За разлика от горещите и студени планети на нашата слънчева система, на планетата Земя съществуват условия, които позволяват живот под някаква форма. Едно от основните условия е съставът на атмосферата, който дава възможност на всички живи същества да дишат свободно и ги предпазва от смъртоносната радиация, която цари в космоса.

От какво се състои атмосферата?

Атмосферата на Земята се състои от много газове. По принцип, което заема 77%. Газът, без който животът на Земята е немислим, заема много по-малък обем, съдържанието на кислород във въздуха е равно на 21% от общия обем на атмосферата. Последните 2% са смес от различни газове, включително аргон, хелий, неон, криптон и други.

Атмосферата на Земята се издига на височина от 8 хиляди км. Въздухът, подходящ за дишане, се намира само в долния слой на атмосферата, в тропосферата, която достига 8 км нагоре при полюсите и 16 км над екватора. С увеличаване на надморската височина въздухът става по-тънък и липсата на кислород става по-голяма. Да се ​​обмисли какво е съдържанието на кислород във въздуха различни височини, да дадем пример. На върха на Еверест (височина 8848 м) въздухът съдържа 3 пъти по-малко от този газ, отколкото над морското равнище. Ето защо покорителите на високи планински върхове - алпинисти - могат да се изкачат до върха му само с кислородни маски.

Кислородът е основното условие за оцеляване на планетата

В началото на съществуването на Земята въздухът, който я заобикаля, не е имал този газ в състава си. Това беше доста подходящо за живота на протозоите - едноклетъчни молекули, които плуваха в океана. Нямаха нужда от кислород. Процесът започва преди приблизително 2 милиона години, когато първите живи организми, в резултат на реакцията на фотосинтеза, започват да отделят малки дози от този газ, получен в резултат химически реакции, първо в океана, след това в атмосферата. Животът се разви на планетата и прие различни форми, повечето от които не са оцелели до наши дни. Някои организми в крайна сметка се приспособиха да живеят с новия газ.

Те се научиха да използват силата му безопасно в клетка, където той действаше като електроцентрала за извличане на енергия от храната. Този начин на използване на кислорода се нарича дишане и ние го правим всяка секунда. Именно дишането направи възможно появата на по-сложни организми и хора. В продължение на милиони години съдържанието на кислород във въздуха се е повишило до съвременни нива - около 21%. Натрупването на този газ в атмосферата допринесе за създаването на озонов слой на височина 8-30 км от земната повърхност. В същото време планетата получи защита от вредното въздействие на ултравиолетовите лъчи. По-нататъшното развитие на формите на живот във водата и сушата се увеличи бързо в резултат на повишената фотосинтеза.

Анаеробен живот

Въпреки че някои организми се адаптираха към нарастващите нива на отделяния газ, много от най-простите форми на живот, съществували на Земята, изчезнаха. Други организми оцеляват, като се крият от кислорода. Някои от тях днес живеят в корените на бобовите растения, като използват азот от въздуха за изграждане на аминокиселини за растенията. Смъртоносният организъм ботулизъм е още един бежанец от кислорода. Лесно оцелява във вакуумирани консерви.

Какво ниво на кислород е оптимално за живот?

Преждевременно родените бебета, чиито дробове все още не са напълно отворени за дишане, попадат в специални кувьози. При тях съдържанието на кислород във въздуха е по-високо обемно, като вместо обичайните 21% нивото му е определено на 30-40%. Бебетата с тежки дихателни проблеми са заобиколени от въздух със 100 процента нива на кислород, за да се предотврати увреждане на мозъка на детето. Намирането в такива условия подобрява кислородния режим на тъканите, които са в състояние на хипоксия и нормализира жизнените им функции. Но твърде много от него във въздуха е също толкова опасно, колкото и твърде малко. Прекомерният кислород в кръвта на детето може да увреди кръвоносните съдове в очите и да причини загуба на зрението. Това показва двойствеността на свойствата на газа. Трябва да го вдишваме, за да живеем, но излишъкът му понякога може да се превърне в отрова за тялото.

Процес на окисление

Когато кислородът се комбинира с водород или въглерод, възниква реакция, наречена окисление. Този процес кара органичните молекули, които са в основата на живота, да се разпадат. В човешкото тяло окислението протича по следния начин. Червените кръвни клетки събират кислород от белите дробове и го пренасят в тялото. Има процес на разрушаване на молекулите на храната, която приемаме. Този процес освобождава енергия, вода и оставя след себе си въглероден диоксид. Последният се отделя от кръвните клетки обратно в белите дробове и ние го издишваме във въздуха. Човек може да се задуши, ако не може да диша повече от 5 минути.

