Читать книгу "Воздух. Неожиданные факты о том, без чего нельзя прожить"

То, что углекислого газа в атмосфере немного и это к лучшему, – понятно. А откуда он вообще взялся? Ну, во-первых, его образует сама планета во время извержения вулканов или сгорания органических веществ. Живые организмы тоже производят СO₂: аэробы во время жизнедеятельности, бактерии в процессе брожения и перегнивания. Человек пополняет запасы ежедневно, причем не столько своим дыханием, сколько сжиганием топлива, выхлопными газами, производствами. Так масса и набирается.

Диоксид углерода – один из важнейших источников питания растений. Куст шиповника садится ужинать, достает вилку и нож… Шучу. Растения поступают иначе: берут из воздуха углекислый газ, из почвы – воду и с помощью энергии солнечного света перерабатывают это всё в глюкозу, из которой потом строят себя. Помимо глюкозы получается еще и кислород. Ничего не напоминает? Всё правильно, это фотосинтез. С его помощью растения лакомятся углекислым газом, вовлекают его в круговорот веществ и не дают накапливаться в атмосфере.

Например, для того, чтобы тушить пожары. Если заполнить углекислым газом полыхающее помещение – пламя потухнет. Так происходит потому, что CO₂ не участвует в горении, зато отлично вытесняет кислород, который, как вы помните из прошлой главы, его поддерживает. Огромный плюс этого способа – скорость и возможность полной автоматизации систем пожаротушения, а также безопасность для материальных ценностей: ни вода, ни пена, ни порошок не повредят окружающие предметы. Недостаток же – опасность для человека, поэтому перед началом тушения необходимо срочно эвакуировать людей: иначе, когда кислород будет вытеснен, все оставшиеся в помещении задохнутся. Такое пожаротушение обычно применяют на производствах, в местах хранения горючих материалов и жидкостей. Но, конечно, это не единственный способ использовать углекислый газ.

Если охладить углекислый газ до –78,45 ℃, он станет твердым и превратится в лед. Но это не тот обычный лед, который бросают в стакан с напитком. Особенность углекислого газа в том, что при атмосферном давлении он не существует в жидком состоянии. Из газообразной формы CO₂ превращается в так называемый сухой лед, а из этого сухого льда обратно в газ. Процесс, когда вещество переходит из твердой формы в газообразную, минуя жидкую фазу, называется сублимацией или возгонкой.

Ну и куда же девать этот немокрый лед? В том-то и дело, что его удобно применять везде. Подумайте: если он растает – не будет луж, которые нужно убирать, и влага не испортит ничего ценного. Именно поэтому сухой лед используют при охлаждении продуктов, при их транспортировке и хранении.

Кстати, с помощью такого льда производят некоторые спецэффекты, например дым или туман на концертах. В специальный прибор кладут твердый диоксид углерода, где он тает, благодаря чему образуется плотный пар, который загадочно и мистически стелется по сцене. Однако использование сухого льда в больших количествах в закрытых помещениях может быть опасно для человека. Когда он переходит в газообразное состояние, образуется много углекислого газа, вытесняющего кислород. Чем больше сухого льда – тем больше CO₂ переходит в воздух. Если кислорода для дыхания станет недостаточно, зрители могут потерять сознание и погибнуть от удушья. Хочу вас предостеречь от подобной роковой ошибки и напомнить, что все манипуляции с сухим льдом необходимо проводить аккуратно и только на свежем воздухе или в хорошо проветриваемых помещениях.

А теперь давайте перейдем к вкусненькому. Вы наверняка любите газировку? Чтобы получились такие любимые всеми пузырьки, в жидкость необходимо ввести углекислый газ. Да, и здесь без него не обошлось! Основная цель газации – продлить срок хранения напитков, ведь CO₂ – это консервант, который подавляет жизнедеятельность микроорганизмов в продукте. Диоксид углерода, он же пищевая добавка Е290, предотвращает развитие бактерий и грибков, а также регулирует кислотность напитков, минеральной воды или, например, лимонадов.

