Quanto ossigeno è contenuto nell'aria atmosferica. Composizione e struttura dell'atmosfera

L'aria è una miscela naturale di gas, principalmente azoto e ossigeno, che la compongono atmosfera terrestre. L'aria è necessaria per la normale esistenza della stragrande maggioranza degli organismi viventi terrestri: l'ossigeno contenuto nell'aria entra nelle cellule del corpo durante la respirazione e viene utilizzato nel processo di ossidazione, che determina il rilascio dell'energia necessaria alla vita. Nell'industria e nella vita di tutti i giorni, l'ossigeno atmosferico viene utilizzato per bruciare carburante per produrre calore ed energia meccanica nei motori. combustione interna. I gas nobili si ottengono dall'aria mediante liquefazione. Secondo Legge federale"Sulla protezione dell'aria atmosferica", l'aria atmosferica è intesa come "una componente vitale dell'ambiente, che è una miscela naturale di gas atmosferici situata all'esterno di locali residenziali, industriali e di altro tipo".

I fattori più importanti che determinano l'idoneità per l'abitazione umana sono ambiente aereo Sono Composizione chimica, grado di ionizzazione, umidità relativa, pressione, temperatura e velocità di movimento. Consideriamo ciascuno di questi fattori separatamente.

Nel 1754 Joseph Black dimostrò sperimentalmente che l'aria è una miscela di gas e non una sostanza omogenea.

Composizione dell'aria normale

Sostanza	Designazione	In volume,%	A peso,%
Azoto
Ossigeno
Argon
Diossido di carbonio
Neon		0,001818
Metano			0,000084
Elio		0,000524	0,000073
Krypton		0,000114
Idrogeno
Xeno		0,0000087

Ioni leggeri dell'aria

Ogni residente di San Pietroburgo ritiene che l'aria sia fortemente inquinata. Un numero sempre crescente di automobili, fabbriche e stabilimenti emettono nell'atmosfera tonnellate di rifiuti derivanti dalle loro attività. L'aria inquinata contiene sostanze fisiche, chimiche e insolite sostanze biologiche. I principali inquinanti presenti nell'aria atmosferica di una metropoli sono: aldeidi, ammoniaca, pulviscolo atmosferico, monossido di carbonio, ossidi di azoto, anidride solforosa, idrocarburi, metalli pesanti (piombo, rame, zinco, cadmio, cromo).

I componenti più pericolosi dello smog sono particelle microscopiche di sostanze nocive. Circa il 60% sono prodotti della combustione dei motori automobilistici. Sono queste particelle che inaliamo mentre camminiamo per le strade delle nostre città e che accumuliamo nei nostri polmoni. Secondo i medici, i polmoni di un abitante della metropoli sono molto simili nel grado di inquinamento ai polmoni di un forte fumatore.

I gas di scarico delle auto sono al primo posto per quanto riguarda il contributo all’inquinamento atmosferico, al secondo le emissioni delle centrali termoelettriche, industria chimica- il terzo.

Grado di ionizzazione dell'aria

Alto grado di ionizzazione

L'aria atmosferica è sempre ionizzata e contiene più o meno ioni d'aria. Il processo di ionizzazione dell'aria naturale avviene sotto l'influenza di una serie di fattori, i principali dei quali sono la radioattività del suolo, delle rocce, del mare e acque sotterranee, Raggi cosmici, fulmini, spruzzi d'acqua (effetto Lennard) nelle cascate, nella calotta delle onde, ecc., radiazione ultravioletta del sole, fiamma incendi boschivi, alcune sostanze aromatiche, ecc. Sotto l'influenza di questi fattori si formano ioni atmosferici sia positivi che negativi. Le molecole d'aria neutre si depositano istantaneamente sugli ioni risultanti, dando origine ai cosiddetti ioni atmosferici normali e leggeri. Incontrando nel loro cammino particelle di polvere sospese nell'aria, particelle di fumo e minuscole goccioline d'acqua, gli ioni leggeri si depositano su di essi e si trasformano in ioni pesanti. In media, 1 cm 3 sopra la superficie terrestre contiene fino a 1500 ioni, tra i quali predominano quelli caricati positivamente, il che, come verrà mostrato di seguito, non è del tutto desiderabile per la salute umana.

In alcune regioni, la ionizzazione dell'aria è caratterizzata da indicatori più favorevoli. Tra le zone dove l'aria è particolarmente ionizzata ci sono le piste montagne alte, valli montane, cascate, rive di mari e oceani. Sono spesso utilizzati per organizzare strutture ricreative e trattamenti sanatori-resort.

Pertanto, gli ioni dell'aria sono un fattore ambientale costantemente operativo, come la temperatura, l'umidità relativa e la velocità dell'aria.

Un cambiamento nel grado di ionizzazione dell'aria inalata comporta inevitabilmente cambiamenti in vari organi e sistemi. Da qui il desiderio naturale di utilizzare aria ionizzata, da un lato, e la necessità di sviluppare apparecchi e dispositivi per modificare artificialmente la concentrazione e il rapporto degli ioni nell'aria atmosferica, dall'altro. Oggi, utilizzando apposite apparecchiature, è possibile aumentare il grado di ionizzazione dell'aria, aumentando il numero di ioni per 1 cm 3 migliaia di volte.

