одиннадцатилетний солнечный цикл, и апериодические изменения.

Миллионная доля — единица измерения каких-либо относительных величин, равная 1·10−6 от базового показателя. Аналогична по смыслу проценту или промилле.

Бар (русское обозначение: бар; международное: bar; от греч. βάρος — тяжесть) — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. Один бар равен 105 Па или 106 дин/см² (в системе СГС).

Сиде́рий (от др.-греч. σίδηρος — железо) — геологический период, часть палеопротерозоя. Продолжался от 2,5 до 2,3 миллиарда лет назад. Длительность его составляет примерно 200 млн.л. Датировка чисто хронологическая, не основана на стратиграфии.

Возобновляемые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет. Это довольно расплывчатое определение, и в понятие «возобновляемые ресурсы» в разных контекстах могут включаться разные виды ресурсов. Термин был введён в обращение как противопоставление понятию «невозобновляемые ресурсы» (ресурсы, запасы которых могут быть исчерпаны уже в ближайшее время при существующих темпах использования).

Эмиссионный бюджет СО2 — допустимая суммарная антропогенная эмиссия углекислого газа за установленный период времени, определяемая исходя из целевого уровня глобального потепления в конце периода.

Радиационный баланс земной поверхности — алгебраическая сумма потоков радиации в определенном объёме или на определенной поверхности, то есть разница между поглощенной радиацией и эффективным излучением этой поверхности. Годовые его величины в целом для Земли положительные. Один из климатообразующих факторов, важнейшая характеристика микроклимата посевов и условий их фотосинтеза.

Глобальное потепление — повышение средней температуры климатической системы Земли. Начиная с 1970-х годов как минимум 90 % энергии потепления аккумулируется в океане. Несмотря на доминирующую роль океана в накоплении тепла, термин глобальное потепление часто используется для обозначения роста средней температуры воздуха у поверхности суши и океана.

Газовые гидраты (также гидраты природных газов или клатраты) — кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа. Название «клатраты» (от лат. clat(h)ratus — «закрытый решёткой, посаженный в клетку»), было дано Пауэллом в 1948 году. Гидраты газа относятся к нестехиометрическим соединениям, то есть соединениям переменного состава.

Сжиже́ние га́зов включает в себя несколько стадий, необходимых для перевода газа в жидкое состояние. Эти процессы используются для научных, промышленных и коммерческих целей.

Газы в грунтах — характерная часть грунта, представленная различными газообразными веществами, содержащимися в порах, трещинах и др. пустотах грунта и влияющая на его состояние и свойства.

Тропопа́уза (от др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + παῦσις «остановка, прекращение») — слой атмосферы, в котором происходит резкое снижение вертикального температурного градиента, переходный слой между тропосферой и стратосферой.

Теплота́ сгора́ния — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.

Глобальное потепление в России описывает влияние глобального потепления на Россию . Также статья включает климатическую политику и влияние самой России на глобальное потепление. В 2009 году Россия была готова к 2020 году снизить эмиссию на 20–25% по сравнению с уровнем 1990 года.

Ци́клы Мила́нковича (названы в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича) — колебания достигающего Земли количества солнечного света и солнечной радиации на протяжении больших промежутков времени. В значительной мере циклы Миланковича объясняют происходящие на Земле естественные изменения климата и играют большую роль в климатологии и палеоклиматологии.

Парциа́льное давление (лат. partialis «частичный» от pars «часть») — давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Термохали́нная циркуля́ция — циркуляция, создаваемая за счет перепада плотности воды, образовавшегося вследствие неоднородности распределения температуры и солёности в океане.

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + σφαῖρα «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.

VOC (volatile organic compounds) — летучие органические вещества, русский эквивалент — ЛОВ). Органические вещества, которые имеют достаточно высокое давление пара при нормальных условиях, чтобы в значимых концентрациях попадать в окружающую среду (помещение, атмосферу). Широкий класс органических соединений, включающий углеводороды, альдегиды, спирты, кетоны, терпеноиды и др.

Под эволюцией фотосинтеза понимают исторический путь происхождения и последующего развития фотосинтеза или последовательное становление и изменение процесса преобразования солнечной энергии в химическую для синтеза сахаров из углекислого газа, с выделением кислорода в качестве побочного продукта.

ПРИРОДНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

По химическому составу чистый атмосферный воздух представляет собой механическую смесь газов: кислорода, углекислого газа, азота, а также целого ряда инертных газов (аргон, гелий, криптон и др.). Сухой атмосферный воздух содержит: кислород – 20,95 %, азот – 78,09 %, углекислый газ – 0,03 % (в городах 0,04 %). В небольшом количестве в атмосферном воздухе содержатся озон, оксид азота, йод, метан, водяные пары и др.

