СОСТАВ СУХОГО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Физиологически наиболее важные газы — это кислород, двуокись углерода и азот. Они присутствуют в атмосферном воздухе в пропорциях, указанных в табл. 1.1. Кроме того, атмосфера содержит водяные пары в сильно варьирующих количествах.
То, что физиологи называют азотом, это на самом деле смесь азота примерно с 1% инертных газов, и ради точности их тоже надо было бы перечислить. Однако в физиологии принято объединять эти газы с азотом, главным образом потому, что в большинстве физиологических процессов азот и инертные газы одинаково безразличны для организма. Другая причина — то, что при анализе дыхательных газов обычно определяют количества О2 и С02^ а все остальное называют «азотом». Таким образом, для физиолога количество «азота» в воздухе равно 78,09+0,93%, т. е. 79,02%. Примерно 1% аргона представляет физиологический интерес только в некоторых весьма специфических случаях, например в связи с секрецией газов в плавательный пузырь у рыб. Пол- 2—1873
ный анализ состава газов в пробе воздуха можно произвести с помощью масс-спектрометра — дорогого и очень сложного прибора, который недоступен большинству физиологов.
Состав атмосферы чрезвычайно постоянен.
Состав воздуха поддерживается равновесием между потреблением кислорода в окислительных процессах (главным образом в окислении органических веществ до С02) и освобождением кислорода в процессе ассимиляции С02 растениями.
Опасение, что использование нами ископаемых топлив — нефти, угля и природных газов — может истощить запас кислорода в атмосфере и добавит в нее большие количества С02, по-видимому, лишено оснований. В 1910 году чрезвычайно точный анализ дал для содержания кислорода цифру 20,948%, а в период с 1967 по 1970 г. повторные измерения давали величины 20,946±0,006%. Ученые, производившие эти очень точные анализы, вычислили, что если все известные запасы ископаемого топлива будут сожжены, то и тогда в асмосфере еще останется 20,8% кислорода (Ма- chia, Hughes, 1970). В физиологическом плане такое изменение не будет иметь никаких последствий.
Небольшое увеличение количества С02 в результате сжигания всего топлива тоже оказало бы лишь ничтожный физиологический .эффект, но это не значит, что оно было бы вообще безвредным.
Даже незначительное изменение в концентрации двуокиси углерода повлияет на поглощение солнечной радиации в атмосфере, и. может возникнуть непредсказуемый парниковый эффект, который со временем мог бы коренным образом изменить климатические- условия на земной поверхности. Атмосфера более проницаема для поступающего извне коротковолнового излучения, чем для длинноволнового, испускаемого Землей. Выходящее длинноволновое- излучение поглощается в атмосфере главным образом двуокисью- углерода и водяными парами.
Подчеркивая постоянство состава воздуха, мы должны добавить несколько слов о некоторых особых случаях. Например, в микрообластях типа нор, занимаемых животными, состав воздуха сильно варьирует, причем содержание кислорода может опускаться там до 15% и ниже (Darden, 1972). Содержание С02 там повышено, но не обязательно в той же степени; и все же оно может подниматься до 5%, что уже приводит к значительным физиологическим последствиям.
Воздух, находящийся в почве, в промежутках между ее частицами, часто содержит мало кислорода. Объясняется это тем, что почва может содержать окисляющиеся вещества, которые иногда сильно истощают запас кислорода. Не только органические соединения, но и такие вещества, как сульфид железа, могут поглощать 02 до тех пор, пока практически весь свободный кислород не будет израсходован. Такие окислительные процессы зависят от температуры, влажности и других факторов, а также от степени обмена почвенного воздуха с атмосферой. Например, дождь может блокировать почвенные поры в поверхностной зоне и одновременно вызвать повышение влажности и тем усилить процессы окисления; в результате микроатмосфера может коренным образом измениться.
ВОДЯНЫЕ ПАРЫ В ВОЗДУХЕ
Приведенные выше сведения о процентном составе атмосферы относились к сухому воздуху, и теперь мы должны обратиться к содержанию в воздухе воды.
"ной поверхностью воды изменяется с температурой (табл. 1.2). В точке замерзания давление пара равно 4,6 мм рт. ст. (0,61 кПа)1. Оно повышается с повышением температуры и при 100°С достигает 760 мм рт. ст. (101,3 кПа). Поэтому вода при 100°С- закипает, если атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Если давление ниже, вода закипает при более низкой температуре— например, при 20 °С, если давление снижено до 17,5 мм рт. от. (2,34 кПа).
Любая смесь газе в типа атмосферного воздуха, находящаяся в равновесии со свободной поверхностью воды, содержит водяные пары, давление которых соответствует данной температуре, и поэтому часть объема воздуха, занятая водяными парами, с повышением температуры увеличивается (колонка 4 в табл. 1.2). При 37 °С — обычной температуре тела млекопитающих — давление водяных паров близко к 47 мм рт. ст. (6,28 кПа), и в этом случае пар занимает 6,2% объема воздуха (см. также рис. 9.9).
Воздух в легких человека и других наземных позвоночных всегда насыщен водяными парами при температуре тела, а атмосферный воздух обычно не насыщен. В случае его насыщения мы говорим, что относительная влажность (о. в.) равна 100%. Если в воздухе меньше водяных паров, влажность можно выразить в процентах от количества, необходимого для насыщения при данной температуре; например, относительная влажность 50% означает, что воздух содержит половину того количества воды, которое он