Электрическое состояние воздушной среды

К физическим факторам воздушной среды также относится атмосферное электричество, в понятие которого входят ионизация воздуха, электрическое и магнитное поля земной атмосферы естественная радиоактивность.

Под ионизациейпонимают распад газовых молекул и атомов воздуха под влиянием ионизаторов. При ионизации внешние силы действуют на атом так, что от него происходит отщепление электрона, в результате чего образуется положительный ион. Электрон присоединяется к другой молекуле и образуется отрицательный ион. К вновь образованным ионам присоединяются газовые молекулы, создавая более стойкие ионы с положительным или отрицательным зарядом - легкие аэроионы Скорость их передвижения составляет 1-2 см/с, время существования - 1-2 мин. Они быстро рекомбинируются. Легкие аэроионы могут присоединять к себе взвешенные пылевые частицы, микробные тела, превращаясь в средние, тяжелые и сверхтяжелые ионы. Тяжелые ионы менее подвижны, их скорость не превышает 0,0005 см/с, они прочно удерживают заряд. Среди аэроионов наибольшей химической активностью обладают: О⁺³, О²⁺, СО⁺, NO².

Число ионов, образующихся в 1 мл газа в единицу времени, называется интенсивностью ионизации. Различают естественную и искусственную аэроионизацию.

Основные источники естественной ионизации:

- Ионизирующая радиация радиоактивных пород земли и космическое из­лучение;

- Ультрафиолетовая радиация с длиной волны до 200 нм, ионизирующее действие которой проявляется главным образом на высоте 50-60 км.;

- Открытое пламя и нагретые поверхности (термоионизация);

- Электрические разряды (например, молнии), так называемые тихие электрические разряды у крон высоких деревьев и на вершинах гор, возникающие при больших значениях напряженности электрического поля атмосферы;

- Распыление и разбрызгивание воды (водопады, горные реки, фонтаны, период прибоев у побережья морей и океанов и др.) ;

- Процессы дробления веществ;

Искусственная ионизация производится с помощью специальных иони­заторов воздуха

Наряду с образованием ионов в атмосфере происходят процессы их уничтожения в результате соединения ионов противоположного заряда. Таким образом, имеет место постоянный процесс ионообразования и ионоуничтожения и устанавливается определенное ионизационное равновесие.

Для процессов образования и рекомбинации ионов в свободной атмосфере важное значение имеют метеорологические условия – атмосферное давление, температура и влажность воздуха, облачность, ветры, грозы, дожди. С увеличением влажности воздуха нарастает число тяжелых ионов из-за рекомбинации ионов с каплями влаги. Понижение атмосферного давления способствует выходу из почвы эманации радия, что приводит к увеличению количества легких ионов.

Для гигиенической характеристики ионизации воздуха используются следующие показатели:

- Содержание и масса ионов различных знаков - чистый атмосферный воздух обычно содержит 1000 - 3000 пар легких ионов в 1 см³ .

- Коэффициент униполярности - отношение количества положи­тельных ионов (n⁺) к количеству отрицательных ионов (n^–). В норме он составляет 1,2 – 1,3 (n+/n^–)

- Коэффициент загрязнения - отношение суммарного количества тяжелых аэроионов (N) к легким аэроионам (n) одного и того же знака (N/n), Чем более загрязнен воздух, тем выше этот коэффициент. В норме не он превышает 50.

Степень ионизации воздуха имеет санитарное значение. Поскольку тяжелые ионы чаще всего представлены заряженными аэродисперсиями (дым, пылевые частицы, туманы и др.), по их количеству можно косвенно судить о степени загрязнения воздуха. Чем сильнее загрязнен воздух, тем больше в нем содержится тяжелых ионов и тем выше коэффициент униполярности. Например, в 1 см³ воздуха курортных местностей содержится 2000-3000 легких ионов, в 1 см³ воздуха промышленных городов число легких ионов уменьшается до 40. Это подтверждается также наблюдением за ионизацией воздуха в закрытых помещениях (школы, кинотеатры). Количество легких ионов уменьшается с ухудшением микроклиматических условий в помещениях и повышением содержания углекислоты в воздухе. Легкие ионы поглощаются в процессе дыхания, адсорбируются кожей, одеждой. С дыханием в воздух помещений выделяется много тяжелых ионов. Следовательно, изменение ионизационного режима является чувствительным показателем чистоты воздушной среды в жилых и общественных помещениях.