дъх

Нека разгледаме съдържанието на кислород във вдишания въздух. Атмосферният въздух, който навлиза в белите дробове отвън при вдишване, се нарича вдишван, а въздухът, който излиза през дихателна системапри издишване, - издишано.

Това е смес от въздуха, изпълнил алвеолите, с този в дихателните пътища. Химичният състав на въздуха, който здрав човек вдишва и издишва в естествени условия, практически не се променя и се изразява в следните числа.

Кислородът е основният компонент на въздуха за живота. Промените в количеството на този газ в атмосферата са малки. Ако съдържанието на кислород във въздуха край морето достига до 20,99%, то дори в много замърсения въздух на индустриалните градове нивото му не пада под 20,5%. Такива промени не показват влияние върху човешкото тяло. Физиологичните смущения се появяват, когато процентното съдържание на кислород във въздуха падне до 16-17%. В този случай има очевидна, която води до рязък спад на жизнената активност и когато съдържанието на кислород във въздуха е 7-8%, е възможна смърт.

Атмосфера в различни епохи

Съставът на атмосферата винаги е оказвал влияние върху еволюцията. В различни геоложки времена, поради природни бедствия, се наблюдават покачвания или спадове на нивата на кислород и това води до промени в биосистемата. Преди около 300 милиона години съдържанието му в атмосферата се повиши до 35% и планетата беше колонизирана от насекоми с гигантски размери. Най-голямото изчезване на живи същества в историята на Земята е станало преди около 250 милиона години. По време на него са загинали повече от 90% от жителите на океана и 75% от жителите на сушата. Една от версиите за масовото измиране гласи, че виновникът е ниското ниво на кислород във въздуха. Количеството на този газ е спаднало до 12% и това е в долния слой на атмосферата до надморска височина от 5300 метра. В нашата ера съдържанието на кислород в атмосферния въздух достига 20,9%, което е с 0,7% по-малко от преди 800 хиляди години. Тези данни бяха потвърдени от учени от Принстънския университет, които изследваха проби от Гренландия и Атлантически лед, формирана по това време. Замръзналата вода запази въздушни мехурчета и този факт помага да се изчисли нивото на кислород в атмосферата.

Какво определя нивото му във въздуха?

Активното му усвояване от атмосферата може да бъде причинено от движението на ледниците. Докато се отдалечават, те разкриват гигантски области от органични слоеве, които консумират кислород. Друга причина може да е охлаждането на водите на Световния океан: неговите бактерии при по-ниски температури поглъщат кислород по-активно. Изследователите твърдят, че индустриалният скок и с него изгарянето на огромни количества гориво нямат особено въздействие. Световните океани се охлаждат от 15 милиона години и количеството на животоподдържащите вещества в атмосферата е намаляло независимо от човешкото въздействие. Вероятно на Земята протичат естествени процеси, които водят до по-висока консумация на кислород от производството му.

Въздействието на човека върху състава на атмосферата

Нека поговорим за човешкото влияние върху състава на въздуха. Нивото, което имаме днес, е идеално за живите същества, съдържанието на кислород във въздуха е 21%. Определя се балансът между него и другите газове жизнен цикълв природата: животните издишват въглероден диоксид, растенията го използват и отделят кислород.

Но няма гаранция, че това ниво винаги ще бъде постоянно. Количеството въглероден диоксид, отделяно в атмосферата, нараства. Това се дължи на използването на гориво от човечеството. И както знаете, той се е образувал от вкаменелости от органичен произход и въглеродният диоксид навлиза във въздуха. Междувременно най големи растенияДърветата на нашата планета се унищожават с нарастваща скорост. За минута километри гора изчезват. Това означава, че част от кислорода във въздуха постепенно намалява и учените вече бият тревога. Земната атмосфера не е неограничен склад и кислородът не влиза в нея отвън. Тя непрекъснато се развиваше заедно с развитието на Земята. Винаги трябва да помним, че този газ се произвежда от растителността по време на процеса на фотосинтеза чрез консумация на въглероден диоксид. И всяко значително намаляване на растителността под формата на унищожаване на гори неизбежно намалява навлизането на кислород в атмосферата, като по този начин нарушава нейния баланс.

ЛЕКЦИЯ № 3. Атмосферен въздух.

Тема: Атмосферен въздух, негов химически състави физиологични

значение компоненти.

Атмосферно замърсяване; въздействието им върху общественото здраве.

Конспект на лекцията:

Химичен състав на атмосферния въздух.

Биологичната роля и физиологичното значение на неговите компоненти: азот, кислород, въглероден диоксид, озон, инертни газове.

Концепцията за атмосферното замърсяване и неговите източници.

Въздействие на атмосферното замърсяване върху здравето (пряко въздействие).

