Атмосфера и дыхание живой природы

Интегрированный урок по биологии и физике

До высот 2000–2500 м над у.м. организму человека удается компенсировать недостаток кислорода. На высоте 2500–3000 м у некоторых людей происходят изменения в поведении – возникает эйфория, которая проявляется в излишней говорливости, жестикуляции, ускоренном темпе речи, приподнятом настроении. На высоте 4000–5000 м состояние ухудшается, появляется апатия. На высоте 5000–7000 м человек чувствует слабость, усталость, тяжесть во всем теле, головокружение. При тяжелой гипоксии (кислородном голодании) он перестает отвечать на вопросы и реагировать на окружающее и впадает в бессознательное состояние.

В романах Фенимора Купера индейцы иногда спасались от врагов, погружаясь в воду и дыша при этом через полую камышинку. Однако дышать таким способом можно на глубине, не превышающей 1,5 м. На большей глубине давление настолько возрастает, что вдох сделать невозможно. Именно поэтому аквалангисты, погружаясь на большие глубины, берут с собой баллоны со сжатым воздухом, причем давление подаваемого в легкие воздуха изменяется по мере погружения (всплытия).

Кислородное голодание (гипоксия) наступает тогда, когда организм получает недостаточное количество кислорода. Оно хорошо известно альпинистам, аэронавтам, летчикам. Впервые с этим явлением столкнулись на заре воздухоплавания, когда три француза на воздушном шаре поднялись на высоту
8000 м. Только один из них остался жив, но и он спустился на землю в очень тяжелом состоянии.

Общий уровень тренированности организма, а также его обеспеченность кислородом можно определить, проведя пробу с задержкой дыхания.

1. После трех глубоких вдохов задержите дыхание (зажмите нос пальцами) на максимальном вдохе. Время задержки дыхания определите по секундомеру. Если это время менее 39 с – результат неудовлетворительный, от 40 до 49 с – удовлетворительный, более 50 с – хороший.

2. После трех глубоких вдохов задержите дыхание на выдохе. Если задержка дыхания менее 34 с – результат неудовлетворительный, от 35 до 39 с – удовлетворительный, более 40 с – хороший.

3. После 20 глубоких приседаний, выполненных в течение 30 с, измерьте задержку дыхания на выдохе. Если это время не превышает 24 с – результат неудовлетворительный, от 25 до 29 с – удовлетворительный, более 30 с – хороший.

Калифорнийцу Роберту Фостерсу удалось пробыть без акваланга под водой в течение 13 мин 42,5 с. Французу Жану Майамо удалось без акваланга опуститься на глубину 105 м. Блестящего успеха добилась в 1986 г. молодая итальянская ныряльщица Анджела Бандини. Вблизи острова Эльба она за 2,5 мин. погрузилась без акваланга на рекордную для женщин глубину 52,5 м.

О вреде курения

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно во всем мире от болезней, связанных с курением, умирают 2,5 млн человек. Смертность растет прямо пропорционально количеству выкуренных сигарет. Особенно велика она среди тех, кто начал курить в раннем возрасте. Многие не задумываются над тем, какие изменения вызывает в организме каждая затяжка. Из полости рта, мимо голосовых связок (что сказывается на голосе курильщика), дым устремляется к слизистым оболочкам гортани, трахеи, бронхов, альвеол. Они-то и подвергаются наиболее разрушительному действию продуктов сгорания табака, главные из которых – аммиак и табачный деготь. Аммиак растворяется во влаге слизистых оболочек верхних дыхательных путей, раздражая их. Табачный деготь оседает на стенках воздухоносных путей, накапливается в альвеолах, окрашивая легкие в грязно-коричневый цвет. В табачном дегте наиболее высоки концентрации таких веществ, как бензпирен, полоний, свинец, висмут. Именно их пагубное воздействие значительно повышает у курящих риск заболеть раком легкого.

Один из основных компонентов табачного дыма – угарный газ – по воздухоносным путям устремляется к альвеолам. Угарный газ соединяется с гемоглобином более прочно, чем кислород, из-за чего количество гемоглобина, способного нести кислород клеткам организма, уменьшается. Вот почему у человека, выкурившего подряд несколько сигарет или находившегося в накуренном помещении, развивается кислородное голодание, появляется головная боль, головокружение, тошнота, бледность кожных покровов.

А бывает, что вдруг начинают дрожать руки, походка становится неуверенной, бросает то в жар, то в холод, появляются перебои в работе сердца. Так проявляется разрушительное действие никотина – одного из самых сильных табачных ядов. Следом за угарным газом он попадает в кровь и разносится по организму. Каждый орган по-своему реагирует на это вторжение.

