Повітря
Слово «атмосфера» походить від грецького слова атмос — пар+сфера — куля й означає газову оболонку (повітря), що оточує нашу планету. Вона захищає Землю й все живе на ній від спопеляючого короткохвильового випромінювання Сонця, згубних космічних променів, метеоритів і т.п. Найнижчий шар атмосфери — тропосфера, висота якої коливається від 8—10 км у полярних широтах до 16—18 км в екватора. По масі тропосфера становить 4/5 всієї атмосфери — 5,15 • 1015 т.
У тропосфері постійно дмуть вітри, тобто спостерігається рух повітря, температура якого зменшується з висотою (приблизно до 6 °С на 1 км).
Атмосфера Землі в основному складається з азоту й кисню. Точніше, ми живемо в азотній атмосфері, помірковано збагаченої киснем. Крім того, у ній утримуються вуглекислий газ, водень, інертні гази (гелій, аргон, неон, криптон, радон), а також закис азоту, двоокис сірки, двоокис азоту, озон і інші гази.
У цей час в атмосфері, особливо в повітрі міст, багато різних сполук, який раніше не було, що обумовлено всі зростаючим антропогенним впливом.
Кисень - найпоширеніший на Землі хімічний елемент. Основна маса його зосереджена не в атмосфері, а в складі молекул води в морях і океанах. Він входить до складу руд, глини, піску й багатьох інших речовин. У живих організмах до 70 % кисню. Він утримується в білках, жирах, вуглеводах. Всім відомо, що без кисню не може існувати жоден живий організм.
Діяльність людини вносить істотні зміни в круговорот кисню в природі. Зокрема, у багатьох промислово розвинених країнах при згорянні вугілля, газу, нафтопродуктів витрачається кисню більше, ніж його виділяють рослини при фотосинтезі.
Що стосується азоту, то при звичайному тиску він інертний, тому людина не відчуває його присутності в атмосфері. При збільшенні тиску або електричних розрядів утворяться різні сполуки азоту, зокрема окис азоту й більше складні органічні сполуки. Це не дивно, тому що потужність окремих електричних розрядів досягає 200 млн кВт, при цьому повітря розігрівається до 20000 °С.
Вуглекислого газу в повітрі небагато - усього 0,03 % загального об'єму. Він не токсичний. Однак останнім часом висловлюється припущення, що підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері може привести до появи так званого парникового ефекту, а це спричинить зміну клімату у великому масштабі.
Важливий компонент атмосфери - водяний пар. Його зміст коливається залежно від географічного положення, пори року, погоди, висоти над рівнем моря й т.д. У результаті конденсації водяної пари утворяться хмари, випадають опади - дощ, сніг, град.
До складу атмосфери входить озон. Без його присутності в атмосфері життя на Землі була б неможливою. Концентрація озону незначна (мільйонні частки), вона збільшується у верхніх шарах атмосфери, досягаючи максимуму на висоті 20-25 км - 0,001 % . Шар атмосфери на висоті 15-70 км іноді називають озоносферой. Вона поглинає найбільш жарке випромінювання Сонця - короткохвильовий діапазон ультрафіолетової частини спектра, що могло б знищити життя на Землі. М'яке випромінювання, тобто довгохвильова частина сонячного спектра, безперешкодно проходить до Землі.
Інертні гази (гелій, аргон, неон, криптон, радон) у звичайних умовах не вступають ні в які хімічні реакції.
Чисте повітря не повинен мати який-небудь захід. Наукою визначена сполука повітря й біологічних порогів заходів тридцятилітніх його частин.
Компонент Концентрація Поріг дії
Азот 78,09 % 3 атм
Кисень 20,95 % 80 %
Аргон 0,93 % 75 %
Неон 16,2 мг/м3 4 атм
Криптон 4,1 мг/м3 70 %
Гелій 0,92 м2/м3 50 %
Ксенон 0,51 м2/м3 50 %
Вуглекислий газ 0,02-0,04 % 2 %
Окис вуглецю 0,2 м2/м3 200 м2/м3
Водень 30—100 мк2/м3 5 атм
Водяна пара 0,02—50 г/м3 —
Метан 0,8—1,5 м2/м3 300 г/м3
Закис азоту 2,0 м2/м3 3 м2/м3
Сірчистий газ 60 мк2/м3 3 м2/м3
Сірководень 20 мк2/м3 0,8 м2/м3
Аміак 30—40 мк2/м3 15 м2/м3
Формальдегід 20 мк2/м3 0,2 м2/м3
Хлор 8 мк2/м3 2 м2/м3
Йод 1 мк2/м3 2 м2/м3
Окисли азоту (крім закису) 30 мк /м3 0,2 м2/м3
Дослідженнями встановлено, що запах свіжого повітря виникає в результаті комбінованого впливу на органи нюху озону, окислів азоту, позитивних і негативних іонів. Головним діючим початком є озон. Залежно від співвідношень між цими інгредієнтами розрізняють відтінки заходу повітря. Вони асоціюються із заходом зелені, свіжих фруктів, поталого снігу й т.п.
Для додання повітрю запаху свіжості необхідно, щоб у ньому втримувалися нестійкі у фізико-хімічному відношенні частки. Свіже повітря позитивно впливає на самопочуття й настрій: освіжають, знімає утому, головний біль. Штучне освіжене або іонізоване повітря варто застосовувати тільки під спостереженням лікаря. Різка зміна дозування може привести до небажаних наслідків. Продукти радіолізу повітря - озон, позитивні іони й електрони, негативні іони й окисли азоту - вступають у реакцію й, отже, впливають на живі організми.