Кроме постоянных составных частей атмосферы, в ней содержатся разнообразные загрязнения, вносимые в атмосферу производственной деятельностью человека.

В зависимости от своего состояния и условий выполняемой работы человек вдыхает разные количества воздуха. Учитывая, что площадь альвеол составляет около 100 м, а взрослый человек в покое в 1 мин вдыхает в среднем от 7 до 9 л воздуха, то при легкой ходьбе эта цифра составит 13 – 17 л/мин, при легкой пробежке – 28 – 36 л/мин, плавании – 33 – 36 л/мин. За одни сутки в среднем человек вдыхает 17 – 20 м воздуха.

Поэтому любые изменения химического состава воздуха могут оказывать существенное влияние на здоровье и самочувствие людей. Эколого-гигиеническое значение кислорода. Важнейшей составной частью атмосферного воздуха является кислород, количество которого в земной атмосфере составляет около 1,18 · 10 т. Постоянное содержание кислорода поддерживается за счет непрерывных процессов обмена его в природе. С одной стороны, кислород непрерывно потребляется при дыхании человека и животных, расходуется на поддержание процессов горения и окисления, с другой – поступает в атмосферу за счет процессов фотосинтеза. Наземные растения и фитопланктон океанов полностью восстанавливают естественную убыль кислорода. В результате интенсивного перемешивания воздушных масс концентрация кислорода в воздухе остается практически постоянной.

При падении парциального давления кислорода могут развиваться явления кислородного голодания, что наблюдается при подъеме на высоту. Критическим уровнем является парциальное давление кислорода ниже 110 мм рт. ст. Снижение парциального давления кислорода до 50 – 60 мм рт. ст. обычно несовместимо с жизнью. В то же время повышение парциального давления кислорода до 600 мм рт. ст. (гипероксия) также ведет к развитию патологических процессов в организме, что сопровождается уменьшением жизненной емкости легких, отеком легких и пневмонией.

Озон и его гигиеническое значение. В атмосферном воздухе под влиянием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца молекулы кислорода диссоциируют с образованием атомарного кислорода. Вновь образованные атомы кислорода присоединяются к нейтральной молекуле кислорода, образуя озон. Одновременно с образованием озона происходит его распад. Общебиологическое значение озона велико. Он выполняет очень важные экологические функции, поглощает коротковолновое УФ-излучение, обладающее выраженным губительным действием на биологические объекты. Концентрация озона в атмосфере неравномерно распределяется по высоте. С приближением к поверхности Земли концентрация озона уменьшается, так как уменьшается интенсивность УФ-радиации, что снижает интенсивность процессов синтеза озона. Концентрации озона в атмосферном воздухе непостоянны и колеблются от 20 · 10 до 60 · 10 %. Весной концентрация озона выше, чем осенью. Озон обладает окислительными способностями, в загрязненном воздухе городов его концентрация ниже, чем в воздухе сельской местности. Поэтому его долгие годы рассматривали как показатель чистоты атмосферного воздуха. Однако отношение к этому показателю изменилось. Наличие значительных концентраций озона в крупных населенных пунктах, вблизи больших транспортных магистралей подтверждает его антропотехногенное происхождение.

Азот (N2), его эколого-гигиеническое значение. Считается, что азот – газ индифферентный. В атмосфере азота невозможна жизнь. Азот воздуха усваивается некоторыми видами почвенных бактерий, а также сине-зелеными водорослями. Под влиянием электрических разрядов азот превращается в оксиды азота, которые, выпадая с атмосферными осадками, обогащают почву солями азотной и азотистой кислоты. Последние усваиваются растениями и служат для образования белка. Наряду с усвоением азота происходит его выделение в атмосферу. Свободный азот образуется при процессах горения древесины, угля, нефти. В природе происходит непрерывный круговорот, в результате которого азот атмосферы превращается в органические соединения, восстанавливается и поступает в атмосферу, затем вновь связывается биологическими объектами.

Азот необходим как разбавитель кислорода, так как дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. Однако повышенное содержание азота во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота в воздухе до 93 % наступает смерть.

При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие. Наиболее отчетливо это действие проявляется при давлении воздуха в 9 и более атмосфер. Это имеет большое значение при работе на больших глубинах, когда воздух приходится подавать под высоким давлением, иногда превышающим 10 атмосфер. В настоящее время при работах на больших глубинах для дыхания пользуются не воздухом, а специально приготовленной гелиево-кислородной смесью, т. е. азот в воздухе заменяют более инертным газом.

