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

يُطلق على ذلك الجزء من الغلاف الجوي المجاور للأرض والذي يتنفسه الإنسان وفقًا لذلك اسم التروبوسفير. يتراوح ارتفاع طبقة التروبوسفير من تسعة إلى أحد عشر كيلومترًا، وهي عبارة عن خليط ميكانيكي من غازات مختلفة.

تكوين الهواء ليس ثابتا. يعتمد على موقع جغرافي، تضاريس، احوال الطقسيمكن أن يكون للهواء تركيبات مختلفة وخصائص مختلفة. يمكن أن يكون الهواء ملوثًا أو متخلخلًا أو طازجًا أو ثقيلًا - كل هذا يعني أنه يحتوي على شوائب معينة.

النيتروجين - 78.9 بالمائة؛

الأكسجين - 20.95 بالمائة؛

ثاني أكسيد الكربون - 0.3 بالمائة.

بالإضافة إلى ذلك، توجد غازات أخرى في الغلاف الجوي (الهيليوم، الأرجون، النيون، الزينون، الكريبتون، الهيدروجين، الرادون، الأوزون)، وكميتها الإجمالية أقل بقليل من واحد بالمائة.

كما تجدر الإشارة إلى وجود بعض الشوائب الدائمة ذات الأصل الطبيعي في الهواء، وعلى وجه الخصوص، بعض المنتجات الغازية التي تتشكل نتيجة للعمليات البيولوجية والكيميائية. من بينها، تستحق الأمونيا ذكرًا خاصًا (يشمل تكوين الهواء البعيد عن المناطق المأهولة حوالي ثلاثة إلى خمسة أجزاء من الألف من الملليجرام لكل جزء) متر مكعب) والميثان (يبلغ مستواه في المتوسط ​​اثنين على عشرة آلاف ملليغرام لكل متر مكعب)، وأكاسيد النيتروجين (في الغلاف الجوي يصل تركيزها إلى ما يقرب من خمسة عشر على عشرة آلاف ملليغرام لكل متر مكعب)، وكبريتيد الهيدروجين وغيرها من المنتجات الغازية.

بالإضافة إلى الأبخرة والشوائب الغازية، يتضمن التركيب الكيميائي للهواء عادة الغبار ذو الأصل الكوني، والذي يسقط على سطح الأرض بكمية سبعمائة جزء من الألف من الطن لكل كيلومتر مربع خلال العام، وكذلك جزيئات الغبار التي تأتي من الانفجارات البركانية.

ومع ذلك، فإنه يتغير إلى أقصى حد (وليس في الجانب الأفضل) تركيبة الهواء وتلوث طبقة التروبوسفير بما يسمى بغبار ودخان حرائق الغابات الأرضية (النباتات والتربة). يوجد الكثير من هذا الغبار بشكل خاص في الكتل الهوائية القارية الناشئة في صحاري آسيا الوسطى وأفريقيا. ولهذا السبب يمكننا أن نقول بثقة أن بيئة الهواء النظيف المثالي ببساطة غير موجودة، وهو مفهوم موجود من الناحية النظرية فقط.

يميل تكوين الهواء إلى التغيير باستمرار، وعادة ما تلعب تغيراته الطبيعية دورا صغيرا إلى حد ما، خاصة بالمقارنة مع العواقب المحتملةانتهاكاتها المصطنعة ترتبط هذه الانتهاكات بشكل أساسي بالأنشطة الصناعية للبشرية، واستخدام الأجهزة لخدمات المستهلك، وكذلك مركبات. يمكن أن تؤدي هذه الاضطرابات، من بين أمور أخرى، إلى تمسخ الهواء، أي إلى اختلافات واضحة في تكوينه وخصائصه عن المؤشرات المقابلة للغلاف الجوي.

أدت هذه الأنواع والعديد من الأنشطة البشرية الأخرى إلى حقيقة أن التكوين الأساسي للهواء بدأ يخضع لتغيرات بطيئة وغير مهمة، ولكنها مع ذلك لا رجعة فيها على الإطلاق. على سبيل المثال، حسب العلماء أنه على مدار الخمسين عامًا الماضية، استخدمت البشرية تقريبًا نفس كمية الأكسجين التي استخدمتها في المليون سنة السابقة، وفي نسبة مئوية- عُشري بالمائة من إجمالي احتياطيه في الغلاف الجوي. وفي الوقت نفسه، تزداد الانبعاثات في الهواء تبعاً لذلك. ووفقاً لأحدث البيانات، بلغت الانبعاثات ما يقرب من أربعمائة مليار طن على مدى المائة عام الماضية.

وهكذا فإن تركيبة الهواء تتغير نحو الأسوأ، ومن الصعب أن نتصور كيف سيكون شكلها خلال بضعة عقود فقط.

معنى التنفس

التنفس أمر حيوي العملية الضروريةالتبادل المستمر للغازات بين الجسم والبيئة المحيطة به. في عملية التنفس، يمتص الشخص الأكسجين من البيئة ويطلق ثاني أكسيد الكربون.