Влиянието на атмосферното замърсяване върху условията на живот на населението (непряко въздействие върху здравето).

Въпроси за опазване на атмосферния въздух от замърсяване.

Газообразната обвивка на земята се нарича атмосфера. Общото тегло на земната атмосфера е 5,13  10 15 тона.

Въздухът, който образува атмосферата, е смес от различни газове. Съставът на сухия въздух на морското равнище ще бъде както следва:

Таблица №1

Състав на сух въздух при температура 0 0 С и

налягане 760 mm Hg. Чл.

Съставът на земната атмосфера остава постоянен над сушата, над морето, в градовете и в селските райони. Освен това не се променя с височината. Трябва да се помни, че говорим за процента на компонентите на въздуха на различни височини. Не може обаче да се каже същото за тегловната концентрация на газовете. Докато се издигате нагоре, плътността на въздуха намалява и броят на молекулите, съдържащи се в единица пространство, също намалява. В резултат на това тегловната концентрация на газа и парциалното му налягане намаляват.

Нека се спрем на характеристиките на отделните компоненти на въздуха.

Основният компонент на атмосферата е азот.Азотът е инертен газ. Не поддържа дишане или горене. Животът е невъзможен в азотна атмосфера.

Азотът играе важна биологична роля. Азотът във въздуха се абсорбира от някои видове бактерии и водорасли, които образуват органични съединения от него.

Под въздействието на атмосферното електричество се образува малко количество азотни йони, които се измиват от атмосферата от валежите и обогатяват почвата с азот и азотни соли. азотна киселина. Солите на азотната киселина се превръщат в нитрити под въздействието на почвените бактерии. Нитритите и амонячните соли се абсорбират от растенията и служат за синтеза на протеини.

По този начин се извършва трансформацията на инертен атмосферен азот в жива материя на органичния свят.

Поради липсата на азотни торове от естествен произход, човечеството се е научило да ги получава изкуствено. Създадена е и се развива индустрия за производство на азотни торове, която преработва атмосферния азот в амоняк и азотни торове.

Биологичното значение на азота не се изчерпва с участието му в кръговрата на азотните вещества. Той играе важна роля като разредител на атмосферния кислород, тъй като животът е невъзможен в чист кислород.

Увеличаването на съдържанието на азот във въздуха причинява хипоксия и асфиксия поради намаляване на парциалното налягане на кислорода.

С увеличаване на парциалното налягане азотът проявява наркотични свойства. Но в условията на открита атмосфера наркотичният ефект на азота не се проявява, тъй като колебанията в неговата концентрация са незначителни.

Най-важният компонент на атмосферата е газообразният кислород (О 2 ) .

Кислород в нашия слънчева системанамира се в свободно състояние само на Земята.

Бяха направени много предположения относно еволюцията (развитието) на земния кислород. Най-приетото обяснение е, че по-голямата част от кислорода в съвременната атмосфера е произведен от фотосинтеза в биосферата; и само първоначално, малко количество кислород се образува в резултат на фотосинтезата на водата.

Биологичната роля на кислорода е изключително голяма. Без кислород животът е невъзможен. Атмосферата на Земята съдържа 1,18  10 15 тона кислород.

В природата непрекъснато протичат процеси на консумация на кислород: дишане на хора и животни, процеси на горене, окисляване. В същото време непрекъснато протичат процеси на възстановяване на съдържанието на кислород във въздуха (фотосинтеза). Растенията абсорбират въглероден диоксид, разграждат го, абсорбират въглерод и отделят кислород в атмосферата. Растенията отделят 0,5  10 5 милиона тона кислород в атмосферата. Това е достатъчно, за да покрие естествената загуба на кислород. Поради това съдържанието му във въздуха е постоянно и възлиза на 20,95%.

Непрекъснатият поток от въздушни маси смесва тропосферата, поради което няма разлика в съдържанието на кислород в градовете и селските райони. Концентрацията на кислород варира в рамките на няколко десети от процента. Няма значение. Но в дълбоки дупки, кладенци и пещери съдържанието на кислород може да спадне, така че спускането в тях е опасно.

При спадане на парциалното налягане на кислорода при хора и животни се наблюдават явления на кислороден глад. Когато се издигнете над морското равнище, настъпват значителни промени в парциалното налягане на кислорода. Феноменът на недостиг на кислород може да се наблюдава по време на планинско катерене (планинско катерене, туризъм) и по време на пътуване със самолет. Изкачването на надморска височина от 3000 м може да причини височинна или планинска болест.

При продължителен живот във високи планини хората свикват с липсата на кислород и настъпва аклиматизация.

