ما هي نسبة الأكسجين الموجود في الهواء الجوي. تكوين الهواء - ما هي المواد المضمنة وتركيزها

الغلاف الجوي للأرض عبارة عن خليط من العديد من الغازات. الجزء الأكبر منه عبارة عن نيتروجين - 77 بالمائة، ويضيف الأكسجين القديم الجيد 21 بالمائة أخرى، والـ 2 بالمائة المتبقية تتكون من خليط من الغازات النزرة - الأرجون، وثاني أكسيد الكربون، والهيليوم، والنيون، والكريبتون، والزينون، وأكسيد النيتروز، أول أكسيد الكربونو اخرين. ويحتوي الغلاف الجوي أيضًا على بخار الماء بتركيزات مختلفة. الغاز المفضل لدينا هو الأكسجين، لأننا نعيش بفضل هذا الغاز.

في بعض الأحيان، يتم وضع الأطفال المبتسرين الذين لم تتطور رئاتهم بشكل جيد في خزانات الأكسجين، حيث يتنفس الطفل خليطًا يحتوي على نسبة متزايدة من الأكسجين. بدلا من 21 في المائة المعتادة، يصل تركيز الأكسجين في مثل هذه الحاوية إلى 30-40 في المائة. إذا كان الطفل يعاني من مشاكل حادة في التنفس، فإنه يتنفس الأكسجين النقي لتجنب تلف خلايا الدماغ.

: إن وجود فائض كبير من الأكسجين في خليط الغاز المستنشق لا يقل خطورة عن نقصه.

مخاطر الأكسجين الزائد والأكسدة

الأكسجين الزائد لا يقل خطورة عن نقصه. عدد كبير منالأكسجين الموجود في خليط الغاز وتركيزه العالي في الدم يمكن أن يدمر خلايا أنسجة عين الطفل ويسبب فقدان البصر. تؤكد هذه الحقيقة على الطبيعة المزدوجة للأكسجين. لكي نعيش، علينا أن نستنشق الأكسجين، لكن الأكسجين نفسه هو سم للكائنات الحية. عندما يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء مع عناصر أخرى مثل الهيدروجين والكربون، يحدث تفاعل يسمى الأكسدة. الأكسدة تدمر الجزيئات العضوية التي تشكل أساس الحياة. في درجات الحرارة العادية، يتفاعل الأكسجين ببطء مع العناصر الأخرى، وتكون الحرارة المتولدة ضئيلة للغاية لدرجة أننا لا نشعر بها.

المحاضرة رقم 3. الهواء الجوي.

الموضوع: الهواء الجوي التركيب الكيميائي والفسيولوجي

معنى عناصر.

تلوث الغلاف الجوي؛ وتأثيرها على الصحة العامة.

مخطط المحاضرة:

التركيب الكيميائي للهواء الجوي.

الدور البيولوجي و أهمية فسيولوجيةمكوناته: النيتروجين، الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، الأوزون، الغازات الخاملة.

مفهوم التلوث الجوي ومصادره.

تأثير تلوث الجو على الصحة (التأثير المباشر).

تأثير تلوث الغلاف الجوي على الظروف المعيشية للسكان (تأثير غير مباشر على الصحة).

قضايا حماية الهواء الجوي من التلوث.

الغلاف الغازي للأرض يسمى الغلاف الجوي. الوزن الإجمالي للغلاف الجوي للأرض هو 5.13  10 15 طن.

الهواء الذي يشكل الغلاف الجوي هو خليط من الغازات المختلفة. سيكون تكوين الهواء الجاف عند مستوى سطح البحر كما يلي:

الجدول رقم 1

تكوين الهواء الجاف عند درجة حرارة 0 درجة مئوية و

الضغط 760 ملم زئبق. فن.

يظل تكوين الغلاف الجوي للأرض ثابتًا فوق الأرض وفوق البحر وفي المدن والمناطق الريفية. كما أنه لا يتغير مع الارتفاع. يجب أن نتذكر أننا نتحدث عن النسبة المئوية لمكونات الهواء على ارتفاعات مختلفة. ومع ذلك، لا يمكن قول الشيء نفسه عن التركيز الوزني للغازات. ومع صعودك للأعلى، تقل كثافة الهواء، كما يتناقص أيضًا عدد الجزيئات الموجودة في وحدة الفضاء. ونتيجة لذلك، ينخفض ​​تركيز وزن الغاز وضغطه الجزئي.

دعونا نتناول خصائص المكونات الفردية للهواء.

المكون الرئيسي للغلاف الجوي هو نتروجين.النيتروجين هو غاز خامل. لا يدعم التنفس أو الاحتراق. الحياة مستحيلة في جو النيتروجين.

يلعب النيتروجين دورًا بيولوجيًا مهمًا. يتم امتصاص النيتروجين الموجود في الهواء بواسطة أنواع معينة من البكتيريا والطحالب، والتي تشكل منه مركبات عضوية.

تحت تأثير كهرباء الغلاف الجوي، يتم تشكيل كمية صغيرة من أيونات النيتروجين، والتي يتم غسلها من الغلاف الجوي عن طريق هطول الأمطار وإثراء التربة بأملاح حمض النيتروز والنيتريك. تتحول أملاح حمض النيتروز إلى نتريت تحت تأثير بكتيريا التربة. تمتص النباتات أملاح النتريت والأمونيا وتعمل على تخليق البروتينات.

وبالتالي، يتم تحويل النيتروجين الجوي الخامل إلى مادة حية للعالم العضوي.

