Hvor mye oksygen finnes i atmosfærisk luft. Atmosfærens sammensetning og struktur

Luft er en naturlig blanding av gasser, hovedsakelig nitrogen og oksygen, som utgjør jordens atmosfære. Luft er nødvendig for den normale eksistensen til det store flertallet av jordlevende organismer: oksygenet i luften kommer inn i kroppens celler under respirasjon og brukes i oksidasjonsprosessen, som resulterer i frigjøring av energi som er nødvendig for livet. I industrien og i hverdagen brukes atmosfærisk oksygen til å brenne drivstoff for å produsere varme og mekanisk energi i motorer. intern forbrenning. Edelgasser oppnås fra luft ved flytendegjøring. I samsvar med Føderal lov"On the Protection of Atmospheric Air" forstås atmosfærisk luft som "en vital komponent av miljøet, som er en naturlig blanding av atmosfæriske gasser som befinner seg utenfor bolig-, industri- og andre lokaler."

De viktigste faktorene som bestemmer egnethet for menneskelig bolig er luftmiljø er kjemisk oppbygning, ioniseringsgrad, relativ fuktighet, trykk, temperatur og bevegelseshastighet. La oss vurdere hver av disse faktorene separat.

I 1754 beviste Joseph Black eksperimentelt at luft er en blanding av gasser og ikke et homogent stoff.

Normal luftsammensetning

Substans	Betegnelse	Etter volum, %	Av vekt,%
Nitrogen
Oksygen
Argon
Karbondioksid
Neon		0,001818
Metan			0,000084
Helium		0,000524	0,000073
Krypton		0,000114
Hydrogen
Xenon		0,0000087

Lette luftioner

Hver innbygger i St. Petersburg føler at luften er sterkt forurenset. Et stadig økende antall biler, fabrikker og fabrikker slipper ut tonnevis med avfall fra sine aktiviteter til atmosfæren. Forurenset luft inneholder ukarakteristiske fysiske, kjemiske og biologiske stoffer. De viktigste forurensningene i den atmosfæriske luften i en metropol er: aldehyder, ammoniakk, atmosfærisk støv, karbonmonoksid, nitrogenoksider, svoveldioksid, hydrokarboner, tungmetaller (bly, kobber, sink, kadmium, krom).

De farligste komponentene i smog er mikroskopiske partikler av skadelige stoffer. Omtrent 60 % er forbrenningsprodukter fra bilmotorer. Det er disse partiklene vi inhalerer mens vi går langs gatene i byene våre og samler seg i lungene våre. Ifølge leger er lungene til en storbyboende svært like i grad av forurensning som lungene til en storrøyker.

Bileksos er på første plass når det gjelder bidrag til luftforurensning, utslipp fra termiske kraftverk er på andre plass, kjemisk industri- på den tredje.

Grad av luftionisering

Høy grad av ionisering

Atmosfærisk luft er alltid ionisert og inneholder mer eller mindre luftioner. Prosessen med ionisering av naturlig luft skjer under påvirkning av en rekke faktorer, de viktigste er radioaktiviteten til jord, bergarter, hav og grunnvann, kosmiske stråler, lynnedslag, vannsprut (Lennard-effekten) i fossefall, i bølgehettene osv., ultrafiolett stråling fra solen, flamme skogbranner, noen aromatiske stoffer osv. Under påvirkning av disse faktorene dannes både positive og negative luftioner. Nøytrale luftmolekyler legger seg øyeblikkelig på de resulterende ionene, og gir opphav til de såkalte normale og lette atmosfæriske ioner. Når de møter støvpartikler suspendert i luften, røykpartikler og små vanndråper på vei, legger lette ioner seg på dem og blir til tunge. I gjennomsnitt inneholder 1 cm 3 over jordoverflaten opptil 1500 ioner, blant dem dominerer positivt ladede, noe som, som det skal vises nedenfor, ikke er helt ønskelig for menneskers helse.

I noen regioner er luftionisering preget av mer gunstige indikatorer. Blant områdene hvor luften er spesielt ionisert er bakkene høye fjell, fjelldaler, fosser, kyster av hav og hav. De brukes ofte til å organisere rekreasjonsfasiliteter og behandling på sanatorier.

Dermed er luftioner en konstant fungerende miljøfaktor, som temperatur, relativ fuktighet og lufthastighet.

En endring i graden av ionisering av inhalert luft medfører uunngåelig endringer i ulike organer og systemer. Derav det naturlige ønsket om å bruke ionisert luft i, på den ene siden, og behovet for å utvikle apparater og enheter for kunstig å endre konsentrasjonen og forholdet mellom ioner i atmosfærisk luft, på den andre. I dag, ved hjelp av spesialutstyr, er det mulig å øke graden av ionisering av luft, og øke antall ioner per 1 cm 3 tusenvis av ganger.