Однако добиться колючих пузырьков и продлить срок хранения можно и естественным способом. Природная газация используется при изготовлении шампанского, пива и кваса. Эти напитки объединяет технология изготовления, при которой дрожжи потребляют сахар, вступают в реакцию брожения и выделяют углекислый газ. Процесс происходит в закрытом герметичном сосуде, поэтому напитки накапливают в себе CO₂ и газируются естественным путем. Так получаются те самые приятные пузырьки, что щекочут нос.

«Управление погодой» – звучит, как фраза из фантастических фильмов про будущее. Но на самом деле это реальность, человек может управлять погодой уже сегодня. Вы знали, что перед парадом разгоняют облака? В праздничный день рано утром в небо отправляется разведка и определяет погоду. Если на город надвигаются тучи или плотные облака, им навстречу вылетают самолеты и под высоким давлением распыляют реагенты. Это необходимо для того, чтобы осадки выпали раньше и не дошли до места, где должна быть хорошая погода. В качестве реагентов выступает азот или углекислый газ – всё зависит от типа облаков. Жидкий азот применяют для высоких дождевых туч, а для нижнего слоя облаков – углекислый газ в виде сухого льда.

Я уже упоминала, что занимаюсь системами вентиляции, так что знаю этот газ не понаслышке. Мы, инженеры, называем его «вредностью», содержание которой в воздухе помещения необходимо контролировать. Дело снова в том, что при увеличении концентрации углекислого газа содержание кислорода уменьшается. Если содержание СО₂ в воздухе выше 6 %, начинается кислородная недостаточность, удушье, хочется спать, начинает болеть голова. При еще больших концентрациях может наступить обморок. Откуда набираются эти 6 % углекислого газа, ведь в атмосфере его в норме меньше половины процента? Газ выделяют люди, оргтехника. «Спертый» воздух влияет на самочувствие и работоспособность. Именно поэтому необходимо регулярно открывать окна в помещениях, чтобы воздух обновлялся. Если такой возможности нет, нужна приточно-вытяжная вентиляция, которая будет освежать воздух принудительно.

Избыточная концентрация углекислого газа вне помещений тоже не представляет собой ничего хорошего. Парниковый газ СО₂ – одна из причин глобального потепления, повышения средней климатической температуры Земли. Если с источниками в помещениях более-менее понятно, то что же увеличивает его концентрацию на всей планете целиком? Ну не офисные же сотрудники?

Большое количество диоксида углерода производится в результате деятельности человека: всевозможная промышленность, фабрики и заводы, сжигание нефти, природного газа и угля вносят свою долю в потепление. Уничтожение лесов и изменение ландшафта также наносят планете существенный урон. Не подумайте, я вас не запугиваю, просто хочу обратить внимание на то, что очень важно держать количество углекислого газа на Земле под контролем. Мы ведь не хотим превратить нашу планету в Венеру, правда?

Итак, подведем итоги: углекислого газа на планете немного, но этого количества вполне достаточно, чтобы сохранять тепло, и больше точно не надо. Растениям он необходим для того, чтобы жить и расти. CO₂ вытесняет кислород, поэтому, чтобы быть здоровым и бодрым, помещение необходимо чаще проветривать.

Глава 6
Другие газы

Вот мы и разобрали основных «воздушных титанов». Однако в состав атмосферы входят и другие, не менее интересные и важные газы, несмотря на то что их концентрация достаточно мала. К ним относятся инертные газы, водород и метан.

Гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr) и ксенон (Xe). При нормальных условиях они не имеют ни цвета, ни запаха. Инертные газы практически не вступают в химические реакции, не поддерживают горение. Нетоксичные, однако при большом скоплении вытесняют кислород, поэтому могут оказать удушающее действие.

АРГОН – самый распространенный среди инертных газов. Его содержание в атмосфере – 0,93 % по объему и 1,29 % по массе. Сильная сторона этого газа – умение изолировать, поэтому аргон применяют в металлургии, чтобы защитить расплавленные металлы от окружающего воздуха. И в люминесцентных лампах, чтобы разогретый вольфрамовый электрод не перегревался, например. В пищевой промышленности аргон работает как упаковочный газ. А еще у него низкая теплопроводность, поэтому им заполняют стеклопакеты.