تقريبًا تحدث جميع التفاعلات المعقدة لتحويل المواد في الجسم المشاركة الإلزاميةالأكسجين. بدون الأكسجين، يكون التمثيل الغذائي مستحيلا، والإمداد المستمر بالأكسجين ضروري للحفاظ على الحياة. في الخلايا والأنسجة، نتيجة لعملية التمثيل الغذائي، يتم تشكيل ثاني أكسيد الكربون، والذي يجب إزالته من الجسم. إن تراكم كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون داخل الجسم أمر خطير. ويحمل ثاني أكسيد الكربون عن طريق الدم إلى أعضاء الجهاز التنفسي ويتم إخراجه مع الزفير. ينتشر الأكسجين الذي يدخل أعضاء الجهاز التنفسي أثناء الاستنشاق إلى الدم ويتم توصيله إلى الأعضاء والأنسجة عن طريق الدم.

لا يوجد احتياطي للأكسجين في جسم الإنسان والحيوان، وبالتالي فإن إمداده المستمر إلى الجسم يعد ضرورة حيوية. إذا كان الشخص في الحالات الضرورية يمكن أن يعيش بدون طعام لأكثر من شهر، بدون ماء لمدة تصل إلى 10 أيام، في غياب الأكسجين، تحدث تغييرات لا رجعة فيها في غضون 5-7 دقائق.

تكوين الهواء المستنشق والزفير والسنخية

من خلال الاستنشاق والزفير بالتناوب، يقوم الشخص بتهوية الرئتين، مع الحفاظ على تكوين غاز ثابت نسبيًا في الحويصلات الرئوية (الحويصلات الهوائية). يتنفس الشخص هواء الغلاف الجوي الذي يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين (20.9%) ومحتوى منخفض من ثاني أكسيد الكربون (0.03%)، ويزفر الهواء الذي يحتوي على 16.3% أكسجين و4% ثاني أكسيد الكربون (الجدول 8).

يختلف تكوين الهواء السنخي بشكل كبير عن تكوين الهواء المستنشق في الغلاف الجوي. يحتوي على كمية أقل من الأكسجين (14.2٪) و عدد كبير منثاني أكسيد الكربون (5.2%).

النيتروجين والغازات الخاملة التي يتكون منها الهواء لا تشارك في التنفس، ومحتواها في الهواء المستنشق والزفير والسنخية هو نفسه تقريبًا.

لماذا يحتوي هواء الزفير على أكسجين أكثر من الهواء السنخي؟ ويفسر ذلك حقيقة أنه عند الزفير، يختلط الهواء الموجود في أعضاء الجهاز التنفسي، في الشعب الهوائية، مع الهواء السنخي.

الضغط الجزئي وتوتر الغازات

في الرئتين، يمر الأكسجين من الهواء السنخي إلى الدم، ويدخل ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الرئتين. يحدث انتقال الغازات من الهواء إلى السائل ومن السائل إلى الهواء بسبب اختلاف الضغط الجزئي لهذه الغازات في الهواء والسائل. الضغط الجزئي هو جزء من الضغط الكلي الذي يمثل حصة غاز معين في خليط الغاز. كلما زادت نسبة الغاز في الخليط، كلما ارتفع ضغطه الجزئي. الهواء الجوي، كما هو معروف، هو خليط من الغازات. ضغط الهواء الجوي 760 ملم زئبق فن. ويبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء الجوي 20.94% من 760 ملم، أي 159 ملم؛ النيتروجين - 79.03٪ من 760 ملم، أي حوالي 600 ملم؛ يوجد القليل من ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي - 0.03٪، وبالتالي فإن ضغطه الجزئي هو 0.03٪ من 760 مم - 0.2 مم زئبق. فن.

بالنسبة للغازات الذائبة في السائل، يستخدم مصطلح "الجهد" الموافق لمصطلح "الضغط الجزئي" المستخدم للغازات الحرة. يتم التعبير عن توتر الغاز بنفس وحدات الضغط (mmHg). إذا كان الضغط الجزئي للغاز في البيئة أعلى من جهد ذلك الغاز في السائل، فإن الغاز يذوب في السائل.

يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي 100-105 ملم زئبق. الفن، وفي الدم المتدفق إلى الرئتين يبلغ ضغط الأكسجين في المتوسط ​​60 ملم زئبق. الفن، لذلك، في الرئتين، يمر الأكسجين من الهواء السنخي إلى الدم.

حركة الغازات تتم وفقا لقوانين الانتشار، والتي بموجبها ينتشر الغاز من وسط ذو ضغط جزئي مرتفع إلى وسط ذو ضغط جزئي أقل.

تبادل الغازات في الرئتين

إن انتقال الأكسجين من الهواء السنخي إلى الدم في الرئتين وتدفق ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الرئتين يخضع للقوانين الموضحة أعلاه.

بفضل عمل عالم الفسيولوجي الروسي العظيم إيفان ميخائيلوفيتش سيتشينوف، أصبح من الممكن دراسة تكوين الغاز في الدم وظروف تبادل الغازات في الرئتين والأنسجة.

