Приближенный состав атмосферы
| Элемент и газ | Содержание в нижних слоях атмосферы, % | |
| По объему | По массе | |
| Азот Кислород Аргон Неон Гелий Криптон Водород Углекислый газ (в среднем) Водяной пар: в полярных широтах у экватора Озон: в тропосфере в стратосфере Метан Оксид азота (IV) Оксид углерода » в атмосфере городов | 78,064 20,946 0,934 0,0018 0,000524 0,000114 0,00005 0,034 0,2 2,6 1·10-6 10-3…10-4 1,6·10-4 10-6 Следы 0,8·10-5 | 75,5 23,14 1,28 0,0012 0,00007 0,0003 5·10-6 0,0466 0,9·10-4 0,3·10-6 7,8·10-6 |
От стратосферы к ионосфере плотность газов уменьшается, в стратосфере находится около 20% массы всех газов, в остальных слоях – всего около 0,5 %. Самый важный компонент стратосферы и ионосферы - озон (О3), образующийся в результате фотохимических реакций. Максимальная концентрация озона зафиксирована на высоте 25-30 км. Озоновый слой поглощает губительное для жизни УФ - излучение Солнца. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, так энергии одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем.
Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, более вероятно связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.) Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют на атомы (на высоте более 80 км диссоциируют Н2 и СО2, выше 150 км - О2, выше 300 км - N2). На высоте 100...400 км в ионосфере происходит также ионизация газов. На высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О2+, О2-, N2+) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы появляются свободные радикалы - ОН-, НО2- и др.
До высоты 100 км атмосфера представляет собой хорошо перемешанную смесь газов. Вследствие уменьшения плотности газов температура меняется от 0°С в стратопаузе (на высоте ~ 50 - 55 км) до -90...100°С в мезопаузе (~ 80 - 85 км). Выше мезопаузы до высоты 500 км температура монотонно повышается до 1000...1500°С, выше термопаузы находится экзосфера, для нее характерна относительно постоянная высокая температура. Самые высокие слои состоят из Н2 и Не, которые медленно рассеиваются в мировое пространство.
Цель работы. Методом химического анализа определить содержание углекислого газа в атмосфере рабочей зоны.
Оборудование и реактивы: шприцы; лист белой бумаги; поглотительный раствор.
Порядок выполнения работы:
1. Определение содержания углекислого газа
На первом этапе необходимо провести исследование воздуха открытой атмосферы (вне помещений). Для этого набрать шприцем 10 мл поглотительного раствора; перемещая поршень, заполнить воздухом свободное пространство. Не отпуская поршня, энергично встряхивать шприц до поглощения углекислого газа из воздуха в объёме шприца поглотительным раствором. С помощью поршня удалить воздух из шприца, стараясь сохранить в нем исходное количество поглотительного раствора. Эту процедуру повторить несколько раз до полного обесцвечивания раствора. Объем воздуха, пошедший на обесцвечивание раствора, можно рассчитать, зная количество ходов поршня шприца при заборе воздуха и объем шприца, занимаемый воздухом. После проведенного исследования освободить шприц от использованного раствора и ополоснуть дистиллированной водой. Вновь, наполнив шприц 10 мл поглотительного раствора, повторить эксперимент с воздухом зоны, где требуется определить концентрацию углекислого газа.
Расчет содержания СО2 (в %) проводят по следующей формуле:
где V - объем воздуха открытой атмосферы, пошедший на обесцвечивание поглотительного раствора, м3; V1 - объем воздуха исследуемой зоны, пошедший на обесцвечивание поглотительного раствора, м3; 0,04 - содержание углекислого газа в воздухе, %.
2. Определение коэффициента вентиляции
Расчет необходимого вентиляционного объема воздуха (м3/ч), т.е. объема свежего воздуха, который надо подавать в помещение на одного человека, чтобы содержание СО2 не превысило допустимого уровня (0,1 %), произвести по следующему соотношению:
где К - количество литров СО2, выдыхаемое одним человеком за один астрономический час при спокойной сидячей работе (для взрослого, в среднем - 22,6 л/ч); р - предельно допустимое содержание CO2 в воздухе учебного помещения (0,1 %, или 1 л/м3); X - концентрация СО2 в исследуемой зоне (л/м3).
Зная вентиляционный объем воздуха, рассчитать коэффициент вентиляции (W), который показывает, сколько раз в течение 1 часа воздух помещения должен смениться, чтобы содержание СО2 не превысило допустимого уровня:
Воздушный куб рассчитать по формуле:
где Vв.к. - воздушный куб, м3, приходящийся на одного человека (физиологическая норма на человека в час - 15-20 м3, гигиеническая норма - 4,5-5 м3 на одного человека); V - объем исследуемой зоны (учебного помещения), м3; n - количество человек, находящихся в зоне.