НЕОНА на Земле совсем немного, около одной тысячной процента. Его применяют в криогенных установках, так как температура кипения газа составляет –246,6 ℃. Электропроводность неона высока, и если через него пропустить ток, газ начинает светиться красным цветом. Выражение «неоновый свет» возникло именно из-за этого свойства. Неоном наполняют всевозможные лампы, рекламные вывески, сигнальное оборудование.

КСЕНОН и КРИПТОН так же используют для заполнения лампочек, вывесок и автомобильных фар. Кстати, эти инертные газы обладают наркотическим действием. Неужели дворовые хулиганы читали химический справочник и поэтому бьют фары припаркованных во дворе автомобилей? Думаю, что вряд ли, скорее всего, это чистое хулиганство.

Из ГЕЛИЯ можно получить самую холодную жидкость при земном атмосферном давлении, температура кипения которой составляет –268,9 ℃. Именно поэтому его используют в криогенной технике и для достижения сверхпроводимости. Однако серьезный гелий может быть и забавным, если его вдохнуть. Дело в том, что плотность гелия значительно меньше плотности воздуха. Газ заставляет голосовые связки колебаться с более высокой частотой, поэтому после вдыхания вы услышите смешной писклявый голос. Вы наверняка видели, как клоуны вдыхают газ из шарика, чтобы рассмешить зрителей. Но хочу сразу предупредить, что вдыхание чистого гелия опасно и лучше этим не увлекаться: можно устроить себе кислородное голодание, потерю сознания, удушье и даже смерть.

Газа водорода на Земле ничтожно мало. В основном этот элемент находится на планете в виде химических соединений. С некоторыми из них мы знакомы вплотную, соприкасаемся каждый день и даже употребляем внутрь. Всё верно, я о воде. Состав незаменимой жидкости – два атома водорода и один атом кислорода. Кстати, распространенное вещество из домашней аптечки – перекись водорода – тоже результат взаимодействия водорода и кислорода (его формула H₂O₂). Но рассмотрим водород как двухатомный газ H₂.

Его, так же как и гелий, можно назвать рекордсменом. Это самый легкий газ, а при охлаждении – самая легкая жидкость на планете. Водород обладает поистине взрывным характером: в смеси с кислородом он становится взрывоопасной субстанцией, которую применяют в качестве ракетного топлива. Например, в космических кораблях серии «Спейс Шаттл», вы ведь помните?

Водород – важнейшее сырье для химической индустрии. Его используют для производства аммиака и метанола, в нефтепереработке и металлургии. H₂ на Земле в чистом виде просто так не раздобудешь, поэтому его приходится производить промышленным путем, а это довольно затратное и грязное производство.

Самый «чистый» и, как следствие, дорогой водород – полученный при помощи электролиза воды. Электролиз – это химическая реакция, при которой вода под воздействием электрического тока распадается на кислород и водород.

Самый популярный и дешевый, однако неэкологичный способ получить водород – паровой риформинг, или паровая конверсия. Так называют химическую реакцию, которая основывается на взаимодействии углеводородов и водяного пара. В качестве сырья выступают метан, природный газ, бензин, керосин и уголь. Большой потенциал имеют безопасные технологии получения водорода из мусора, бытовых отходов и биомасс, поэтому современная водородная промышленность активно развивается и в этом направлении.

Водород в наши дни – важный промышленный газ. Однако у него есть все шансы стать еще и топливом будущего. Уже сейчас на рынке представлены автомобили и автобусы, которые используют H₂ в качестве горючего. Вместо двигателя внутреннего сгорания в них находится топливный элемент, где протекает химическая реакция, в результате которой образуется вода и электрический ток. Благодаря этому транспорт совсем не производит выхлопных газов, а всё, что выделяется в атмосферу, – это лишь водяной пар и теплый воздух. Несмотря на эти преимущества водородные автомобили пока – настоящая редкость. Тормозит активное внедрение такого транспорта высокая стоимость технологий.

Известен любому, кто хоть раз готовил на газовой плите: он входит в состав природного газа и отлично горит. Метан также применяют в качестве топлива для транспорта и в химической промышленности, в том числе для получения водорода. Он не имеет цвета и запаха, нетоксичен, но взрывоопасен и при большом скоплении вытесняет кислород, поэтому с ним необходимо обращаться очень аккуратно.