Le norme e i regolamenti sanitari ed epidemiologici SanPiN 2.2.4.1294-03 forniscono requisiti igienici per la composizione aeroionica dell'aria nei locali industriali e pubblici. Si prega di notare che non è importante solo il numero di ioni d'aria caricati negativamente e positivamente, ma anche il rapporto tra la concentrazione di positivi e la concentrazione di negativi, che è chiamato coefficiente di unipolarità (vedere la tabella seguente).

In conformità con i requisiti igienici, il numero di ioni dell'aria caricati negativamente deve essere maggiore o, in casi estremi, uguale al numero di ioni dell'aria caricati positivamente. Se vivi in ​​città e lavori in uffici, dovresti utilizzare gli ionizzatori d'aria per non perdere la concentrazione e stancarti più lentamente durante la giornata lavorativa.

Microclima: rel. umidità, temperatura, velocità, pressione

Il microclima si riferisce a un insieme di parametri ambientali fisici che influenzano lo scambio di calore e la salute umana. I principali parametri microclimatici sono l’umidità relativa, la temperatura, la pressione e la velocità dell’aria. Il mantenimento di tutti questi parametri a livelli normali all'interno è un fattore chiave che determina il comfort della permanenza di una persona al suo interno.

Il valore normale dei parametri microclimatici consente al corpo umano di spendere un minimo di energia: per mantenere il livello richiesto di scambio termico, per ottenere la quantità richiesta di ossigeno; allo stesso tempo, una persona non sente né caldo, né freddo, né soffocamento. Secondo le statistiche, le violazioni del microclima sono le più comuni tra tutte le violazioni delle norme sanitarie e igieniche.

Il microclima è determinato dall'influenza dell'ambiente esterno, dalle caratteristiche costruttive dell'edificio e dai sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria.

Negli edifici a più piani c'è una forte differenza nella pressione dell'aria all'esterno e all'interno dell'edificio. Ciò porta all'accumulo di vari contaminanti nell'edificio e la loro concentrazione sarà diversa ai piani superiore e inferiore, il che ha un effetto dannoso.

Le caratteristiche del microclima di ogni specifico appartamento si formano sotto l'influenza di flussi d'aria, umidità e calore. L'aria nella stanza è costantemente in movimento. Pertanto uno dei parametri chiave l'aria è la velocità del suo movimento.

Di seguito è riportata una tabella che mostra l'ottimale e valori validi temperatura, umidità e velocità dell'aria in vari ambienti secondo l'attuale SanPiN 2.1.2.2801-10 "Modifiche e integrazioni n. 1 a SanPiN 2.1.2.2645-10 "Requisiti sanitari ed epidemiologici per le condizioni di vita negli edifici e nei locali residenziali".

Parametri dell'aria nella tua casa, ufficio o cottage di campagna, puoi adottare misure appropriate per normalizzare le deviazioni identificate.

Attuali norme sanitarie e standard atmosferici

Il nome di una stanza	Temperatura dell'aria, °C		Umidità relativa, %		Velocità dell'aria, m/s
	ottimo.	consentito	ottimo.	consentito	ottimo.	consentito
Stagione fredda
Soggiorno

Gli strati inferiori dell'atmosfera sono costituiti da una miscela di gas chiamata aria , in cui sono sospese particelle liquide e solide. peso totale quest'ultimo è insignificante rispetto all'intera massa dell'atmosfera.

L'aria atmosferica è una miscela di gas, i principali dei quali sono azoto N2, ossigeno O2, argon Ar, diossido di carbonio CO2 e vapore acqueo. L'aria senza vapore acqueo è chiamata aria secca. Sulla superficie terrestre, l'aria secca è composta per il 99% da azoto (78% in volume o 76% in massa) e ossigeno (21% in volume o 23% in massa). Il restante 1% è quasi interamente argon. Per l’anidride carbonica CO2 rimane solo lo 0,08%. Numerosi altri gas fanno parte dell'aria in millesimi, milionesimi e frazioni percentuali ancora più piccole. Questi sono kripton, xeno, neon, elio, idrogeno, ozono, iodio, radon, metano, ammoniaca, perossido di idrogeno, protossido di azoto, ecc. La composizione dell'aria atmosferica secca vicino alla superficie terrestre è riportata nella tabella. 1.

Tabella 1

Composizione dell'aria atmosferica secca in prossimità della superficie terrestre

	Concentrazione in volume,%	Massa molecolare	Densità rispetto alla densità aria secca
Ossigeno (O2)
Anidride carbonica (CO2)
Kripton (Kr)
Idrogeno (H2)
Xeno (Xe)
Aria secca

Composizione percentuale dell'aria secca superficie terrestre molto costante e praticamente uguale ovunque. Solo il contenuto di anidride carbonica può cambiare in modo significativo. Come risultato dei processi di respirazione e combustione, il suo contenuto volumetrico nell'aria di ambienti chiusi e scarsamente ventilati, nonché nei centri industriali, può aumentare più volte, fino allo 0,1-0,2%. La percentuale di azoto e ossigeno cambia leggermente.