ونظرا لنقص الأسمدة النيتروجينية ذات الأصل الطبيعي، تعلمت البشرية كيفية الحصول عليها بشكل مصطنع. تم إنشاء صناعة الأسمدة النيتروجينية وهي قيد التطوير، والتي تقوم بمعالجة النيتروجين الجوي إلى الأمونيا والأسمدة النيتروجينية.

لا تقتصر الأهمية البيولوجية للنيتروجين على مشاركته في دورة المواد النيتروجينية. إنه يلعب دورًا مهمًا كمخفف للأكسجين في الغلاف الجوي، منذ عام 2010 الأكسجين النقيالحياة مستحيلة.

تؤدي زيادة محتوى النيتروجين في الهواء إلى نقص الأكسجة والاختناق بسبب انخفاض الضغط الجزئي للأكسجين.

مع زيادة الضغط الجزئي، يظهر النيتروجين خصائص مخدرة. ومع ذلك، في ظروف الجو المفتوح، لا يظهر التأثير المخدر للنيتروجين، لأن التقلبات في تركيزه ضئيلة.

أهم عنصر في الغلاف الجوي هو الغازي الأكسجين (O 2 ) .

الأكسجين فينا النظام الشمسيوجدت في حالة حرة فقط على الأرض.

لقد تم وضع العديد من الافتراضات فيما يتعلق بتطور (تطور) الأكسجين الأرضي. التفسير الأكثر قبولًا هو أن الغالبية العظمى من الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي الحديث تم إنتاجه عن طريق عملية التمثيل الضوئي في المحيط الحيوي؛ ولم تتكون سوى كمية أولية صغيرة من الأكسجين نتيجة لعملية التمثيل الضوئي للماء.

الدور البيولوجي للأكسجين عظيم للغاية. بدون الأكسجين، الحياة مستحيلة. يحتوي الغلاف الجوي للأرض على 1.18  10 15 طنًا من الأكسجين.

في الطبيعة، تحدث عمليات استهلاك الأكسجين بشكل مستمر: تنفس الإنسان والحيوان، وعمليات الاحتراق، والأكسدة. وفي الوقت نفسه، تجري بشكل مستمر عمليات استعادة محتوى الأكسجين في الهواء (التمثيل الضوئي). تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون، وتقوم بتفكيكه، واستقلاب الكربون، وإطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي. تطلق النباتات 0.5  10 5 مليون طن من الأكسجين في الغلاف الجوي. وهذا يكفي لتغطية الفقد الطبيعي للأكسجين. ولذلك فإن محتواه في الهواء ثابت ويصل إلى 20.95%.

التدفق المستمر للكتل الهوائية يخلط طبقة التروبوسفير، ولهذا السبب لا يوجد اختلاف في محتوى الأكسجين بين المدن و المناطق الريفية. يتقلب تركيز الأكسجين في غضون بضعة أعشار من المئة. لا تهم. لكن في الحفر العميقة والآبار والكهوف قد ينخفض ​​محتوى الأكسجين، لذا فإن النزول إليها أمر خطير.

عندما ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين في البشر والحيوانات، يتم ملاحظة ظاهرة مجاعة الأكسجين. تحدث تغيرات كبيرة في الضغط الجزئي للأكسجين عندما ترتفع فوق مستوى سطح البحر. يمكن ملاحظة ظواهر نقص الأكسجين أثناء تسلق الجبال (تسلق الجبال، السياحة)، وأثناء السفر الجوي. التسلق إلى ارتفاع 3000 متر يمكن أن يسبب الارتفاع أو دوار الجبال.

عند العيش في الجبال العالية لفترة طويلة، يعتاد الناس على نقص الأكسجين ويحدث التأقلم.

ارتفاع الضغط الجزئي للأكسجين غير مناسب للبشر. عند الضغط الجزئي الذي يزيد عن 600 ملم، تنخفض القدرة الحيوية للرئتين. استنشاق الأكسجين النقي (الضغط الجزئي 760 ملم) يسبب وذمة رئوية، التهاب رئوي، وتشنجات.

في ظل الظروف الطبيعية، لا يوجد زيادة في محتوى الأكسجين في الهواء.

الأوزونهو جزء لا يتجزأ من الغلاف الجوي. كتلتها 3.5 مليار طن. يختلف محتوى الأوزون في الغلاف الجوي باختلاف الفصول: فهو مرتفع في الربيع ومنخفض في الخريف. يعتمد محتوى الأوزون على خط عرض المنطقة: كلما اقتربت من خط الاستواء، كلما انخفضت. يختلف تركيز الأوزون خلال النهار: فهو يصل إلى الحد الأقصى عند الظهر.

يتم توزيع تركيز الأوزون بشكل غير متساو على الارتفاع. ويلاحظ أعلى محتواه على ارتفاع 20-30 كم.

يتم إنتاج الأوزون بشكل مستمر في طبقة الستراتوسفير. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، تتفكك (تتفكك) جزيئات الأكسجين لتشكل الأكسجين الذري. تتحد ذرات الأكسجين مرة أخرى (تتحد) مع جزيئات الأكسجين لتشكل الأوزون (O3). على ارتفاعات أعلى أو أقل من 20 إلى 30 كم، تتباطأ عمليات التمثيل الضوئي (تكوين) الأوزون.

إن وجود طبقة الأوزون في الغلاف الجوي له أهمية كبيرة لوجود الحياة على الأرض.