De sanitære og epidemiologiske reglene og forskriftene SanPiN 2.2.4.1294-03 gir hygieniske krav til luftionsammensetningen til luften i industrielle og offentlige lokaler. Vær oppmerksom på at ikke bare antallet negativt og positivt ladede luftioner er viktig, men også forholdet mellom konsentrasjonen av positive og konsentrasjonen av negative, som kalles unipolaritetskoeffisienten (se tabellen nedenfor).

I henhold til hygieniske krav må antallet negativt ladede luftioner være større eller i ekstreme tilfeller lik antallet positivt ladede luftioner. Bor du i byer og jobber i kontorlokaler bør du bruke luftionisatorer for ikke å miste konsentrasjonen og bli saktere sliten i løpet av arbeidsdagen.

Mikroklima: rel. fuktighet, temperatur, hastighet, trykk

Mikroklima refererer til et sett med fysiske miljøparametere som påvirker menneskelig varmeveksling og helse. De viktigste mikroklimaparametrene er relativ fuktighet, temperatur, trykk og lufthastighet. Å opprettholde alle disse parametrene på normale nivåer innendørs er en nøkkelfaktor som bestemmer komforten for en persons opphold i den.

Den normale verdien av mikroklimaparametere lar menneskekroppen bruke et minimum av energi: å opprettholde det nødvendige nivået av varmeveksling, for å oppnå den nødvendige mengden oksygen; samtidig føler en person verken varme, kulde eller tetthet. I følge statistikk er mikroklimabrudd de vanligste blant alle brudd på sanitære og hygieniske standarder.

Mikroklimaet bestemmes av påvirkningen fra det ytre miljøet, konstruksjonsfunksjonene til bygningen og varme-, ventilasjons- og klimaanlegg.

I fleretasjesbygg er det stor forskjell i lufttrykk utenfor og inne. Dette fører til akkumulering av ulike forurensninger i bygget, og deres konsentrasjon vil være forskjellig i øvre og nedre etasje, noe som har en skadelig effekt på.

Mikroklimatrekkene til hver spesifikke leilighet dannes under påvirkning av luftstrømmer, fuktighet og varme. Luften i rommet er konstant i bevegelse. Derfor en av nøkkelparametere luft er hastigheten på dens bevegelse.

Nedenfor er en tabell som viser de optimale og gyldige verdier temperatur, fuktighet og lufthastighet i ulike rom i henhold til gjeldende SanPiN 2.1.2.2801-10 «Endringer og tillegg nr. 1 til SanPiN 2.1.2.2645-10 «Sanitære og epidemiologiske krav til levekår i boligbygg og lokaler».

Luftparametere i ditt hjem, kontor eller hytte, kan du ta passende tiltak for å normalisere de identifiserte avvikene.

Gjeldende sanitærregler og luftstandarder

Navnet på et rom	Lufttemperatur, °C		Relativ fuktighet, %		Lufthastighet, m/s
	optim.	tillatelig	optim.	tillatelig	optim.	tillatelig
Kald sesong
Stue

De nedre lagene av atmosfæren består av en blanding av gasser kalt luft , hvori flytende og faste partikler er suspendert. Total vekt sistnevnte er ubetydelig i forhold til hele atmosfærens masse.

Atmosfærisk luft er en blanding av gasser, hvorav de viktigste er nitrogen N2, oksygen O2, argon Ar, karbondioksid CO2 og vanndamp. Luft uten vanndamp kalles tørr luft. På jordoverflaten er tørr luft 99 % nitrogen (78 % etter volum eller 76 % av masse) og oksygen (21 % av volum eller 23 % av masse). De resterende 1% er nesten utelukkende argon. Bare 0,08 % gjenstår for karbondioksid CO2. Tallrike andre gasser er en del av luften i tusendeler, milliondeler og enda mindre brøkdeler av prosent. Disse er krypton, xenon, neon, helium, hydrogen, ozon, jod, radon, metan, ammoniakk, hydrogenperoksid, lystgass osv. Sammensetningen av tørr atmosfærisk luft nær jordoverflaten er gitt i tabell. 1.

Tabell 1

Sammensetning av tørr atmosfærisk luft nær jordoverflaten

	Volumkonsentrasjon, %	Molekylmasse	Tetthet i forhold til tetthet tørr luft
Oksygen (O2)
Karbondioksid (CO2)
Krypton (Kr)
Hydrogen (H2)
Xenon (Xe)
Tørr luft

Prosentvis sammensetning av tørr luft jordens overflate veldig konstant og nesten det samme overalt. Bare karbondioksidinnholdet kan endre seg vesentlig. Som et resultat av prosessene med puste og forbrenning, kan dets volumetriske innhold i luften i lukkede, dårlig ventilerte rom, samt industrisentre, øke flere ganger - opptil 0,1-0,2%. Prosentandelen nitrogen og oksygen endres ganske lite.

