Химический состав атмосферы Земли. Состав атмосферы Земли в процентах. Химический состав воздуха и его гигиеническое значение

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.

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.

1. Азот

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:

• белков;
• аминокислот;
• нуклеиновых кислот;
• хлорофилла;
• гемоглобина и др.

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.

2. Кислород

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.

3. Аргон

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.

4. 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».

5. Неон

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.

6. Метан

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.

7. Гелий

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.

8. Криптон

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.

9. Водород

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.

10. Ксенон

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.

Химический состав воздуха имеет важное гигиеническое значение.

В его составе содержится: азота 78%, кислорода 21, углекислоты 0,03% и незначительные количества других инертных газов (аргон, неон, криптон и др.), озон и водяные пары. Кроме постоянных составных частей в атмосферном воздухе могут содержаться некоторые примеси природного происхождения, а также разнообразные загрязнения, вносимые в атмосферу за счет производственной деятельности человека.

Огромное влияние на газовый состав и влажность воздуха в помещениях оказывают разнообразные продукты обмена, выделяемые животными в процессе их жизнедеятельности.

Так, при дыхании животные выделяют в окружающую среду большое количество водяных паров и углекислоты. В результате разложения мочи и кала в свинарниках нередко накапливаются аммиак, сероводород и другие газообразные продукты, из которых большинство относится к группе вредных и ядовитых газов.

Воздух в закрытых помещениях существенно отличается от атмосферного воздуха. Степень этого отличия зависит от санитарно-гигиенического режима животноводческих помещений (вентиляция, канализация, плотность размещения животных и др.). Концентрация кислорода и азота в воздухе животноводческих помещений в обычных условиях остается без изменений. Существенно может повышаться концентрация углекислого газа (в 10 раз и более) и нередко появляются аммиак, сероводород, клоачные и др. газы.

Кислород (О 2)-газ, без которого жизнь животных невозможна. Каждая клетка организма в процессе обмена веществ постоянно использует кислород для окисления органических веществ - белков, жиров, углеводов. Вдыхаемый с воздухом кислород соединяется с гемоглобином эритроцитов крови, и разноситься к тканям и органам. Количество потребляемого кислорода зависит от вида, возраста, пола и физиологического состояния животного.

Концентрация кислорода в животноводческих помещениях бывает обычно постоянной, колебания в не превышают 0,1-0,5%. Незначительное отклонение от нормы не вызывают изменений физиологических функций в организме. В помещениях для животных количество кислорода остается почти постоянным и близким к содержанию его в атмосферном воздухе. Уменьшение количества кислорода во вдыхаемом воздухе до 15% сопровождается ускоренным дыханием свиней и повышением частоты пульса, а также ослаблением окислительных процессов. К недостатку кислорода организм животных очень чувствителен.

В обычных условиях животные не испытывают недостатка кислорода. В помещениях для животных снижение кислорода не превышает 0,4-1%, что не имеет гигиенического значения, так как гемоглобин крови насыщается кислородом при более низком его парциальном давлении. Недостаток кислорода может наблюдаться в исключительных случаях (длительное пребывание животных при скученном содержании и на высокогорных пастбищах).

Углекислый газ (СО2)- бесцветный газ, без запаха, кислый на вкус. Образуется при выдыхании животных, как конечный продукт обмена веществ. Выдыхаемый воздух содержит этого газа больше (3,6%), чем атмосферный воздух. Например, подсосная матка весом 150 кг выделяет в час 90 л углекислоты. Максимальное содержание углекислого газа в свинарниках допускается не более 0,3%, т.е. в 10 раз больше, чем в атмосферном воздухе. Воздух закрытых помещений с большим содержанием углекислого газа с гигиенической точки зрения нельзя считать безвредным для здоровья животных.

Образуется при дыхании животных, как конечный продукт обмена веществ. В природных условиях происходят непрерывные процессы выделения и поглощения углекислого газа. В атмосферу углекислый газ выделяется в результате жизнедеятельности живых организмов, процессов горения, гниения и брожения.

Наряду с процессами углекислого газа в природе идут процессы его ассимиляции. Он активно поглощается растениями в процессе фотосинтеза. Из воздуха углекислый газ вымывается осадками. За последнее время отмечается увеличение концентрации углекислого газа в воздухе промышленных городов (до 0,04% и выше) за счет продуктов сгорания топлива.