L'atmosfera reale contiene tre importanti componenti variabili: vapore acqueo, ozono e anidride carbonica. Il contenuto di vapore acqueo nell'aria varia entro limiti significativi, a differenza di altri componenti dell'aria: sulla superficie terrestre oscilla tra centesimi di punto percentuale e diversi punti percentuali (dallo 0,2% alle latitudini polari al 2,5% all'equatore, e in in alcuni casi varia da quasi zero al 4%). Ciò è spiegato dal fatto che nelle condizioni esistenti nell'atmosfera, il vapore acqueo può trasformarsi in liquido e stato solido e, al contrario, possono entrare nuovamente nell'atmosfera a causa dell'evaporazione dalla superficie terrestre.

Il vapore acqueo entra continuamente nell'atmosfera attraverso l'evaporazione dalle superfici dell'acqua, da terreno bagnato e dalla traspirazione delle piante, in luoghi diversi e in tempo diverso egli entra varie quantità. Si diffonde verso l'alto dalla superficie terrestre e viene trasportato dalle correnti d'aria da un luogo all'altro della terra.

Nell'atmosfera può verificarsi uno stato di saturazione. In questo stato, il vapore acqueo è contenuto nell'aria nella quantità massima possibile ad una determinata temperatura. Si chiama vapore acqueo saturante(O saturato), e l'aria che lo contiene saturato.

Lo stato di saturazione viene solitamente raggiunto quando la temperatura dell'aria diminuisce. Quando viene raggiunto questo stato, poi con un ulteriore abbassamento della temperatura, parte del vapore acqueo diventa in eccesso e condensa, passa allo stato liquido o solido. Nell'aria compaiono goccioline d'acqua e cristalli di ghiaccio di nuvole e nebbie. Le nuvole potrebbero evaporare nuovamente; in altri casi, goccioline e cristalli delle nuvole, diventando più grandi, possono cadere sulla superficie terrestre sotto forma di precipitazioni. Come risultato di tutto ciò, il contenuto di vapore acqueo in ogni parte dell'atmosfera cambia costantemente.

Sono associati il ​​vapore acqueo nell'aria e le sue transizioni da gassoso a liquido e solido processi critici caratteristiche meteorologiche e climatiche. La presenza di vapore acqueo nell'atmosfera influenza in modo significativo le condizioni termiche dell'atmosfera e della superficie terrestre. Il vapore acqueo assorbe fortemente la radiazione infrarossa a onda lunga emessa dalla superficie terrestre. A sua volta, emette radiazione infrarossa, la maggior parte della quale va sulla superficie terrestre. Ciò riduce il raffreddamento notturno della superficie terrestre e quindi anche degli strati d'aria inferiori.

Grandi quantità di calore vengono spese per l'evaporazione dell'acqua dalla superficie terrestre e quando il vapore acqueo si condensa nell'atmosfera, questo calore viene trasferito all'aria. Le nubi risultanti dalla condensazione riflettono e assorbono la radiazione solare nel suo percorso verso la superficie terrestre. Le precipitazioni nuvolose sono un elemento essenziale del tempo e del clima. Infine, la presenza di vapore acqueo nell'atmosfera è importante per i processi fisiologici.

Il vapore acqueo, come qualsiasi gas, ha elasticità (pressione). Pressione del vapore acqueo eè proporzionale alla sua densità (contenuto per unità di volume) e al suo temperatura assoluta. È espresso nelle stesse unità della pressione atmosferica, vale a dire sia in millimetri di mercurio, sia in millibar

Si chiama la pressione del vapore acqueo alla saturazione elasticità di saturazione. Questo la massima pressione del vapore acqueo possibile ad una data temperatura. Ad esempio alla temperatura di 0° l'elasticità di saturazione è di 6,1 mb . Per ogni aumento di temperatura di 10° l'elasticità di saturazione raddoppia circa.

Se l'aria contiene meno vapore acqueo di quanto necessario per saturarla a una determinata temperatura, è possibile determinare quanto l'aria è vicina allo stato di saturazione. Per fare questo, calcola umidità relativa. Questo è il nome dato al rapporto di elasticità effettiva e vapore acqueo nell'aria fino all'elasticità di saturazione E alla stessa temperatura, espressa in percentuale, cioè

Ad esempio, ad una temperatura di 20° la pressione di saturazione è di 23,4 mb. Se la pressione effettiva del vapore nell'aria è di 11,7 mb, l'umidità relativa lo è

L'elasticità del vapore acqueo sulla superficie terrestre varia da centesimi di millibar (a molto basse temperature in inverno in Antartide e Yakutia) fino a 35 mb in più (all'equatore). Più l'aria è calda, più vapore acqueo può contenere senza saturazione e, quindi, maggiore è la pressione del vapore acqueo al suo interno.

L'umidità relativa dell'aria può assumere tutti i valori: da zero per aria completamente secca ( e= 0) al 100% per lo stato di saturazione (e = E).

I componenti principali dell'aria atmosferica sono ossigeno (circa 21%), azoto (78%), anidride carbonica (0,03-0,04%), vapore acqueo, gas inerti, ozono, perossido di idrogeno (circa 1%).

L’ossigeno è la parte più costituente dell’aria. Con la sua partecipazione diretta, tutti i processi ossidativi si verificano nel corpo umano e animale. A riposo, una persona consuma circa 350 ml di ossigeno al minuto e in condizioni gravi lavoro fisico la quantità di ossigeno consumato aumenta più volte.

