Атмосферне повітря — це фізична суміш газів, які у зв'язку зі зміною густини атмосфери на різних висотах змінюють лише свій парціальний тиск. Практично співвідношення різних газів атмосфери однакове до висоти 80— 100 км. Крім постійних складників атмосфери, у ній можуть міститися як різноманітні домішки природного походження, так і забруднення, зумовлені антропогенною дією. Постійний газовий склад атмосфери підтримується за рахунок біологічного колообігу речовин екологічних систем біосфери, невід'ємною складовою частиною якої є атмосфера, а також за рахунок безперервного переміщення мас повітря в горизонтальному і вертикальному напрямках.
![хімічний склад атмосферного повітря](https://profmed.org.ua/_si/0/37629330.jpg)
Азот — безбарвний газ, без запаху і смаку, малоактивний, не підтримує дихання і горіння. Через це і називається "безжиттєвим". Але виявилося, що азот є важливою складовою амінокислот, які утворюють білки, а також відіграє незамінну роль у природному колообігу речовин. Бобові рослини за допомогою специфічних мікроорганізмів, бульбочкових та інших бактерій засвоюють азот безпосередньо з повітря і фіксують у ґрунті у вигляді азотно-кислих і амонійних солей. Звідси азот у зв'язаному вигляді надходить в організм травоїдних тварин і, таким чином, входить до складу тваринних білків, а згодом і білкових речовин людини. Азот потрапляє в атмосферу переважно під час розкладання рослин і викидів вулканів. Він належить до інертних газів. При підвищеному тиску азот є наркотиком.
Фізіологічна його роль визначається участю у створенні рівня атмосферного тиску, потрібного для життєво важливих процесів. Збільшення вмісту азоту в повітрі може призвести до гіпоксії і асфіксії внаслідок зниження парціального тиску кисню.
З підвищенням тиску розчинність азоту в крові і тканинах збільшується і це (наприклад, під час підводних робіт) спричинює у людей вкрай тяжкий стан, оскільки через швидкий перехід до нормального тиску азот утворює у крові дрібненькі пухирці, які закупорюють кровоносні судини, це є причиною розвитку кесонної хвороби.
У водолазів унаслідок занурення на велику глибину можуть спостерігатися зміна психіки, відчуття важкості в голові, забуття, плутання думки, провали пам'яті, галюцинації.
Кисень є основним складником повітря. Без нього неможливе життя. Це безбарвний газ, добре розчиняється у воді, і йому зобов'язане все живе на Землі своїм виникненням та існуванням. Кисень входить майже до всіх органічних речовин. Його наявність у повітрі потрібна для дихання, горіння і гниття. Джерелом кисню у природі є фотосинтез. Зелені рослини, використовуючи сонячну енергію, поглинають воду й діоксид вуглецю з повітря і виробляють вуглець, потрібний їм для харчування та росту. При цьому вони виробляють вільний кисень. Унаслідок фотосинтезу рослинність Землі утворює понад 100 млрд тонн органічних речовин. У процесі фотосинтезу засвоюється близько 200 млрд тонн діоксиду вуглецю і виділяється в навколишнє середовище приблизно 145 млрд тонн вільного кисню. Процесами фотосинтезу головним чином визначається колообіг кисню в природі і зберігається постійний склад атмосферного повітря. Слід також врахувати, що внаслідок згоряння великої кількості палива, корозії металів та інших хімічних процесів атмосфера Землі втрачає щорічно понад 10 млрд тонн кисню.
