Глава 18. Физиологическое и гигиеническое значение атмосферного воздуха
18.1. Краткая характеристика атмосферы Земли
Атмосфера представляет собой газообразную оболочку Земли, естественную смесь газов, которая получила название «воздух». У поверхности Земли в составе атмосферы 78,1% азота, 21% кислорода, 0,03% диоксида углерода (углекислого газа); остальное — незначительные количества благородных газов (аргон и пр.). Все газообразные компоненты атмосферного воздуха находятся в состоянии динамического равновесия и постоянного обмена с другими элементами природной среды — водой, почвой. Большую роль в круговороте газов воздуха играет биосфера. В ХХ в. на круговорот газов воздуха сильное влияние стала оказывать хозяйственная деятельность человека. В результате эмиссий от сжигания ископаемого топлива, а также хищнического сведения лесов и подавления жизнедеятельности фитопланктона в связи с загрязнением поверхности Мирового океана содержание углекислого газа в атмосфере за последние 100 лет повысилось более чем на 30%.
Нарушение равновесия пока напрямую не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье человека. О его косвенном влиянии на условия жизни будет сказано ниже.
Повышение содержания диоксида углерода в атмосфере напрямую зависит от связывания кислорода. И поэтому актуален вопрос: не возникнет ли на планете проблема нехватки кислорода для жизнедеятельности человека, да и для всех живых существ вообще?
Установлено, что антропогенное потребление кислорода за год составляет лишь 0,0019% его запаса в атмосфере. При нынешних темпах потребления кислорода человечеством нужно более 600 лет, чтобы его содержание в атмосфере уменьшилось на 1%. Даже при полном использовании разведанных запасов ископаемого топлива из атмосферы может быть потреблено не более 2% кислорода. Следовательно, нельзя всерьез говорить о неблагоприятном влиянии антропогенного потребления кислорода на здоровье и самочувствие людей.
На территориях с высоким уровнем хозяйственного освоения (урбанизированные территории, мегаполисы, крупные промышленные узлы) в приземных слоях атмосферного воздуха постоянно присутствуют различные химические вещества техногенного происхождения. Их количество по отношению к массе атмосферы (5,15×1015 т) ничтожно, однако, обладая высокой биологической активностью и будучи сконцентрированы на локальных территориях, на которых сосредоточено большое количество людей, они создают большую гигиеническую проблему.
Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В ней выделяют несколько зон (слоев), которые располагаются на различных высотах от Земли. Непосредственно к Земле примыкает тропосфера, высота которой примерно 9–10 км; в ней сосредоточено около 90% воздуха атмосферы. В этом слое происходят природные явления, которые определяют характер погоды. Важная составная часть тропосферы — вода, присутствующая в виде паров, аэрозолей и льда. В тропосфере наблюдаются перемещения больших масс воздуха как по вертикали, так и по горизонтали на дальние расстояния (мезомасштабный и глобальный переносы) под влиянием разницы температуры различных участков поверхности Земли и Мирового океана. Для этих перемещений характерна турбулентность, обусловленная трением воздуха о земную поверхность. Она способствует перемешиванию тропосферного воздуха, усреднению его состава, а в ряде случаев — переносу локальных загрязнений на большие расстояния.
Выше тропосферы расположена стратосфера (до высоты 50–55 км). Плотность воздуха в ней гораздо ниже, чем в тропосфере. В стратосфере происходит очень важный для жизни на Земле процесс. Под влиянием коротковолнового (жесткого) УФИ Солнца кислород стратосферы (О2) превращается в озон (О3). Накопившийся озон способен поглощать коротковолновое УФИ, губительное для современных форм земной жизни, в связи с чем этот слой атмосферы получил название озоновый экран.
На высоте более 50 км и до 80–85 км располагается мезосфера, в пределах которой температура воздуха ниже, чем в стратосфере. Еще выше располагается термосфера, в которой температура вновь начинает повышаться. Вместе мезосфера и термосфера носят название ионосфера, так как на этих высотах молекулы газов воздуха под влиянием ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца и космического излучения в значительной мере ионизированы. С помощью ионосферы работают некоторые виды современной радиосвязи. Возмущения
ионосферы, вызванные различными космическими процессами, отражаются на геомагнитном поле (ГМП) Земли, которое, в свою очередь, влияет на состояние организма человека (см. раздел V, глава 28).