يحدث تبادل الغازات في الرئتين بين الهواء السنخي والدم عن طريق الانتشار. تتشابك الحويصلات الهوائية في الرئتين مع شبكة كثيفة من الشعيرات الدموية. جدران الحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية رقيقة جداً مما يسهل دخول الغازات من الرئتين إلى الدم والعكس. يعتمد تبادل الغازات على حجم السطح الذي تنتشر من خلاله الغازات والفرق في الضغط الجزئي (الشد) للغازات المنتشرة. مع نفس عميق، تمتد الحويصلات الهوائية، وتصل مساحة سطحها إلى 100-105 م2. كما أن مساحة سطح الشعيرات الدموية في الرئتين كبيرة أيضًا. ويوجد فرق كاف بين الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي وتوتر هذه الغازات في الدم الوريدي (الجدول 9).

ويترتب على الجدول 9 أن الفرق بين توتر الغازات في الدم الوريدي وضغطها الجزئي في الهواء السنخي هو 110 - 40 = 70 ملم زئبقي للأكسجين. الفن، ولثاني أكسيد الكربون 47 - 40 = 7 ملم زئبق. فن.

تجريبيا، كان من الممكن إثبات ذلك مع اختلاف في توتر الأكسجين بمقدار 1 ملم زئبق. فن. في حالة الشخص البالغ أثناء الراحة، يمكن أن يدخل 25-60 مل من الأكسجين إلى الدم خلال دقيقة واحدة. يحتاج الشخص في حالة الراحة إلى حوالي 25-30 مل من الأكسجين في الدقيقة. وبالتالي يكون فرق ضغط الأكسجين 70 ملم زئبق. الأول، يكفي لتزويد الجسم بالأكسجين عند ظروف مختلفةأنشطته: أثناء العمل البدني والتمارين الرياضية وغيرها.

معدل انتشار ثاني أكسيد الكربون من الدم أكبر 25 مرة من الأكسجين، وبالتالي، مع اختلاف في الضغط قدره 7 ملم زئبق. الفن، ثاني أكسيد الكربون لديه الوقت ليتم إطلاقه من الدم.

نقل الغازات عن طريق الدم

يحمل الدم الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. في الدم، كما هو الحال في أي سائل، يمكن للغازات أن تكون في حالتين: ذائبة فيزيائيا ومرتبطة كيميائيا. يذوب كل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بكميات صغيرة جدًا في بلازما الدم. يتم نقل معظم الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في شكل مرتبط كيميائيا.

الناقل الرئيسي للأكسجين هو الهيموجلوبين في الدم. 1 جرام من الهيموجلوبين يرتبط بـ 1.34 مل من الأكسجين. يمتلك الهيموجلوبين القدرة على الاتحاد مع الأكسجين لتكوين أوكسي هيموجلوبين. كلما ارتفع الضغط الجزئي للأكسجين، زاد تكوين أوكسي هيموجلوبين. في الهواء السنخي، يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين 100-110 ملم زئبق. فن. في مثل هذه الظروف، يرتبط 97٪ من هيموجلوبين الدم بالأكسجين. ينقل الدم الأكسجين إلى الأنسجة على شكل أوكسي هيموجلوبين. هنا يكون الضغط الجزئي للأكسجين منخفضًا، ويقوم أوكسي هيموجلوبين - وهو مركب هش - بإطلاق الأكسجين الذي تستخدمه الأنسجة. يتأثر أيضًا ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين بتوتر ثاني أكسيد الكربون. يقلل ثاني أكسيد الكربون من قدرة الهيموجلوبين على ربط الأكسجين ويعزز تفكك الأوكسيهيموجلوبين. تؤدي زيادة درجة الحرارة أيضًا إلى تقليل قدرة الهيموجلوبين على ربط الأكسجين. ومن المعروف أن درجة الحرارة في الأنسجة أعلى منها في الرئتين. تساعد كل هذه الظروف على تفكيك الأوكسي هيموجلوبين، ونتيجة لذلك يطلق الدم الأكسجين المنطلق من المركب الكيميائي إلى سائل الأنسجة.

خاصية الهيموجلوبين لربط الأكسجين أمر حيوي للجسم. في بعض الأحيان يموت الناس بسبب نقص الأكسجين في الجسم، محاطين بالهواء النظيف. يمكن أن يحدث هذا للشخص الذي يجد نفسه في ظروف الضغط المنخفض (على ارتفاعات عالية)، حيث يحتوي الغلاف الجوي الرقيق على ضغط جزئي منخفض جدًا من الأكسجين. 15 أبريل 1875 بالونوصلت زينيت، التي كان على متنها ثلاثة من راكبي المناطيد، إلى ارتفاع 8000 متر، وعندما هبط المنطاد، بقي شخص واحد فقط على قيد الحياة. كان سبب الوفاة هو الانخفاض الحاد في الضغط الجزئي للأكسجين ارتفاع عالي. على ارتفاعات عالية (7-8 كم)، يقترب الدم الشرياني في تركيبته الغازية من الدم الوريدي؛ تبدأ جميع أنسجة الجسم تعاني من نقص حاد في الأكسجين، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة. عادةً ما يتطلب التسلق إلى ارتفاعات أعلى من 5000 متر استخدام أجهزة أكسجين خاصة.