Диоксид углерода как косвенный показатель загрязнения воздуха закрытых помещений. Содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе 0,03 – 0,04 %. Тем не менее он имеет очень большое эколого-гигиеническое значение.

В течение длительного времени окислительные и восстановительные процессы, происходящие в природе, взаимно друг друга уравновешивали, в силу чего состав воздуха практически не менялся. Основными источниками поступления диоксида углерода в атмосферу являются: дыхание человека, животных, растений (человек в спокойном состоянии в сутки выделяет до 500 л CO2); процессы биологического горения органических веществ; сжигание топлива; действующие вулканы и термальные источники, лесные пожары; большие водные поверхности, преимущественно морей и океанов.

Мощным аккумулятором CO2 являются моря и океаны. При уменьшении парциального давления CO2 в атмосферном воздухе поверхность морей и океанов выделяет диоксид углерода. При избыточном же содержании углекислого газа в атмосфере он активно поглощается морской поверхностью. Диффузия газов и постоянные ветры равномерно распределяют его в атмосферном воздухе.

Значительная часть CO2 поглощается из воздуха зелеными растениями при действии дневного света в процессе фотосинтеза. Процессы образования и ассимиляции углерода взаимосвязаны, благодаря чему содержание его в атмосферном воздухе постоянно и составляет 0,03 %. За последнее время наблюдается увеличение его концентрации в воздухе промышленных городов за счет интенсивного загрязнения продуктами сгорания топлива. Кроме того, на планете активно вырубаются большие зеленые массивы – основные потребители диоксида углерода. В связи с этим обсуждается возможность возникновения так называемого «парникового эффекта» атмосферы, так как углекислота активно задерживает инфракрасную радиацию Земли и не дает ей уходить в космическое пространство. В результате происходит повышение среднегодовой температуры атмосферного воздуха, что способствует изменению климата на значительных пространствах Земного шара.

Диоксид углерода играет большую роль в жизнедеятельности животных и человека, так как является основным регулятором дыхания; участвует во многих буферных системах; поддерживает гомеостаз; регулирует рН биологических сред. За сутки в организме человека образуется до 500 л CO2.

Избыток CO2 ведет к появлению целого ряда нарушений в организме, так как способствует повышению кислотности тканей (тканевой аноксии).

Уже при концентрации CO2 во вдыхаемом воздухе на уровне 3 % появляется одышка, дыхание углубляется и учащается. При концентрации углекислоты во вдыхаемом воздухе до 4 % у человека появляются ощущение сдавления головы, головная боль, возбуждение, сердцебиение; повышение кровяного давления; обмороки, гипоксия. Содержание углекислоты 8 – 10 % сопровождается потерей сознания, наступает смерть от остановки дыхания. Если человек попадает в атмосферу углекислоты (20 %), это вызывает мгновенную гибель от паралича мозговых центров.

В обычных условиях человек не сталкивается с такими концентрациями CO2. Это может иметь место в производственных условиях (бродильные цеха – пивоваренное производство); в герметически замкнутых помещениях (убежище, шлем водолаза, подводная лодка – в аварийных ситуациях, на военных объектах). Первые клинические симптомы отравления углекислотой (одышка) появляются при ее содержании во вдыхаемом воздухе на уровне 3 %. В гигиеническом отношении содержание диоксида углерода является важным показателем, по которому судят о степени загрязнения воздуха в жилых и общественных зданиях. Основной источник загрязнения этих помещений – человек, в результате жизнедеятельности которого активно выделяются антропотоксины (более 100 химических соединений). Многие из этих соединений более токсичны, чем диоксид углерода. С чем же связано то, что в качестве показателя загрязнения выбран диоксид углерода? На это есть вполне объективные причины.

Во-первых, СО2, постоянно выделяясь при дыхании, лучше всего характеризует человека как источник загрязнения воздушной среды жилища. Закономерности обмена и элиминации диоксида углерода из организма человека изучены с учетом пола, возраста, нагрузки, в то время как механизмы образования и выделения антропотоксинов установлены недостаточно.

Во-вторых, исследователями, еще со времен М. Петтенкофера, отмечена тесная корреляция между накоплением CO2 в воздухе жилища и денатурацией воздушной среды, а именно, изменением ее химических свойств (накоплением антропотоксинов) и физических параметров (повышением температуры; влажности; изменением подвижности воздуха; увеличением количества тяжелых ионов; бактериальной обсемененности и т. д.). Кроме того, диоксид углерода гораздо легче определить, чем очень малые концентрации антропотоксинов (аммиака, меркаптанов и других соединений).