Високото парциално налягане на кислорода е неблагоприятно за хората. При парциално налягане над 600 mm жизненият капацитет на белите дробове намалява. Вдишването на чист кислород (парциално налягане 760 mm) причинява белодробен оток, пневмония и конвулсии.

В естествени условия във въздуха няма повишено съдържание на кислород.

Озоне неразделна част от атмосферата. Масата му е 3,5 милиарда тона. Съдържанието на озон в атмосферата варира според сезоните: то е високо през пролетта и ниско през есента. Съдържанието на озон зависи от географската ширина на района: колкото по-близо до екватора, толкова по-ниско е то. Концентрацията на озон има денонощни вариации: достига своя максимум по обяд.

Концентрацията на озон е неравномерно разпределена по надморска височина. Най-високото му съдържание се наблюдава на надморска височина 20-30 км.

Озонът се произвежда непрекъснато в стратосферата. Под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето молекулите на кислорода се дисоциират (разпадат) и образуват атомарен кислород. Кислородните атоми се рекомбинират (комбинират) с кислородни молекули и образуват озон (O3). На височини над и под 20-30 км процесите на фотосинтеза (образуване) на озон се забавят.

Наличието на озонов слой в атмосферата е от голямо значение за съществуването на живот на Земята.

Озонът блокира късовълновата част от спектъра на слънчевата радиация и не пропуска вълни, по-къси от 290 nm (нанометра). При липса на озон животът на земята би бил невъзможен поради разрушителното действие на краткотрайното ултравиолетово лъчение върху всички живи същества.

Озонът също така абсорбира инфрачервено лъчение с дължина на вълната 9,5 микрона (микрона). Благодарение на това озонът задържа около 20 процента от топлинното излъчване на земята, намалявайки нейните топлинни загуби. При липса на озон абсолютната температура на Земята би била със 7 0 по-ниска.

Озонът се внася в долния слой на атмосферата - тропосферата - от стратосферата в резултат на смесване на въздушните маси. При слабо смесване концентрацията на озон на земната повърхност пада. Увеличаване на озона във въздуха се наблюдава по време на гръмотевична буря в резултат на разряди на атмосферно електричество и увеличаване на турбулентността (смесването) на атмосферата.

В същото време значително увеличение на концентрацията на озон във въздуха е резултат от фотохимично окисляване на органични вещества, които навлизат в атмосферата с отработените газове на превозните средства и промишлените емисии. Озонът е токсично вещество. Озонът има дразнещ ефект върху лигавиците на очите, носа и гърлото в концентрация 0,2-1 mg/m3.

Въглероден диоксид (CO 2 ) присъства в атмосферата в концентрация от 0,03%. Общото му количество е 2330 милиарда тона. Голямо количество въглероден диоксид се намира разтворен във водите на моретата и океаните. В свързана форма влиза в състава на доломити и варовици.

Атмосферата непрекъснато се попълва с въглероден диоксид в резултат на жизнените процеси на живите организми, процесите на горене, гниене и ферментация. Човек отделя 580 литра въглероден диоксид на ден. При разлагането на варовика се отделят големи количества въглероден диоксид.

Въпреки наличието на множество източници на образуване, няма значително натрупване на въглероден диоксид във въздуха. Въглеродният диоксид постоянно се асимилира (абсорбира) от растенията по време на процеса на фотосинтеза.

В допълнение към растенията, моретата и океаните регулират съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата. Когато парциалното налягане на въглеродния диоксид във въздуха се повиши, той се разтваря във вода, а когато намалее, се освобождава в атмосферата.

В атмосферата на повърхността има леки колебания в концентрацията на въглероден диоксид: над океана тя е по-ниска, отколкото над сушата; по-високо в гората, отколкото в полето; по-високи в градовете, отколкото извън града.

Въглеродният диоксид играе важна роля в живота на животните и хората. Стимулира дихателния център.

В атмосферния въздух има известно количество инертни газове: аргон, неон, хелий, криптон и ксенон. Тези газове принадлежат към нулевата група на периодичната таблица, не реагират с други елементи и са инертни в химичен смисъл.

Инертните газове са наркотични. Техните наркотични свойства се проявяват при високо барометрично налягане. В открита атмосфера наркотичните свойства на инертните газове не могат да се проявят.

В допълнение към компонентите на атмосферата, тя съдържа различни примеси от естествен произход и замърсяване, въведено в резултат на човешката дейност.

Примесите, които присъстват във въздуха, различни от естествения му химичен състав, се наричат атмосферно замърсяване.

Атмосферното замърсяване се разделя на естествено и изкуствено.

Естественото замърсяване включва примеси, постъпващи във въздуха в резултат на спонтанни природни процеси (растителен и почвен прах, вулканични изригвания, космически прах).