Если метан не пахнет, то откуда взялся так хорошо известный «запах газа», при котором необходимо немедленно вызывать газовую службу? Для пахучести добавляют специальные газовые маркеры, которые называются одорантами. Одоранты обладают едким неприятным запахом, который и помогает отследить утечку газа. В маленькой концентрации они не опасны, однако в больших количествах токсичны и ядовиты. Чаще всего в качестве одорантов применяют этилмеркаптан, который пахнет несвежими яйцами, метилмеркаптан с запахом гнилой капусты, а также пропилмеркаптан с отчетливыми нотками тухлятины.

Метан тоже парниковый газ. Чтобы не навредить климату Земли и остановить глобальное потепление, его выбросы необходимо контролировать. На Земле метан содержится в почве, болотах, рисовых полях, водоемах, шахтах. Кроме того, его выделяют мусорные свалки, производства и промышленность. Некоторое количество метана имеет биологическое происхождение, его вырабатывает крупный рогатый скот, особенно коровы. Дело в том, что животные едят много травы. Переварить такой объем грубой пищи помогают специальные бактерии, которые живут в их желудках. Побочный эффект этого процесса – метеоризм, сопровождающийся переходом довольно приличного количества метана в атмосферу.

Чтобы вы представили количество газа, выходящего из коровы, вам следует узнать, что ее желудок состоит из четырех отделов. Первый отдел – рубец, где и живут пресловутые бактерии. У взрослой особи он может достигать 100–200 л. Второй отдел – сетка: 4–10 л. Далее идет «книжка» объемом 10–20 л. Четвертый отдел – сычуг размером 5–15 л. Это же сколько травы оказывается внутри и как сильно может пучить бедную корову! Животное отрыгивает и выпускает из-под хвоста 30–50 л кишечных газов в час. Вы не поверите, но исследователи и фермеры придумывают специальные диеты. Благодаря особому рациону вполне реально добиться легкости в коровьем животе.

Это, безусловно, забавный факт. Но давайте не будем сваливать общепланетарную метановую проблему на пищеварительную систему животных. Они действительно источают этот газ, однако вклад их не самый весомый. И раз уж речь зашла о необычных местах, где можно раздобыть метан, расскажу вам еще об одном.

Под дном Арктики находятся залежи метангидратов – соединений метана с водой. По сути, это обычный лед, в который вкраплены молекулы CH₄. Для их существования необходимо высокое давление и низкая температура, поэтому арктическое дно – идеальное место расположения. При нагревании метангидрат тает, метан растворяется в воде, поднимается в ее толще, достигает атмосферы и переходит в воздух. Этого не происходит летом, так как теплый и легкий поверхностный слой воды не пускает холодные глубинные течения, насыщенные метаном, наверх. А вот осенью и зимой, когда поверхностный слой остывает, море эффективно перемешивается, что приводит к интенсивному выбросу газа в атмосферу. Скопление метана в Арктике крайне нежелательно, так как он удерживает тепло. Возможно, на экваторе это было бы не критично, но в полярных широтах повышение температуры даже на десятую градуса чревато активным таянием льдов – опаснейшим последствием глобального потепления.

Вот вы и узнали обо всех составляющих воздуха. Если в его составе учитываются только эти газы, он называется «сухим». Проблема в том, что такого воздуха не существует в природе. Каждый день мы с вами сталкиваемся с абсолютно другим – «влажным воздухом». Что это значит и кто его намочил? Об этом в следующей главе.

Глава 7
Влажность воздуха
Почему нельзя сушить белье в квартире?

Думаете, если в луже или стакане на первый взгляд ничего не происходит, то вода там совершенно спокойна? Вы ошибаетесь. Молекулы жидкости крайне непоседливы. Они хаотично движутся и активно перемещаются. Некоторые из них отрываются от водной поверхности и переходят в атмосферу, а затем поднимаются вверх с потоками воздуха и насыщают его влагой. Вода непрерывно испаряется с поверхности Земли и водоемов, с тел животных и человека, и совсем чуть-чуть – с ваших носков, которые сохнут на балконе. Только представьте, что каждую минуту улетучивается один миллиард тонн влаги.