![](https://profmed.org.ua/_si/0/28301893.jpg)
Кисень надходить у тканини з кров'ю. Гемоглобін, з'єднуючись із киснем, утворює оксигемоглобін і, віддаючи його клітинам, відновлюється. Кисень, що споживається організмом, характеризує інтенсивність окисних процесів у всьому організмі. Споживання 1 л кисню відповідає виділенню енергії, що становить 4,7—5,9 ккал/год (19,7—-24,7 кДж), а енергія, що виділяється у здорової людини в стані спокою, становить 50—70 ккал/год (209—293 кДж). Процес насичення гемоглобіну киснем у легенях або дисоціація гемоглобіну в клітинах описується кривою, що має S-подібну форму, і її зміни вказують на важливі зрушення в організмі. Крива дисоціації оксигемоглобіну змінюється залежно від багатьох чинників, зокрема від рН середовища, температури, наявності у вдихуваному повітрі токсичних речовин. Класичним прикладом може служити утворення карбоксигемоглобіну — сполуки гемоглобіну з оксидом вуглецю, який витісняє кисень і замінює його в гемоглобіні, спричинюючи отруєння організму.
Оксигеноване повітря давно відоме як засіб для ліквідації кисневого голодування організму при серцево-судинних, легеневих захворюваннях, а вдихання кисню під підвищеним тиском, тобто гіпербарична оксигенація, дало змогу проводити багато унікальних операцій на серці і судинах.
Кисень переходить з альвеолярного повітря в кров і з крові в тканинну рідину за рахунок різниці парціального тиску. Якщо парціальний тиск кисню падає, у людини розвивається явище кисневого голодування.
![Перші ознаки кисневого голодування](https://profmed.org.ua/_si/0/92261126.jpg)
Зменшення вмісту кисню в повітрі до 10% є небезпечним. У людини в такому разі можуть розвиватися патологічні явища, нудота, блювання, ослаблення розумової діяльності. Особливо чутлива до нестачі кисню центральна нервова система (ЦНС), оскільки кора головного мозку споживає кисню в 30 разів більше, ніж периферійні нерви та м'язи. Кисневе голодування зменшує властивість організму розрізняти кольорові сигнали, погіршує гостроту зору і порушує м'язову рівновагу ока. Вміст кисню в повітрі, що знижується до 7—8%, призводить до асфіксії, зниження температури тіла, анурії тощо, які загрожують життю людини. У повітрі житлових і адміністративних приміщень кількість кисню переважно не змінюється, тому в умовах нормального існування й діяльності людини на Землі не виникає небезпеки для здоров'я, зумовленої недостатністю кисню в повітрі. Виняткові умови, коли різко змінюється кількість кисню, бувають, наприклад, у глибоких шахтах і копальнях, герметичних приміщеннях, у стічних канавах та глибоких колодязях. Ураховуючи певні характерні реакції організму на нестачу кисню, умовно можна поділити висоту повітряного середовища на кілька зон.
1. Індиферентна зона, що поширюється на 1500—2000 м над рівнем моря. Перебування у цій зоні безпечне для здоров'я.
2. Зона повної компенсації розташована на висоті віл 2000до 4000м над рівнем моря. Перебування в цій зоні супроводжується збільшенням легеневої вентиляції, хвилинного об'єму крові і перерозподілом кровотоку.
3. Зона неповної компенсації досягає 4000—5500 м над рівнем моря і характеризується погіршенням самопочуття людини: знижується працездатність, з'являються ейфорія, головний біль, сонливість, порушується увага.
4. Критична зона — від 5500 до 8000 м над рівнем моря. Спостерігається прогресивне погіршення загального стану здоров'я з більшою ймовірністю виникнення непритомності. Людина в такому разі повністю втрачає працездатність.
5. Непереносна зона розміщена вище ніж 8000 м над рівнем моря і характеризується дуже коротким резервним часом, після чого настає глибока непритомність, а потім смерть.
Якщо ж збільшити кількість кисню у повітрі, який людина вдихає, організм переносить це без негативних змін. Проте тривале перебування в атмосфері з великим відсотковим вмістом кисню є небажаним, оскільки може призвести згодом до набряку легенів. Особливо небезпечне вдихання чистого кисню під підвищеним тиском, що можливо у водолазів, які користуються кисневим апаратом. У такому разі може бути місцеве ураження легеневої тканини і ІДНС з явищами епілептиформних судом.