مع التدريب الخاص، يمكن للجسم التكيف مع انخفاض محتوى الأكسجين في الهواء الجوي. يتعمق تنفس الشخص المدرب، ويزداد عدد خلايا الدم الحمراء في الدم بسبب زيادة تكوينها في الأعضاء المكونة للدم وإمدادها من مستودع الدم. بالإضافة إلى ذلك، تزداد انقباضات القلب، مما يؤدي إلى زيادة حجم الدم الدقيق.

تستخدم غرف الضغط على نطاق واسع للتدريب.

يحمل الدم ثاني أكسيد الكربون على شكل مركبات كيميائية - بيكربونات الصوديوم والبوتاسيوم. يعتمد ارتباط ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه في الدم على توتره في الأنسجة والدم.

وبالإضافة إلى ذلك، يشارك الهيموجلوبين في الدم في نقل ثاني أكسيد الكربون. يدخل الهيموجلوبين إلى الشعيرات الدموية في الأنسجة مركب كيميائيمع ثاني أكسيد الكربون. وفي الرئتين، يتحلل هذا المركب ليطلق ثاني أكسيد الكربون. حوالي 25-30% من ثاني أكسيد الكربون المنطلق في الرئتين يحمله الهيموجلوبين.

غالبًا ما يسأل الأطفال الصغار والديهم عن ماهية الهواء وما يتكون منه عادةً. ولكن ليس كل شخص بالغ يستطيع الإجابة بشكل صحيح. بالطبع، درس الجميع هيكل الهواء في المدرسة في دروس التاريخ الطبيعي، ولكن على مر السنين يمكن نسيان هذه المعرفة. دعونا نحاول تعويضهم.

ما هو الهواء؟

الهواء "مادة" فريدة من نوعها. لا يمكنك رؤيتها أو لمسها، فهي لا طعم لها. هذا هو السبب في أنه من الصعب جدًا إعطاء تعريف واضح لما هو عليه. عادة يقولون فقط - الهواء هو ما نتنفسه. إنه موجود حولنا، على الرغم من أننا لا نلاحظه على الإطلاق. لا يمكنك أن تشعر به إلا عندما تهب رياح قوية أو تظهر رائحة كريهة.

ماذا يحدث إذا اختفى الهواء؟ بدونها، لا يمكن لأي كائن حي أن يعيش أو يعمل، مما يعني أن جميع الناس والحيوانات سيموتون. لا غنى عنه لعملية التنفس. مهميوضح مدى نظافة وصحة الهواء الذي يتنفسه الجميع.

أين يمكنني أن أجد الهواء النقي؟

تم العثور على الهواء الأكثر فائدة:

• في الغابات وخاصة الصنوبر.
• في الجبال.
• قرب البحر.

الهواء في هذه الأماكن له رائحة طيبة وله خصائص مفيدة للجسم. وهذا ما يفسر وجود المعسكرات الصحية للأطفال والمصحات المختلفة بالقرب من الغابات أو في الجبال أو على ساحل البحر.

لا يمكنك الاستمتاع بالهواء النقي إلا بعيدًا عن المدينة. لهذا السبب، كثير من الناس يشترون البيوت الصيفيةالخارج مستعمرة. وينتقل البعض إلى سكن مؤقت أو دائم في القرية ويبنيون منازل هناك. العائلات التي لديها أطفال صغار تفعل ذلك بشكل خاص في كثير من الأحيان. يغادر الناس لأن الهواء في المدينة ملوث للغاية.

مشكلة تلوث الهواء النقي

في العالم الحديثومشكلة التلوث البيئي ملحة بشكل خاص. أعمال المصانع والمؤسسات الحديثة محطات الطاقة النووية‎السيارات لها تأثير سلبي على الطبيعة. تنبعث منها مواد ضارة في الغلاف الجوي تلوث الجو. ولذلك، في كثير من الأحيان يعاني الناس في المناطق الحضرية من نقص هواء نقي، وهو أمر خطير للغاية.

يعد الهواء الثقيل داخل غرفة سيئة التهوية مشكلة خطيرة، خاصة إذا كانت تحتوي على أجهزة كمبيوتر ومعدات أخرى. التواجد في مثل هذا المكان قد يبدأ الشخص بالاختناق بسبب نقص الهواء، ويصاب بألم في الرأس، ويصبح ضعيفًا.

ووفقا للإحصاءات التي جمعتها منظمة الصحة العالمية، فإن حوالي 7 ملايين حالة وفاة بشرية سنويا ترتبط بامتصاص الهواء الملوث في الهواء الطلق وفي الداخل.

يعتبر الهواء الضار أحد الأسباب الرئيسية لمرض رهيب مثل السرطان. هذا ما تقوله المنظمات المشاركة في دراسة السرطان.

ولذلك فمن الضروري اتخاذ تدابير وقائية.

