Химический состав воздуха и его влияние на организм

Они, образуя земную атмосферу, играют решающую роль в дыхательной функции, а изменение удельного содержания того или иного газа способно оказывать ощутимое влияние на организм. Учитывая важность поддержания качества химического состава воздуха, он защищен Федеральным Законом «Об охране атмосферного воздуха».

Химический состав воздуха

Атмосферный воздух является физической смесью газообразных соединений и преимущественно одноатомных или, другими словами, инертных газов. Отсутствие химического взаимодействия (оно есть, но пренебрежимо мало) между компонентами воздуха причисляет его к газовым смесям, приравниваемых к идеальным газам. В целом, состав природного воздуха (без загрязняющих примесей) можно представить, как единицу, включающую двенадцать компонентов, из которых львиную долю удельного содержания занимает азот.

Вещество	Удельное содержание %	Класс вещества
азот N2	78,09	инертный газ
кислород O2	20,95	окислитель
аргон Ar	0,93	инертный газ
двуокись углерода CO2	0,03	инертный газ
неон Ne	0,0018	инертный газ
гелий He	0,00052	инертный газ
метан CH4	0,00022	горючий газ
криптон Kr	0,0001	инертный газ
оксид азота N2O	0,0001	окислитель
водород H2	0,00005	горючий газ
ксенон Xe	0,000008	инертный газ
озон O3	0,000001	окислитель

Соотношение газов в составе воздуха может меняться в зависимости от местности. Так, городская среда предполагает увеличение углекислого газа (двуокись углерода) из-за автомобильных выхлопов и промышленной деятельности, а на пастбищах вследствие пищеварительных процессов животных растёт доля метана, в то время, когда в лесу воздух максимально насыщен кислородом. Однако не только в горизонтальном направлении воздух подвергается изменениям, высота тоже вносит коррективы.

Взрослый человек, в состоянии покоя пропускающий через лёгкие до 14 м³ воздуха в сутки, по мере возрастания высоты (например, полёт на воздушном шаре) испытывает затруднение дыхания. Это связано с явлением разрежения воздуха, что провоцирует падающее атмосферное давление.

Азот в составе воздуха

Являясь основным элементом атмосферы, азот выполняет функцию регулировщика окислительных темпов, разбавляя кислород. Данный газ в составе воздуха подвергается беспрерывному круговороту, трансформируясь в оксид N₂O. Такое превращение требует химического взаимодействия с кислородом, возможного при высоких температурах – около 3000^оС. В природе данное условие обеспечивают электрические разряды в виде молнии, пропущенной через смесь газов. Полученный вследствие такой реакции оксид азота вместе с осадками попадает в почву, где микроорганизмы преобразовывают его в органические соединения. Последние, разлагаясь, обеспечивают восстановление азота, вновь попадающего в атмосферу.

Оксиды азота, соединяясь под солнечным ультрафиолетом с углеводородами, образуют фотохимические окислители, которые раздражают слизистые, а в больших концентрациях затупляют внимание и вызывают кашель. Из-за преимущества в молярной массе перед воздухом оксиды азота имеют свойства оседать в различных канавах, поэтому представители профессий, связанных с работой в канализации и других углублениях в почве, всегда рискуют подвергнуться отрицательному влиянию такого соединения. Регулярный контакт с высокой концентрацией окислов азота провоцирует заболевания дыхательных путей и сердца. Однако в умелых руках медиков данные соединения оказывают положительное влияние на различные системы человеческого организма.

Кислород в составе воздуха

Второй по удельному содержанию в воздухе компонент является жизненно важным для живых организмов и человека, в том числе. Кроме участия в дыхании, кислород обеспечивает процесс окисления в организме, высвобождающий необходимую для жизнедеятельности энергию. Количество потребляемого человеком  кислорода зависит от его активности и возраста, например, дети в два раза больше нуждаются в этом элементе, нежели пожилые люди. Недостаток кислорода ощущается очень ярко, отражаясь на самочувствии.

Последствия нехватки кислорода:

• если воздух содержит лишь 17% кислорода, об этом свидетельствует учащённый пульс и одышка;
• при удельном содержании в 13% сильно снижается работоспособность, являясь следствием кислородной недостаточности;
• сокращение кислорода до 8% провоцирует смерть.

Люди, страдающие гипоксией очень чувствительны к влажности в жаркую погоду, потому как парциальное давление кислорода в этих условиях снижается. Повышение такого давления не вызывает негативных симптомов, если его показатель не превышает 3-х атмосфер. Пребывание при 2-х атмосферах не более четырёх часов придаёт бодрости, усиливая окислительные процессы в организме. Более длительное потребление кислорода с таким давлением вызывает патологические явления, а 3-м атмосферам достаточно и вовсе двух часов. Перенасыщенный кислород вызывает расстройство дыхания, снижение пульса, внутренние органы переполняются кровью, а нервная система затормаживается. Значительное повышение парциального давления кислорода лишает его свойства окислять, в некоторых случаях превращая в яд для человеческого организма.

Углекислый газ в составе воздуха

Являясь косвенным показателем чистоты воздуха, диоксид углерода также воздействует на тепловой баланс нашей планеты, осуществляя функцию парникового газа. Он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные излучения, в перспективе отражая их обратно. Именно поэтому увеличенная концентрация углекислого газа создаёт парниковый эффект, грозящий Земле катастрофой в виде глобального потепления.

Повышение удельного содержания диоксида углерода в воздухе плохо переносится человеком, который подвергнут даже отравлению этим соединением. Дискомфорт становится ощутим уже при концентрации в 0,1%. Такие условия легко создать, скопив людей в закрытом помещении, когда ионный состав воздуха меняется, и он становится влажным и более тёплым – в быту эту комбинацию называют словом «душно».

Последствия высокой концентрации углекислого газа:

• удельное содержание в 3% снижает работоспособность, вызывая головную боль и одышку;
• повышение до 4-5% проявляется шумом в ушах, покраснением лица и возбуждённостью, повышается давление;
• при 8-10% человек теряет сознание и умирает.

Современные представления гласят о том, что газы атмосферного воздуха (азот в том числе), кроме кислорода и углекислого газа, не вступают в биохимические реакции, отчего и получили название «индифферентные», то есть недеятельные. Однако большое удельное содержание азота объясняет его косвенно влияющую на жизнедеятельность функцию регулирования темпов окисления. Ни один другой индифферентный газ подобно важного функционала не имеет.