Содержание воды в атмосфере определяет погоду и климат. С ней связаны потрясающе красивые природные явления. Давайте перечислим их и еще раз полюбуемся, хотя бы мысленно.

Облака и тучи формируются из мельчайших частиц воды. Они настолько маленькие, что в буквальном смысле парят в атмосфере, то есть падают на землю очень медленно. Когда они скапливаются в одном месте, образуются пушистые барашки, которые мы называем облаками или тучами.

ДОЖДЬ И ДРУГИЕ ОСАДКИ. В облаках постоянно циркулируют потоки воздуха. Из-за активного движения частицы влаги сталкиваются между собой и слипаются в большие капли. Те, в свою очередь, уже не могут свободно парить и обрушиваются вниз в виде осадков. Если частицы влаги из облаков притягиваются к гранулам пыли и замерзают – выпадает снег или град.

ТУМАН – это скопление частиц водяного пара. По сути, то же самое облако, просто у поверхности Земли.

РОСА – капли влаги, которые конденсируются из воздуха на охлажденных предметах.

Благодаря частицам воды в атмосфере мы иногда видим яркий оптический эффект – радугу. В основе радуги лежит физическое явление, дисперсия – исходящий от Солнца белый свет при отражении и преломлении в каплях воды раскладывается в спектр.

Влажность влияет не только на природные явления, но и на живые организмы. От нее зависит самочувствие практически всех существ на Земле, в том числе и человека. И если на улице ее отрегулировать невозможно, то внутри помещений она находится полностью в нашей власти. Так как человек большую часть своей жизни проводит в закрытых пространствах, советую начать отслеживать значение влажности при помощи специального прибора – гигрометра. Многие современные комнатные термометры им оснащены, поэтому показывают не только температуру, но и уровень влажности. Комфортное для организма значение находится в диапазоне от 40 до 60 %. Придерживайтесь его, если хотите быть здоровыми и хорошо себя чувствовать.

Стоит отметить, что влажность бывает абсолютная и относительная. Абсолютная влажность – это количество граммов влаги в одном кубическом метре воздуха. Если же уровень влажности приводится в процентах (как в этой главе), значит, речь идет об относительной влажности. Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности при определенной температуре к влагоемкости (максимально возможной влажности) при этой же температуре. Именно об относительной влажности говорят в прогнозах погоды, и за ней имеет смысл следить.

Человек постоянно теряет влагу: с поверхности кожи и слизистых, во время дыхания. Жидкость испаряется и переходит в окружающую среду. Чем ниже влажность окружающей среды, тем интенсивнее происходит испарение, а значит, ускоряется потеря жидкости человеком.

При слишком низком показателе влажности слизистые оболочки организма – глаза, носоглотка, половые органы – пересыхают. А ведь особенность в том, что их единственная защита – это тонкий слой влажной слизи, которым они покрыты. Если слой истончается, защитный барьер организма становится слабее, тело не может противостоять вирусам и бактериям в полной мере. Человек теряет иммунитет, который ему давала влажная слизистая.

Потеря влаги сказывается и на коже. Она сохнет, становится стянутой, шершавой, трескается, теряет эластичность и упругость, на ней могут появиться заломы и морщины.

Длительное пребывание в помещении с сухим воздухом сказывается на всем организме. Такое состояние называется «обезвоживание». Кровь становится более вязкой, нарушается ее кислотно-щелочной баланс. Из-за этого органы недополучают питательные вещества, и человек чувствует себя вялым и уставшим.

Где можно столкнуться с сухим воздухом? Например, на борту самолета, где влажность составляет всего 10–20 %. Ее специально поддерживают на таком низком уровне по двум причинам: создание ощущения комфорта для пассажиров и защита конструкций воздушного судна. Если с вопросом безопасности понятно: влага настоящий враг электроники и причина коррозии, то с комфортом как-то не очень. Какой же это комфорт, если всё сохнет? Все дело в том, что прохладный и сухой воздух кажется человеку более чистым и свежим. А настоящего свежего воздуха на борту дефицит, поэтому «комфорт» достигается искусственным путем, при помощи иллюзии, манипуляции с низкой влажностью. Ну и конечно, повторюсь, режим сухости просто необходим для того, чтобы приборы и техника на борту были в безопасности.