يحجب الأوزون الجزء ذو الطول الموجي القصير من طيف الإشعاع الشمسي ولا ينقل موجات أقل من 290 نانومتر (نانومتر). وفي غياب الأوزون، ستكون الحياة على الأرض مستحيلة بسبب التأثير المدمر للأشعة فوق البنفسجية قصيرة المدى على جميع الكائنات الحية.

يمتص الأوزون أيضًا الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي 9.5 ميكرون (ميكرون). وبفضل هذا، يحتفظ الأوزون بحوالي 20 بالمائة الإشعاع الحراريالأرض، مما يقلل من فقدان حرارتها. وفي غياب الأوزون، ستكون درجة الحرارة المطلقة للأرض أقل بمقدار 7 0.

يتم جلب الأوزون إلى الطبقة السفلى من الغلاف الجوي - التروبوسفير - من الستراتوسفير نتيجة اختلاط الكتل الهوائية. ومع الخلط الضعيف ينخفض ​​تركيز الأوزون على سطح الأرض. لوحظ زيادة في الأوزون في الهواء أثناء العواصف الرعدية نتيجة لتصريف كهرباء الغلاف الجوي وزيادة اضطراب (اختلاط) الغلاف الجوي.

وفي الوقت نفسه، فإن الزيادة الكبيرة في تركيز الأوزون في الهواء هي نتيجة الأكسدة الضوئية الكيميائية للمواد العضوية التي تدخل الغلاف الجوي مع غازات عوادم المركبات والانبعاثات الصناعية. الأوزون مادة سامة. للأوزون تأثير مهيج للأغشية المخاطية للعين والأنف والحنجرة بتركيز 0.2-1 ملغم/م3.

ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) موجود في الغلاف الجوي بتركيز 0.03%. وتبلغ كميتها الإجمالية 2330 مليار طن. توجد كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون مذابة في مياه البحار والمحيطات. في شكل مُلزم، فهو جزء من الدولوميت والحجر الجيري.

يتجدد الغلاف الجوي باستمرار بثاني أكسيد الكربون نتيجة العمليات الحيوية التي تقوم بها الكائنات الحية، من عمليات الاحتراق والتحلل والتخمر. يصدر الإنسان 580 لترًا من ثاني أكسيد الكربون يوميًا. يتم إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء تحلل الحجر الجيري.

وعلى الرغم من وجود مصادر عديدة للتكوين، إلا أنه لا يوجد تراكم كبير لثاني أكسيد الكربون في الهواء. يتم استيعاب (امتصاص) ثاني أكسيد الكربون باستمرار بواسطة النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي.

وبالإضافة إلى النباتات، تنظم البحار والمحيطات محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. عندما يزداد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الهواء، فإنه يذوب في الماء، وعندما ينخفض، ينطلق في الغلاف الجوي.

توجد في الغلاف الجوي السطحي تقلبات طفيفة في تركيز ثاني أكسيد الكربون: فهو أقل فوق المحيط منه فوق الأرض؛ أعلى في الغابة منه في الميدان؛ أعلى في المدن منه خارج المدينة.

يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا كبيرًا في حياة الحيوانات والبشر. يعمل على تحفيز مركز التنفس.

هناك كمية معينة في الهواء الجوي الغازات الخاملة: الأرجون والنيون والهيليوم والكريبتون والزينون. وتنتمي هذه الغازات إلى المجموعة الصفرية في الجدول الدوري، ولا تتفاعل مع العناصر الأخرى، وهي خاملة بالمعنى الكيميائي.

الغازات الخاملة مخدرة. تتجلى خصائصها المخدرة عند الضغط الجوي العالي. في الجو المفتوح، لا يمكن للخصائص المخدرة للغازات الخاملة أن تظهر نفسها.

بالإضافة إلى مكونات الغلاف الجوي، فإنه يحتوي على شوائب مختلفة ذات أصل طبيعي والتلوث الناتج عن النشاط البشري.

وتسمى الشوائب الموجودة في الهواء بخلاف تركيبه الكيميائي الطبيعي تلوث الغلاف الجوي.

ينقسم التلوث الجوي إلى طبيعي وصناعي.

يشمل التلوث الطبيعي الشوائب التي تدخل الهواء نتيجة العمليات الطبيعية العفوية (غبار النبات والتربة، الانفجارات البركانية، الغبار الكوني).

يتشكل التلوث الجوي الاصطناعي نتيجة لذلك أنشطة الإنتاجشخص.

تنقسم المصادر الاصطناعية لتلوث الغلاف الجوي إلى أربع مجموعات:

ينقل؛

صناعة؛

هندسة الطاقة الحرارية.

حرق القمامة.

دعونا نلقي نظرة على خصائصهم المختصرة.

يتميز الوضع الحالي بحقيقة أن حجم الانبعاثات الناتجة عن النقل البري يتجاوز حجم الانبعاثات الصادرة عن المؤسسات الصناعية.

تطلق سيارة واحدة أكثر من 200 مركب كيميائي في الهواء. تستهلك كل سيارة ما معدله 2 طن من الوقود و30 طناً من الهواء سنوياً، وتنبعث منها 700 كجم من أول أكسيد الكربون (CO)، و230 كجم من الهيدروكربونات غير المحترقة، و40 كجم من أكاسيد النيتروجين (NO2) و2-5 كجم​ من المواد الصلبة في الغلاف الجوي.

