Химический состав атмосферного воздуха и его гигиеническое значение

Атмосферный воздух по химическому составу представляет собой смесь газов с различным удельным содержанием.

Химический состав воздуха мало меняется с высотой. Однако ввиду того что с высотой воздух разрежается, содержание каждого газа в единице объема уменьшается.

Азот составляет основную массу атмосферы. Он принадлежит к индифферентным газам и играет роль разбавителя кислорода. При избыточном давлении (4 атм) азот может оказывать наркотическое действие.

В природе идет непрерывный круговорот азота, в результате чего азот атмосферы под влиянием электрических разрядов превращается в окислы азота, которые с осадками поступают в почву, где превращаются в органические соединения. При разложении органических веществ азот восстанавливается и снова поступает в атмосферу, из которой вновь связывается биологическими объектами.

Азот воздуха усваивается сине-зелеными водорослями и некоторыми видами бактерий почвы (клубеньковыми и азотфик - сирующими).

Кислород по биологической роли — самая важная составная часть воздуха. В природе постоянно происходит потребление кислорода при дыхании человека и животных. Много расходуется кислорода на процессы окисления и горения топлива и других органических материалов. Несмотря на значительный расход кислорода, его содержание в воздухе практически не изменяется. Это обусловлено тем, что параллельно данному процессу в растительном мире идет процесс ассимиляции диоксида углерода и выделения кислорода, восполняющий его естественную убыль. Так, в результате процессов фотосинтеза в атмосферу поступает около 5 • 1014 т кислорода в год, что примерно соответствует его потреблению. В последние годы установлено, что под действием солнечных лучей молекулы воды распадаются с образованием молекул кислорода. Это второй источник образования кислорода в природе.

Потребление человеком воздуха зависит от возраста. В преклонном возрасте потребление кислорода составляет 70 %, у детей 110—120 %.

Организм очень чувствителен к недостатку кислорода. Снижение 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.

Потребление воздуха человеком, а точнее, количество воздуха, которое перекачивается человеческими легкими за одну минуту обычно называется легочной вентиляцией. Данная величина не является постоянной, и изменяется в весьма широких пределах. Она напрямую зависит как от совокупности физических и физиологических свойств данного индивидуума, так и от разновидности его деятельности.

Увеличение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе вплоть до 100 % при нормальном давлении человеком переносится легко. С повышением давления до 405,3 кПа (4 атм) могут наблюдаться местные поражения тканей легких и функциональные нарушения ЦНС. Вместе с тем при содержании кислорода до 40—60 % и давлении до 303,94 кПа (3 атм) в барокамере наблюдается улучшение усвоения кислорода тканями, отмечается нормализация нарушенных функций органов и систем.

В последние годы повышенные концентрации кислорода в сочетании с повышенным давлением (гипербарическая оксиге - нация) широко используются в хирургической практике, акушерстве.

Углекислый газ (или диоксид углерода) — бесцветный, без запаха, в 11/2 раза тяжелее воздуха. От содержания диоксида углерода зависит тепловой баланс планеты. Увеличение его содержания до 3 % приводит к нарушениям функции дыхания (одышка), появлению головной боли и снижению работоспособности. При содержании диоксида углерода 4—5 % отмечаются покраснение лица, головная боль, шум в ушах, повышение кровяного давления, сердцебиение, возбужденное состояние. При содержании 8—10 % диоксида углерода в воздухе наблюдается быстрая потеря сознания и наступает смерть.

Концентрация диоксида углерода в воздухе жилых и общественных зданий даже при отсутствии в них вентиляции редко превышает 1 %.

Считают, что ощущение дискомфорта обычно связано не только с увеличением содержания диоксида углерода свыше 0,1 %, но и с изменением физических свойств воздуха при скоплении людей в помещениях: повышаются влажность и температура, изменяется ионный состав воздуха, главным образом за счет увеличения положительных ионов и др. Из всех показателей, связанных с ухудшением свойств воздуха, диоксид углерода наиболее доступен простому определению.

Поэтому указанная концентрация (0,1 %) издавна принята в гигиенической практике как предельно допустимая величина, интегрально отражающая химический состав и физические свойства воздуха в жилых и общественных помещениях. Таким образом, диоксид углерода является косвенным гигиеническим показателем, по которому оценивают степень чистоты воздуха. Существуют нормы ПДК диоксида углерода в космических кораблях, подводных лодках (не более 0,5—1 %), в бомбо - и газоубежищах (не более 2 %). По содержанию диоксида углерода производится расчет вентиляции в жилых и общественных зданиях.

Содержание диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений должно составлять не более 0,07 %, в воздухе жилых и общественных зданий — 0,1 %.

В истории Земли были периоды, когда содержание диоксида углерода в атмосфере было существенно больше, чем в настоящее время. Так, по некоторым данным, около 250 млн лет назад концентрация его составляла 7,5 %, а 570 млн лет назад — не более 0,3 %. Есть предположение, что около 1 млн лет назад содержание диоксида углерода было в 2 раза выше. В наше время большинство исследователей сходятся в мнении, что содержание диоксида углерода в атмосфере имеет тенденцию к увеличению.

Другие составляющие воздуха — так называемые инертные газы (аргон, неон, гелий, ксенон, криптон и др.) в обычных условиях физиологически индифферентны.