Den virkelige atmosfæren inneholder tre viktige variable komponenter - vanndamp, ozon og karbondioksid. Innholdet av vanndamp i luften varierer innenfor betydelige grenser, i motsetning til andre komponenter i luften: ved jordoverflaten svinger den mellom hundredeler av prosent og flere prosent (fra 0,2 % i polare breddegrader til 2,5 % ved ekvator, og i noen tilfeller varierer fra nesten null til 4 %). Dette forklares med det faktum at under forholdene som eksisterer i atmosfæren, kan vanndamp bli til væske og fast tilstand og omvendt kan den komme inn i atmosfæren igjen på grunn av fordampning fra jordoverflaten.

Vanndamp kommer kontinuerlig inn i atmosfæren gjennom fordampning fra vannoverflater, fra våt jord og ved transpirasjon av planter, på forskjellige steder og i annen tid han går inn ulike mengder. Den sprer seg oppover fra jordoverflaten, og transporteres med luftstrømmer fra ett sted på jorden til et annet.

En metningstilstand kan oppstå i atmosfæren. I denne tilstanden er vanndamp inneholdt i luften i den mengden som er maksimalt mulig ved en gitt temperatur. Vanndamp kalles mettende(eller mettet), og luften som inneholder den mettet.

Metningstilstanden nås vanligvis når lufttemperaturen synker. Når denne tilstanden er nådd, så med en ytterligere reduksjon i temperatur, blir en del av vanndampen overflødig og kondenserer, blir til flytende eller fast tilstand. Vanndråper og iskrystaller av skyer og tåker dukker opp i luften. Skyer kan fordampe igjen; i andre tilfeller kan skydråper og krystaller, som blir større, falle ned på jordoverflaten i form av nedbør. Som et resultat av alt dette er innholdet av vanndamp i hver del av atmosfæren i konstant endring.

Vanndamp i luften og dens overganger fra gassformig til flytende og fast stoff er forbundet med kritiske prosesser vær- og klimatrekk. Tilstedeværelsen av vanndamp i atmosfæren påvirker de termiske forholdene til atmosfæren og jordoverflaten betydelig. Vanndamp absorberer sterkt langbølget infrarød stråling som sendes ut av jordoverflaten. På sin side sender den selv ut infrarød stråling, hvorav det meste går til jordoverflaten. Dette reduserer nattekjølingen av jordoverflaten og dermed også de nedre luftlagene.

Store mengder varme brukes på fordampning av vann fra jordoverflaten, og når vanndamp kondenserer i atmosfæren, overføres denne varmen til luften. Skyer som følge av kondens reflekterer og absorberer solstråling på vei til jordens overflate. Nedbør fra skyer er et viktig element i vær og klima. Til slutt er tilstedeværelsen av vanndamp i atmosfæren viktig for fysiologiske prosesser.

Vanndamp, som all gass, har elastisitet (trykk). Vanndamptrykk e er proporsjonal med dens tetthet (innhold per volumenhet) og dens absolutt temperatur. Det uttrykkes i samme enheter som lufttrykk, dvs. enten i millimeter kvikksølv, enten i millibar

Trykket av vanndamp ved metning kalles metningselastisitet. Dette maksimalt mulig vanndamptrykk ved en gitt temperatur. For eksempel, ved en temperatur på 0° er metningselastisiteten 6,1 mb . For hver 10° temperaturøkning dobles metningselastisiteten omtrent.

Hvis luften inneholder mindre vanndamp enn det som trengs for å mette den ved en gitt temperatur, kan du bestemme hvor nær luften er metningstilstanden. For å gjøre dette, beregn relativ fuktighet. Dette er navnet gitt til forholdet mellom faktisk elastisitet e vanndamp i luften til metningselastisitet E ved samme temperatur, uttrykt i prosent, dvs.

For eksempel, ved en temperatur på 20° er metningstrykket 23,4 mb. Hvis det faktiske damptrykket i luften er 11,7 mb, er den relative fuktigheten

Elastisiteten til vanndamp på jordoverflaten varierer fra hundredeler av en millibar (på meget lave temperaturer om vinteren i Antarktis og Yakutia) opptil 35 mb mer (ved ekvator). Jo varmere luften er, desto mer vanndamp kan den inneholde uten metning, og derfor høyere vanndamptrykk i den.

Relativ luftfuktighet kan ta på alle verdier - fra null for helt tørr luft ( e= 0) til 100 % for metningstilstand (e = E).

Hovedkomponentene i atmosfærisk luft er oksygen (ca. 21%), nitrogen (78%), karbondioksid (0,03-0,04%), vanndamp, inerte gasser, ozon, hydrogenperoksid (ca. 1%).

Oksygen er den mest inngående delen av luft. Med sin direkte deltakelse skjer alle oksidative prosesser i menneske- og dyrekroppen. I hvile bruker en person omtrent 350 ml oksygen per minutt, og i alvorlig grad fysisk arbeid mengden oksygen som forbrukes øker flere ganger.