المدينة الحديثة مشبعة بوسائل النقل الأخرى: السكك الحديدية والمياه والهواء. إن إجمالي كمية الانبعاثات في البيئة من جميع أنواع وسائل النقل يميل إلى الزيادة بشكل مستمر.

تحتل المؤسسات الصناعية المرتبة الثانية بعد النقل من حيث درجة الضرر الذي يلحق بالبيئة.

أكثر ملوثات الهواء كثافة هي شركات صناعة المعادن الحديدية وغير الحديدية والبتروكيماويات وفحم الكوك والصناعات الكيماوية وكذلك الشركات المنتجة لمواد البناء. تنبعث منها عشرات الأطنان من السخام والغبار والمعادن ومركباتها (النحاس والزنك والرصاص والنيكل والقصدير وغيرها) في الغلاف الجوي.

عند دخولها الغلاف الجوي، تلوث المعادن التربة، وتتراكم فيها، وتتغلغل في مياه الخزانات.

وفي المناطق التي توجد بها المؤسسات الصناعية، يتعرض السكان لخطر الآثار الضارة الناجمة عن تلوث الغلاف الجوي.

بالإضافة إلى المواد الجسيمية، تطلق الصناعة غازات مختلفة في الهواء: أنهيدريد الكبريت، وأول أكسيد الكربون، وأكاسيد النيتروجين، وكبريتيد الهيدروجين، والهيدروكربونات، والغازات المشعة.

يمكن أن تبقى الملوثات في البيئة لفترة طويلة ويكون لها تأثير ضار على جسم الإنسان.

على سبيل المثال، تبقى الهيدروكربونات في البيئة لمدة تصل إلى 16 عامًا وتقوم بدور نشط في العمليات الكيميائية الضوئية في الهواء الجوي مع تكوين ضباب سام.

ويلاحظ تلوث الهواء على نطاق واسع عند حرق الوقود الصلب والسائل في محطات الطاقة الحرارية. وهي المصادر الرئيسية لتلوث الغلاف الجوي بأكاسيد الكبريت والنيتروجين وأول أكسيد الكربون والسخام والغبار. تتميز هذه المصادر بتلوث الهواء الهائل.

في الوقت الحالي، تُعرف العديد من الحقائق حول الآثار الضارة لتلوث الغلاف الجوي على صحة الإنسان.

تلوث الغلاف الجوي له آثار حادة ومزمنة على جسم الإنسان.

ومن الأمثلة على التأثير الحاد لتلوث الغلاف الجوي على الصحة العامة الضباب السام. زادت تركيزات المواد السامة في الهواء في ظل ظروف الأرصاد الجوية غير المواتية.

تم تسجيل أول ضباب سام في بلجيكا عام 1930. وأصيب عدة مئات من الأشخاص وتوفي 60 شخصا. وبعد ذلك تكررت حالات مماثلة: عام 1948 في مدينة دونورا الأمريكية. تأثر 6000 شخص. في عام 1952، توفي 4000 شخص بسبب ضباب لندن الكبير. وفي عام 1962، توفي 750 من سكان لندن لنفس السبب. في عام 1970، عانى 10 آلاف شخص من الضباب الدخاني فوق العاصمة اليابانية (طوكيو)، وفي عام 1971 - 28 ألفًا.

بالإضافة إلى الكوارث المذكورة، فإن تحليل المواد البحثية التي أجراها مؤلفون محليون وأجانب يلفت الانتباه إلى زيادة الاعتلال العام للسكان بسبب تلوث الهواء.

الدراسات التي أجريت في هذا الصدد تسمح لنا أن نستنتج أنه نتيجة التعرض لتلوث الغلاف الجوي في المراكز الصناعية هناك زيادة في:

المعدل الإجمالي للوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية وأمراض الجهاز التنفسي؛

المراضة الحادة غير النوعية للجزء العلوي الجهاز التنفسي;

التهاب الشعب الهوائية المزمن؛

الربو القصبي.

انتفاخ الرئة.

سرطان الرئة؛

انخفاض متوسط ​​العمر المتوقع والنشاط الإبداعي.

بالإضافة إلى ذلك، كشف التحليل الرياضي في الوقت الحاضر عن وجود علاقة ذات دلالة إحصائية بين مستوى إصابة السكان بأمراض الدم والجهاز الهضمي والأمراض الجلدية ومستويات تلوث الهواء.

الجهاز التنفسي، الجهاز الهضميوالجلد هو "بوابة الدخول" للمواد السامة ويكون بمثابة أهداف لعملها المباشر وغير المباشر.

يعتبر تأثير تلوث الغلاف الجوي على الظروف المعيشية بمثابة تأثير غير مباشر (غير مباشر) لتلوث الغلاف الجوي على الصحة العامة.

ويشمل:

الحد من الإضاءة العامة.

الحد من الأشعة فوق البنفسجية من الشمس.

التغيرات في الظروف المناخية.

تدهور الظروف المعيشية.

التأثير السلبي على المساحات الخضراء.

التأثير السلبي على الحيوانات.

تتسبب ملوثات الهواء في أضرار كبيرة للمباني والهياكل ومواد البناء.

وتبلغ التكلفة الاقتصادية الإجمالية التي تتحملها الولايات المتحدة من ملوثات الهواء، بما في ذلك تأثيرها على صحة الإنسان، ومواد البناء، والمعادن، والأقمشة، والجلود، والورق، والطلاء، والمطاط وغيرها من المواد، ما بين 15 إلى 20 مليار دولار سنوياً.