Углекислый газ играет большую роль в жизнедеятельности животных, так как является физиологическим возбудителем дыхательного центра. Снижение концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе не представляет существенной опасности для организма, так как необходимый уровень его парциального давления в крови обеспечивается регулированием кислотно-щелочного равновесия. В противоположность этому повышение содержания углекислоты в воздухе приводит к нарушению окислительно-восстановительных процессов в организме. При таких условиях в организме подавляются окислительные процессы, снижается температура тела, повышается кислотность тканей, что ведет к выраженным ацидотическим отекам и деминерализации костей. Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе до 0,5% вызывает повышение кровяного давления, учащения дыхания и пульса. В помещение с оптимальным гигиеническим режимом содержание углекислого газа повышается не более чем в 2-3 раза по сравнению с атмосферным воздухом. При неудовлетворительной работе вентиляции и скученном содержании животных углекислый газ может накапливаться в количествах, превышающих в 20-30 раз его содержание в атмосферном воздухе, что составляет 0,5-1% и выше. Основным источником накопления углекислого газа в помещениях являются животные, которые в зависимости от вида, возраста и продуктивности выделяют его до 16-225 л/ч.

В воздухе животноводческих помещений углекислый газ не достигает концентрации, вызывающей острое токсическое действие на организм. Однако длительное (в условиях зимнего стойлового содержания) воздействие на организм воздуха, содержащего свыше 1% углекислого газа, может вызвать хроническое отравление животных. Такие животные становятся вялыми, у них снижается аппетит, продуктивность и устойчивость к заболеваниям.

Показатели концентрации углекислого газа в воздухе помещений имеют косвенное гигиеническое значение. По количеству углекислого газа в воздухе помещений можно судить в известной мере о его санитарно-гигиеническом состоянии в целом. Существует прямая зависимость между концентрацией углекислого газа и содержанием в нем водяных паров, аммиака, сероводорода, а также микрофлоры.

Предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещений для животных в зависимости от их вида, возраста и физиологического состояния не должна превышать,15-0,25%, а для птиц-0,15-0,20%.

Окись углерода (СО) – накапливается в воздухе помещений при неполном сгорании топлива или при работе в них двигателей внутреннего сгорания и недостаточном вентилировании.

При раздаче кормов с использованием тракторной или автомобильной тяги содержание окиси углерода в течение 10 мин достигается 3 мг/ м 3, 15 мин- 5-8 мг/м 3 . Образование угарного газа происходит при использование электрокалориферов с открытыми нагревательными элементами. При этом органическая пыль (комбикорм, пух, помет и т.п.) особенно при рециркуляции воздуха, соприкасаясь с нагревательными элементами, сгорает не полностью и насыщает воздушную среду окисью углерода.

Этот газ ядовит. Механизм технического воздействия заключается в том, что она вытесняет кислород гемоглобина, образуя стойкое химическое соединение с ним - карбоксигемоглобин, в 200-250 раз более стойкий, чем оксигемоглобин. В результате нарушается снабжение тканей кислородом, возникает гипоксемия, снижаются окислительные процессы и в организме накапливается недоокисленные продукты обмена. Отравление клинически характеризуется нервными симптомами, учащенным дыханием, рвотой, судорогами, коматозным состоянием. Вдыхание окиси углерода в концентрациях 0,4-0,5% через 5-10 мин вызывает смерть животных. Наиболее чувствительны к окиси углерода птицы.

Предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе животноводческих помещений составляет 2 мг/м 3 .

Аммиак (NНз)- бесцветный ядовитый газ, с едким запахом, сильно раздражающим слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Образуется при разложении различных органических азотобразующих веществ (мочи, навоза). В атмосфере его обычно нет. В воздухе свинарников высокие концентрации аммиака бывают, при наличии проницаемости полов и неправильно устроенной канализации, в результате чего аммиак и другие газы проникают из жижесборника в помещение.

При повышенной влажности воздуха и пониженной температуре аммиак сильно впитывается стенами, оборудованием, а также подстилкой, а затем происходит обратное выделение аммиака в воздух. Концентрация аммиака около пола (в зоне обитания свиней) бывает больше, чем у потолка. Содержание его в воздухе помещений более 0,025% вредно для животных. Продолжительное вдыхание воздуха, содержащего даже незначительные концентрации аммиака (0,1 мг/л), отрицательно действует на здоровье и продуктивность животных.

