Воздух

Во́здух

Смесь газов, главным образом азота и кислорода, из которых состоит атмосфера земного шара Общая масса В. составляет 5,13․10¹⁵ т и оказывает на поверхность Земли давление, равное на уровне моря в среднем 1,0333 кг на 1 см³. Масса 1 л сухого В. свободного от водяных паров и углекислого газа, при нормальных условиях равна 1,2928 г, удельная теплоемкость — 0,24, коэффициент теплопроводности при 0° — 0,000058, вязкость — 0,000171, показатель преломления — 1,00029, растворимость в воде 29,18 мл на 1 л воды. Состав атмосферного В. — см. табл. Атмосферный В. содержит также в различных количествах водяные пары и примеси (твердые частицы, аммиак, сероводород и др.).

Таблица

Состав атмосферного воздуха

Для человека жизненно важной составной частью В является Кислород, общая масса которого 3,5․10¹⁵ т. В процессе восстановления нормального содержания кислорода основную роль играет фотосинтез зелеными растениями, исходными веществами для которого служат углекислый газ и вода. Переход кислорода из атмосферного В. в кровь и из крови в ткани зависит от разницы в его парциальном давлении, поэтому биологическое значение имеет парциальное давление кислорода, а не процентное содержание его в В. На уровне моря парциальное давление кислорода равно 160 мм. При снижении его до 140 мм у человека появляются первые признаки гипоксии (Гипоксия). Снижение парциального давления до 50—60 мм опасно для жизни (см. Высотная болезнь, Горная болезнь).

Азот атмосферы участвует в круговороте азотистых веществ. Он является инертным разбавителем кислорода атмосферы, в чистом кислороде жизнь невозможна.

Содержание двуокиси углерода в атмосфере составляет около 2,3․10¹² т. Она участвует в круговороте углерода, играет большую роль в поглощении инфракрасного излучения Земли и способствует уменьшению охлаждения ее поверхности. Двуокись углерода — физиологический возбудитель дыхательного центра. При ее концентрации 0,5% и выше отмечается увеличение легочной вентиляции. При более высоких концентрациях она оказывает наркотическое действие и вызывает асфиксию. Уменьшение концентрации СО₂ в атмосферном В. не опасно, т.к. необходимое парциальное давление СО₂ в крови обеспечивается за счет жизнедеятельности организма (см. Газообмен). В жилых помещениях содержание СО₂ не должно превышать 0,1%. Отмечающееся некоторое увеличение содержания СО₂ в атмосфере за счет выбросов промышленных предприятий и автотранспорта вызывает так называемый парниковый эффект, который может сопровождаться потеплением климата и таянием полярных льдов.

Озон, постоянно содержащийся в В., имеет важное биологическое значение. Он образуется в верхних слоях атмосферы из кислорода в результате фотохимических реакций под влиянием солнечной радиации. На высоте 25—30 км озон находится в наиболее высоких концентрациях. Он поглощает солнечную радиацию с длиной волны менее 290 нм, защищая все живое от ее губительного действия. Большое количество озона может образовываться в городах с интенсивным движением автотранспорта за счет фотохимических превращений отработавших газов, под воздействием интенсивного УФ-излучения. В связи с этим обнаружение озона в В. современных городов рассматривается как показатель загрязнения промежуточными продуктами фотохимических реакций. Выраженное биологическое действие озона на организм человека проявляется при концентрации выше 0,02 мг/м³.