L'aria inalata contiene il 20,7-20,9% di ossigeno e l'aria espirata ne contiene circa il 15-16%. Pertanto, i tessuti corporei assorbono circa 1/4 dell'ossigeno presente nell'aria inalata.

Nell'atmosfera, il contenuto di ossigeno non cambia in modo significativo. Le piante assorbono l'anidride carbonica e, scomponendola, assimilano il carbonio e rilasciano l'ossigeno rilasciato nell'atmosfera. La fonte della formazione di ossigeno è anche la decomposizione fotochimica del vapore acqueo negli strati superiori dell'atmosfera sotto l'influenza radiazioni ultraviolette sole. Per garantire una composizione costante dell'aria atmosferica è importante anche la miscelazione dei flussi d'aria negli strati inferiori dell'atmosfera. L'eccezione sono le stanze ermeticamente chiuse, dove, a causa della permanenza prolungata delle persone, il contenuto di ossigeno può essere significativamente ridotto ( sottomarini, rifugi, cabine pressurizzate di aerei, ecc.).

Per il corpo è importante la pressione parziale dell'ossigeno e non il suo contenuto assoluto nell'aria inalata. Ciò è dovuto al fatto che il passaggio dell'ossigeno dall'aria alveolare al sangue e dal sangue al fluido tissutale avviene sotto l'influenza delle differenze di pressione parziale. La pressione parziale dell'ossigeno diminuisce con l'aumentare dell'altitudine sul livello del mare (Tabella 1).

Tabella 1. Pressione parziale dell'ossigeno a altezze diverse

Grande importanza ha l'uso dell'ossigeno per il trattamento di malattie accompagnate da carenza di ossigeno (tende ad ossigeno, inalatori).

Diossido di carbonio. Il contenuto di anidride carbonica nell’atmosfera è abbastanza costante. Questa costanza è spiegata dal suo ciclo in natura. Nonostante il fatto che i processi di decadimento e l'attività vitale del corpo siano accompagnati dal rilascio di anidride carbonica, non si verifica un aumento significativo del suo contenuto nell'atmosfera, poiché l'anidride carbonica viene assorbita dalle piante. In questo caso, il carbonio viene utilizzato per costruire sostanze organiche e l'ossigeno entra nell'atmosfera. L'aria espirata contiene fino al 4,4% di anidride carbonica.

L'anidride carbonica è uno stimolante fisiologico del centro respiratorio, pertanto durante la respirazione artificiale viene aggiunta all'aria in piccole quantità. IN grandi quantità può avere effetti narcotici e causare la morte.

L’anidride carbonica ha anche un significato igienico. In base al suo contenuto viene giudicata la pulizia dell'aria nei locali residenziali e pubblici (cioè nei locali in cui sono presenti persone). Quando le persone si riuniscono in ambienti poco ventilati, parallelamente all'accumulo di anidride carbonica nell'aria, aumenta il contenuto di altri rifiuti umani, la temperatura dell'aria aumenta e la sua umidità aumenta.

È stato stabilito che se il contenuto di anidride carbonica nell'aria interna supera lo 0,07-0,1%, l'aria diventa cattivo odore e può disturbare lo stato funzionale del corpo.

Il parallelismo tra i cambiamenti nelle proprietà elencate dell'aria nei locali residenziali e l'aumento della concentrazione di anidride carbonica, nonché la facilità di determinarne il contenuto, consentono di utilizzare questo indicatore per la valutazione igienica della qualità dell'aria e del efficienza della ventilazione dei locali pubblici.

Azoto e altri gas. L'azoto è basilare parte integrale aria atmosferica. Nel corpo si dissolve nel sangue e nei fluidi tissutali, ma non prende parte alle reazioni chimiche.

Ora è stato stabilito sperimentalmente che in condizioni ipertensione L'azoto nell'aria provoca negli animali un disturbo della coordinazione neuromuscolare, seguito da agitazione e stato narcotico. I ricercatori hanno osservato fenomeni simili tra i subacquei. L'uso di una miscela di elio-ossigeno per la respirazione da parte dei subacquei consente di aumentare la profondità di discesa fino a 200 m senza sintomi pronunciati di intossicazione.

Durante scariche elettriche da fulmini e sotto l'influenza raggi ultravioletti Quando esposti alla luce solare, nell'aria si formano piccole quantità di altri gas. Il loro valore igienico è relativamente piccolo.

* La pressione parziale di un gas in una miscela di gas è la pressione che un dato gas produrrebbe se occupasse l'intero volume della miscela.

Il significato del respiro

La respirazione è un processo vitale di costante scambio di gas tra il corpo e il suo ambiente. ambiente esterno. Nel processo di respirazione, una persona assorbe ossigeno dall'ambiente e rilascia anidride carbonica.

Quasi tutte le reazioni complesse di trasformazione delle sostanze nel corpo richiedono la partecipazione dell'ossigeno. Senza ossigeno, il metabolismo è impossibile ed è necessario un apporto costante di ossigeno per preservare la vita. Nelle cellule e nei tessuti, a seguito del metabolismo, si forma anidride carbonica, che deve essere eliminata dal corpo. L'accumulo di quantità significative di anidride carbonica all'interno del corpo è pericoloso. L'anidride carbonica viene trasportata dal sangue agli organi respiratori ed espirata. L'ossigeno che entra negli organi respiratori durante l'inalazione si diffonde nel sangue e viene consegnato agli organi e ai tessuti dal sangue.