Долгое время СО2 рассматривали как косвенный показатель. Считалось, что токсическое действие диоксида углерода начинается с 2 – 3 %, с чем в условиях современного жилища человек никогда дела не имеет.

Даже в старых ночлежных домах концентрация CO2 не превышала 1 % (10 O). Поэтому считалось, что диоксид углерода сам, не оказывая токсического действия на организм человека, хорошо отражает денатурацию воздушной среды помещения. Душный застойный воздух помещения оказывает неблагоприятное действие всем комплексом измененных свойств.

Предельно допустимой концентрацией диоксида углерода в воздухе жилых, детских и лечебных учреждений следует считать 0,07 %, в воздухе общественных зданий – 0,1 %. Последняя величина принята в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции в жилых и общественных зданиях.

Содержание углекислого газа в атмосфере Земли перешагнуло отметку 400 ppm и не собирается останавливаться. Похоже, эта новость взволновала только ученых, хотя должна бы вызвать отклик в каждом. Рассказываем, почему.

Углекислый газ (СО2) в атмосфере Земли проходит путь, отдаленно напоминающий известный всем с детства круговорот воды в природе. Смысл его сводится к тому, что СО2 появляется в воздухе вследствие природных и техногенных процессов, а потом частью удаляется из атмосферы, а частью накапливается в ее верхних слоях и влияет на климат.

Распределение СО2 в атмосфере Земли

На протяжении многих веков вплоть до начала промышленной революции основными источниками образования СО2 служили естественные процессы: извержения вулканов, разложение органики, лесные пожары и дыхание животных. Но примерно с середины XVIII в. на содержание СО2 в воздухе начинает ощутимо влиять промышленная деятельность человека, в первую очередь те ее виды, которые связаны со сжиганием ископаемого топлива (нефть, уголь, сланцы, природный газ и др.) и производством цемента. На их долю приходится около 75% антропогенной эмиссии СО2. За остальные 25% ответственно землепользование, в частности, активное сведение лесов.

Удаление части СО2 из воздуха происходит за счет его растворения в океане и поглощения растениями. Впрочем, растения не только поглощают углекислый газ, но и выпускают его: в процессе дыхания они так же, как и люди, «вдыхают» кислород и «выдыхают» СО2. Так что углекислый газ присутствует в атмосфере всегда, вопрос только в том, каково его количество.

За последние десятилетия содержание СО2 возрастает стремительнее, чем когда-либо прежде за время документальной истории. В 1750 г. концентрация СО2 в атмосфере составляла около 270 ppm и только через двести с лишним лет, к 1958 г., «доползла» до отметки 320 ppm. Еще пятьдесят лет – и скачок на целых 60 пунктов: в 2005 г. содержание СО2 в атмосфере составило 380 ppm. В 2010 г. – уже 395 ppm. А недавно ученые сообщили, что содержание углекислого газа перевалило за 400 ppm и обратно в обозримом будущем не вернется. Похоже, пора переписывать энциклопедии.

Между прочим, в истории Земли бывали периоды с куда большим содержанием углекислого газа. Четыре миллиарда лет назад атмосфера нашей юной планеты содержала целых 90% СО2. Правда, жизнь тогда еще не зародилась: кислорода не было вообще. 2,5 миллиарда лет назад появились растения и все наладилось.

Нужно сказать, что отметка в 400 ppm преодолевалась и ранее. Содержание СО2 в атмосфере меняется в течение года, достигая максимума в мае. Так что весенне-летнее повышение концентрации углекислого газа не вызывало опасений ученых. В мае 2015 года даже в Антарктике уровень СО2 достиг 400 ppm, чего не случалось 4 миллиона лет! Но зато в сентябре традиционно наблюдается самое низкое в году содержание СО2 в атмосфере. Поэтому сентябрьское преодоление отметки 400 ppm как нельзя нагляднее свидетельствует о неконтролируемом росте количества углекислого газа в воздухе.

Углекислый газ и мы

Что с нами будет в этом «новом четыреста-пипиэмовом мире», как успела окрестить нашу планету западная пресса? Можно ответить в двух словах: глобальное потепление.

Глобальное потепление началось уже давно, и оно напрямую связано с содержанием углекислого газа в атмосфере. Дело в том, что СО2 – не просто газ, а парниковый газ. СО2 чрезвычайно инертен, он неохотно вступает в реакции с другими химическими элементами. За счет этого он накапливается в атмосфере Земли, где удерживает тепловое излучение с ее поверхности и препятствует его возвращению в космическое пространство. В этом и заключается парниковый эффект.