Innåndingsluft inneholder 20,7-20,9% oksygen, og utåndet luft inneholder ca. 15-16%. Dermed absorberer kroppsvev omtrent 1/4 av oksygenet som finnes i innåndingsluften.

I atmosfæren endres ikke oksygeninnholdet nevneverdig. Planter absorberer karbondioksid og bryter det ned, assimilerer karbon og frigjør det frigjorte oksygenet til atmosfæren. Kilden til oksygendannelse er også den fotokjemiske nedbrytningen av vanndamp i de øvre lagene av atmosfæren under påvirkning ultrafiolett stråling sol. For å sikre en konstant sammensetning av atmosfærisk luft, er blanding av luftstrømmer i de nedre lagene av atmosfæren også viktig. Unntaket er hermetisk lukkede rom, hvor oksygeninnholdet kan reduseres betydelig på grunn av langvarig opphold av mennesker ( ubåter, tilfluktsrom, trykkluftkabiner, etc.).

For kroppen er partialtrykket av oksygen viktig, og ikke dets absolutte innhold i innåndingsluften. Dette skyldes det faktum at overgangen av oksygen fra alveolær luft til blod og fra blod til vevsvæske skjer under påvirkning av forskjeller i partialtrykk. Partialtrykket av oksygen avtar med økende høyde over havet (tabell 1).

Tabell 1. Partialtrykk av oksygen ved forskjellige høyder

Veldig viktig har bruk av oksygen til behandling av sykdommer ledsaget av oksygensult (oksygentelt, inhalatorer).

Karbondioksid. Karbondioksidinnholdet i atmosfæren er ganske konstant. Denne konstansen forklares av dens syklus i naturen. Til tross for at prosessene med forfall og vital aktivitet i kroppen er ledsaget av frigjøring av karbondioksid, skjer det ikke en betydelig økning i innholdet i atmosfæren, siden karbondioksid absorberes av planter. I dette tilfellet brukes karbon til å bygge organiske stoffer, og oksygen kommer inn i atmosfæren. Utåndingsluft inneholder opptil 4,4 % karbondioksid.

Karbondioksid er et fysiologisk sentralstimulerende middel i respirasjonssenteret, derfor tilsettes det til luften i små mengder under kunstig åndedrett. I store mengder det kan ha narkotiske effekter og forårsake død.

Karbondioksid har også hygienisk betydning. Basert på innholdet blir rensligheten av luften i boliger og offentlige lokaler (dvs. lokaler der folk er til stede) bedømt. Når mennesker samles i dårlig ventilerte rom, parallelt med akkumulering av karbondioksid i luften, øker innholdet av andre menneskelige avfallsprodukter, lufttemperaturen stiger og luftfuktigheten øker.

Det er fastslått at dersom innholdet av karbondioksid i inneluften overstiger 0,07-0,1 %, så blir luften dårlig lukt og kan forstyrre kroppens funksjonelle tilstand.

Parallellen til endringene i de listede egenskapene til luft i boliger og økningen i konsentrasjonen av karbondioksid, samt det enkle å bestemme innholdet, gjør det mulig å bruke denne indikatoren for hygienisk vurdering av luftkvalitet og luftkvalitet. effektivitet av ventilasjon av offentlige lokaler.

Nitrogen og andre gasser. Nitrogen er grunnleggende integrert del atmosfærisk luft. I kroppen er det oppløst i blodet og vevsvæskene, men deltar ikke i kjemiske reaksjoner.

Det er nå eksperimentelt fastslått at under forhold høyt blodtrykk Nitrogen i luften forårsaker en forstyrrelse av nevromuskulær koordinasjon hos dyr, etterfulgt av agitasjon og en narkotisk tilstand. Forskere observerte lignende fenomener blant dykkere. Bruken av en helio-oksygenblanding for å puste av dykkere gjør det mulig å øke nedstigningsdybden til 200 m uten uttalte symptomer på rus.

Under elektriske lynutladninger og under påvirkning ultrafiolette stråler Ved eksponering for sollys dannes det små mengder andre gasser i luften. Deres hygieniske verdi er relativt liten.

* Partialtrykket til en gass i en blanding av gasser er trykket som en gitt gass ville produsert hvis den okkuperte hele volumet av blandingen.

Betydningen av å puste

Puste er en viktig prosess med konstant utveksling av gasser mellom kroppen og dens omgivelser. eksternt miljø. I prosessen med å puste absorberer en person oksygen fra miljøet og frigjør karbondioksid.

Nesten alle komplekse reaksjoner av transformasjon av stoffer i kroppen krever deltakelse av oksygen. Uten oksygen er metabolisme umulig, og en konstant tilførsel av oksygen er nødvendig for å bevare liv. I celler og vev, som et resultat av metabolisme, dannes karbondioksid, som må fjernes fra kroppen. Opphopning av betydelige mengder karbondioksid inne i kroppen er farlig. Karbondioksid føres med blodet til luftveiene og puster ut. Oksygen som kommer inn i luftveiene under innånding diffunderer inn i blodet og leveres til organer og vev av blodet.

