Читать книгу Общая и военная гигиена - Коллектив авторов - Страница 15

Состав и свойства атмосферного воздуха меняются в зависимости от высоты над уровнем моря, солнечной и космической радиации, вулканических извержений, процессов пылеобразования и, наконец, хозяйственно-бытовой и промышленной деятельности людей.

Естественный химический состав атмосферного воздуха довольно постоянен. Как известно, воздух представляет собой смесь газов, а не химическое соединение, поэтому процентное соотношение его частей практически не меняется даже на больших высотах; меняется лишь весовая концентрация и парциальное давление входящих в его состав газов (табл. 2.1).

Кроме газов, указанных в табл. 2.1, в воздухе обнаруживаются метан, озон, окислы азота, йод, радон, водяные пары и некоторые другие.

Азот, составляя основную массу атмосферного воздуха, организмом животных и человека не усваивается; он играет роль разбавителя и, в определенной степени, транспорта кислорода.

Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. Жизнь в атмосфере азота невозможна. В природе происходит его круговорот. Под влиянием электрических разрядов азот воздуха превращается в окислы и далее в соли азотистой и азотной кислот. Последние, попадая в почву, усваиваются корнями растений и используются для синтеза белка. Возможно и непосредственное усвоение азота некоторыми бактериями почвы, а также сине-зелеными водорослями. Установлено, что 95 % атмосферного азота ассимилируется живыми организмами. Выделение азота происходит при сгорании органического топлива, при микробном разложении органических соединений.

Таблица 2.1

Естественный состав атмосферного воздуха

Азот воздуха служит источником получения промышленного азота, основная масса которого идет на синтез аммиака. Он также является инертной средой для многих технологических процессов. Жидкий азот используется как хладоагент в криогенной технике. Существенная роль принадлежит его производным, в первую очередь – оксидам. Закись азота (N₂О) применяется в медицине в качестве рауш-наркоза («веселящий газ»). Азотистый ангидрид (N₂О₃) при взаимодействии с водой превращается в азотистую кислоту. Азотный ангидрид (N₂О₅) используется для производства азотной кислоты.

Для проявления роли азота имеет значение величина атмосферного давления. При давлении 4 атм (4 кг/см²) могут наблюдаться признаки его наркотического действия, а при 10 атм – наступает потеря сознания. Это важно учитывать при организации жизнеобеспечения людей, работающих на больших глубинах. Известна причастность азота к возникновению так называемой кессонной болезни. Она возникает при нарушении режима подъема людей (водолазов, кессонных рабочих) с больших глубин.

Кислород по биологической значимости – основная составная часть воздуха. Он обеспечивает необходимую для поддержания жизнедеятельности энергию за счет биологического окисления различных веществ, поступающих в организм при дыхании. Много атмосферного кислорода расходуется на процессы окисления и горения топлива и других органических материалов. Однако растения, поставляя около 5 · 10¹⁴ т кислорода в год за счет фотосинтеза, полностью восстанавливают все его потери и содержание этого газа практически остается постоянным.

При недостатке кислорода, например в герметично замкнутых помещениях и т. п., возникает кислородное голодание, первые признаки которого наступают при содержании кислорода в воздухе ниже 12–14 %. Тренированные к кислородной недостаточности люди способны переносить и более низкие концентрации кислорода – до 10 % и даже 6–7 % в течение 20–30 мин. Эти величины, по-видимому, являются пределом переносимости.

При подъеме в горы может наблюдаться так называемая высотная или горная болезнь, основной причиной которой является кислородное голодание. В отличие от герметично замкнутых помещений, кислородное голодание на высоте связано не с уменьшением процентного содержания кислорода (оно остается неизменным), а со снижением его парциального давления. При величине парциального давления кислорода менее 100–110 мм рт. ст. насыщение им крови начинает резко падать.

Увеличение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе вплоть до 100 % при обычном давлении переносится без особого вреда. Однако при повышении давления до 3–4 атм могут возникать местные поражения легочной ткани, а также нарушения функций центральной нервной системы с явлениями эпилептиформных судорог.