كيف تحصل على الهواء النقي؟

سيكون الشخص بصحة جيدة إذا كان يستطيع تنفس الهواء النقي كل يوم. إذا لم يكن من الممكن الخروج من المدينة بسبب العمل الهامأو نقص المال أو لأسباب أخرى، فمن الضروري البحث عن طريقة للخروج من الوضع على الفور. ولكي يحصل الجسم على الكمية اللازمة من الهواء النقي، ينبغي اتباع القواعد التالية:

1. كن بالخارج كثيرًا، على سبيل المثال، قم بالمشي في المساء في المتنزهات والحدائق.
2. اذهب للنزهة في الغابة في عطلة نهاية الأسبوع.
3. تهوية مناطق المعيشة والعمل باستمرار.
4. زراعة المزيد من النباتات الخضراء، وخاصة في المكاتب التي يوجد بها أجهزة الكمبيوتر.
5. يُنصح بزيارة المنتجعات الواقعة على البحر أو في الجبال مرة واحدة في السنة.

ما هي الغازات التي يتكون منها الهواء؟

في كل يوم، وفي كل ثانية، يقوم الناس بالشهيق والزفير دون التفكير في الهواء على الإطلاق. لا يتفاعل الناس معه بأي شكل من الأشكال، على الرغم من أنه يحيط بهم في كل مكان. على الرغم من انعدام الوزن وعدم القدرة على الرؤية عين الإنسانالهواء تماما بنية معقدة. أنه ينطوي على العلاقة المتبادلة بين العديد من الغازات:

• نتروجين.
• الأكسجين.
• الأرجون.
• ثاني أكسيد الكربون.
• نيون.
• الميثان.
• هيليوم.
• الكريبتون.
• هيدروجين.
• زينون.

الحصة الرئيسية من الهواء مشغولة نتروجين ، والجزء الكتلي منها هو 78 بالمائة. 21 بالمائة من الرقم الإجمالييمثل الأكسجين - الغاز الأكثر أهمية لحياة الإنسان. أما النسبة المتبقية فتشغلها الغازات الأخرى وبخار الماء الذي تتكون منه السحب.

قد يطرح السؤال لماذا يوجد القليل جدًا من الأكسجين، ما يزيد قليلاً عن 20٪؟ هذا الغاز تفاعلي. لذلك، مع زيادة حصتها في الغلاف الجوي، فإن احتمالية الحرائق في العالم ستزداد بشكل كبير.

مما يتكون الهواء الذي نتنفسه؟

الغازان الرئيسيان اللذان يشكلان الهواء الذي نتنفسه كل يوم هما:

• الأكسجين.
• ثاني أكسيد الكربون.

نحن نستنشق الأكسجين، ونزفر ثاني أكسيد الكربون. كل تلميذ يعرف هذه المعلومات. ولكن من أين يأتي الأكسجين؟ المصدر الرئيسي لإنتاج الأكسجين هو النباتات الخضراء. هم أيضا مستهلكون لثاني أكسيد الكربون.

العالم مثير للاهتمام. في جميع عمليات الحياة، يتم مراعاة قاعدة الحفاظ على التوازن. إذا ذهب شيء من مكان ما، فقد جاء شيء من مكان ما. الشيء نفسه مع الهواء. تنتج المساحات الخضراء الأكسجين الذي تحتاجه البشرية للتنفس. يستهلك البشر الأكسجين ويطلقون ثاني أكسيد الكربون، الذي بدوره يغذي النباتات. وبفضل نظام التفاعل هذا، توجد الحياة على كوكب الأرض.

إن معرفة ما يتكون الهواء الذي نتنفسه ومدى تلوثه في العصر الحديث، أمر ضروري للحماية عالم الخضارالكوكب ونبذل قصارى جهدنا لزيادة عدد النباتات الخضراء.

فيديو عن تكوين الهواء

الهواء هو الخليط الطبيعي من الغازات، وخاصة النيتروجين والأكسجين، التي تشكل الغلاف الجوي للأرض. الهواء ضروري للوجود الطبيعي للغالبية العظمى من الكائنات الحية الأرضية: يدخل الأكسجين الموجود في الهواء إلى خلايا الجسم أثناء التنفس ويستخدم في عملية الأكسدة، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة اللازمة للحياة. في الصناعة وفي الحياة اليومية، يستخدم الأكسجين الجوي لحرق الوقود لإنتاج الحرارة والطاقة الميكانيكية في محركات الاحتراق الداخلي. يتم الحصول على الغازات النبيلة من الهواء عن طريق الإسالة. وفقا لل القانون الاتحادي"فيما يتعلق بحماية الهواء الجوي"، يُفهم الهواء الجوي على أنه "عنصر حيوي في البيئة، وهو مزيج طبيعي من غازات الغلاف الجوي الموجودة خارج المباني السكنية والصناعية وغيرها من المباني."

إن أهم العوامل التي تحدد مدى ملاءمة البيئة الهوائية لسكن الإنسان هي التركيب الكيميائي، ودرجة التأين، الرطوبة النسبيةوالضغط ودرجة الحرارة والسرعة. دعونا نفكر في كل من هذه العوامل على حدة.