كل ما سبق يدل على أن حماية الهواء الجوي من التلوث هي مشكلة ذات أهمية بالغة ومحل اهتمام كبير من المتخصصين في جميع دول العالم.

يجب تنفيذ جميع التدابير لحماية الهواء الجوي بشكل شامل في عدة مجالات:

التدابير التشريعية. هذه هي القوانين التي اعتمدتها حكومة البلاد بهدف حماية البيئة الجوية؛

التنسيب الرشيد للمناطق الصناعية والسكنية.

التدابير التكنولوجية الرامية إلى خفض الانبعاثات في الغلاف الجوي؛

التدابير الصحية

تطوير المعايير الصحية للهواء الجوي؛

مراقبة نقاء الهواء الجوي؛

مراقبة عمل المؤسسات الصناعية؛

تحسين المناطق المأهولة، والمناظر الطبيعية، والري، وخلق فجوات وقائية بين المؤسسات الصناعيةوالمجمعات السكنية.

بالإضافة إلى التدابير المدرجة في خطة الدولة الداخلية، يجري حاليًا تطوير وتنفيذ برامج مشتركة بين الولايات لحماية الهواء الجوي.

يتم حل مشكلة الحماية الجوية في عدد من المنظمات الدولية - منظمة الصحة العالمية والأمم المتحدة واليونسكو وغيرها.

الهواء الجويوالتي يستنشقها الإنسان وهو خارج المنزل (أو في غرف جيدة التهوية)، تحتوي على 20.94% أكسجين، 0.03% ثاني أكسيد الكربون، 79.03% نيتروجين. وفي الأماكن المغلقة المملوءة بالناس، قد تكون نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء أعلى قليلاً.

هواء الزفيريحتوي في المتوسط ​​على 16.3% أكسجين، 4% ثاني أكسيد الكربون، 79.7% نيتروجين (تعتمد هذه الأرقام على الهواء الجاف، أي ناقص بخار الماء، الذي يكون مشبعًا دائمًا في هواء الزفير).

تكوين هواء الزفيرمتقلب جدا يعتمد ذلك على شدة عملية التمثيل الغذائي في الجسم وحجم التهوية الرئوية. الأمر يستحق القيام ببعض الأشياء العميقة حركات التنفسأو على العكس من ذلك، احبس أنفاسك حتى يتغير تكوين هواء الزفير.

لا يشارك النيتروجين في تبادل الغازات، لكن نسبة النيتروجين في الهواء المرئي أعلى بعدة أعشار من النسبة المئوية في الهواء المستنشق. والحقيقة هي أن حجم هواء الزفير أقل بقليل من حجم الهواء المستنشق، وبالتالي فإن نفس كمية النيتروجين، الموزعة بحجم أصغر، تعطي نسبة أعلى. يتم تفسير الحجم الأصغر لهواء الزفير مقارنة بحجم الهواء المستنشق بحقيقة أن كمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة أقل قليلاً من امتصاص الأكسجين (يتم استخدام جزء من الأكسجين الممتص في الجسم لتدوير المركبات التي تفرز من الجسم في البول والعرق).

الهواء السنخيويختلف عن تنفس الزفير بنسبة أكبر من المواد غير الحمضية ونسبة أقل من الأكسجين. في المتوسط، يكون تكوين الهواء السنخي كما يلي: الأكسجين 14.2-14.0%، ثاني أكسيد الكربون 5.5-5.7%، النيتروجين حوالي 80%.

تعريف تكوين الهواء السنخيمهم لفهم آلية تبادل الغازات في الرئتين. اقترح هولدن طريقة بسيطة لتحديد تكوين الهواء السنخي. بعد الاستنشاق الطبيعي، يقوم الشخص بالزفير بأعمق ما يمكن من خلال أنبوب بطول 1-1.2 متر وقطر 25 ملم. تحتوي الأجزاء الأولى من هواء الزفير الخارجة عبر الأنبوب على هواء من المساحة الضارة؛ الأجزاء الأخيرة المتبقية في الأنبوب تحتوي على الهواء السنخي. للتحليل، يتم أخذ الهواء إلى جهاز استقبال الغاز من جزء الأنبوب الأقرب إلى الفم.

يختلف تكوين الهواء السنخي إلى حد ما اعتمادًا على ما إذا كانت عينة الهواء قد تم أخذها لتحليلها في ذروة الشهيق أو الزفير. إذا قمت بالزفير بسرعة، لفترة وجيزة، وبشكل غير كامل في نهاية الاستنشاق الطبيعي، فإن عينة الهواء سوف تعكس تكوين الهواء السنخي بعد امتلاء الرئتين بالهواء التنفسي، أي أثناء الاستنشاق. إذا قمت بالزفير بعمق بعد الزفير الطبيعي، فسوف تعكس العينة تكوين الهواء السنخي أثناء الزفير. ومن الواضح أنه في الحالة الأولى ستكون نسبة ثاني أكسيد الكربون أقل قليلا، ونسبة الأكسجين ستكون أعلى قليلا مما كانت عليه في الثانية. ويمكن ملاحظة ذلك من نتائج تجارب هولدن، الذي وجد أن نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء السنخي عند نهاية الشهيق تبلغ في المتوسط ​​5.54، وفي نهاية الزفير - 5.72.