Det er ingen reserver av oksygen i menneske- og dyrekropper, og derfor er den kontinuerlige tilførselen til kroppen en livsnødvendighet. Hvis en person, i nødvendige tilfeller, kan leve uten mat i mer enn en måned, uten vann i opptil 10 dager, så i fravær av oksygen oppstår irreversible endringer innen 5-7 minutter.

Sammensetning av innåndet, utåndet og alveolær luft

Ved å vekselvis inhalere og puste ut, ventilerer en person lungene, og opprettholder en relativt konstant gasssammensetning i lungevesiklene (alveolene). En person puster inn atmosfærisk luft med høyt innhold av oksygen (20,9 %) og lavt innhold av karbondioksid (0,03 %), og puster ut luft der det er 16,3 % oksygen og 4 % karbondioksid (tabell 8).

Sammensetningen av alveolær luft skiller seg betydelig fra sammensetningen av atmosfærisk, inhalert luft. Den inneholder mindre oksygen (14,2 %) og en stor mengde karbondioksid (5,2 %).

Nitrogen og inerte gasser som utgjør luften, deltar ikke i respirasjonen, og innholdet i inhalert, utåndet og alveolær luft er nesten det samme.

Hvorfor inneholder utåndet luft mer oksygen enn alveolær luft? Dette forklares med at når du puster ut, blandes luft som er i åndedrettsorganene, i luftveiene, med den alveolære luften.

Partialtrykk og spenning av gasser

I lungene går oksygen fra alveolærluften inn i blodet, og karbondioksid fra blodet kommer inn i lungene. Overgangen av gasser fra luft til væske og fra væske til luft skjer på grunn av forskjellen i partialtrykket til disse gassene i luft og væske. Partialtrykk er den delen av det totale trykket som utgjør andelen av en gitt gass i gassblanding. Jo høyere prosentandel gass i blandingen, desto høyere er dens partialtrykk. Atmosfærisk luft er som kjent en blanding av gasser. Atmosfærisk lufttrykk 760 mm Hg. Kunst. Partialtrykket av oksygen i atmosfærisk luft er 20,94 % av 760 mm, dvs. 159 mm; nitrogen - 79,03% av 760 mm, dvs. ca. 600 mm; Det er lite karbondioksid i den atmosfæriske luften - 0,03%, derfor er partialtrykket 0,03% av 760 mm - 0,2 mm Hg. Kunst.

For gasser oppløst i en væske brukes begrepet "spenning", tilsvarende begrepet "deltrykk" som brukes om frie gasser. Gassspenning uttrykkes i samme enheter som trykk (i mmHg). Hvis partialtrykket av gass inn miljø høyere enn spenningen til denne gassen i væsken, så løses gassen opp i væsken.

Partialtrykket av oksygen i alveolærluften er 100-105 mm Hg. Art., og i blodet som strømmer til lungene er oksygenspenningen i gjennomsnitt 60 mm Hg. Art., derfor, i lungene, passerer oksygen fra alveolærluften inn i blodet.

Bevegelsen av gasser skjer i henhold til diffusjonslovene, ifølge hvilke gass sprer seg fra et medium med høyt partialtrykk til et medium med lavere trykk.

Gassutveksling i lungene

Overgangen av oksygen fra alveolærluften til blodet i lungene og strømmen av karbondioksid fra blodet til lungene følger lovene beskrevet ovenfor.

Takket være arbeidet til den store russiske fysiologen Ivan Mikhailovich Sechenov, ble det mulig å studere gasssammensetningen i blodet og forholdene for gassutveksling i lunger og vev.

Gassutveksling i lungene skjer mellom alveolær luft og blod ved diffusjon. Alveolene i lungene er sammenvevd med et tett nettverk av kapillærer. Veggene i alveolene og kapillærene er veldig tynne, noe som letter penetrasjonen av gasser fra lungene inn i blodet og omvendt. Gassutveksling avhenger av størrelsen på overflaten som gasser diffunderer gjennom og forskjellen i partialtrykk (spenning) til de diffuserende gassene. Med et dypt pust strekker alveolene seg, og overflaten når 100-105 m2. Overflatearealet til kapillærene i lungene er også stort. Det er, og en tilstrekkelig, forskjell mellom partialtrykket til gasser i alveolærluften og spenningen til disse gassene i veneblodet (tabell 9).

Av tabell 9 følger det at forskjellen mellom spenningen av gasser i veneblodet og deres partialtrykk i alveolærluften er 110 - 40 = 70 mm Hg for oksygen. Art., og for karbondioksid 47 - 40 = 7 mm Hg. Kunst.