في عام 1754، أثبت جوزيف بلاك تجريبيًا أن الهواء عبارة عن خليط من الغازات وليس مادة متجانسة.

تكوين الهواء الطبيعي

أيونات الهواء الخفيفة

يشعر كل ساكن في سانت بطرسبرغ أن الهواء ملوث بشدة. ينبعث عدد متزايد باستمرار من السيارات والمصانع والمصانع أطنانًا من النفايات من أنشطتها إلى الغلاف الجوي. يحتوي الهواء الملوث على مواد فيزيائية وكيميائية وبيولوجية غير معهود. الملوثات الرئيسية في الهواء الجوي للمدينة هي: الألدهيدات والأمونيا والغبار الجوي وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت والهيدروكربونات والمعادن الثقيلة (الرصاص والنحاس والزنك والكادميوم والكروم).

أخطر مكونات الضباب الدخاني هي جزيئات مجهرية من المواد الضارة. حوالي 60% منها عبارة عن منتجات احتراق من محركات السيارات. وهذه الجزيئات هي التي نستنشقها أثناء سيرنا في شوارع مدننا وتتراكم في رئتينا. ووفقا للأطباء، فإن رئتي أحد سكان المدينة تشبه إلى حد كبير درجة التلوث رئتي المدخن الشره.

ومن حيث المساهمة في تلوث الهواء، تأتي غازات عوادم السيارات في المركز الأول، والانبعاثات الصادرة عن محطات الطاقة الحرارية في المركز الثاني، والصناعة الكيميائية في المركز الثالث.

درجة تأين الهواء

درجة عالية من التأين

الهواء الجوي متأين دائمًا ويحتوي على أيونات هواء أكثر أو أقل. تحدث عملية تأين الهواء الطبيعي تحت تأثير عدد من العوامل، أهمها النشاط الإشعاعي للتربة، الصخوروالبحرية و المياه الجوفيةوالأشعة الكونية، والبرق، وتناثر الماء (تأثير لينارد) في الشلالات، وفي قمم الأمواج، وما إلى ذلك، الأشعة فوق البنفسجيةالشمس ولهيب حرائق الغابات وبعض المواد العطرية وغيرها. تحت تأثير هذه العوامل، يتم تشكيل أيونات الهواء الإيجابية والسلبية. وتستقر جزيئات الهواء المحايدة على الفور على الأيونات الناتجة، مما يؤدي إلى ظهور ما يسمى بأيونات الغلاف الجوي العادية والخفيفة. أمام جزيئات الغبار العالقة في الهواء، وجزيئات الدخان، وقطرات الماء الصغيرة في طريقها، تستقر عليها الأيونات الضوئية وتتحول إلى ثقيلة. في المتوسط، يحتوي 1 سم 3 فوق سطح الأرض على ما يصل إلى 1500 أيون، من بينها السائدة ذات الشحنة الموجبة، والتي، كما هو موضح أدناه، ليست مرغوبة تمامًا لصحة الإنسان.

في بعض المناطق، يتميز تأين الهواء بمؤشرات أكثر ملاءمة. ومن بين المناطق التي يتأين فيها الهواء بشكل خاص المنحدرات الجبال العاليةوالوديان الجبلية والشلالات وشواطئ البحار والمحيطات. غالبًا ما يتم استخدامها لتنظيم المرافق الترفيهية وعلاج المصحات.

وبالتالي، فإن أيونات الهواء هي عامل يعمل باستمرار بيئة خارجيةمثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية وسرعة الهواء.

إن التغيير في درجة تأين الهواء المستنشق يستلزم حتما تغييرات في الأجهزة والأنظمة المختلفة. ومن هنا جاءت الرغبة الطبيعية في استخدام الهواء المتأين من ناحية، والحاجة إلى تطوير أجهزة وأجهزة لتغيير تركيز ونسبة الأيونات في الهواء الجوي بشكل مصطنع، من ناحية أخرى. اليوم، باستخدام معدات خاصة، من الممكن زيادة درجة تأين الهواء، مما يزيد من عدد الأيونات لكل 1 سم 3 آلاف المرات.

توفر القواعد واللوائح الصحية والوبائية SanPiN 2.2.4.1294-03 متطلبات صحية لتكوين أيون الهواء في المباني الصناعية والعامة. يرجى ملاحظة أنه ليس فقط عدد أيونات الهواء المشحونة سلبيًا وإيجابيًا هو المهم، ولكن أيضًا نسبة التركيز الموجب إلى التركيز السالب، وهو ما يسمى معامل القطبية الأحادية (انظر الجدول أدناه).

وفقًا للمتطلبات الصحية، يجب أن يكون عدد أيونات الهواء السالبة أكبر أو، في الحالات القصوى، مساويًا لعدد أيونات الهواء المشحونة إيجابيًا. العيش في المدن والعمل فيها مباني المكاتبيجب عليك استخدام مؤينات الهواء حتى لا تفقد التركيز وتشعر بالتعب بشكل أبطأ خلال يوم العمل.