Non ci sono riserve di ossigeno nel corpo umano e animale, e quindi il suo continuo apporto al corpo è una necessità vitale. Se una persona, nei casi necessari, può vivere senza cibo per più di un mese, senza acqua fino a 10 giorni, in assenza di ossigeno si verificano cambiamenti irreversibili entro 5-7 minuti.

Composizione dell'aria inspirata, espirata e alveolare

Inspirando ed espirando alternativamente, una persona ventila i polmoni, mantenendo una composizione di gas relativamente costante nelle vescicole polmonari (alveoli). Una persona respira aria atmosferica con un alto contenuto di ossigeno (20,9%) e un basso contenuto di anidride carbonica (0,03%) ed espira aria in cui è presente il 16,3% di ossigeno e il 4% di anidride carbonica (Tabella 8).

La composizione dell'aria alveolare differisce significativamente dalla composizione dell'aria atmosferica inalata. Contiene meno ossigeno (14,2%) e una grande quantità di anidride carbonica (5,2%).

L'azoto e i gas inerti che compongono l'aria non prendono parte alla respirazione e il loro contenuto nell'aria inspirata, espirata e alveolare è quasi lo stesso.

Perché l'aria espirata contiene più ossigeno dell'aria alveolare? Ciò è spiegato dal fatto che quando espiri, l'aria che si trova negli organi respiratori, nelle vie aeree, si mescola con l'aria alveolare.

Pressione parziale e tensione dei gas

Nei polmoni, l'ossigeno proveniente dall'aria alveolare passa nel sangue e l'anidride carbonica dal sangue entra nei polmoni. La transizione dei gas dall'aria al liquido e dal liquido all'aria avviene a causa della differenza nella pressione parziale di questi gas nell'aria e nel liquido. La pressione parziale è la parte della pressione totale che rappresenta la frazione di un dato gas in esso contenuto miscela di gas. Maggiore è la percentuale di gas nella miscela, maggiore sarà la sua pressione parziale. L'aria atmosferica, come è noto, è una miscela di gas. Pressione atmosferica 760 mm Hg. Arte. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria atmosferica è pari al 20,94% di 760 mm, ovvero 159 mm; azoto - 79,03% di 760 mm, ovvero circa 600 mm; C'è poca anidride carbonica nell'aria atmosferica - 0,03%, quindi la sua pressione parziale è 0,03% di 760 mm - 0,2 mm Hg. Arte.

Per i gas disciolti in un liquido si usa il termine “tensione”, corrispondente al termine “pressione parziale” usato per i gas liberi. La tensione del gas è espressa nelle stesse unità della pressione (mmHg). Se la pressione parziale del gas in ambiente superiore alla tensione di questo gas nel liquido, il gas si dissolve nel liquido.

La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare è 100-105 mm Hg. Art., e nel sangue che scorre ai polmoni la tensione dell'ossigeno è in media di 60 mm Hg. Art., quindi, nei polmoni, l'ossigeno dell'aria alveolare passa nel sangue.

Il movimento dei gas avviene secondo le leggi della diffusione, secondo le quali il gas si diffonde da un mezzo con alta pressione parziale a un mezzo con pressione minore.

Scambio di gas nei polmoni

Il passaggio dell'ossigeno dall'aria alveolare al sangue nei polmoni e il flusso dell'anidride carbonica dal sangue ai polmoni obbediscono alle leggi sopra descritte.

Grazie al lavoro del grande fisiologo russo Ivan Mikhailovich Sechenov, è stato possibile studiare la composizione gassosa del sangue e le condizioni dello scambio gassoso nei polmoni e nei tessuti.

Lo scambio di gas nei polmoni avviene tra l'aria alveolare e il sangue per diffusione. Gli alveoli dei polmoni sono intrecciati con una fitta rete di capillari. Le pareti degli alveoli e dei capillari sono molto sottili, il che facilita la penetrazione dei gas dai polmoni nel sangue e viceversa. Lo scambio di gas dipende dalla dimensione della superficie attraverso la quale i gas diffondono e dalla differenza di pressione parziale (tensione) dei gas che diffondono. Con un respiro profondo, gli alveoli si allungano e la loro superficie raggiunge i 100-105 m2. Anche la superficie dei capillari nei polmoni è ampia. Esiste una differenza sufficiente tra la pressione parziale dei gas nell'aria alveolare e la tensione di questi gas nel sangue venoso (Tabella 9).

Dalla Tabella 9 risulta che la differenza tra la tensione dei gas nel sangue venoso e la loro pressione parziale nell'aria alveolare è 110 - 40 = 70 mm Hg per l'ossigeno. Art., e per l'anidride carbonica 47 - 40 = 7 mm Hg. Arte.

Sperimentalmente è stato possibile stabilirlo con una differenza nella tensione dell'ossigeno di 1 mm Hg. Arte. in un adulto a riposo possono entrare nel sangue 25-60 ml di ossigeno in 1 minuto. Una persona a riposo necessita di circa 25-30 ml di ossigeno al minuto. Pertanto, una differenza di pressione dell'ossigeno di 70 mmHg. st, sufficiente a fornire ossigeno al corpo condizioni diverse le sue attività: durante il lavoro fisico, esercizi sportivi, ecc.