Eksperimentelt var det mulig å fastslå det med en forskjell i oksygenspenning på 1 mm Hg. Kunst. hos en voksen i hvile kan 25-60 ml oksygen komme inn i blodet på 1 minutt. En person i hvile trenger omtrent 25-30 ml oksygen per minutt. Derfor en oksygentrykkforskjell på 70 mmHg. st, tilstrekkelig til å gi kroppen oksygen kl ulike forhold hans aktiviteter: under fysisk arbeid, sportsøvelser, etc.

Diffusjonshastigheten av karbondioksid fra blodet er 25 ganger større enn oksygen, derfor med en trykkforskjell på 7 mm Hg. Art., karbondioksid har tid til å bli frigjort fra blodet.

Overføring av gasser med blod

Blod frakter oksygen og karbondioksid. I blod, som i enhver væske, kan gasser være i to tilstander: fysisk oppløst og kjemisk bundet. Både oksygen og karbondioksid er veldig liten mengde løses opp i blodplasma. Det meste av oksygen og karbondioksid transporteres i kjemisk bundet form.

Hovedbæreren av oksygen er hemoglobin i blodet. 1 g hemoglobin binder 1,34 ml oksygen. Hemoglobin har evnen til å kombinere med oksygen for å danne oksyhemoglobin. Jo høyere partialtrykk av oksygen, jo mer oksyhemoglobin dannes. I alveolærluften er partialtrykket av oksygen 100-110 mm Hg. Kunst. Under slike forhold binder 97 % av blodhemoglobin seg til oksygen. Blod bringer oksygen til vev i form av oksyhemoglobin. Her er partialtrykket av oksygen lavt, og oksyhemoglobin - en skjør forbindelse - frigjør oksygen, som brukes av vevene. Bindingen av oksygen av hemoglobin påvirkes også av karbondioksidspenning. Karbondioksid reduserer hemoglobinets evne til å binde oksygen og fremmer dissosiasjonen av oksyhemoglobin. Økende temperatur reduserer også hemoglobinets evne til å binde oksygen. Det er kjent at temperaturen i vevene er høyere enn i lungene. Alle disse forholdene bidrar til å dissosiere oksyhemoglobin, som et resultat av at blodet frigjør oksygenet som frigjøres fra den kjemiske forbindelsen til vevsvæsken.

Egenskapen til hemoglobin til å binde oksygen er avgjørende for kroppen. Noen ganger dør folk av mangel på oksygen i kroppen, omgitt av de fleste ren luft. Dette kan skje med en person som befinner seg i forhold lavt blodtrykk(i store høyder), hvor den tynne atmosfæren har et veldig lavt partialtrykk av oksygen. 15. april 1875 ballong Zenit, som hadde tre ballongfly om bord, nådde en høyde på 8000 m. Da ballongen landet, var det bare én person som var i live. Dødsårsaken var en kraftig nedgang i partialtrykket av oksygen i stor høyde. I store høyder (7-8 km) nærmer arterielt blod i gasssammensetningen seg venøst; alt vev i kroppen begynner å oppleve en akutt mangel på oksygen, noe som fører til alvorlige konsekvenser. Klatring til høyder over 5000 m krever vanligvis bruk av spesielle oksygenapparater.

Med spesialtrening kan kroppen tilpasse seg det lave oksygeninnholdet i atmosfærisk luft. En trenet persons pust blir dypere, antallet røde blodlegemer i blodet øker på grunn av økt dannelse i de hematopoietiske organene og deres tilførsel fra bloddepotet. I tillegg øker hjertesammentrekningene, noe som fører til en økning i minuttblodvolum.

Trykkkammer er mye brukt til trening.

Karbondioksid bæres av blodet i form av kjemiske forbindelser - natrium- og kaliumbikarbonater. Bindingen av karbondioksid og dens frigjøring til blodet avhenger av spenningen i vevet og blodet.

I tillegg er blodhemoglobin involvert i overføringen av karbondioksid. I vevskapillærer kommer hemoglobin inn kjemisk forbindelse med karbondioksid. I lungene brytes denne forbindelsen ned for å frigjøre karbondioksid. Omtrent 25-30 % av karbondioksidet som frigjøres i lungene bæres av hemoglobin.

Strukturen og sammensetningen av jordens atmosfære, det må sies, var ikke alltid konstante verdier i en eller annen periode av utviklingen av planeten vår. I dag er den vertikale strukturen til dette elementet, som har en total "tykkelse" på 1,5-2,0 tusen km, representert av flere hovedlag, inkludert:

1. Troposfæren.
2. Tropopause.
3. Stratosfæren.
4. Stratopause.
5. Mesosfære og mesopause.
6. Termosfære.
7. Eksosfære.

Grunnleggende elementer i atmosfæren

Troposfæren er et lag der det observeres sterke vertikale og horisontale bevegelser, det er her vær, sedimentære fenomener, klimatiske forhold. Den strekker seg 7-8 kilometer fra overflaten av planeten nesten overalt, med unntak av polarområdene (opptil 15 km der). I troposfæren er det en gradvis nedgang i temperaturen, omtrent med 6,4 ° C med hver høydekilometer. Denne indikatoren kan variere for forskjellige breddegrader og årstider.