В атмосферном В. всегда содержатся инертные газы: аргон, неон, гелий, криптон, ксенон; обычно обнаруживаются также радон, актинон и торон, выделяющиеся из почвы (однако концентрация их, как правило, ничтожна, период полураспада очень мал, поэтому они не оказывают неблагоприятного действия на человека). В атмосферном В. содержится также незначительное количество водорода. Количество воды в В. определяет его влажность. Абсолютная влажность В., т.е. содержание воды, выраженное давлением водяных паров (в миллиметрах), падает с высотой. Основная масса водяных паров содержится в нижних слоях атмосферы (до 6 км), в стратосфере они практически отсутствуют. Абсолютная влажность В. зависит от времени года (летом она выше, чем зимой) и от географической широты (наиболее влажный воздух над экватором). Влажность В. при полном насыщении его водяными парами называется максимальной влажностью, она возрастает с увеличением температуры В. Отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, называется относительной влажностью. Относительная влажность тем выше, чем ниже температура (зимой выше, чем летом, в противоположность абсолютной влажности). Разница между максимальной и относительной влажностью, выраженная в миллиметрах давления водяных паров, носит название дефицита насыщения. Чем он выше, тем больше воды может дополнительно испариться в данном объеме воды. Водяные пары в атмосферном В. являются источником атмосферных осадков и защищают поверхность Земли от чрезмерного охлаждения вследствие утечки тепла в космическое пространство.

Содержащиеся в В. разнообразные примеси — твердые частицы, газы и др. могут иметь природное происхождение, например космическая, вулканическая и почвенная пыль, дым лесных пожаров, кристаллы морских солей, образующиеся при высыхании брызг морской воды, и др. Гниение органических веществ способствует поступлению в воздух сероводорода, аммиака, брожение углеродистых веществ — метана. Оксиды азота в небольших количествах образуются во время грозы вследствие активации азота, который приобретает при этом способность непосредственно соединяться с кислородом. В воздухе содержатся также микроорганизмы (бактерии, вирусы, плесневые грибки и др.). Патогенные микроорганизмы среди них встречаются редко и в ничтожных количествах. Однако в В. закрытых помещений могут обнаруживаться возбудители инфекций, особенно стойкие к высыханию (например, микобактерии туберкулеза).

Большое значение для нормальной жизнедеятельности человека имеют физические свойства В. — его температура, влажность, скорость движения. Для легко одетого человека, находящегося в состоянии покоя, наиболее благоприятна температура 18—20°. Сухой В. лучше переносится человеком высокая влажность действует неблагоприятно: при высокой температуре она способствует перегреванию организма, т.к. затрудняет испарение пота с поверхности тела, при низкой температуре — ускоряет переохлаждение организма, т.к. теплопроводность воды во много раз выше, чем теплопроводность В.

Человек весьма чувствителен к движению В., т.к. с увеличением скорости ветра усиливается теплоотдача. При низких температурах ветер способствует более быстрому охлаждению тела, при высоких температурах или интенсивной инсоляции — улучшает самочувствие человека и уменьшает возможность перегрева.

Умеренное повышение концентрации легких (отрицательных) аэроионов рассматривают как благоприятный фактор, имеющий общеоздоровительное значение. В городах В., как правило, менее ионизирован, чем в сельских районах: в городах и промышленных центрах — 100—400, в сельской местности — 1000—3000 легких ионов в 1 мл воздуха. В помещениях колебания ионного состава воздуха происходят параллельно с изменениями метеорологических условий. Число отрицательных ионов обычно обратно пропорционально влажности и содержанию углекислоты, а число положительных ионов, наоборот, прямо пропорционально этим факторам. Ионизационное состояние В. чутко реагирует на изменение воздушной среды помещений, поэтому его необходимо определять при оценке качества воздуха.

Для создания и поддержания в закрытых помещениях определенных параметров воздушной среды (температуры, влажности, чистоты) осуществляется кондиционирование В. Системы кондиционирования В. оснащаются устройствами для его очистки, нагревания, охлаждения, осушения и увлажнения, в ряде случаев осуществляется одорация или дезодорация В., регулирование ионного состава (ионизация) и др.

В крупных городах и промышленных центрах растет антропогенное загрязнение атмосферного В. Во многих районах мира оно настолько велико, что угрожает здоровью населения. Развитие микробиологической промышленности привело к поступлению в окружающую среду загрязнений биологической природы — жизнеспособных микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности.