وبالتالي، هناك اختلاف بسيط نسبياً في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء السنخي أثناء الشهيق والزفير: 0.2-0.3% فقط. ويفسر ذلك إلى حد كبير حقيقة أنه أثناء التنفس الطبيعي، كما ذكر أعلاه، يتم تجديد 1/7 فقط من حجم الهواء في الحويصلات الهوائية الرئوية. إن الثبات النسبي لتكوين الهواء السنخي له أهمية فسيولوجية كبيرة، كما سيتم توضيحه أدناه.

الهواء الجوي عبارة عن خليط من الغازات المختلفة. ويحتوي على مكونات دائمة للغلاف الجوي (الأكسجين، النيتروجين، ثاني أكسيد الكربون)، والغازات الخاملة (الأرجون، الهيليوم، النيون، الكريبتون، الهيدروجين، الزينون، الرادون)، وكميات صغيرة من الأوزون، وأكسيد النيتروز، والميثان، واليود، وبخار الماء، كما وكذلك بكميات متفاوتة الشوائب المختلفة ذات الأصل الطبيعي والتلوث الناتج عن أنشطة الإنتاج البشري.

الأكسجين (O2) هو الجزء الأكثر أهمية في الهواء بالنسبة للإنسان. فمن الضروري لتنفيذ عمليات الأكسدة في الجسم. في الهواء الجوي، يبلغ محتوى الأكسجين 20.95٪، في الهواء الذي يزفره الشخص - 15.4-16٪. وخفضها في الهواء الجوي إلى 13-15% يؤدي إلى اختلالها الوظائف الفسيولوجيةوما يصل إلى 7-8٪ - حتى الموت.

النيتروجين (N) هو المكون الرئيسي للهواء الجوي. يحتوي الهواء الذي يستنشقه الشخص وزفيره على نفس الكمية تقريبًا من النيتروجين - 78.97-79.2٪. الدور البيولوجيالفائدة الرئيسية من النيتروجين هو أنه مخفف للأكسجين، لأن الحياة مستحيلة في الأكسجين النقي. وعندما يزيد محتوى النيتروجين إلى 93%، تحدث الوفاة.

ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون)، CO2، هو منظم فسيولوجي للتنفس. المحتوى في الهواء النظيف هو 0.03٪، في الزفير البشري - 3٪.

إن انخفاض تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء المستنشق لا يشكل خطراً، لأن يتم الحفاظ على مستواه المطلوب في الدم من خلال آليات تنظيمية بسبب إطلاقه أثناء عمليات التمثيل الغذائي.

تؤدي زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء المستنشق إلى 0.2٪ إلى شعور الشخص بالتوعك، وعند 3-4٪ هناك حالة من الإثارة، صداعوطنين وخفقان وبطء في النبض، وعند 8% يحدث تسمم شديد وفقدان الوعي والوفاة.

خلف مؤخرايتزايد تركيز ثاني أكسيد الكربون في هواء المدن الصناعية نتيجة لتلوث الهواء الشديد بمنتجات احتراق الوقود. تؤدي زيادة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي إلى ظهور ضباب سام في المدن و"تأثير الاحتباس الحراري" المرتبط باحتباس الإشعاع الحراري من الأرض بواسطة ثاني أكسيد الكربون.

زيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون إلى ما بعده القاعدة المعمول بهايشير إلى تدهور عام في الحالة الصحية للهواء، لأنه إلى جانب ثاني أكسيد الكربون وغيره المواد السامةقد يتفاقم نظام التأين ويزداد التلوث بالغبار والميكروبات.

الأوزون (O3). يتم ملاحظة الكمية الرئيسية عند مستوى 20-30 كم من سطح الأرض. تحتوي الطبقات السطحية للغلاف الجوي على كمية ضئيلة من الأوزون - لا تزيد عن 0.000001 ملغم/لتر. يحمي الأوزون الكائنات الحية على الأرض من التأثيرات الضارة للأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة، وفي الوقت نفسه يمتص الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة المنبعثة من الأرض، ويحميها من التبريد المفرط. يتمتع الأوزون بخصائص مؤكسدة، لذا فإن تركيزه في الهواء الملوث للمدن أقل منه في المناطق الريفية. وفي هذا الصدد، اعتبر الأوزون مؤشرا على نقاء الهواء. إلا أنه ثبت حديثاً أن الأوزون يتشكل نتيجة تفاعلات كيميائية ضوئية أثناء تشكل الضباب الدخاني، ولذلك فإن اكتشاف الأوزون في الغلاف الجوي للمدن الكبيرة يعتبر مؤشراً على تلوثه.

ليس للغازات الخاملة أهمية صحية وفسيولوجية واضحة.

تعتبر الأنشطة الاقتصادية والإنتاجية البشرية مصدرًا لتلوث الهواء بمختلف الشوائب الغازية والجزيئات العالقة. زيادة المحتوىالمواد الضارة الموجودة في الغلاف الجوي والهواء الداخلي لها تأثير سلبي على جسم الإنسان. وفي هذا الصدد، فإن المهمة الصحية الأكثر أهمية هي توحيد محتواها المسموح به في الهواء.

يتم عادةً تقييم الحالة الصحية والصحية للهواء من خلال التركيزات القصوى المسموح بها (MPC) للمواد الضارة في هواء منطقة العمل.