Продолжительное вдыхание воздуха, содержащего незначительные концентрации аммиака, отрицательно влияет на здоровье и продуктивность животных. После непродолжительного вдыхания воздуха с наличием аммиака организм освобождается от него, превращая его в мочевину. Продолжительное действие нетоксических доз аммиака не вызывает непосредственно патологических процессов, но ослабляет резистентость организма.

Аммиак хорошо растворяется в воде, вследствие чего адсорбируется слизистыми оболочками глаз и верхних дыхательных путей, вызывая сильное их раздражение. Появляется кашель, слезотечение с последующим воспалением слизистых оболочек носа, гортани, трахеи, бронхов и конъюнктивы глаз. При высоком содержании аммиака во вдыхаемом воздухе (1000-3000 мг/м 3) у животных наблюдаются спазмы голосовой щели, трахеальной и бронхиальной мускулатуры, смерть наступает от отека легких или паралича дыхания.

При поступлении аммиака в кровь он превращает гемоглобин в щелочной гематин, вследствие чего снижается количество гемоглобина и возникает кислородное голодание. При продолжительном вдыхании воздуха, содержащего аммиак, снижается щелочной резерв крови, газообмен и перевариваемость питательных веществ. Поступление больших количеств аммиака в кровь вызывает сильное возбуждение центральной нервной системы, судороги, коматозное состояние, паралич дыхательного центра и смерть. При более высоких концентрациях аммиак вызывает острое отравление, сопровождающееся быстрой гибелью животных.

Токсичность и агрессивность аммиака значительно возрастает при высокой влажности воздуха. В таких условиях происходит окисление аммиака и образование азотной кислоты, которая, соединяясь с кальцием штукатурки стен и других ограждающих конструкций (образуется азотнокислый кальций), вызывает их разрушение.

Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе помещений для животных в зависимости от их вида и возраста составляет 10-20 мг/м 3 .

Сероводород (H2S)- бесцветный ядовитый газ с резко выраженным запахом тухлых яиц. Он образуется при гниении белковых веществ и выделяется животными с кишечными газами. В свинарниках появляется в результате плохой вентиляции и несвоевременной уборки навоза. Этот газ может проникнуть в помещение и из жижесборников при отсутствии в них гидравлических затворов (заслонок, перекрывающих обратный ток газов).

В зимне-весенний период при температуре в помещении до 10°С количество сероводорода находится в допустимых пределах. В летний период под воздействием более высокой температуры воздуха разложение органических веществ усиливается и возрастает выделение сероводорода. Наличие сероводорода в воздухе свидетельствует о неправильной эксплуатации санитарно-технических устройств здания.

Сероводород обладает способностью блокировать железосодержащие группировки ферментов. Механизм действия сероводорода заключается в том, что он, соприкасаясь со слизистыми оболочками дыхательных путей и газ, соединяясь с тканевыми щелочами, образует сульфид натрия или калия, которые вызывают воспаление слизистых оболочек. Сульфиды всасываются в кровь, гидролизуются и освобождают сероводород, который действует на нервную систему. Сероводород, соединяясь с железом гемоглобина, образует сернистое железо. Лишенный каталитически действующего железа гемоглобин теряет способность поглощать кислород и наступает кислородное голодание тканей.

При концентрации его 20мг/м 3 и выше появляются симптомы отравления (слабость, раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, расстройство функции органов пищеварения, головная боль и др.). При концентрации 1200мг/м 3 и выше развивается тяжелая форма отравления, и в результате угнетения ферментов тканевого дыхания наступает смерть животных. Описаны случаи смертельного отравления людей сероводородом во время очистки жижесборных колодцев свинарников.

Предельно допустимое количество сероводорода в воздухе помещений для животных должно быть не более 0,0026%. Необходимо всячески стремиться к полному отсутствию аммиака в воздухе помещений.

Наличие повышенных концентраций углекислоты, аммиака и сероводорода указывает на антисанитарное состояние свинарника. Поддержание хороших условий воздушной среды в помещениях, как правило, достигается содержанием различных возрастных и производственных групп животных на ежедневно сменяемой сухой подстилке или утепленных полах с уклоном в сторону канализационных лотков. Большое значение при этом имеют правильное размещение животных и регулярная очистка станков, логова и площадок для кормления.