المناخ المحلي: rel. الرطوبة، درجة الحرارة، السرعة، الضغط

يشير المناخ المحلي إلى مجموعة من المعايير البيئية الفيزيائية التي تؤثر على التبادل الحراري للإنسان وصحته. المعلمات المناخية الرئيسية هي الرطوبة النسبية ودرجة الحرارة والضغط وسرعة الهواء. يعد الحفاظ على جميع هذه المعلمات عند المستويات الطبيعية في الداخل عاملاً رئيسياً في تحديد راحة إقامة الشخص فيه.

تسمح القيمة الطبيعية لمعلمات المناخ المحلي لجسم الإنسان بإنفاق الحد الأدنى من الطاقة: للحفاظ على المستوى المطلوب من التبادل الحراري، للحصول على الكمية المطلوبةالأكسجين. وفي نفس الوقت لا يشعر الإنسان بالحرارة أو البرودة أو الاختناق. وفقا للإحصاءات، تعد انتهاكات المناخ المحلي هي الأكثر شيوعا بين جميع انتهاكات المعايير الصحية والنظافة.

يتم تحديد المناخ المحلي من خلال تأثير البيئة الخارجية وخصائص البناء للمبنى وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

في المباني متعددة الطوابقهناك فرق قوي في ضغط الهواء خارج المبنى وداخله. وهذا يؤدي إلى تراكم الملوثات المختلفةفي المبنى، وسيكون تركيزها مختلفاً في الطابقين العلوي والسفلي، مما يؤثر سلباً عليه.

تتشكل ميزات المناخ المحلي لكل شقة محددة تحت تأثير تدفقات الهواء والرطوبة والحرارة. الهواء في الغرفة يتحرك باستمرار. ولذلك، فإن إحدى المعلمات الرئيسية للهواء هي سرعة حركته.

يوجد أدناه جدول يوضح الأمثل و قيم صالحةدرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الهواء غرف مختلفةوفقًا لـ SanPiN 2.1.2.2801-10 "التغييرات والإضافات رقم 1 إلى SanPiN 2.1.2.2645-10 "المتطلبات الصحية والوبائية لظروف المعيشة في المباني والمباني السكنية."

معلمات الهواء في المنزل أو المكتب أو كوخ ريفيستكون قادرًا على اتخاذ التدابير المناسبة لتطبيع الانحرافات المحددة.

القواعد الصحية الحالية ومعايير الهواء

الواردة في الجدول. 1.1 يخضع تكوين الهواء الجوي لتغيرات مختلفة في الأماكن المغلقة. أولا، تتغير النسبة المئوية للمكونات الفردية المطلوبة، وثانيا، تظهر مكونات إضافية غير نموذجية هواء نظيفالشوائب. في هذه الفقرة سنتحدثحول التغيرات في تكوين الغاز و الانحرافات المسموح بهاذلك من الطبيعي.

وأهم الغازات لحياة الإنسان هما الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، اللذين يشاركان في تبادل الغازات بين الإنسان و بيئة. يحدث تبادل الغازات هذا بشكل رئيسي في رئتي الإنسان أثناء التنفس. تبادل الغازات الذي يحدث من خلال سطح الجلد أقل بحوالي 100 مرة من تبادل الغازات من خلال الرئتين، إذ تبلغ مساحة جسم الإنسان البالغ حوالي 1.75 م2، وسطح الحويصلات الهوائية في الرئتين حوالي 200 م2. تترافق عملية التنفس مع تكوين حرارة في جسم الإنسان بكمية تتراوح من 4.69 إلى 5.047 (في المتوسط ​​4.879) سعرة حرارية لكل 1 لتر من الأكسجين الممتص (يتحول إلى ثاني أكسيد الكربون). تجدر الإشارة إلى أنه يتم امتصاص جزء صغير فقط من الأكسجين الموجود في الهواء المستنشق (حوالي 20٪). فإذا كان الهواء الجوي يحتوي على ما يقرب من 21% أكسجين، فإن الهواء الذي يزفره الإنسان سيحتوي على حوالي 17%. عادة، تكون كمية ثاني أكسيد الكربون التي يتم إخراجها أثناء الزفير أقل من كمية الأكسجين الممتصة. تسمى نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الشخص والأكسجين الممتص بمعامل الجهاز التنفسي (RC)، والذي يتراوح عادة من 0.71 إلى 1. ومع ذلك، إذا كان الشخص في حالة إثارة قوية أو يؤدي أداءً شديدًا عمل شاق، يمكن أن يكون DC أكبر من واحد.

كمية الأوكسجين ضروري للشخصفالمحافظة على وظائف الحياة الطبيعية تعتمد بشكل أساسي على شدة العمل المنجز وتتحدد حسب درجة التوتر العصبي والعضلي. يحدث امتصاص الأكسجين في الدم بشكل أفضل عند ضغط جزئي يبلغ حوالي 160 ملم زئبق. الفن، أنه في الضغط الجوي 760 ملم زئبق فن. ويقابل النسبة الطبيعية للأكسجين في الهواء الجوي أي 21%.