الحد الأقصى المسموح به لتركيز المواد الضارة في هواء منطقة العمل هو التركيز الذي، أثناء العمل اليومي لمدة 8 ساعات، ولكن ليس أكثر من 41 ساعة في الأسبوع، خلال فترة العمل بأكملها، لا يسبب أمراضًا أو انحرافات في الصحة للأجيال الحالية واللاحقة. يتم تحديد المتوسط ​​اليومي والحد الأقصى للتركيزات المسموح بها لمرة واحدة (صالحة لمدة تصل إلى 30 دقيقة في هواء منطقة العمل). وقد يختلف الحد الأقصى المسموح به للتركيز لنفس المادة حسب مدة تعرض الشخص لها.

في مصانع الأغذية، الأسباب الرئيسية لتلوث الهواء هي مواد مؤذيةهي انتهاكات العملية التكنولوجيةو حالات طارئة(الصرف الصحي والتهوية وغيرها).

تشمل المخاطر الصحية في الهواء الداخلي أول أكسيد الكربون والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت والغبار وما إلى ذلك، بالإضافة إلى تلوث الهواء بالكائنات الحية الدقيقة.

أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز عديم الرائحة وعديم اللون يدخل الهواء نتيجة الاحتراق غير الكامل للسوائل و الوقود الصلب. هو يتصل التسمم الحادبتركيز 220-500 ملغم/م3 في الهواء والتسمم المزمن - مع استنشاق مستمر بتركيز 20-30 ملغم/م3. يبلغ متوسط ​​الحد الأقصى اليومي لتركيز أول أكسيد الكربون في الهواء الجوي 1 مجم / م 3، في هواء منطقة العمل - من 20 إلى 200 مجم / م 3 (حسب مدة العمل).

ثاني أكسيد الكبريت (S02) هو الشوائب الأكثر شيوعا في الهواء الجوي، حيث أن الكبريت موجود في أنواع مختلفةوقود. ولهذا الغاز تأثير سام عام ويسبب أمراض الجهاز التنفسي. يتم اكتشاف التأثير المهيج للغاز عندما يزيد تركيزه في الهواء عن 20 ملجم / م 3. في الهواء الجوي، يبلغ متوسط ​​الحد الأقصى اليومي لتركيز ثاني أكسيد الكبريت 0.05 مجم/م3، في هواء منطقة العمل - 10 مجم/م3.

كبريتيد الهيدروجين (H2S) - يدخل عادة إلى الهواء الجوي مع النفايات الناتجة عن المواد الكيميائية ومصافي النفط ومصانع المعادن، ويتشكل أيضًا ويمكن أن يلوث الهواء الداخلي نتيجة تعفن نفايات الطعام ومنتجات البروتين. كبريتيد الهيدروجين له تأثير وأسباب سامة عامة عدم ارتياحفي البشر بتركيز 0.04-0.12 ملغم/م3، وتركيز أكثر من 1000 ملغم/م3 يمكن أن يكون مميتاً. في الهواء الجوي، يبلغ متوسط ​​الحد الأقصى اليومي لتركيز كبريتيد الهيدروجين 0.008 مجم/م3، في هواء منطقة العمل - ما يصل إلى 10 مجم/م3.

الأمونيا (NH3) - تتراكم في هواء الأماكن المغلقة أثناء تعفن المنتجات البروتينية، أو خلل في وحدات التبريد بتبريد الأمونيا، أو أثناء فشل الصرف الصحي، وما إلى ذلك، وهي سامة للجسم.

الأكرولين هو نتاج تحلل الدهون أثناء المعالجة الحرارية ويمكن أن يسبب أمراض الحساسية. MPC في منطقة العمل هو 0.2 ملغم / م 3.

الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) - علاقتها بتطور الأورام الخبيثة. وأكثرها شيوعًا والأكثر نشاطًا هو 3-4-بنزو (أ) بيرين، والذي يتم إطلاقه عند احتراق الوقود: الفحم والنفط والبنزين والغاز. يتم إطلاق الحد الأقصى من 3-4-بنزو (أ) بيرين عند حرق الفحم، والحد الأدنى - عند حرق الغاز. في مصانع تجهيز الأغذية، قد يكون مصدر تلوث الهواء PAH هو الاستخدام طويل الأمد للدهون المحمومة. يجب ألا يتجاوز متوسط ​​الحد الأقصى اليومي للتركيز للهيدروكربونات العطرية الحلقية في الهواء الجوي 0.001 ملجم/م3.

الشوائب الميكانيكية - الغبار وجزيئات التربة والدخان والرماد والسخام. تزداد مستويات الغبار مع عدم كفاية المناظر الطبيعية، وسوء طرق الوصول، وتعطيل جمع وإزالة نفايات الإنتاج، فضلاً عن انتهاك نظام التنظيف الصحي (التنظيف الجاف أو الرطب غير المنتظم، وما إلى ذلك). بالإضافة إلى ذلك، يزداد غبار المبنى إذا كانت هناك انتهاكات في تصميم وتشغيل التهوية وحلول التخطيط (على سبيل المثال، إذا لم يكن مخزن الخضار معزولًا بشكل كافٍ عن ورش الإنتاجوإلخ.).

يعتمد تأثير الغبار على الإنسان على حجم جزيئات الغبار وجاذبيتها النوعية. أخطر جزيئات الغبار على الإنسان هي تلك التي يقل قطرها عن 1 ميكرون، وذلك لأن... فهي تخترق الرئتين بسهولة ويمكن أن تسببها مرض مزمن(تغبر الرئة). الغبار المحتوي على شوائب من مركبات كيميائية سامة له تأثير سام على الجسم.

الحد الأقصى المسموح به لتركيز السخام والسخام موحد بشكل صارم بسبب محتوى الهيدروكربونات المسببة للسرطان (PAHs): متوسط ​​الحد الأقصى اليومي لتركيز السخام هو 0.05 ملجم/م3.