Кстати, знаменитый бьюти-совет о том, что во время полета необходимо орошать лицо термальной водой, можно назвать вредным! Частицы влаги при такой критически низкой влажности на борту не смогут проникнуть в кожу. Они будут переходить в воздух и дополнительно захватывать с собой влагу из вашей кожи. Таким образом, при помощи термальной воды вы не увлажните, а лишь высушите лицо еще больше. Чтобы замедлить переход влаги из кожи в воздух, необходимо усилить липидный барьер – смазать кожу жирным кремом. А если вам ну очень уж хочется пустить в ход термальную воду – распылите ее не во время, а после перелета и тщательно промокните салфеткой. Это дополнительно поможет смыть самолетную пыль.

Еще один пример низкой влажности: воздух в квартире во время отопительного периода. Знаете, почему так происходит? Как вы уже поняли, в воздухе содержится вода. Ее количество – величина нестабильная и сильно зависит от температуры. Чем холоднее воздух, тем меньше влаги он может в себе удержать. Чем воздух теплее – тем больше влаги в него «влезает». Зимний воздух с улицы довольно холодный, и в нем содержится небольшое количество влаги. Попадая в помещение, он быстро нагревается, и теперь ему ее нужно больше. Воздух начинает вбирать в себя влагу из окружающей среды: комнаты, предметов, растений и, что самое неприятное, человеческого организма. Это мало помогает, воздух по-прежнему остается сухим. Чтобы нормализовать влажность в помещении до здоровых и комфортных показателей, воздух необходимо принудительно увлажнить. Это можно сделать при помощи дополнительного источника влаги – увлажнителя воздуха. Многим этот прибор кажется ненужной и глупой тратой денег. Но на самом деле это не так, увлажнитель – жизненно необходимое устройство.

Человеческий организм на 60 % состоит из воды. Чтобы быть здоровым и чувствовать себя хорошо, необходимо сохранять водный баланс. Специально стараться для этого не надо. Вы уже встречали слово «обезвоживание» выше. Так вот, организм старается избегать этого состояния. Благодаря сигналам нашего тела мы всячески бережем воду: прячемся в тень на солнцепеке, спасаемся от жары, не ходим в туалет, если потеряли много жидкости. Ну и, пожалуй, самое главное – восполняем потерю. Мы пьем.

Но как спастись зимой от иссушенного воздуха? Умеет ли организм справляться и защищать себя от воздействия батарей центрального отопления? Наверное, он будет пытаться: заставит вас пить больше жидкости и использует предлог, например головную боль, чтобы вынудить уйти из помещения. Но не всегда есть возможность его послушать, да и куда сбегáть из собственной квартиры или офиса? Значит, организм будет страдать. А вы вместе с ним: постоянно хотеть спать, пить и смазывать кожу кремом.

Чтобы подобного не происходило, я просто настаиваю на увлажнителе воздуха. Если в помещении есть отопительный прибор, который сушит воздух, значит, должен быть и увлажнительный, который нейтрализует этот эффект. Я советую приобрести большой стационарный для дома и небольшой портативный для рабочего места в офисе. Разница между ними в габаритах и радиусе воздействия. Однако даже маломощного портативного хватит, чтобы поддержать влажность вокруг рабочего стола. Кстати, использовать увлажнитель нужно не только зимой, но и летом. Ведь кондиционеры сушат воздух ничуть не меньше, чем батареи отопления.

Рассматривать народные методы, такие как мытье пола, ведро воды в комнате или завешивание батареи мокрыми тряпками, я не буду. Они помогают слабо и работают лишь некоторое время. Бороться с современным радиатором и кондиционером несовременным ведром с водой – как минимум неэффективно. Лучше не экономить на своем здоровье и купить увлажнитель. Необязательно, чтобы это была супернавороченная единица с Wi-Fi и картой ночного неба. Существуют простые, доступные и эффективные модели, именно их я вам и рекомендую.