Sammensetningen av jordens atmosfære i denne delen er representert av følgende elementer og deres prosentandeler:

Nitrogen - omtrent 78 prosent;

Oksygen - nesten 21 prosent;

Argon - omtrent en prosent;

Karbondioksid - mindre enn 0,05%.

Enkel komposisjon opp til en høyde på 90 kilometer

I tillegg kan du finne støv, vanndråper, vanndamp, forbrenningsprodukter, iskrystaller, havsalter, mange aerosolpartikler osv. Denne sammensetningen av jordens atmosfære observeres opp til omtrent nitti kilometer i høyden, så luften er omtrent den samme i kjemisk sammensetning, ikke bare i troposfæren, men også i de overliggende lagene. Men der er stemningen fundamentalt annerledes fysiske egenskaper. Laget som har en generell kjemisk sammensetning kalles homosfæren.

Hvilke andre grunnstoffer utgjør jordens atmosfære? I prosent (volum, i tørr luft) gasser som krypton (ca. 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hydrogen (5,0 x 10 -5), metan (ca. 1,7 x 10 -5) er representert her 4), lystgass (5,0 x 10 -5) osv. Som en prosentandel av de oppførte komponentene er lystgass og hydrogen, etterfulgt av helium, krypton, etc.

Fysiske egenskaper til forskjellige atmosfæriske lag

De fysiske egenskapene til troposfæren er nært knyttet til dens nærhet til planetens overflate. Herfra blir reflektert solvarme i form av infrarøde stråler rettet tilbake oppover, og involverer prosessene med ledning og konveksjon. Det er derfor temperaturen synker med avstanden fra jordoverflaten. Dette fenomenet observeres opp til stratosfærens høyde (11-17 kilometer), deretter blir temperaturen nesten uendret opp til 34-35 km, og deretter stiger temperaturen igjen til høyder på 50 kilometer (den øvre grensen for stratosfæren) . Mellom stratosfæren og troposfæren er det en tynn mellomlag tropopause (opptil 1-2 km), hvor konstante temperaturer observeres over ekvator - omtrent minus 70 ° C og under. Over polene «varmes» tropopausen om sommeren til minus 45°C om vinteren, temperaturene her svinger rundt -65°C.

Gasssammensetningen i jordens atmosfære inkluderer et så viktig element som ozon. Det er relativt lite av det på overflaten (ti til minus sjette potens av én prosent), siden gassen dannes under påvirkning solstråler fra atomært oksygen i de øvre delene av atmosfæren. Spesielt er det mest ozon i en høyde på ca. 25 km, og hele "ozonskjermen" ligger i områder fra 7-8 km ved polene, fra 18 km ved ekvator og opp til femti kilometer totalt over overflaten av planeten.

Atmosfæren beskytter mot solstråling

Sammensetningen av luften i jordens atmosfære spiller en svært viktig rolle i å bevare liv, siden individuell kjemiske elementer og komposisjonene begrenser tilgangen solstråling til jordens overflate og menneskene, dyrene og plantene som lever på den. For eksempel absorberer vanndampmolekyler effektivt nesten alle områder av infrarød stråling, med unntak av lengder i området fra 8 til 13 mikron. Ozon absorberer ultrafiolett stråling opp til en bølgelengde på 3100 A. Uten det tynne laget (bare 3 mm i gjennomsnitt hvis den plasseres på overflaten av planeten), bare vann på en dybde på mer enn 10 meter og underjordiske huler der solstråling ikke rekkevidde kan bebos.

Null Celsius ved stratopausen

Mellom de to neste nivåene i atmosfæren, stratosfæren og mesosfæren, er det et bemerkelsesverdig lag - stratopausen. Det tilsvarer omtrent høyden på ozonmaksima og temperaturen her er relativt behagelig for mennesker - ca 0°C. Over stratopausen, i mesosfæren (starter et sted i en høyde av 50 km og slutter i en høyde av 80-90 km), observeres et temperaturfall igjen med økende avstand fra jordoverflaten (til minus 70-80 ° C) ). Meteorer brenner vanligvis helt opp i mesosfæren.

I termosfæren - pluss 2000 K!

Den kjemiske sammensetningen av jordens atmosfære i termosfæren (begynner etter mesopausen fra høyder på ca. 85-90 til 800 km) bestemmer muligheten for et slikt fenomen som gradvis oppvarming av lag med svært forseldet "luft" under påvirkning solstråling. I denne delen av "luftteppet" på planeten varierer temperaturene fra 200 til 2000 K, som oppnås på grunn av ionisering av oksygen (over 300 km er det atomært oksygen), samt rekombinasjonen av oksygenatomer til molekyler , ledsaget av utgivelsen stor kvantitet varme. Termosfæren er der nordlys oppstår.