В современных условиях в СССР наблюдается перераспределение удельного вклада источников в общее загрязнение атмосферы. В целом по стране до одной трети загрязнений В. составляют выбросы автотранспорта, а в ряде крупных городов и административных центров на отработавшие газы приходится более 50% общего баланса загрязнений. Интенсивность загрязнения В. весьма изменчива во времени и зависит от особенностей и числа источников загрязнения, их высоты над поверхностью земли, условий поступления выбросов в атмосферу, рельефа местности, наличия зеленых массивов, метеорологических условий, определяющих степень рассеивания атмосферных загрязнений. По своему качественному составу загрязнение атмосферного В. зависит от характера источников, используемого в производстве сырья, технологических процессов, процессов трансформации химических соединений в окружающей среде и др.

Наиболее эффективной мерой борьбы с загрязнением атмосферного В. являются внедрение новых безотходных технологических процессов, представляющих полностью замкнутые системы, или процессы, которые значительно уменьшают образование отходов. Таков процесс газификации высокосернистого жидкого топлива (мазута) с получением газа, используемого для энергетических целей, серы и других продуктов, выделяемых в технологическом процессе, идущих на нужды народного хозяйства. Кроме создания новых более прогрессивных технологических процессов проводят замену вредных веществ менее вредными или безвредными; очищают сырье от примесей. Эффективна замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, прерывистых процессов непрерывными, пламенного нагрева электрическим и др. Для предотвращения загрязнения воздушной среды широко применяются сухие пылеуловители, фильтры, мультициклоны; аппараты мокрой механической очистки — скрубберы, ценные поглотители и т. д.

Санитарная защита атмосферного В. включает также комплекс мер по рациональному размещению производительных сил, планировке населенных мест. Взаиморазмещение объектов промышленности и селитебных (жилых) территорий должно исключать влияние выбросов промышленных предприятий на санитарные условия жизни населения. Предприятия должны располагаться по отношению к жилым районам с подветренной стороны (по направлению господствующих ветров) и отделяться от этих районов санитарно-защитными зонами, устанавливаемыми в соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий и методикой расчета концентраций в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

Важную роль в защите В. от загрязнения играет озеленение городов — экранирование жилой застройки от автомагистралей плотной полосой газоустойчивых древесно-кустарниковых насаждений, создание скверов, бульваров, озеленение санитарно-защитных зон промышленных предприятий и др. Зеленые насаждения, являясь защитным экраном, служат еще и биологическим фильтром, который поглощает из атмосферы часть химических веществ (газов).

В основу санитарной охраны атмосферного В. населенных мест положены гигиенические нормативы (регламенты), ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, соблюдение которых предупреждает прямое или косвенное вредное влияние этих веществ на здоровье человека и его потомство, а также условия его жизни. ПДК лежат в основе установления нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ), чем обеспечивается на практике соблюдение гигиенических нормативов. Для каждого стационарного источника выбросов устанавливается такой уровень ПДВ, чтобы эти выбросы от конкретного и всех других источников в данном районе не приводили к превышению ПДК соответствующих веществ в атмосферном воздухе.

Контроль загрязнения атмосферного воздуха осуществляют учреждения санитарно-эпидемической службы МЗ СССР (санитарно-эпидемиологические станции), Госкомгидромета СССР и Госкомприроды СССР.

См. также Охрана окружающей среды.

Библиогр.: Атмосфера земли и планет, под ред. Д.П. Койпера. пер. с англ., М., 1951; Губернский Ю.Д. и Кореневская Е.И. Гигиенические основы кондиционирования микроклимата жилых и общественных зданий, М., 1978; Минх А.А. Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение, М., 1963; Руководство по гигиене атмосферного воздуха, под ред. К.А. Буштуевой, М., 1976; Руководство по коммунальной гигиене, под ред. Ф.Г. Кроткова, т. 1, с. 137, М., 1961.