В окружающем воздухе и помещениях всегда находятся водяные пары, количество которых сильно колеблется в зависимости от климатических условий, вида животных и типа помещений. В воздухе животноводческих построек почти всегда содержится пыль, состоящая из мельчайших частичек минеральных веществ, обломков растений, насекомых, а также живых микроорганизмов. Загрязнение кожи животных пылью вместе с потом, омертвевшими клетками верхнего слоя кожи и микроорганизмами сопровождается раздражением, зудом и воспалительными процессами. Пыль, задержанная в верхних дыхательных путях, нередко приводит к заболеваниям этих органов.

В воздухе животноводческих помещений нередко содержатся кишечные газы: индол, скатол, меркаптан, амины (нитрозамины), которые обладают дурным запахом. Как правило, запах, особенно из свинарников, бывает настолько интенсивный, что гигиенический (защитный) пояс шириной 0,5-1 км и больше от населенных пунктов оказывается недостаточным. Некоторые газы (нитрозамины) являются сильными химическими канцерогенами и могут содержаться в воздухе в сравнительно высоких концентрациях.

Необходимо учитывать, что качество воздуха животноводческих помещений оказывает влияние не только на животного, но и на обслуживающий его персонал. Продолжительное пребывание животных в помещениях со значительным накоплением в воздухе вредных газов оказывает токсическое действие на организм, снижает их резистентность и продуктивность. Так, при повышенном содержании аммиака в воздухе помещений снижается прирост массы КРС на 25-28%. Вредные газы снижают резистентность организма, и способствует распространению незаразных (ринит, ларингит, бронхит, пневмония, аммиачная слепота цыплят и др.) и инфекционных (туберкулез и др.). Улучшение газового состава воздуха достигается за счет правильного сооружения и эксплуатации вентиляции и канализации и соблюдение плотности размещения животных. Важным условием является обеспечение непроницаемости сплошных полов, что предупреждает проникновение мочи в подполье и ее разложения. При гидравлической системе удаления навоза значительное количество вредных газов содержится в навозных каналах. Концентрация аммиака в них достигает более 35 мг/м 3 , сероводорода-23 мг/м 3 , что в 2-3 раза превышает допустимые нормы. В связи с этим удаление загрязненного воздуха необходимо проводить непосредственно из навозных каналов животноводческих помещений. Эффективными способами дезодорации воздуха являются ультрафиолетовое облучение, озонирование и ионизация. С этой цель. Успешно испытаны аэрозоли из экстрактов хвои. Дезодорацию в небольших помещениях (вскрывочная) осуществляют ароматическими веществами в аэрозольных баллончиках или растворами химических средств (марганцовокислый калий, однохлористый йод, хлорная известь и др.).

Состав Земли. Воздух

Воздух - это механическая смесь из различных газов, составляющих атмосферу Земли. Воздух необходим для дыхания живых организмов, находит широкое применение в промышленности.

То, что воздух представляет собой именно смесь, а не однородную субстанцию, было доказано в ходе экспериментов шотландского учёного Джозефа Блэка. В ходе одного из них учёный обнаружил, что при нагревании белой магнезии (углекислый магний) выделяется «связанный воздух», то есть углекислый газ, и образуется жжёная магнезия (окись магния). При обжиге известняка, напротив, происходит удаление «связанного воздуха». На основе этих экспериментов учёный сделал вывод, что различие между углекислыми и едкими щелочами заключается в том, что в состав первых входит углекислый газ, являющийся одной из составных частей воздуха. Сегодня же мы знаем, что кроме углекислого, в состав земного воздуха входят:

Указанное в таблице соотношение газов в земной атмосфере характерно для её нижних слоёв, до высоты 120 км. В этих областях лежит хорошо перемешанная, однородная по составу область, называемая гомосферой. Выше гомосферы лежит гетеросфера, для которой характерно разложение молекул газов на атомы и ионы. Области отделены друг от друга турбопаузой.

Химическая реакция, при которой под воздействием солнечного и космического излучения происходит разложение молекул на атомы, называется фотодиссоциацией. При распаде молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся основным газом атмосферы на высотах свыше 200 км. На высотах от 1200 км начинают преобладать водород и гелий, являющиеся наиболее лёгкими из газов.

Поскольку основная масса воздуха сосредоточена в 3 нижних атмосферных слоях, изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Азот - самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации - процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях.