La velocità di diffusione dell'anidride carbonica dal sangue è 25 volte maggiore di quella dell'ossigeno, quindi con una differenza di pressione di 7 mm Hg. Art., l'anidride carbonica ha il tempo di essere rilasciata dal sangue.

Trasferimento di gas attraverso il sangue

Il sangue trasporta ossigeno e anidride carbonica. Nel sangue, come in qualsiasi liquido, i gas possono trovarsi in due stati: fisicamente disciolti e chimicamente legati. Sia l'ossigeno che l'anidride carbonica sono molto piccola quantità dissolversi nel plasma sanguigno. La maggior parte dell'ossigeno e dell'anidride carbonica vengono trasportati in forma legata chimicamente.

Il principale trasportatore di ossigeno è l'emoglobina nel sangue. 1 g di emoglobina lega 1,34 ml di ossigeno. L'emoglobina ha la capacità di combinarsi con l'ossigeno, formando ossiemoglobina. Maggiore è la pressione parziale dell'ossigeno, maggiore è la quantità di ossiemoglobina che si forma. Nell'aria alveolare la pressione parziale dell'ossigeno è di 100-110 mm Hg. Arte. In tali condizioni, il 97% dell'emoglobina nel sangue si lega all'ossigeno. Il sangue apporta ossigeno ai tessuti sotto forma di ossiemoglobina. Qui la pressione parziale dell'ossigeno è bassa e l'ossiemoglobina, un composto fragile, rilascia ossigeno, che viene utilizzato dai tessuti. Il legame dell'ossigeno da parte dell'emoglobina è influenzato anche dalla tensione dell'anidride carbonica. L'anidride carbonica riduce la capacità dell'emoglobina di legare l'ossigeno e favorisce la dissociazione dell'ossiemoglobina. L’aumento della temperatura riduce anche la capacità dell’emoglobina di legare l’ossigeno. È noto che la temperatura nei tessuti è più alta che nei polmoni. Tutte queste condizioni aiutano a dissociare l'ossiemoglobina, a seguito della quale il sangue rilascia l'ossigeno rilasciato dal composto chimico nel fluido tissutale.

La proprietà dell'emoglobina di legare l'ossigeno è vitale per il corpo. A volte le persone muoiono per mancanza di ossigeno nel corpo, circondate dal massimo aria pulita. Questo può succedere ad una persona che si trova in condizioni bassa pressione sanguigna(ad alta quota), dove l'atmosfera sottile ha una pressione parziale di ossigeno molto bassa. 15 aprile 1875 Palloncino Lo Zenit, che aveva a bordo tre aerostati, raggiunse un'altitudine di 8000 m. Quando il pallone atterrò, solo una persona rimase viva. La causa della morte è stata una forte diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno in alta quota. Ad alta quota (7-8 km), il sangue arterioso nella sua composizione gassosa si avvicina al sangue venoso; tutti i tessuti del corpo iniziano a sperimentare una grave mancanza di ossigeno, che porta a gravi conseguenze. Salire ad altitudini superiori a 5000 m richiede solitamente l'uso di speciali dispositivi di ossigeno.

Con un allenamento speciale il corpo può adattarsi al basso contenuto di ossigeno nell'aria atmosferica. La respirazione di una persona allenata diventa più profonda, il numero di globuli rossi nel sangue aumenta a causa della loro maggiore formazione negli organi emopoietici e del loro approvvigionamento dal deposito del sangue. Inoltre, aumentano le contrazioni cardiache, che portano ad un aumento del volume minuto del sangue.

Le camere a pressione sono ampiamente utilizzate per l'allenamento.

L'anidride carbonica viene trasportata dal sangue sotto forma di composti chimici: bicarbonati di sodio e potassio. Il legame dell'anidride carbonica e il suo rilascio nel sangue dipendono dalla sua tensione nei tessuti e nel sangue.

Inoltre, l'emoglobina del sangue è coinvolta nel trasferimento dell'anidride carbonica. Nei capillari dei tessuti entra l'emoglobina composto chimico con anidride carbonica. Nei polmoni, questo composto si scompone per rilasciare anidride carbonica. Circa il 25-30% dell'anidride carbonica rilasciata nei polmoni è trasportata dall'emoglobina.

La struttura e la composizione dell'atmosfera terrestre, va detto, non sono sempre stati valori costanti nell'uno o nell'altro periodo dello sviluppo del nostro pianeta. Oggi la struttura verticale di questo elemento, che ha uno “spessore” totale di 1,5-2,0 mila km, è rappresentata da diversi strati principali, tra cui:

1. Troposfera.
2. Tropopausa.
3. Stratosfera.
4. Stratopausa.
5. Mesosfera e mesopausa.
6. Termosfera.
7. Esosfera.

Elementi fondamentali dell'atmosfera

La troposfera è uno strato in cui si osservano forti movimenti verticali e orizzontali; è qui che si verificano fenomeni meteorologici, sedimentari; condizioni climatiche. Si estende per 7-8 chilometri dalla superficie del pianeta quasi ovunque, ad eccezione delle regioni polari (lì fino a 15 km). Nella troposfera si registra una diminuzione graduale della temperatura, di circa 6,4°C per ogni chilometro di altitudine. Questo indicatore può differire a seconda delle latitudini e delle stagioni.