Так, озон при високих концентраціях в 3 рази більш токсичні синильної кислоти, в 5 разів - фосгену, в 20 разів - окису вуглецю.
Відомо, що повітря, опромінене дозою 260 Р (ПДК по озоні), є шкідливим і не придатним для подиху. Для освіження повітря службових і суспільних будинків рекомендують електричну або іонізуючу обробку в дозі до 50 — 80 Р. Для цього можна використовувати спеціальні іонізатори А. А. Микулина, А. А. Чижевського й ін. Установлено, що повітря, що поширюється зверху, з підвищеним змістом озону (починаючи від 60 мкг м3) заганяє різних комах (комарів, мошок) у атмосферний шар повітря.
Озон у підвищених концентраціях негативно впливає на живі організми: мурахи залазять глибше в землю, закривають входи й виходи, у рослин уповільнюється фотосинтез, ушкоджуються листи, тварини стають неспокійними, у людини частішає пульс, з'являються головний біль, озноб і інші нездужання. У той же час невеликі концентрації озону прискорюють ріст рослин, збільшують їхню біомасу. Свіже повітря має бактерицидні властивості, гальмує ріст цвілі й грибкових організмів (при концентрації 0,3 мг/м8) протягом години вбивають віруси грипу.
Атмосферний озон знищує в забрудненому повітрі неприємний захід, руйнує канцерогенні речовини. Вплив певної концентрації озону і його іонів підвищує рівень газообміну, збільшує зміст кисню в крові, прискорює відновлення сил після фізичного навантаження, підвищує працездатність, знижує зміст цукру в крові.
Для життєдіяльності людини джерелом кисню є повітря. Постійне надходження його в організмі необхідно для окисних процесів і підтримки життя. Доросла людина протягом доби вдихає 15—30 м3 повітря, чистота якого має величезне значення для здоров'я.
Сполука атмосферного й видихуваного людиною повітря, %
| газ | вдихуваний | видихуваний |
| Кисень | 20,94 | 15,4—16,0 |
| Двоокис вуглецю | 0,04 | 3,4—4,7 |
| Азот | 78,08 | 78,26 |
| Аргон, інші інертнігази й домішки | 0,94 | 0,94 |
При подиху частина кисню з повітря в альвеолах легенів переходить у кров, а частина двоокису вуглецю із крові виділяється в повітря, що перебуває в альвеолах. У результаті видихуване повітря містить значно менше кисню й приблизно в 100 разів більше вуглекислоти, чим атмосферний. Видихуване повітря насичене водяними парами, і температура його така ж, як і температура тіла. Крім вуглекислоти, видихуваний повітря містить у значних концентраціях більше 20 газоподібних продуктів обміну речовин (окис вуглецю, аміак, ацетон, вуглеводні, альдегіди, органічні кислоти й ін.).
Варто підкреслити, що з ростом населення планети, розвитком промисловості й збільшенням кількості транспортних засобів спостерігається, особливо в останні два десятиліття, значне погіршення якості атмосферного повітря. Насамперед збільшується концентрація окису вуглецю. Це газ без кольору й заходу, якому можна виявити за допомогою приладів або хімічних речовин. Він в 200 разів активніше кисню.
У великих містах зміст окису вуглецю наближається до небезпечної риси. Головним джерелом його є викиди автомобільного транспорту. Потрапляючи в легені людини, газ витісняє кисень із гемоглобіну, відтворює міцну сполуку (карбоксигемоглобин). У результаті значна кількість гемоглобіну припиняє брати участь у найважливішому процесі - переносі кисню з повітря до тканин і органів.
При отруєнні окисом вуглецю в людини з'являються шум у вухах, головний біль, запаморочення, пульсація в скронях, нудота, блювота, втрата свідомості.
Легковий автомобіль викидає до 3 м3/рік окиси вуглецю, а вантажний — до 6. У повітрі найбільших міст США її втримується від 20 до 300 мг/м3. Особливо багато окису вуглецю в повітрі на перехрестях вулиць, де автомобільні двигуни працюють вхолосту чекаючи зеленого сигналу світлофора. Цей газ може накопичуватися також у кабінах водіїв автомобілів із двигунами внутрішнього згоряння.
Окисом вуглецю регулярно дихають курці: у тютюновому димі сигарети втримується близько 1 % окису вуглецю. Вона також утвориться в печах при спалюванні вугілля, інших видів твердого й рідкого палива.
Окис вуглецю втримується й у димових газах, що відходять. Ще 30 років тому при спалюванні 200 млн т вугілля в атмосферу було викинуто більше 4 млн т ці гази. За останні роки у зв'язку зі збільшенням обсягів виробництва й недостатньою ефективністю прийнятих мір концентрація окису вуглецю в повітрі зростає. Тільки в США щорічно викидається його в атмосферу 60 млн т.
Сірчистий газ зустрічається в природі в складі газоподібних продуктів вулканічних вивержень, однак газу такого походження небагато. Основне джерело сірчистого газу, що забруднює атмосферу,- хімічна, металургійна промисловість, теплоенергетика. При нормальних температурі й тиску це - безбарвний газ із різким заходом, що добре розчиняється у воді, відтворює сірчисту кислоту. Аналогічний процес може відбуватися й у вологому повітрі. сірчиста кислота, Що Утвориться в атмосфері, шкідливо впливає на самопочуття людини, а також на флору й фауну.