Over termosfæren er eksosfæren - det ytre laget av atmosfæren, hvorfra lette og raskt bevegelige hydrogenatomer kan unnslippe inn i rom. Den kjemiske sammensetningen av jordens atmosfære her representeres for det meste av individuelle oksygenatomer i de nedre lagene, heliumatomer i de midtre lagene, og nesten utelukkende hydrogenatomer i de øvre lagene. Her dominerer de høye temperaturer- ca 3000 K og det er ikke noe atmosfærisk trykk.

Hvordan ble jordens atmosfære dannet?

Men, som nevnt ovenfor, hadde ikke planeten alltid en slik atmosfærisk sammensetning. Totalt er det tre konsepter for opprinnelsen til dette elementet. Den første hypotesen antyder at atmosfæren ble tatt gjennom prosessen med akkresjon fra en protoplanetær sky. Imidlertid er denne teorien i dag gjenstand for betydelig kritikk, siden en slik primær atmosfære burde blitt ødelagt av solvinden fra en stjerne i planetsystemet vårt. I tillegg antas det at flyktige elementer ikke kunne holdes tilbake i dannelsessonen til jordiske planeter på grunn av for høye temperaturer.

Sammensetningen av jordens primære atmosfære, som antydet av den andre hypotesen, kan ha blitt dannet på grunn av det aktive bombardementet av overflaten av asteroider og kometer som ankom fra området rundt solsystemet i de tidlige utviklingsstadiene. Det er ganske vanskelig å bekrefte eller avkrefte dette konseptet.

Eksperimenter ved IDG RAS

Den mest plausible ser ut til å være den tredje hypotesen, som mener at atmosfæren dukket opp som et resultat av frigjøring av gasser fra mantelen jordskorpen for omtrent 4 milliarder år siden. Dette konseptet ble testet ved Institutt for geografi ved det russiske vitenskapsakademiet under et eksperiment kalt "Tsarev 2", da en prøve av et stoff av meteorisk opprinnelse ble oppvarmet i et vakuum. Deretter ble utslipp av gasser som H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. registrert. Derfor antok forskerne med rette at den kjemiske sammensetningen av jordens primære atmosfære inkluderte vann og karbondioksid, hydrogenfluorid (. HF) damp, karbonmonoksid(CO), hydrogensulfid (H 2 S), nitrogenforbindelser, hydrogen, metan (CH 4), ammoniakkdamp (NH 3), argon osv. Vanndamp fra primæratmosfæren deltok i dannelsen av hydrosfæren, karbondioksid opptrådte i større grad i bundet tilstand i organiske stoffer og steiner, gikk nitrogen inn i sammensetningen av moderne luft, og også igjen til sedimentære bergarter og organisk materiale.

Sammensetningen av jordens primære atmosfære ville ikke ha tillatt moderne menneskerå være i den uten pusteapparat, siden det ikke var oksygen i de nødvendige mengder da. Dette elementet dukket opp i betydelige mengder for halvannen milliard år siden, antatt å være i forbindelse med utviklingen av prosessen med fotosyntese i blågrønne og andre alger, som er de eldste innbyggerne på planeten vår.

Minimum oksygen

At sammensetningen av jordens atmosfære i utgangspunktet var nesten oksygenfri, indikeres av at lett oksidert, men ikke oksidert grafitt (karbon) finnes i de eldste (katarkeiske) bergartene. Deretter, den såkalte banded jernmalm, som inkluderte lag med berikede jernoksider, noe som betyr utseendet på planeten til en kraftig kilde til oksygen i molekylær form. Men disse grunnstoffene ble funnet bare periodisk (kanskje de samme algene eller andre oksygenprodusenter dukket opp på små øyer i en anoksisk ørken), mens resten av verden var anaerob. Sistnevnte støttes av det faktum at lett oksidert pyritt ble funnet i form av småstein behandlet av strømmen uten spor kjemiske reaksjoner. Siden rennende vann ikke kan luftes dårlig, har det utviklet seg et syn at atmosfæren før Kambrium inneholdt mindre enn én prosent av oksygensammensetningen i dag.

Revolusjonerende endring i luftsammensetning

Omtrent midt i proterozoikum (1,8 milliarder år siden) skjedde "oksygenrevolusjonen" da verden gikk over til aerob respirasjon, hvor fra ett molekyl næringsstoff(glukose) kan du få 38, og ikke to (som med anaerob respirasjon) energienheter. Sammensetningen av jordens atmosfære, når det gjelder oksygen, begynte å overstige én prosent av den moderne, og begynte å oppstå ozonlag, beskytter organismer mot stråling. Det var fra henne at for eksempel så gamle dyr som trilobitter "gjemt seg" under tykke skjell. Fra da og til vår tid økte innholdet i hovedelementet "respiratorisk" gradvis og sakte, noe som sikret mangfoldet i utviklingen av livsformer på planeten.