ونظرًا لقدرة جسم الإنسان على التكيف، يمكن ملاحظة التنفس الطبيعي حتى مع وجود كميات أقل من الأكسجين.

إذا حدث انخفاض في محتوى الأكسجين في الهواء بسبب الغازات الخاملة (على سبيل المثال، النيتروجين)، فمن الممكن حدوث انخفاض كبير في كمية الأكسجين - ما يصل إلى 12٪.

ومع ذلك، في الأماكن المغلقة، لا يصاحب انخفاض محتوى الأكسجين زيادة في تركيز الغازات الخاملة، ولكن تراكم ثاني أكسيد الكربون. في ظل هذه الظروف، يجب أن يكون الحد الأدنى المسموح به لمحتوى الأكسجين في الهواء أعلى من ذلك بكثير. عادة، يتم أخذ محتوى الأكسجين بنسبة 17٪ من حيث الحجم كمعيار لهذا التركيز. بشكل عام، في الأماكن المغلقة، لا تنخفض نسبة الأكسجين أبدًا إلى هذا المعيار، لأن تركيز ثاني أكسيد الكربون يصل إلى القيمة الحدية قبل ذلك بكثير. لذلك، من المهم عمليا تحديد الحد الأقصى معايير مقبولةالمحتوى الموجود في الأماكن المغلقة ليس الأكسجين، بل ثاني أكسيد الكربون.

ثاني أكسيد الكربون CO2 هو غاز عديم اللون ذو طعم ورائحة حامضة باهتة؛ فهو أثقل من الهواء بمقدار 1.52 مرة وهو سام قليلاً. يؤدي تراكم ثاني أكسيد الكربون في هواء الأماكن المغلقة إلى الصداع والدوار والضعف وفقدان الحساسية وحتى فقدان الوعي.

ويعتقد أن كمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي تبلغ 0.03% من حيث الحجم. وهذا صحيح بالنسبة للمناطق الريفية. في الهواء من المراكز الصناعية الكبيرة عادة ما يكون محتواه أعلى. لإجراء الحسابات، يتم أخذ تركيز 0.04٪. يحتوي الهواء الذي يزفره الإنسان على ما يقارب 4% من ثاني أكسيد الكربون.

ودون أي عواقب ضارة على جسم الإنسان، يمكن تحمل تركيزات ثاني أكسيد الكربون الأعلى بكثير من 0.04% في هواء الأماكن المغلقة.

يعتمد الحد الأقصى المسموح به لتركيز ثاني أكسيد الكربون على مدة إقامة الأشخاص في مكان معين في الداخلوعلى نوع مهنتهم. على سبيل المثال، بالنسبة للملاجئ المغلقة، عند وضعها فيها الأشخاص الأصحاءلمدة لا تزيد عن 8 ساعات، يمكن قبول نسبة 2% كحد أقصى المسموح به لتركيز ثاني أكسيد الكربون. بالنسبة للإقامات قصيرة المدى، قد يتم زيادة هذا المعدل. تعود إمكانية بقاء الشخص في بيئة ذات تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون إلى القدرة جسم الإنسانيتأقلم على ظروف مختلفة. عندما يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون أعلى من 1%، يبدأ الشخص في استنشاق كمية أكبر بكثير من الهواء. وبالتالي، عند تركيز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 3٪، يتضاعف التنفس حتى في حالة الراحة، وهو في حد ذاته لا يسبب عواقب سلبية ملحوظة أثناء الإقامة القصيرة نسبيًا في مثل هذا الهواء. إذا بقي الشخص في غرفة بها تركيز ثاني أكسيد الكربون 3% لفترة طويلة بما فيه الكفاية (3 أيام أو أكثر)، فإنه معرض لخطر فقدان الوعي.

عندما يبقى الناس في غرف مغلقة لفترة طويلة وعندما يقوم الناس بهذا العمل أو ذاك، يجب أن يكون الحد الأقصى المسموح به لتركيز ثاني أكسيد الكربون أقل بكثير من 2٪. يُسمح بالتقلب من 0.1 إلى 1٪. يمكن اعتبار محتوى ثاني أكسيد الكربون بنسبة 0.1٪ مقبولاً للمباني العادية غير المغلقة للمباني والهياكل لأغراض مختلفة. يجب وصف تركيز أقل لثاني أكسيد الكربون (حوالي 0.07-0.08) فقط لمباني المؤسسات الطبية ومؤسسات الأطفال.

وكما سيتضح أدناه، عادة ما يتم بسهولة تلبية متطلبات محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء الداخلي للمباني الموجودة فوق الأرض إذا كان مصدر انبعاثه هو الأشخاص. وبخلاف ذلك، فإن السؤال هو متى يتراكم ثاني أكسيد الكربون مباني الإنتاجنتيجة لواحدة أو أخرى العمليات التكنولوجية، والتي تحدث، على سبيل المثال، في ورش الخميرة والتخمير والتحلل المائي. في هذه الحالة، يتم اعتبار 0.5٪ الحد الأقصى المسموح به لتركيز ثاني أكسيد الكربون.