Физическая характеристика и химический состав атмосферного воздуха

Атмосферный воздух представляет собой физическую смесь азота, кислорода, диоксида углерода и инертных газов (табл. 1). Состав воздуха в пределах нескольких десятков километров над поверхностью земли изменяется мало. Однако с высотой содержание каждого газа в единице объема уменьшается, т.е. парциальное давление (Р) падает.

В чистом воздухе лесов, больших парков, у берегов морей незначительное количество озона, образующегося в результате действия ультрафиолетовой радиации солнца на кислород.

Таблица 1. Состав атмосферного и выдыхаемого человеком воздуха

Атмосферный воздух (воздушная оболочка) является необходимым компонентом для существования организма человека. Без него человек может просуществовать лишь в течение нескольких минут.
Первый слой, ближе прилегает к поверхности земли, называется тропосферой и простирается до высоты 12-14 км.
С гигиенической точки зрения воздушную среду неоднородна. Различают атмосферный воздух, воздух промышленных помещений, воздуха жилых и общественных зданий, спортивных сооружений.
1. Химический состав атмосферного воздуха.
Воздух представляет собой механическую смесь газов, состоящую из кислорода -20,93%, азота -78,1%, углекислого газа 0,03% и группы инертных газов - около 1%.
Кислород (О2). Он необходим для поддержания процессов горения, тления и других окислительных процессов, происходящих в природе. Кроме того, все окислительные процессы в самом организме происходят при непосредственном участии кислорода. Опытным путем установлено, что снижение количества кислорода во вдыхаемом воздухе до 15-16% (при нормальном давлении) переносится организмом достаточно безболезненно, хотя компенсаторные механизмы при этом находятся в состоянии напряжения. Кратковременно человек может просуществовать даже в атмосфере с содержанием кислорода около 10%, а хорошо тренированные к кислородной недостаточности люди (летчики) - до 7-8%. Естественно, что при этом компенсаторные механизмы организма находятся в крайней степени напряжения. Особенно чувствительна к недостатку кислорода ЦНС.
Вдыхание воздуха с повышенным содержанием кислорода переносится организмом человека хорошо. Вдыхание даже чистого кислорода (при нормальном давлении) не приводит к возникновению в организме патологических изменений. Вдыхание же чистого кислорода под повышенным давлением (3-4 атмосферы и более) приводит к патологическим явлениям со стороны ЦНС, которые проявляются в виде судорог (кислородная интоксикация). Это может возникнуть при использовании кислородной аппаратуры в случае ее не-исправности (подводные погружения).
Углекислый газ (СО2). Его в воздухе очень мало, но он имеет очень большое гигиеническое значение. В последние годы наметился рост концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе. Это связано с увеличением процессов сжигания топлива, уменьшением количества зеленых насаждений, которые являются основными потребителями СО2. что приводит к развитию "парникового эффекта",
Для воздуха помещений содержание СО имеет санитарно-показательное значение. В помещениях, где находятся люди, в воздух поступают разнообразные продукты жизнедеятельности человеческого организма, увеличивается концентрация углекислоты, в целом характеризуется как удушающий (жилой) воздуха, оказывает неблагоприятное влияние на самочувствие, работоспособность и здоровье людей. По концентрации СО2 можно судить о степени общей его загрязненности. Поэтому СО2 служит санитарным показателем чистоты воздуха в жилых и общественных помещениях. Воздух считается чистым, если концентрация СО2 в нем не превышает 0,1%. Эта величина считается предельно допустимой для воздуха в жилых и общественных помещениях.
Кроме того, следует учитывать тот фактор, что углекислый газ тяжелее воздуха и может накапливаться в замкнутых пространствах, где происходят усиленные окислительные процессы (бродильные чаны, заброшенные шахты или колодцы, на дне которых находятся гниют или бродят отбросы). Они могут представлять опасность для здоровья и жизни человека. Если концентрация СО во вдыхаемом воздухе превышает 3%, то это опасно для здоровья человека, а концентрация около 10% считается опасным для жизни (потеря сознания наступает через несколько минут), при концентрации 20% происходит паралич дыхательного центра в течение нескольких секунд.
Азот (N2). Считают, что азот - газ индифферентный и в воздухе играет роль наполнителя. Однако такое представление является правильным только при нормальном давлении. При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие (эйфория). Оно наблюдается у водолазов при работе на больших глубинах, когда воздух подается им под высоким давлением, что иногда превышает 10 атмосфер. В этой связи в настоящее время при работах водолазов пользуются не воздухом, а гелиево-кислородной смесью, т.е. азот в воздухе заменяют более инертным газом.