في محلات الحلوياتمع الطاقة العالية، قد يصبح الهواء مغبرًا بغبار السكر والدقيق. يمكن أن يسبب غبار الدقيق على شكل رذاذ تهيج الجهاز التنفسي، وكذلك أمراض الحساسية. يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى المسموح به لتركيز غبار الدقيق في منطقة العمل 6 ملجم/م3. ضمن هذه الحدود (2-6 ملغم/م3)، يتم تنظيم التركيزات القصوى المسموح بها للأنواع الأخرى من غبار النباتات التي تحتوي على ما لا يزيد عن 0.2% من مركبات السيليكون.

يحتوي هواء الجنوب الحار المشمس والشمال البارد القاسي على نفس كمية الأكسجين.

يحتوي لتر واحد من الهواء دائمًا على 210 سم مكعب من الأكسجين، وهو ما يمثل 21 بالمائة من حيث الحجم.

ويوجد معظم النيتروجين في الهواء بمقدار 780 سم مكعب لكل لتر، أو 78 بالمائة من حيث الحجم. هناك أيضًا كمية صغيرة من الغازات الخاملة في الهواء. تسمى هذه الغازات خاملة لأنها لا تتحد مع العناصر الأخرى.

من بين الغازات الخاملة الموجودة في الهواء، يعتبر الأرجون هو الأكثر وفرة - حيث يوجد حوالي 9 سم مكعب لكل لتر. ويوجد النيون بكميات أقل بكثير في الهواء: إذ يوجد 0.02 سنتيمتر مكعب في لتر من الهواء. يوجد هيليوم أقل - فقط 0.005 سم مكعب. الكريبتون أقل بخمس مرات من الهيليوم - 0.001 سنتيمتر مكعب، وزينون صغير جدًا - 0.00008 سنتيمتر مكعب.

يحتوي الهواء أيضًا على غازات مركبات كيميائيةعلى سبيل المثال - ثاني أكسيد الكربون، أو ثاني أكسيد الكربون (CO 2). تتراوح كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء من 0.3 إلى 0.4 سم مكعب لكل لتر. محتوى بخار الماء في الهواء متغير أيضًا. يوجد عدد أقل منهم في الطقس الجاف والحار، وأكثر في الطقس الممطر.

يمكن أيضًا التعبير عن تكوين الهواء كنسبة مئوية بالوزن. بمعرفة وزن 1 لتر من الهواء والثقل النوعي لكل غاز يدخل في تركيبته، فمن السهل الانتقال من القيم الحجمية إلى القيم الوزنية. يحتوي النيتروجين في الهواء على حوالي 75.5 والأكسجين - 23.1 والأرجون - 1.3 وثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) -0.04 بالمائة بالوزن.

يرجع الفرق بين نسب الوزن والحجم إلى اختلاف الثقل النوعي للنيتروجين والأكسجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون.

الأكسجين، على سبيل المثال، يتأكسد النحاس بسهولة عند درجة حرارة عالية. لذلك، إذا قمت بتمرير الهواء عبر أنبوب مملوء ببرادة النحاس الساخنة، فعندما يغادر الأنبوب لن يحتوي على أكسجين. يمكنك أيضًا إزالة الأكسجين من الهواء باستخدام الفوسفور. أثناء الاحتراق، يتحد الفوسفور بشراهة مع الأكسجين، ويشكل أنهيدريد الفوسفور (P 2 O 5).

تم تحديد تكوين الهواء في عام 1775 من قبل لافوازييه.

أثناء تسخين كمية صغيرة من الزئبق المعدني في معوجة زجاجية، قام لافوازييه بوضع الطرف الضيق من المعوجة تحت جرس زجاجي، والذي تم وضعه في وعاء مملوء بالزئبق. واستمرت هذه التجربة اثني عشر يوما. أصبح الزئبق الموجود في المعوجة، الذي تم تسخينه حتى الغليان تقريبًا، مغطى أكثر فأكثر بأكسيد أحمر. وفي الوقت نفسه، بدأ مستوى الزئبق في الغطاء المقلوب في الارتفاع بشكل ملحوظ فوق مستوى الزئبق في الوعاء الذي يوجد فيه الغطاء. أخذ الزئبق الموجود في المعوجة، المؤكسد، المزيد والمزيد من الأكسجين من الهواء، وانخفض الضغط في المعوجة والجرس، وبدلاً من الأكسجين المستهلك، تم امتصاص الزئبق في الجرس.

وعندما تم استهلاك كل الأكسجين وتوقفت أكسدة الزئبق، توقف أيضًا امتصاص الزئبق في الجرس. تم قياس حجم الزئبق في الجرس. اتضح أنها تشكل جزءًا من الحجم الخامس للجرس والمعوجة.

الغاز المتبقي في الجرس والمعوجة لا يدعم الاحتراق أو الحياة. تم استدعاء هذا الجزء من الهواء، الذي احتل ما يقرب من 4/6 من الحجم نتروجين.

أثبتت التجارب الأكثر دقة في نهاية القرن الثامن عشر أن الهواء يحتوي على 21 بالمائة من الأكسجين و79 بالمائة من النيتروجين من حيث الحجم.

وفقط في أواخر التاسع عشرفي القرن العشرين، أصبح من المعروف أن الهواء يحتوي على الأرجون والهيليوم وغيرها من الغازات الخاملة.