La composizione dell'atmosfera terrestre in questa parte è rappresentata dai seguenti elementi e dalle loro percentuali:

Azoto: circa il 78%;

Ossigeno: quasi il 21%;

Argon: circa l'1%;

Anidride carbonica - inferiore allo 0,05%.

Composizione singola fino a quota 90 chilometri

Inoltre, si possono trovare polvere, gocce d'acqua, vapore acqueo, prodotti della combustione, cristalli di ghiaccio, sali marini, molte particelle di aerosol, ecc. Questa composizione dell'atmosfera terrestre è osservata fino a circa novanta chilometri di altitudine, quindi l'aria è approssimativamente la stessa nella composizione chimica, non solo nella troposfera, ma anche negli strati sovrastanti. Ma lì l’atmosfera è fondamentalmente diversa Proprietà fisiche. Lo strato che ha una composizione chimica generale è chiamato omosfera.

Quali altri elementi compongono l'atmosfera terrestre? In percentuale (in volume, nell'aria secca) gas come krypton (circa 1,14 x 10 -4), xeno (8,7 x 10 -7), idrogeno (5,0 x 10 -5), metano (circa 1,7 x 10 -5) sono rappresentati qui 4), protossido di azoto (5,0 x 10 -5), ecc. In percentuale in massa, la maggior parte dei componenti elencati sono protossido di azoto e idrogeno, seguiti da elio, cripton, ecc.

Proprietà fisiche dei diversi strati atmosferici

Le proprietà fisiche della troposfera sono strettamente legate alla sua vicinanza alla superficie del pianeta. Da qui, il calore solare riflesso sotto forma di raggi infrarossi viene diretto verso l'alto, coinvolgendo i processi di conduzione e convezione. Ecco perché la temperatura diminuisce con la distanza dalla superficie terrestre. Questo fenomeno si osserva fino all'altezza della stratosfera (11-17 chilometri), poi la temperatura diventa quasi invariata fino a 34-35 km, per poi risalire fino a quote di 50 chilometri (limite superiore della stratosfera). . Tra la stratosfera e la troposfera c'è uno strato sottile strato intermedio tropopausa (fino a 1-2 km), dove si osservano temperature costanti sopra l'equatore - circa meno 70°C e inferiori. Sopra i poli la tropopausa si “riscalda” in estate fino a meno 45°C, in inverno le temperature oscillano intorno ai -65°C;

La composizione del gas dell'atmosfera terrestre include un elemento così importante come l'ozono. In superficie ce n'è relativamente poco (dieci alla meno sesta potenza dell'1%), poiché il gas si forma sotto l'influenza i raggi del sole dall’ossigeno atomico nelle parti superiori dell’atmosfera. In particolare, la maggior parte dell’ozono si trova ad un’altitudine di circa 25 km, e l’intero “schermo di ozono” si trova in aree che vanno da 7-8 km ai poli, da 18 km all’equatore e fino a cinquanta chilometri complessivamente sopra il livello del mare. superficie del pianeta.

L'atmosfera protegge dalle radiazioni solari

La composizione dell'aria nell'atmosfera terrestre gioca un ruolo molto importante nel preservare la vita, poiché individuale elementi chimici e le composizioni limitano con successo l'accesso radiazione solare alla superficie terrestre e alle persone, agli animali e alle piante che vivono su di essa. Ad esempio, le molecole di vapore acqueo assorbono efficacemente quasi tutte le gamme di radiazioni infrarosse, ad eccezione delle lunghezze comprese tra 8 e 13 micron. L'ozono assorbe la radiazione ultravioletta fino alla lunghezza d'onda di 3100 A. Senza il suo sottile strato (solo 3 mm in media se posto sulla superficie del pianeta), solo l'acqua ad una profondità superiore a 10 metri e le grotte sotterranee dove la radiazione solare non arriva raggiungere può essere abitato.

Zero Celsius alla stratopausa

Tra i due livelli successivi dell'atmosfera, la stratosfera e la mesosfera, c'è uno strato notevole: la stratopausa. Corrisponde approssimativamente all'altezza massima dell'ozono e la temperatura qui è relativamente confortevole per l'uomo - circa 0°C. Al di sopra della stratopausa, nella mesosfera (inizia da qualche parte ad un'altitudine di 50 km e termina ad un'altitudine di 80-90 km), si osserva nuovamente un calo della temperatura con l'aumentare della distanza dalla superficie terrestre (a meno 70-80 ° C ). Le meteore di solito bruciano completamente nella mesosfera.

Nella termosfera - più 2000 K!

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre nella termosfera (inizia dopo la mesopausa da altitudini comprese tra circa 85-90 e 800 km) determina la possibilità di un fenomeno come il riscaldamento graduale di strati di "aria" molto rarefatta sotto l'influenza radiazione solare. In questa parte della “coperta d'aria” del pianeta, le temperature vanno da 200 a 2000 K, che si ottengono grazie alla ionizzazione dell'ossigeno (sopra i 300 km c'è ossigeno atomico), nonché alla ricombinazione degli atomi di ossigeno in molecole , accompagnato dal comunicato grande quantità Calore. La termosfera è il luogo in cui si verificano le aurore.