Физические свойства воздуха.

К физическим свойствам воздуха относятся: температура, влажность, подвижность, барометрическое давление, электрическое состояние (характеризуется ионизацией воздуха, электрическим и магнитным полем Земли).
Главное гигиеническое значение физических свойств воздуха заключается в их влиянии на тепловой обмен организма с окружающей средой.
Температура воздуха.
Для рассмотрения вопросов влияния температуры воздуха на организм человека необходимо вспомнить основные механизмы терморегуляции.
Как известно, теплообмен организма поддерживается путем уравновешивания процессов химической и физической терморегуляции. Благодаря химической терморегуляции изменяется интенсивность обменных процессов: накопление тепла в организме происходит в результате окисления пищевых веществ и выработку тепла при мышечной работе, а также от лучистого тепла солнца и нагретых предметов, теплого воздуха и горячей пищи. В результате физической терморегуляции изменяются процессы теплоотдачи путем конвекции, излучения, испарения и проведения.
Теплоотдача проведением осуществляется при соприкосновении с холодными поверхностями;
Конвекция - путем нагревания прилегающего к телу воздуха;
Излучения - инфракрасным излучением к более холодным окружающим предметам, которое не зависит от температуры окружающей среды;
Испарение - отдачей тепла с потом.
В состоянии покоя и теплового комфорта теплопотери конвекцией составляют 15,3%, излучением -55,6%, испарением - 29,1%.
Благодаря регулированию процессов теплообразования и теплоотдачи человек способен сохранять постоянство температуры тела при значительных колебаниях температуры воздуха, однако пределы терморегуляции не безграничны, и переход их ведет к нарушению теплового равновесия, иногда с глубокими патологическими сдвигами (перегревания или переохлаждения).
Влажность воздуха.
В гигиенической практике наиболее важное значение имеет относительная влажность воздуха, которая показывает степень насыщения воздуха водяными парами. Она играет большую роль в осуществлении терморегуляции организма. При высокой влажности теплоотдача усложняется или усиливается в зависимости от температуры воздуха. При низкой влажности (10-15%) происходит более интенсивное обезвоживание организма. Оптимальной величиной относительной влажности воздуха считается 40-60%.
Подвижность воздуха.
Она влияет на теплопотери организма путем конвекции и потоиспарения. При высокой температуре воздуха его умеренная подвижность способствует охлаждению кожи, при низкой - приводит к переохлаждению и увеличивает опасность обморожения. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре. Наиболее благоприятная подвижность атмосферного воздуха в летнее время равна 1-5 м / с. В жилых и общественных помещениях скорость движения воздуха нормируется в пределах 0,2-0,4 м / с.
Комплексное воздействие метеорологических факторов на организм.
Физические факторы внешней среды действуют на организм человека комплексно и обеспечивают определенный функциональное состояние, которое принято называть тепловым.
При оценке теплового состояния организма выделяют зону теплового комфорта - это комплекс метеорологических условий (температура, влажность-ность и подвижность воздуха), при котором человек ощущает приятное Теплоощущения (чувство комфорта) и его терморегуляторная система нахо-дится в состоянии физиологического покоя.
В зоне умеренного климата наиболее комфортные условия в помещении-нии летом обеспечиваются при температуре воздуха 22-24 градуса, относительной влажности воздуха 30-45%, подвижности 0,1-0,2 м / с.
В холодное время года - 18-23 градуса, 40-60%, 0,2 м / с.
Перегрев происходит обычно при высокой температуре окружающей среды в сочетании с высокой влажностью и отсутствии движения воздуха. Различают два проявления перегрева: гипертермия (в тяжелых случаях - тепловой удар) и судорожная болезнь, возникающая из-за резкого снижения хлоридов в крови и тканях, которые выделяются при интенсивном потении. Переохлаждение возникает при сочетании низкой температуры с высокой влажностью и скоростью движения. Переохлаждение может быть общим и местным. Таким образом, высокая влажность воздуха играет негативную роль в вопросах терморегуляции как при высоких, так и при низких темпера-турах, а увеличение скорости движения воздуха, как правило, способствует теплоотдаче. Исключение составляют случаи, когда температура воздуха выше температуры тела, а относительная влажность достигает 100%.