Диоксид углерода (углекислый газ СО₂), несмотря на небольшое его количество (0,03 %), является важнейшим составным элементом атмосферы, играющим важную биологическую, гигиеническую и экологическую роль. В природе происходят непрерывные процессы его выделения и поглощения. В атмосферу он выделяется в результате дыхания человека и животных, а также горения, брожения и гниения органических веществ. Ассимиляция диоксида углерода происходит в результате его поглощения растениями в процессе фотосинтеза. Процессы образования и ассимиляции взаимосвязаны, благодаря чему содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе относительно постоянно. Важную роль в поддержании постоянной концентрации СО₂ в атмосфере играет его выделение с поверхности морей и океанов, в определенной мере связанное с колебаниями атмосферного давления.

В последние десятилетия концентрация диоксида углерода в атмосфере промышленных районов увеличивается в результате интенсивного загрязнения воздуха продуктами сгорания органического топлива. Среднегодовое содержание СО₂ в воздухе городов в настоящее время приближается к 0,04 %. Активно обсуждается вопрос о роли углекислого газа в создании «парникового эффекта», приводящего к устойчивому повышению температуры приземного слоя воздуха и изменению климата.

Диоксид углерода не относится к токсическим веществам, однако повышение его содержания во вдыхаемом воздухе затрудняет выведение углекислоты, образующейся в организме, что ведет к накоплению ее в крови и тканях. Подобные ситуации возникают при значительном скоплении и длительном пребывании людей в замкнутых помещениях, герметизированных объектах и т. п. Повышение содержания СО₂ до 3 % вызывает заметное учащение и углубление дыхания; до 4–5 % – гиперемию лица, шум в ушах, головную боль, гипертензию, иногда психическое возбуждение. Еще больше проявляются перечисленные симптомы при концентрации СО₂ в воздухе 7–8 %. При содержании диоксида углерода в воздухе более 8—10 % могут наступить потеря сознания и паралич дыхательного центра.

В воздухе жилых помещений даже при отсутствии вентиляции количество углекислого газа редко превышает 1 %, что само по себе не может оказывать вредного действия. Однако параллельно с накоплением СО₂ происходит увеличение содержания вредных газообразных продуктов жизнедеятельности человека (антропотоксинов). К ним относятся кишечные газы, содержащие метан, аммиак, сероводород, меркаптаны, летучие продукты разложения пота, кожного жира, кариозных зубов. При этом обычно повышается количество пыли и микроорганизмов в воздухе, а также его температура и влажность, что вместе с измененным химическим составом создает обстановку дискомфорта в помещении.

Поскольку из всех показателей, связанных с ухудшением свойств воздуха, диоксид углерода определить легче всего, он используется для оценки состояния воздушной среды помещений. Ощущение дискомфорта наступает при накоплении углекислоты свыше 0,07—0,1 %. Поэтому указанная концентрация издавна принята в гигиенической практике как предельно допустимая величина изменения химического состава и физических свойств воздуха в жилых помещениях. Она используется при технических расчетах и определении эффективности вентиляции помещений жилых и общественных зданий.

Среди инертных газов особое место занимают радон и торон – продукты распада естественных радиоактивных элементов радия и тория. В химическом отношении эти газы инертны, но в силу своей радиоактивности они могут оказывать вредное воздействие на организм человека. В природных условиях они определяют естественную радиоактивность атмосферы.

Водяные пары постоянно присутствуют в атмосферном воздухе. Основная их масса сосредоточена в тропосфере, при этом с увеличением высоты содержание паров закономерно уменьшается. Из водяных паров воздуха формируются облака, туманы, роса. Количество осадков, выпадающих в течение года, является одним из факторов формирования климата, растительности, почвы.

Благодаря круговороту воды поддерживается ее баланс в природе. Вода поступает в атмосферу в виде водяных паров при испарении с поверхности морей и суши, ее выделяют растения и животные, она образуется в результате биохимических реакций окисления органических веществ. Атмосферные осадки в виде дождя и снега дают начало различным водным потокам, питающим открытые и закрытые источники воды, насыщают почву. Испаряясь, вода вновь поступает в атмосферу и круговорот воды продолжается.