Парниковый эффект настолько крепко связан в нашем сознании с глобальным потеплением, что обычно ассоциируется с чем-то негативным. А между тем, именно парниковому эффекту мы обязаны комфортной жизнью на Земле. Без парниковых газов (кроме СО2 к ним относятся водяной пар, метан и озон) средняя температура на планете составляла бы –15°С, а не +15°С, как сейчас.

Но неконтролируемое повышение содержания парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь, – к глобальному потеплению. О нем слышали все и нередко относятся к нему с иронией, а иногда и подозрением: уж не заговор ли это производителей экотоплива? Все дело в том, что мы как будто бы не видим никаких признаков глобального потепления в повседневной жизни.

В самом деле, глобальное потепление – процесс медленный. Гренландия не растает ни завтра, ни послезавтра, ни даже через сто лет. Не будет никакой гигантской волны, смывающей Нью-Йорк, как в фильмах-катастрофах. Его затопит постепенно: городу придется отступить под натиском поднимающегося океана. Маленькие тихоокеанские острова исчезнут с лица Земли (вернее сказать, моря). Влажные регионы станут еще более влажными, а засушливые – еще более сухими. В первых будут плодиться насекомые-переносчики заболеваний, во вторых начнется острая нехватка продовольствия и питьевой воды. Приток пресных ледниковых вод в океан изменит курс теплых и холодных течений, что грозит похолоданиями в Северном полушарии и ураганами по всей планете. Дальше можно не продолжать: даже если малая часть этих прогнозов сбудется, человечеству придется непросто.

А пока среднегодовая температура по миру уже третий год подряд бьет рекорды. 2016 год называют самым жарким за последние 150 лет. Ученые установили, что атмосфера Земли потеплела на 1,45°С по сравнению с доиндустриальным периодом. Цифра может показаться ничтожной, но этого более чем достаточно, чтобы растопить льды.

Таяние льдов (фотографии NASA)

Так что приходится констатировать, что мы живем в эпоху глобального потепления. За последние сто лет уровень моря поднялся на 20 см.

Между прочим, повышение уровня СО2 в помещении тоже опасно, но по-другому: содержание СО2 выше 800 ppm вызывает ощущение духоты и негативно влияет на самочувствие человека. К счастью, есть способ его понизить. А вот снизить количество углекислого газа в атмосфере можно только объединенными усилиями всего мирового сообщества.

Правда, пока попытки ООН сдерживать эмиссию СО2 не приносят ощутимых результатов. Киотский протокол, устанавливающий квоты на газовые выбросы, вызывает недовольство все большего числа участников, потому что ограничивает возможности интенсивного промышленного развития.

Существует, впрочем, и альтернативная версия происходящего: если бы не антропогенная эмиссия, содержание СО2 в атмосфере постепенно уменьшалось бы, вызывая похолодание на всей планете. Люди, сжигая топливо, якобы делают вклад в будущее, сдерживая наступление катастрофы. Однако эта теория выглядит не такой уж оптимистичной, если вспомнить, что, по оценкам ученых, запасов ископаемого топлива нам хватит всего на 150 лет. Судя по всему, человечеству предстоит в очередной раз угадать, какое из двух зол меньшее.

санитарного
показателя загрязненности воздушной

На загрязненность
воздуха может указывать изменение
различных пара­метров. Так, при
пребывании в помещении людей через
некоторое время можно выявить следующие
изменения:

Увеличение
концентрации углекислого газа Увеличение
микробной обсемененности Увеличение
концентрации антропотоксинов Увеличение
концентрации тяжелых ионов Увеличение
влажности воздуха Увеличение содержания
пыли Уменьшение числа легких ионов
Снижение концентрации кислорода

Однако,
основным косвенным показателем
загрязненности воздух жилых помещений
служит углекислый
газ (точнее
его концентрация в воздухе).

При нахождении в
помещении людей концентрация углекислого
газа по­степенно увеличивается, так
как выдыхаемый воздух содержит повышенное
его количество.

ПДК
углекислого газа в
воздухе жилых помещений равна:

•
0.07 % (0.7 %») – для
“чистых” помещений (больничных)
–
операцион­ных, палат, перевязочных и
тд.

•
0.1 % (1 %«) – для обычных
жилых
помещений.

Нормирование
содержания углекислого газа в воздухе
связано с тем, что при увеличении его
концентрации он оказывает неблагоприятное
действие на человека. Так, при возрастании
концентрации углекислого газа во
вдыхаемом воздухе до 2 % и более он
оказывает токсическое действие, при
концентра­ции – 3-4 % – сильное токсическое
действие, а концентрация 7-8 % является
летальной.

По углекислому
газу рассчитывают необходимую’ величину
вентиляции (см. следующий вопрос).