У звичайній лікувальній практиці у хворих кисень з лікувальною метою вживається в суміші з повітрям. (Суміш повітря з 30—50% вмістом кисню). Ця суміш вдихається при звичайному атмосферному тиску.
Вуглецю діоксид (С02) міститься в чистому атмосферному повітрі в кількості 0,03%. Це безбарвний газ, кислуватий на смак, зі своєрідним запахом, розчинний у воді. Джерелом вуглецю діоксиду служить в основному дихання людей, тварин, частинки рослин, процеси розкладання органічних речовин та виділення газу з ґрунту.
Велику роль у збереженні рівноваги вуглецю діоксиду в атмосфері відіграє відкрита поверхня морів і океанів. На вміст вуглецю діоксиду в атмосфері істотно впливає згорання палива. Нагромадження цього газу протягом останніх десятиріч досягло рівня, що становить щорічно 5 млрд тонн вуглецю. Ці додаткові кількості вуглецю діоксиду тягнуть за собою небажані наслідки. Оскільки вуглецю діоксид має властивість пропускати короткохвильову сонячну радіацію і затримувати вихідну довгохвильову радіацію, виникає так званий парниковий ефект, який призводить до розігрівання атмосфери. Крім того, змінюється прозорість атмосфери внаслідок підвищення вмісту аерозолю в повітрі, отже, змінюється радіаційний режим. Над містами утворюються "острови теплоти" з температурою повітря на 2 — 3 °С вищою, ніжу приміських зонах, а це, своєю чергою, негативно впливає на мікроклімат і біосферу навколишніх районів. Регулятором вмісту вуглецю діоксиду в атмосферному повітрі є рослинний світ. Великі нагромадження вуглецю діоксиду спостерігаються в герметично замкнених приміщеннях, у бродильних приміщеннях пивоварних заводів, у цехах цукрового та інших виробництв, у глибоких колодязях і шахтах.
Фізіологічна роль вуглецю діоксиду полягає в тому, що його вміст у повітрі легенів і крові впливає на нормальний процес дихання. Споживання кисню клітинами організму супроводжується утворенням вуглецю діоксиду, який під час дихання виділяється з організму. Кількісне відношення виділеного вуглецю діоксиду до вдихуваного кисню, тобто дихальний коефіцієнт, становить 0,7—1,0. Отже, вуглецю діоксид є антагоністом кисню в організмі і головним регулятором дихання.
Підвищення вмісту вуглецю діоксиду у вдихуваному повітрі негативно впливає на організм. За наявності 3% С02 у повітрі дихання людини прискорюється і поглиблюється, а поступове його підвищення спричинює відчуття тиску в голові і головний біль, шум у вухах, психічне збудження. Наявність у повітрі 20% вуглецю діоксиду через кілька секунд зумовлює параліч мозкових центрів.
Небезпека нагромадження вуглецю діоксиду в повітрі закритих приміщень збільшується у зв'язку з тим, що одночасно супроводжується зменшенням відсоткового вмісту кисню в повітрі.
Санітарно-гігієнічне значення вуглецю діоксиду, на думку професора М. Петенкофера, полягає в тім, що у повітрі житлових приміщень, навіть у разі антисанітарного їхнього утримання, кількість С02 не впливає шкідливо на організм людини. Одначе разом із накопиченням вуглецю діоксиду у повітрі паралельно нагромаджуються різні інші шкідливі газоподібні речовини, які зумовлюють виникнення неприємного "житлового повітря" і шкідливо впливають на організм людини. Отже, вуглецю діоксид є відносним показником токсичності повітря, спричиненої іншими речовинами, і тому гігієнічною нормою вуглецю діоксиду в повітрі житлових приміщень прийнято вважати зменшений його вміст, що досягає лише 1%. Таким чином, вуглецю діоксид є пасивним показником ступеня чистоти повітря житлових приміщень. Ця норма служить основою для розрахунків проектування і облаштування вентиляції приміщень.
