Читать книгу: «Воздух. Неожиданные факты о том, без чего нельзя прожить», страница 4

Управление погодой

«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.

Зло углекислого газа

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.

Инертные газы

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.

Водород

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.

Метан

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.

Метан в Арктике

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.