Розрахункова робота №4. Забруднення атмосфери аерозолями та його вплив на здоров'я людини.

Мета роботи: усвідомити небезпеку для здоров'я людини антропогенного забруднення атмосфери аерозолями.

Теоретичні відомості

Атмосферою (від грецького «атмос» - пара, «сфера» - куля) називають зовнішню газову оболонку Землі. Чисте сухе атмосферне повітря є сумішшю газів, яка складається переважно з азоту (78%), кисню (21%), аргону (0,9%), вуглекислого газу (0,03%). Склад атмосферного повітря дуже швидко змінюється за рахунок надходження в атмосферу твердих частин (попіл і пил) та різноманітних газоподібних речовин.

Існує фізичне і хімічне забруднення атмосфери. Внаслідок господарської діяльності у повітряний басейн сучасних промислових зон та великих міст надходять домішки антропогенного характеру, органічних кислот, ефірів, нітросполук, ароматичних вуглеводі тощо. Для більшості з них встановлені норми ГДК (гранично-допустимі концентрації).

Хід роботи

Відносна частка площі легень людини, яку можуть покрити тверді частинки пилу протягом років проживання на територіях з різним рівнем забруднення атмосфери аерозолями. Для проведення розрахунків вихідними умовами служать:

• вік людини, щодо якого проводимо розрахунок;

• концентрація частинок пилу в повітрі;

• середній розмір частинок пилу;

• середній об'єм повітря, яке вдихає людина за рік (див. табл. 1).

Таблиця 1. Середній об'єм повітря, який вдихає людина

Вік	Об'єм повітря за рік, мЗ	Кількість років	Всього, м3
1	2	3	4
до 1 року	1044	1	1044
1-2 роки	1886	1	1886
2-7 років	3183	5	15915
до 1 року	1044	1	1044
1-2 роки	1886	1	1886
2-7 років	3183	5	15915
7-12 років	5185	5	25925
12-17 років	7340	5	36700
> 17 років	8109	п	8109 п

Частку площі легень, вкриту пилом , розраховують за формулою:

Р = S₁/S₂, (4)

де S₁ - середньостатистична площа легень людини, яка при­близно рівна 125 м ; S₂ - площа, яку можуть вкрити одинарним шаром частинки пилу, що потрапили в легені.

Ця площа визначається за формулою:

S₂=S₀·N₀ (5)

де Sо - площа, яку покриває одна частинка; N - кількість частинок, які містяться у легенях.

Площа, яку покриває одна сферична частинка пилу радіусом r, рівна

S₀ = π r ² (6)

а кількість частинок, які осідають у легенях, визначається за об'ємом повітря V, що вдихає людина за Т років, а саме:

N₀ = С·V·к₁(1-к₂) (7)

де С - концентрація частинок пилу в повітрі, шт./м; V- середній об'єм повітря, який вдихає людина протягом Т років, м (визначається за табл. 1); к₁ - коефіцієнт, що враховує, яка частка пилу, що потрапляє в легені, залишається в них (к₁=0,1); к₂ - коефіцієнт, що враховує частку пилу, яка потрапивши у легені, з часом розсмоктується (к₂=0,9).

Варіанти завдань наведені у табл. 2.

Таблиця 2. Варіанти індивідуальних завдань

№з/п	Радіус часточок г, мкм	Концентрація пилу С, шт./смЗ	Вік людини Т, роки	Р
1	2	3	4	5
1	0,10	0,5 103	60
2	0,11	1,0 103	55
3	0,12	5,0 103	50
4	0,13	10,0 103	45
5	0,14	30,0 103	40
6	0,15	50,0 103	45
7	0,16	60,0 103	50
8	0,17	100,0 103	55
9	0,18	200,0 103	60
10	0,19	400,0 103	65
11	0,20	0,5 103	70
12	0,21	1,0 103	65
13	0,22	5,0 103	60
14	0,23	10,0 103	55
15	0,24	30,0 103	50
16	0,25	50,0 103	45
17	0,26	60,0 103	50
18	0,27	100,0 103	55
19	0,28	200,0 103	60
20	0,29	400,0 103	65
21	0,5	0,5 103	70
22	0,31	1,0 103	65
23	0,32	5,0 103	60
24	0,33	10,0 103	55
25	0,34	30,0 103	50
26	0,35	50,0 103	45
27	0,36	60,0 103	50
8	0,37	100,0 103	55
29	0,38	200,0 103	60
30	0,39	400,0 103	65