Изкуственото замърсяване на атмосферата се образува в резултат на производствената дейност на човека.

Изкуствените източници на замърсяване на атмосферата се разделят на 4 групи:

транспорт;

индустрия;

топлоенергетика;

изгаряне на боклук.

Нека да разгледаме техните кратки характеристики.

Сегашната ситуация се характеризира с факта, че обемът на емисиите от автомобилния транспорт надвишава обема на емисиите от промишлените предприятия.

Една кола отделя повече от 200 химически съединения във въздуха. Всеки автомобил изразходва средно 2 тона гориво и 30 тона въздух годишно и отделя 700 кг въглероден окис (CO), 230 кг неизгорели въглеводороди, 40 кг азотни оксиди (NO 2) и 2-5 кг ​на твърди вещества в атмосферата.

Съвременният град е наситен с други видове транспорт: железопътен, воден и въздушен. Общото количество емисии в околната среда от всички видове транспорт има тенденция към непрекъснато нарастване.

Промишлените предприятия са на второ място след транспорта по степен на увреждане на околната среда.

Най-интензивните замърсители на атмосферния въздух са предприятията от черната и цветната металургия, нефтохимическата и коксохимическата промишленост, както и предприятията, произвеждащи строителни материали. Те отделят в атмосферата десетки тонове сажди, прах, метали и техните съединения (мед, цинк, олово, никел, калай и др.).

Влизайки в атмосферата, металите замърсяват почвата, натрупват се в нея и проникват във водата на резервоарите.

В районите, където са разположени промишлени предприятия, населението е изложено на риск от неблагоприятни ефекти от атмосферното замърсяване.

В допълнение към праховите частици, промишлеността отделя различни газове във въздуха: серен анхидрид, въглероден оксид, азотни оксиди, сероводород, въглеводороди и радиоактивни газове.

Замърсителите могат да останат в околната среда дълго време и да имат вредно въздействие върху човешкото тяло.

Например въглеводородите остават в околната среда до 16 години и участват активно във фотохимичните процеси в атмосферния въздух с образуването на токсични мъгли.

Масово замърсяване на въздуха се наблюдава при изгаряне на твърди и течно горивов ТЕЦ. Те са основните източници на замърсяване на атмосферата със серни и азотни оксиди, въглероден окис, сажди и прах. Тези източници се характеризират с масивно замърсяване на въздуха.

Понастоящем са известни много факти за неблагоприятното въздействие на атмосферното замърсяване върху човешкото здраве.

Атмосферното замърсяване има както остри, така и хронични ефекти върху човешкото тяло.

Примери за острото въздействие на атмосферното замърсяване върху общественото здраве са токсичните мъгли. При неблагоприятни метеорологични условия се повишават концентрациите на токсични вещества във въздуха.

Първата токсична мъгла е регистрирана в Белгия през 1930 г. Няколкостотин души бяха ранени, а 60 души загинаха. Впоследствие подобни случаи се повтарят: през 1948 г. в американския град Донора. Засегнати са 6000 души. През 1952 г. 4000 души загиват от Голямата лондонска мъгла. През 1962 г. 750 лондончани умират по същата причина. През 1970 г. над японската столица (Токио) от смога са пострадали 10 хиляди души, а през 1971 г. – 28 хиляди.

В допълнение към изброените бедствия, анализът на изследователски материали от местни и чуждестранни автори обръща внимание на повишаване на общата заболеваемост на населението поради замърсяване на въздуха.

Проучванията, проведени в тази връзка, ни позволяват да заключим, че в резултат на излагане на атмосферно замърсяване в индустриалните центрове има увеличение на:

обща смъртност от сърдечно-съдови и респираторни заболявания;

остра неспецифична заболеваемост на горните дихателни пътища;

хроничен бронхит;

бронхиална астма;

емфизем;

рак на белия дроб;

намалена продължителност на живота и творческа активност.

Освен това понастоящем математическият анализ разкри статистически значима връзка между нивото на заболеваемост на населението със заболявания на кръвта, храносмилателните органи, кожни заболявания и нивата на замърсяване на въздуха.

дихателни органи, храносмилателна системаи кожата са „входна врата“ за токсични вещества и служат като мишени за тяхното пряко и непряко действие.

Влиянието на атмосферното замърсяване върху условията на живот се разглежда като косвено (непряко) въздействие на атмосферното замърсяване върху общественото здраве.

Тя включва:

намаляване на общото осветление;

намаляване на ултравиолетовото лъчение от слънцето;

промени в климатичните условия;

влошаване на условията на живот;

отрицателно въздействие върху зелените площи;

отрицателно въздействие върху животните.