В верхних слоях атмосферы при воздействии электрических разрядов при участии озона молекулярный азот окисляется до монооксида азота:

N 2 + O 2 → 2NO

В обычных условиях монооксид тотчас же вступает в реакцию с кислородом с образованием закиси азота:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Азот входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Вторым по распространённости газом атмосферы Земли является кислород. Образование этого газа связывают с фотосинтезирующей деятельностью растений и бактерий. И чем более разнообразными и многочисленными становились фотосинтезирующие организмы, тем более значительным становился процесс содержания кислорода в атмосфере. Небольшое количество тяжёлого кислорода выделяется при дегазации мантии.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

O 2 + hν → 2O

В результате действия того же ультрафиолетового излучения происходит и распад озона:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результате первой реакции образуется атомарный кислород, в результате второй - молекулярный кислород. Все 4 реакции носят название «механизм Чепмена», по имени британского учёного Сидни Чепмена открывшего их в 1930 году.

Кислород служит для дыхания живых организмов. С его помощью происходят процессы окисления и горения.

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации. Наибольшая концентрация озона наблюдается в нижней стратосфере в пределах т.н. озонового слоя или озонового экрана, лежащего на высотах 22-25 км. Содержание озона невелико: при нормальном давлении весь озон земной атмосферы занимал бы слой толщиной всего 2,91 мм.

Образование третьего по распространенности в атмосфере газа аргона, а также неона, гелия, криптона и ксенона связывают с вулканическими извержениями и распадом радиоактивных элементов.

В частности гелий является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в этих реакция α-частица является ядром гелия, которая в процессе потери энергии захватывает электроны и становится 4 He).

Аргон образуется в процессе распада радиоактивного изотопа калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон улетучивается из изверженных пород.

Криптон образуется как конечный продукт распада урана (235 U и 238 U) и тория Th.

Основная масса атмосферного криптона образовалась ещё на ранних стадиях эволюции Земли как результат распада трансурановых элементов с феноменально малым периодом полураспада или поступила из космоса, содержание криптона в котором в десять миллионов раз выше чем на Земле.

Ксенон является результатом деления урана, но основная масса этого газа осталась с ранних стадий образования Земли, от первичной атмосферы.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате вулканических извержений и в процессе разложения органического вещества. Его содержание в атмосфере средних широт Земли сильно различается в зависимости от сезонов года: зимой количество CO 2 возрастает, а летом - снижается. Связано данное колебание с деятельностью растений, которые используют углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Водород образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Но, будучи самым лёгким из газов, входящих в состав атмосферы, постоянно улетучивается в космическое пространство, и потому содержание его в атмосфере очень невелико.

Водяной пар является результатом испарения воды с поверхности озёр, рек, морей и суши.

Концентрация основных газов в нижних слоях атмосферы, за исключением водяных паров и углекислого газа, постоянна. В небольших количествах в атмосфере содержатся оксид серы SO 2 , аммиак NH 3 , монооксид углерода СО, озон O 3 , хлороводород HCl, фтороводород HF, монооксид азота NO, углеводороды, пары ртути Hg, йода I 2 и многие другие. В нижнем атмосферном слое тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц.

Источниками твёрдых частиц в атмосфере Земли являются вулканические извержения, пыльца растений, микроорганизмы, а в последнее время и деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в процессе производства. Мельчайшие частицы пыли, которые являющиеся ядрами конденсации, служат причинами образования туманов и облаков. Без твёрдых частиц, постоянно присутствующих в атмосфере, на Землю не выпадали бы осадки.

Приведенный в табл. 1.1 состав атмосферного воздуха претерпевает в закрытых помещениях различные изменения. Во-первых, меняется процентное содержание отдельных обязательных компонентов, и, во-вторых, появляются дополнительные, не свойственные чистому воздуху примеси. В настоящем параграфе речь пойдет об изменениях газового состава и о допустимых отклонениях его от нормального.

Важнейшими для жизнедеятельности человека газами являются кислород и углекислый газ, участвующие в газообмене человека с окружающей средой. Этот газообмен осуществляется главным образом в легких человека в процессе дыхания. Газообмен, происходящий через поверхность кожи, примерно в 100 раз меньше, чем через легкие, так как поверхность тела взрослого человека составляет приблизительно 1,75 м2, а поверхность альвеол легких - около 200 м2. Процесс дыхания сопровождается образованием в организме человека теплоты в количестве от 4,69 до 5,047 (в среднем 4,879) ккал на 1 л поглощенного кислорода (перешедшего в углекислоту). Следует заметить, что поглощается только незначительная часть содержащегося во вдыхаемом воздухе кислорода (приблизительно 20%). Так, если в атмосферном воздухе находится примерно 21% кислорода, то в выдыхаемом человеком воздухе его будет около 17%. Обычно количество выдыхаемой углекислоты меньше количества поглощенного кислорода. Отношение объемов выделяемой человеком углекислоты и поглощенного кислорода носит название дыхательного коэффициента (ДК), который обычно колеблется от 0,71 до 1. Однако если человек находится в состоянии сильного возбуждения или выполняет очень тяжелую работу, ДК может быть даже больше единицы.