Озон (03) міститься в атмосфері в незначній кількості. Він утворюється під час громовиці під впливом електричних розрядів, а також унаслідок фотохімічної дії на кисень УФ-сонячної радіації. Це проста речовина, що є видозміною кисню. Озон має своєрідний запах "електричного струму" і відрізняється сильною окисною дією. Внаслідок взаємодії з органічними речовинами озон дуже легко розпадається і при цьому виділяється атом кисню. Отже, озон активно окислює всі речовини, що забруднюють повітря, а тому служить показником чистоти повітря. Він характеризується знезаражувальною дією, отож застосовується для очищення повітря і води.
Шар озону, розміщений у верхніх шарах атмосфери на висоті до 50 км (озоносфера), захищає нас від небезпечного надміру УФ-променів і частково поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання. Відомо, що деякі речовини, зокрема фреон, які використовуються в холодильниках, можуть зумовлювати зменшення вмісту озону в стратосфері. Цей газ постійно є у фізіотерапевтичних і рентгенівських кабінетах, де він утворюється під впливом світла кварцових ламп тощо і може шкідливо впливати на персонал. Озон у незначних концентраціях подразнює слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, призводить до запаморочення, виділення слини, посиленого потовиділення і прогресування втоми. Перебування в такій атмосфері є причиною поганого самопочуття, роздратування і головного болю. Великий вміст озону в повітрі, що сягає до 0,02 мг/л, може зумовлювати пневмонію, що незрідка призводить до смерті.
Інертні гази (гелій, неон, криптон, ксенон) є в атмосфері в незначній кількості і пов'язані з безперервними процесами природного радіоактивного розпаду.
У процесі життєдіяльності людини інертні гази не відіграють особливо важливої ролі.
Водень міститься в земній атмосфері в незначній кількості, як і гелій, безперервно втрачається цією атмосферою в міжпланетному просторі.
Метан виявляють частіше над болотами (болотяний газ). Він утворюється в процесі метанового бродіння під час анаеробного розпаду вуглецевих сполук.
Азоту закис практичного значення не має.
Азоту діоксид утворюється під час громовиці внаслідок активації азоту.
Аміак потрапляє в атмосферу внаслідок процесів розпаду органічних речовин, що містять азот.
Сірководень утворюється внаслідок процесів гниття білкових речовин.
В атмосфері містяться також водяна пара та інші колоїдні домішки.
Водяної пари міститься в атмосфері в середньому 0,42% за об'ємом і 0,2% — за масою. Джерелом її є випаровування із суші і водних басейнів. Концентрація водяної пари в атмосфері неоднакова в різних районах і в різні пори року. Унаслідок конденсації водяної пари в атмосфері утворюються хмари і випадають атмосферні опади. Поглинаючи сонячне довгохвильове випромінення, водяна пара відіграє роль у створенні теплового режиму Землі і нижніх шарів атмосфери.
Водяна пара впливає на тепловий баланс людини, про що йтиметься в розділі про вологість повітря.
В атмосфері міститься також порох космічного походження, до складу якого входять залізо, нікель та інші елементи і який проникає в атмосферу під дією гравітації, електромагнітного поля Землі і світлового тиску. В атмосферу може потрапляти порох і внаслідок викидів вулканів; Він характеризується великою дисперсністю і може розноситися повітряними течіями на великі відстані.
Велике практичне значення має наземний порох, а саме: ґрунтовий, рослинний, дим від лісових пожеж, морський порох.
Слід зазначити, що сформоване постійне співвідношення газів у складі атмосфери дуже часто порушується антропогенним вмістом. В атмосфері з'являються сторонні, невластиві їй хімічні та інші домішки, що забруднюють повітряний простір. Нині вплив цих чинників великий і різноманітний, тому потребує спеціального розгляду.