Замърсителите на въздуха причиняват големи щети на сгради, конструкции и строителни материали.

Общите икономически разходи за Съединените щати от замърсителите на въздуха, включително въздействието им върху човешкото здраве, строителни материали, метали, тъкани, кожа, хартия, боя, каучук и други материали, е 15-20 милиарда долара годишно.

Всичко казано по-горе показва, че опазването на атмосферния въздух от замърсяване е проблем от изключителна важност и обект на голямо внимание на специалистите от всички страни по света.

Всички мерки за защита на атмосферния въздух трябва да се извършват цялостно в няколко области:

Законодателни мерки. Това са закони, приети от правителството на страната, насочени към защита въздушна среда;

Рационално разполагане на индустриални и жилищни зони;

Технологични мерки, насочени към намаляване на емисиите в атмосферата;

Санитарни мерки;

Разработване на хигиенни норми за атмосферния въздух;

Мониторинг на чистотата на атмосферния въздух;

Контрол на работата индустриални предприятия;

Благоустрояване на населените места, озеленяване, поливане, създаване на защитни пропуски между промишлени предприятия и жилищни комплекси.

В допълнение към изброените мерки на вътрешния държавен план в момента се разработват и широко прилагат междудържавни програми за опазване на атмосферния въздух.

Проблемът с опазването на въздуха се решава в редица международни организации – СЗО, ООН, ЮНЕСКО и др.

Долните слоеве на атмосферата се състоят от смес от газове, наречена въздух , в който са суспендирани течни и твърди частици. Общата маса на последната е незначителна в сравнение с цялата маса на атмосферата.

Атмосферният въздух е смес от газове, основните от които са азот N2, кислород O2, аргон Ar, въглероден диоксид CO2 и водна пара. Въздух без водна пара се нарича сух въздух. На земната повърхност сухият въздух се състои от 99% азот (78% по обем или 76% по маса) и кислород (21% по обем или 23% по маса). Останалият 1% е почти изцяло аргон. Само 0,08% остават за въглероден диоксид CO2. Много други газове са част от въздуха в хилядни, милионни и дори по-малки части от процента. Това са криптон, ксенон, неон, хелий, водород, озон, йод, радон, метан, амоняк, водороден прекис, азотен оксид и др. Съставът на сухия атмосферен въздух в близост до земната повърхност е даден в табл. 1.

Таблица 1

Състав на сухия атмосферен въздух в близост до земната повърхност

Процентният състав на сухия въздух близо до земната повърхност е много постоянен и почти еднакъв навсякъде. Само съдържанието на въглероден диоксид може да се промени значително. В резултат на процесите на дишане и горене, обемното му съдържание във въздуха на затворени, лошо вентилирани помещения, както и индустриални центрове, може да се увеличи няколко пъти - до 0,1-0,2%. Процентното съдържание на азот и кислород се променя доста слабо.

Реалната атмосфера съдържа три важни променливи компонента - водна пара, озон и въглероден диоксид. Съдържанието на водни пари във въздуха варира в значителни граници, за разлика от други компоненти на въздуха: на земната повърхност то варира между стотни от процента и няколко процента (от 0,2% в полярните ширини до 2,5% на екватора, а в в някои случаи варира от почти нула до 4%). Това се обяснява с факта, че при условията, съществуващи в атмосферата, водната пара може да се превърне в течност и твърдо състояниеи, обратно, може да навлезе отново в атмосферата поради изпарение от земната повърхност.

Водните пари непрекъснато навлизат в атмосферата чрез изпарение от водни повърхности, от влажна почва и чрез транспирация на растенията, докато различни местаи в различни временаидва в различни количества. Разпространява се нагоре от земната повърхност и се пренася от въздушни течения от едно място на земята на друго.

В атмосферата може да възникне състояние на насищане. В това състояние водните пари се съдържат във въздуха в количество, което е максимално възможно при дадена температура. Водната пара се нарича насищащ(или наситен),и въздуха, който го съдържа наситен.

Състоянието на насищане обикновено се достига, когато температурата на въздуха се понижи. Когато се достигне това състояние, тогава с по-нататъшно понижаване на температурата част от водната пара става излишна и кондензира,преминава в течно или твърдо състояние. Във въздуха се появяват водни капчици и ледени кристали от облаци и мъгли. Облаците може да се изпарят отново; в други случаи облачните капчици и кристали, ставайки по-големи, могат да паднат върху земната повърхност под формата на валежи. В резултат на всичко това съдържанието на водни пари във всяка част на атмосферата непрекъснато се променя.