В настоящее время доказано многостороннее действие аэроинов на организм. Физиологический механизм действия ионизации воздуха заключается в электрообмене в легочной ткани и нейрорефлекторных реакциях на аэроионное раздражение рецепторов слизистых оболочек и кожи. Благоприятное влияние на организм оказывают, как правило, легкие аэроионы отрицательного знака и поэтому применяются с профилактическими и лечебными целями. Они улучшают общее самочувствие, нормализуют сон, повышают умственную и физическую работоспособность. Легкие отрицательные аэроионы повышают активность мерцательного эпителия трахеи, легочную вентиляцию, увеличивают потребление кислорода и выделение углекислоты, стимулируют дыхательные ферменты, усиливают окислительно-восстановительные процессы в тканях. Отмечено стимулирующее действие отрицательных ионов на белковый, углеводный, водный обмен, синтез витаминов. Один из основоположников космической биологии и медицины профессор А.Л. Чижевский, разработавший учение об аэроионизации еще в 30-е годы XX в., называл легкие аэроионы воздушными витаминами. Положительные аэроионы оказывают на организм противоположное отрицательным ионам действие, и их значение в терапии нуждается в дальнейшем изучении.

Решить проблему насыщения воздуха закрытых помещений легкими аэроионами можно с помощью искусственной аэроионизации. Первым таким прибором стала «люстра А.Л. Чижевского». В настоящее время работы по созданию подобных приборов ведутся очень активно. Создано множество моделей приборов, носящих название «ионизаторы-воздухоочистители». Важное условие использования таких приборов - предварительная очистка воздуха с целью предупреждения образования в нем тяжелых ионов. Однако, широкое использование таких приборов на практике сдерживается отсутствием эффективных и простых методов контроля за ионизацией воздуха.

Существует метод лечебно-профилактического воздействия на организм ионизированным воздухом - аэроионотерапия .

Одним из элементов электрического состояния воздушной среды является электрическое поле Земли. Атмосфера представляет собой положительный полюс. Напряженность электрического поля атмосферы измеряется потенциалом в вольтах на 1 м высоты, у поверхности земли она составляет 130 В/м. Разность напряжения между головой и ногами стоящего человека составляет около 250 В. Так как земля заряжена отрицательно, положительные ионы двигаются к земной поверхности, отрицательные отталкиваются от нее. Таким образом, в атмосфере образуется направленный по вертикали к земле ток.

Напряженность электрического поля атмосферы различна по сезонам года. Погода (дождь, снег, туман) влияет на величину электрического поля атмосферы; с повышением атмосферного давления, появлением туманов электрическое поле атмосферы увеличивается в 2-5 раз. Особенно сильные изменения электрического поля атмосферы происходят во время грозы. Нередко в течение 1-2 ч градиент потенциала достигает огромных величин, причем величина поля может менять и свой знак, достигая значений от -2000 до +1800 В/м.

Биологическое действие электрического поля атмосферы изучено недостаточно. Имеются сведения о его влиянии на минеральный обмен между почвой и растениями. Установлено, что атмосферное электричество воздействует на организм и участвует в развитии метеотропных реакций при резком изменении погоды. Вклад в электрическое состояние атмосферы вносит радиоактивность воздушной среды.

Радиоактивность воздушной среды обусловлена присутствием в ней радиоактивных газов и веществ естественного и искусственного происхождения. Естественный радиоактивный фон создается за счет космического излучения и излучений от естественных радиоактивных веществ, находящихся в почве, воде и атмосфере. Благодаря постоянному круговороту веществ в природе человек вместе с пищей, водой и воздухом получает все естественные радиоактивные элементы. Ткани организма содержат ничтожно малые количества этих элементов.

Радиоактивные газы (радон, актинон, торон) являются продуктами распада естественных радиоактивных элементов (радия, актиния и тория), содержащихся в земных породах. В атмосферном воздухе есть также ничтожное количество рассеянных естественных радиоактивных веществ (уран, радий, калий-40), поступающих в воздух с конвекционными потоками в результате выветривания горных пород.