Знайти відносну частку площі легень людини, яку додатково можуть покрити частинки диму від паління цигарки протягом і років. Вихідні дані для проведення обчислень:

• кількість років, протягом яких людина палить;

• маса смоли, що утворюється при спалюванні однієї цигар­ки;

• кількість цигарки, яку в середньому випалює один курець за один день;

• середній розмір частинок диму.

Спочатку знаходимо скільки сферичних частинок смоли радіусом г, які утворюються при спалюванні однієї сигарети, за формулою:

n = M/m (8)

де М - маса смоли, що утворюється при спалюванні однієї цигарки; р - густина смоли, яку приймаємо рівною 110 кг/м ; m - маса однієї частинки диму радіусом r.

Далі визначаємо кількість цигарки, яку випалює курець за t років при викурюванні g цигарок за один день, за формулою:

n₁= 365gt (9)

Потім знаходимо кількість частинок смоли, що осідають у легенях, за формулою:

де к₁ - коефіцієнт, який враховує частку диму, що потрапляє в легені та залишається в них (к₁=0,1), і к₂ - коефіцієнт, що враховує частку диму, який, потрапивши в легені, з часом розсмоктується (k₂ =0,5).

Далі знаходимо площу, яку покривають частинки диму, за формулою:

S₃= π r ² ·N1 = 274 M·g·t·k1(1-k2) / pr ³ (10)

Звідси, частка легень, покрита частками диму, рівна:

P=S₃/S₁ (11)

Варіанти завдань наведені в табл. 3. При проведенні розрахунків приймаємо, що частинки диму мають радіус 0,1 мкм.

№ з.п	Маса смоли, утворюється при спалювані однієї цигарки, M	Кількість цигарок, які випалює курець за один день, g	Кількість років куріння, t	Р
1	2	3	4	5
1	0,50	11	1
2	0,51	12	2
3	0,52	13	3
4	0,53	14	4
5	0,54	15	5
6	0,55	16	6
7	0,56	17	7
8	0,57	18	8
9	0,58	19	9
10	0,59	20	10
11	0,61	3	12
12	0,58	12	8
13	0,43	8	30
14	0,81	6	25
15	0,63	10	14
16	0,54	9	1
17	0,59	15	8
18	0,51	25	5
19	0,50	37	4
20	0,74	12	10
21	0,63	14	5
22	0,55	2	6
23	0,49	13	9
24	0,65	15	11
25	0,78	32	10
26	0,71	28	15
27	0,52	30	28
28	0,53	22	24
29	0,61	26	26
30	0,67	28	24

Таблиця 3. Варіанти індивідуальних завдань

Завдання:

1. Визначити відносну частку площі легень людини, яку можуть покрити тверді частинки пилу протягом років проживання на територіях з різним рівнем забруднення атмосфери аерозолями.

2. Знайти відносну частку площі легень людини, яку додатково можуть покрити частинки диму від паління цигарки протягом і років.

3. Зробити висновок про вплив запиленості атмосферного повітря на стан легенів людини, порівнявши здобуті результати розрахунків для різного ступеня запиленості атмосфери.

Контрольні запитання:

1. Опишіть складові природного середовища.

2. Назвіть основні види забруднення гідросфери.

3. Назвіть основні види забруднення літосфери.

4. Опишіть екологічні проблеми, які виникли унаслідок забруднення природного середовища.

5. Які екологічні проблеми, що пов'язані з забрудненням атмосфери, відносяться до глобальних?

а) утворення смогів та випадання кислотних дощів;

б) випадання кислотних дощів та підвищення середньої температури Землі;

в) зменшення вмісту озону в верхніх шарах атмосфери та підвищення середньої температури Землі;

г) зменшення вмісту озону в верхніх шарах атмосфери та ут­ворення смогів;

д) випадання кислотних дощів та зменшення вмісту озону в верхніх шарах атмосфери.

Література: [11],[12]