Най-важните метеорологични процеси и особености на климата са свързани с водните пари във въздуха и преходите им от газообразно в течно и твърдо състояние. Наличието на водни пари в атмосферата значително влияе върху топлинните условия на атмосферата и земната повърхност. Водната пара силно абсорбира дълговълновата инфрачервена радиация, излъчвана от земната повърхност. На свой ред самият той излъчва инфрачервено лъчение, по-голямата част от което отива към земната повърхност. Това намалява нощното охлаждане на земната повърхност и по този начин и на долните слоеве на въздуха.

Изпарението на водата от земната повърхност отнема големи количестватоплина, а когато водните пари кондензират в атмосферата, тази топлина се пренася във въздуха. Облаците в резултат на кондензация отразяват и абсорбират слънчева радиацияпо пътя си към земната повърхност. Валежите, падащи от облаците, са най-важният елементвремето и климата. И накрая, наличието на водни пари в атмосферата има важноза физиологичните процеси.

Водната пара, като всеки газ, има еластичност (налягане). Налягане на водните пари де пропорционална на нейната плътност (съдържание на единица обем) и нейната абсолютна температура. Изразява се в същите единици като атмосферното налягане, т.е. или в милиметри живак,или в милибари

Налягането на водната пара при насищане се нарича еластичност на насищане.това максималното възможно налягане на водните пари при дадена температура.Например при температура 0° еластичността на насищане е 6,1 mb . За всяко повишаване на температурата с 10°, еластичността на насищане се удвоява приблизително.

Ако въздухът съдържа по-малко водна пара, отколкото е необходимо за насищането му при дадена температура, можете да определите колко близо е въздухът до състоянието на насищане. За да направите това, изчислете относителна влажност.Това е името, дадено на съотношението на действителната еластичност дводна пара във въздуха до еластичност на насищане дпри същата температура, изразена като процент, т.е.

Например, при температура от 20° налягането на насищане е 23,4 mb. Ако действителното налягане на парите във въздуха е 11,7 mb, тогава относителната влажност е

Еластичността на водните пари на земната повърхност варира от стотни от милибара (при много ниски температури през зимата в Антарктика и Якутия) до повече от 35 милибара (на екватора). Колкото по-топъл е въздухът, толкова повече водна пара може да съдържа без насищане и следователно толкова по-голямо е налягането на водната пара в него.

Относителната влажност на въздуха може да приема всякакви стойности - от нула за напълно сух въздух ( д= 0) до 100% за състояние на насищане (e = E).

Тази част от атмосферата, която е в непосредствена близост до Земята и която човек диша съответно, се нарича тропосфера. Тропосферата има височина от девет до единадесет километра и е механична смесразлични газове.

Съставът на въздуха не е постоянен. В зависимост от географско положение, терен, метеорологични условия, въздух може да има различен съставИ различни свойства. Въздухът може да бъде замърсен или разреден, свеж или тежък - всичко това означава, че съдържа определени примеси.

Азот - 78,9 процента;

Кислород - 20,95 процента;

Въглероден диоксид - 0,3 процента.

Освен това в атмосферата присъстват и други газове (хелий, аргон, неон, ксенон, криптон, водород, радон, озон), като общото им количество е малко по-малко от един процент.

Заслужава да се отбележи и наличието на някои постоянни примеси във въздуха естествен произход, по-специално някои газообразни продукти, които се образуват в резултат както на биологични, така и на химични процеси. Амонякът заслужава специално внимание сред тях (съставът на въздуха далеч от населените места включва около три до пет хилядни от милиграма на кубичен метър), метан (нивото му е средно две десет хилядна от милиграма на кубичен метър), азотни оксиди (в атмосферата тяхната концентрация достига приблизително петнадесет десет хилядна от милиграм на кубичен метър), сероводород и други газообразни продукти.

В допълнение към парите и газообразните примеси, химическият състав на въздуха обикновено включва прах от космически произход, който пада върху земната повърхност в количество от седемстотин хилядни от тона на квадратен километър през годината, както и прахови частици, които идват от вулканични изригвания.

Той обаче се променя в най-голяма степен (а не в по-добра страна) състава на въздуха и замърсява тропосферата от така наречения приземен (растителен, почвен) прах и дим горски пожари. Особено много такъв прах има в континенталните въздушни маси, произхождащи от пустините Централна Азияи Африка. Ето защо можем да кажем с увереност, че идеално чиста въздушна среда просто не съществува и това е концепция, която съществува само теоретично.

Съставът на въздуха има тенденция да се променя постоянно и неговите естествени промени обикновено играят доста малка роля, особено в сравнение с възможни последствиянеговите изкуствени нарушения. Такива нарушения са свързани главно с промишлените дейности на човечеството, използването на устройства за потребителски услуги, както и превозни средства. Тези смущения могат да доведат, наред с други неща, до денатурация на въздуха, тоест до изразени разлики в неговия състав и свойства от съответните показатели на атмосферата.