Количество кислорода, необходимое человеку для поддержания нормальной жизнедеятельности, в основном зависит от интенсивности выполняемой им работы и определяется степенью нервного и мускульного напряжения. Усвоение кровью кислорода происходит лучше всего при парциальном давлении около 160 мм рт. ст., что при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. соответствует нормальному процентному содержанию кислорода в атмосферном воздухе, т. е. 21%.

Благодаря способности человеческого организма приспособляться, нормальное дыхание может наблюдаться и при меньших количествах кислорода.

Если сокращение содержания кислорода в воздухе происходит за счет инертных газов (например, азота), то возможно значительное уменьшение количества кислорода - вплоть до 12%.

Однако в закрытых помещениях уменьшение содержания кислорода сопровождается не нарастанием концентрации инертных газов, а накоплением углекислого газа. В этих условиях предельно допустимое минимальное содержание кислорода в воздухе должно быть намного выше. Обычно в качестве нормы такой концентрации принимается содержание кислорода, равное 17% по объему. Вообще говоря, в закрытых помещениях процентное содержание кислорода никогда не снижается до этой нормы, так как гораздо раньше достигает предельного значения концентрация углекислого газа. Поэтому практически важнее установить предельно допустимые нормы содержания в закрытых помещениях не кислорода, а углекислого газа.

Углекислый газ С02 представляет собой бесцветный газ со слабым кислым вкусом и запахом; он в 1,52 раза тяжелее воздуха, слегка ядовит. Накопление углекислого газа в воздухе закрытых помещений приводит к появлению головной боли, головокружению, слабости, потере чувствительности и даже потере сознания.

Считается, что в атмосферном воздухе количество углекислого газа составляет 0,03% по объему. Это справедливо для сельских местностей. В воздухе крупных промышленных центров его содержание обычно больше. Для расчетов принимают концентрацию, равную 0,04%. В воздухе, выдыхаемом человеком, содержится примерно 4% углекислого газа.

Без каких-либо вредных последствий для человеческого организма в воздухе закрытых помещений могут быть допущены концентрации углекислого газа, значительно более высокие, чем 0,04%.

Величина предельно допустимой концентрации углекислого газа зависит от продолжительности пребывания людей в том или ином закрытом помещении и от рода их занятий. Например, для герметизированных убежищ, при размещении в них здоровых людей на срок не более 8 часов, может быть принята в качестве предельно допустимой концентрации С02 норма в 2%. При кратковременном пребывании людей эта норма может быть увеличена. Возможность пребывания человека в среде с повышенными концентрациями углекислого газа обусловлена способностью человеческого организма приспосабливаться к различным условиям. При концентрации С02 выше, чем 1%, человек начинает вдыхать значительно больше воздуха. Так, при концентрации С02 в 3% дыхание удваивается даже в состоянии покоя, что само по себе не вызывает заметных отрицательных последствий при сравнительно кратковременном пребывании в таком воздухе человека. Если же человек будет находиться в помещении с концентрацией С02 в 3% достаточно долго (3 и более суток), ему грозит потеря сознания.

При длительном пребывании людей в герметизированных помещениях и при выполнении людьми той или иной работы величина предельно допустимой концентрации углекислого газа должна быть существенно меньше 2%. Допускается колебание ее от 0,1 до 1%. Содержание углекислого газа 0,1% может считаться допустимым и для обычных негерметизированных помещений зданий и сооружений различного назначения. Более низкая концентрация углекислого газа (порядка 0,07-0,08) должна назначаться лишь для помещений лечебных и детских учреждений.

Как будет ясно из дальнейшего, требования в отношении содержания углекислого газа в воздухе помещений наземных зданий обычно легко удовлетворяются, если источниками его выделения являются люди. Иначе стоит вопрос, когда углекислый газ накапливается в производственных помещениях в результате тех или иных технологических процессов, происходящих, например, в дрожжевых, пивоваренных, гидролизных цехах. В этом случае в качестве предельно допустимой концентрации углекислого газа принимают 0,5%.