Sopra la termosfera c'è l'esosfera, lo strato esterno dell'atmosfera, da cui possono fuoriuscire la luce e gli atomi di idrogeno in rapido movimento. spazio. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre qui è rappresentata principalmente da singoli atomi di ossigeno negli strati inferiori, da atomi di elio negli strati intermedi e quasi esclusivamente da atomi di idrogeno negli strati superiori. Qui dominano alte temperature- circa 3000 K e non c'è pressione atmosferica.

Come si è formata l'atmosfera terrestre?

Ma, come accennato in precedenza, il pianeta non ha sempre avuto una composizione così atmosferica. In totale, ci sono tre concetti sull'origine di questo elemento. La prima ipotesi suggerisce che l'atmosfera sia stata prelevata attraverso il processo di accrescimento da una nube protoplanetaria. Tuttavia, oggi questa teoria è soggetta a critiche significative, poiché un’atmosfera così primaria avrebbe dovuto essere distrutta dal “vento” solare proveniente da una stella nel nostro sistema planetario. Inoltre, si presume che gli elementi volatili non possano essere trattenuti nella zona di formazione dei pianeti terrestri a causa delle temperature troppo elevate.

La composizione dell'atmosfera primaria terrestre, come suggerisce la seconda ipotesi, potrebbe essersi formata a causa del bombardamento attivo della superficie da parte di asteroidi e comete arrivati ​​dalla zona circostante sistema solare nelle prime fasi di sviluppo. È abbastanza difficile confermare o confutare questo concetto.

Esperimento presso l'Istituto di Geografia RAS

La più plausibile sembra essere la terza ipotesi, secondo la quale l'atmosfera si sarebbe formata in seguito al rilascio di gas dal mantello la crosta terrestre circa 4 miliardi di anni fa. Questo concetto è stato testato presso l’Istituto di Geografia dell’Accademia Russa delle Scienze durante un esperimento chiamato “Tsarev 2”, quando un campione di una sostanza di origine meteorica è stato riscaldato nel vuoto. Quindi è stato registrato il rilascio di gas come H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, ecc. Pertanto, gli scienziati hanno giustamente ipotizzato che la composizione chimica dell'atmosfera primaria della Terra includesse acqua e anidride carbonica, acido fluoridrico (). HF) vapore, monossido di carbonio(CO), idrogeno solforato (H 2 S), composti di azoto, idrogeno, metano (CH 4), vapore di ammoniaca (NH 3), argon, ecc. Il vapore acqueo dell'atmosfera primaria ha partecipato alla formazione dell'idrosfera, dell'anidride carbonica è apparso in misura maggiore allo stato legato nelle sostanze organiche e rocce, l'azoto è passato nella composizione dell'aria moderna, e anche di nuovo nelle rocce sedimentarie e nella materia organica.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra non lo avrebbe consentito persone moderne stare lì senza respiratore, perché allora non c'era ossigeno nella quantità richiesta. Questo elemento è apparso in quantità significative un miliardo e mezzo di anni fa, probabilmente in relazione allo sviluppo del processo di fotosintesi delle alghe blu-verdi e di altre alghe, che sono gli abitanti più antichi del nostro pianeta.

Ossigeno minimo

Il fatto che la composizione dell'atmosfera terrestre fosse inizialmente quasi priva di ossigeno è indicato dal fatto che nelle rocce più antiche (catarchee) si trova grafite (carbonio) facilmente ossidata, ma non ossidata. Successivamente, il cosiddetto fasciato minerali di ferro, che includeva strati di ossidi di ferro arricchiti, il che significa l'apparizione sul pianeta di una potente fonte di ossigeno in forma molecolare. Ma questi elementi venivano trovati solo periodicamente (forse le stesse alghe o altri produttori di ossigeno apparivano in piccole isole in un deserto privo di ossigeno), mentre il resto del mondo era anaerobico. Quest'ultima è supportata dal fatto che è stata ritrovata pirite facilmente ossidabile sotto forma di ciottoli lavorati dalla corrente senza tracce reazioni chimiche. Poiché le acque correnti non possono essere scarsamente aerate, si è sviluppata l'idea che l'atmosfera prima del Cambriano contenesse meno dell'1% della composizione di ossigeno di oggi.

Cambiamento rivoluzionario nella composizione dell'aria

Approssimativamente a metà del Proterozoico (1,8 miliardi di anni fa), avvenne la “rivoluzione dell'ossigeno”, quando il mondo passò alla respirazione aerobica, durante la quale da una molecola nutriente(glucosio) puoi ottenere 38 unità di energia e non due (come nella respirazione anaerobica). La composizione dell'atmosfera terrestre, in termini di ossigeno, cominciò a superare l'1% di quella moderna, e cominciò a formarsi strato di ozono, proteggendo gli organismi dalle radiazioni. Fu da lei che, ad esempio, animali antichi come i trilobiti “si nascondevano” sotto spesse conchiglie. Da allora fino ai nostri giorni, il contenuto del principale elemento “respiratorio” è gradualmente e lentamente aumentato, garantendo la diversità di sviluppo delle forme di vita sul pianeta.