Первыми подают сигнал бедствия надпочечники. Они выбрасывают в кровь адреналин – вещество, сильно сужающее кровеносные сосуды. В результате повышается артериальное давление. При регулярном повторении это может привести к гипертонической болезни. По суженым сосудам с большим трудом и в меньшем объеме кровь протекает через сердце, которое вынуждено увеличить частоту сокращений, чтобы обеспечить ткани необходимым количеством крови. Рано или поздно за это придется расплачиваться атеросклерозом сосудов, стенокардией, ишемической болезнью сердца, обычно приводящей к инфаркту миокарда. Обедненная кислородом, содержащая никотин кровь вызывает спазм сосудов головного мозга, проявляющийся в виде головной боли, тяжести в затылке, нарастающей усталости.

Особенно опасно курение (в том числе и пассивное) для беременных, т.к. никотин свободно проникает через плаценту в кровь плода – и нарушает его нормальное развитие. Продукты сгорания табака – никотин, аммиак, эфирные масла, метиловый спирт, синильная и другие кислоты – влияют и на функции органов чувств: снижается острота зрения, ухудшаются цветоощущение, обоняние, ощущение вкуса.

Знаете ли вы, что...

...Ядовитые свойства никотина используются в сельском хозяйстве: он один из главных компонентов многих препаратов для защиты растений от вредителей.

...Лабораторные анализы показывают, что в 1 л молока курящей матери может содержаться до 0,5 мг никотина. Смертельная доза никотина для младенца первых месяцев жизни – 1 мг. Курильщики ежегодно выбрасывают в атмосферу 720 т синильной кислоты, 384 000 т аммиака, 108 000 никотина, 600 000 т дегтя и более 550 000 т угарного газа. Общая масса окурков на Земле за год составляет 2 520 000 т. В среднем 25% всех веществ, содержащихся в табаке, сгорает и разрушается в процессе курения, 50% уходит в окружающую среду, 20% попадает в организм курильщика и только 5% остается в фильтре сигареты. Выкуривающие более 20 папирос в день заболевают раком легких в 20 раз чаще, чем некурящие. Выкуривание только одной сигареты по действию на организм приблизительно равно нахождению вблизи крупной автомагистрали на протяжении 16 часов. Пребывание некурящего в течение 1 ч в закрытом прокуренном помещении равносильно тому, что он выкурил 4 сигареты.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха

В настоящее время наиболее распространенный способ борьбы с загрязнением воздуха заключается в удалении загрязняющих веществ от места выброса. Это достигается в результате строительства высоких труб на заводах и тепловых станциях. Трубы выбрасывают сажу, золу и газы в струйные потоки воздуха, которые уносят их на большие расстояния от мест выброса и рассеивают в больших объемах воздуха. С увеличением количества выбросов, вызванным концентрацией промышленности на относительно небольших территориях, этот способ удаления отходов стал неприемлем. Поэтому во все больших масштабах проводится строительство разного рода очистных сооружений, уменьшающих выбросы в атмосферу. Но даже самые современные очистные сооружения не могут полностью уловить загрязняющие вещества, и какая-то их часть всегда поступает в атмосферу. Поэтому новые заводы и тепловые станции рекомендуется сооружать с подветренной стороны городов и населенных пунктов.

Значительная доля загрязнения атмосферы обусловлена автотранспортом. Поэтому современные автомобили имеют поглощающие фильтры, используют менее токсичные вещества в качестве топлива. Наиболее радикальное решение этой проблемы – создание электромобиля.

В охране воздуха городов и населенных пунктов важная роль принадлежит зеленым насаждениям и зеленым зонам, расположенным вокруг городов и предприятий.

Однако все эти способы не могут решить проблему охраны атмосферы полностью. Фильтры, газо- и пылеуловители приводят к скоплению огромных масс вредных веществ, которые куда-то надо складывать, что в конечном итоге приведет к загрязнению почвы.

Полностью решить проблему загрязнения можно только при переходе на технологии безотходного производства на действующих и вновь строящихся предприятиях. Но даже при этом не решится проблема сохранения газового состава атмосферы. С каждым годом количество сжигаемого топлива растет, что вызывает рост концентрации углекислого газа и уменьшение концентрации кислорода в атмосфере. Очистные сооружения эту проблему не решают. Выход из положения состоит в использовании новых способов производства энергии. Все большую долю электроэнергии дают АЭС. Создаются приливно-отливные станции (например Заячья Губа в Белом море), термоустановки, ветряные двигатели. Они не загрязняют воздух пылью, зольными веществами, не выбрасывают углекислого газа и не требуют кислорода. Тем самым они кардинально решают проблему загрязнения атмосферного воздуха и сохранения его газового состава.