Тези и много други видове човешка дейност доведоха до факта, че основният състав на въздуха започна да претърпява бавни и незначителни, но въпреки това абсолютно необратими промени. Например учените са изчислили, че през последните петдесет години човечеството е използвало приблизително същото количество кислород, както през предходните милиони години, а в процентно изражение - две десети от процента от общия му запас в атмосферата. В същото време емисиите във въздуха се увеличават съответно. Според последните данни емисиите са достигнали почти четиристотин милиарда тона през последните сто години.

Така съставът на въздуха се променя към по-лошо и е трудно да си представим какво ще бъде след няколко десетилетия.

На страниците на блога говорим много за различни химикалии смеси, но все още не сме имали история за едно от най-важните сложни вещества - въздуха. Нека поправим това и да поговорим за въздуха. В първата статия: малко история на изучаването на въздуха, неговия химичен състав и основни факти за него.

Малко история на изследването на въздуха

В момента въздухът се разбира като смес от газове, които образуват атмосферата на нашата планета. Но не винаги е било така: за дълго времеучените са смятали, че въздухът е просто вещество, цялостно вещество. И въпреки че много учени изразиха хипотези за сложния състав на въздуха, нещата не отидоха по-далеч от предположения до 18 век. Освен това на въздуха се придава философско значение. IN Древна Гърциявъздухът се смяташе за един от основните космически елементи, заедно със земята, огъня, земята и водата, образуващи всички неща. Аристотел приписва въздуха на подлунните светлинни елементи, олицетворяващи влажността и топлината. Ницше в творбите си пише за въздуха като символ на свободата, като най-висшата и фина форма на материята, за която няма прегради.

През 17 век е доказано, че въздухът е материално образувание, вещество, чиито свойства, като плътност и тегло, могат да бъдат измерени.

През 18 век учените провеждат реакции на въздух с различни вещества. По този начин беше установено, че приблизително една пета от обема на въздуха се абсорбира, а останалата част от изгарянето и дишането не се поддържа. В резултат на това се стигна до заключението, че въздухът е сложно вещество, състоящо се от два компонента, единият от които, кислородът, поддържа горенето, а вторият, азотът, „разваленият въздух“, не поддържа горенето и дишането. Така е открит кислородът. Малко по-късно се получава чист азот. И едва в самия край на 19 век са открити аргон, хелий, криптон, ксенон, радон и неон, които също се намират във въздуха.

Химичен състав

Въздухът е съставен от смес от около двадесет и седем различни газа. Около 99% е смес от кислород и азот. Останалият процент включва водна пара, въглероден диоксид, метан, водород, озон, инертни газове (аргон, ксенон, неон, хелий, криптон) и др. Например сероводород, въглероден окис, йод, азотни оксиди и амоняк често могат да бъдат намерени във въздуха.

Смята се, че в чист въздухпри нормални условия съдържа 78,1% азот и 20,93% кислород. Въпреки това, в зависимост от географското местоположение и надморската височина съставът на въздуха може да варира.

Съществува и такова нещо като замърсен въздух, тоест въздух, чийто състав се различава от естествения атмосферен въздух поради наличието на замърсители. Тези вещества са:
. естествен произход (вулканични газове и прах, морска сол, изпарения и газове от естествени пожари, цветен прашец, прах от ерозия на почвата и др.).
. антропогенен произход - резултат от промишлени и битови човешки дейности (емисии на въглеродни, серни, азотни съединения; въглищен и друг прах от минни и промишлени предприятия; селскостопански отпадъци, промишлени и битови сметища, аварийни нефтени разливи и други опасни средавещества; газови изпускатели превозни средстваи т.н.).

Свойства

Чистият атмосферен въздух е без цвят и мирис, той е невидим, но може да се усети. Физическите параметри на въздуха се определят от следните характеристики:

маса;
. температура;
. плътност;
. атмосферно налягане;
. влажност на въздуха;
. топлинен капацитет;
. топлопроводимост;
. вискозитет.

Повечето параметри на въздуха зависят от неговата температура, така че има много таблици с параметри на въздуха за различни температури. Температурата на въздуха се измерва с метеорологичен термометър, а влажността - с хигрометър.

Въздухът проявява окислителни свойства (поради високото съдържание на кислород), подпомага горенето и дишането; слабо провежда топлина и се разтваря добре във вода. Плътността му намалява с повишаване на температурата, а вискозитетът се увеличава.

В следващата статия ще научите за няколко интересни фактиза въздуха и неговото използване.