医学精品课件:大气讲稿幻灯片11.ppt
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1、第三章第三章哈尔滨医科大学董淑英董淑英 教授教授研究大气卫生学意义研究大气卫生学意义 大气给生活在地球上的生命体大气给生活在地球上的生命体 以营养物,植物进行光合作用以营养物,植物进行光合作用 所需的二氧化碳、动物和人呼所需的二氧化碳、动物和人呼 吸所需的氧气,大气行使着把吸所需的氧气,大气行使着把 水分从海洋输送到陆地的功能。水分从海洋输送到陆地的功能。一个成年人通常每天呼吸一个成年人通常每天呼吸2 2万多万多 次,吸入次,吸入10-15m10-15m3 3的空气。因此,的空气。因此,空气的清洁程度及其理化性状与空气的清洁程度及其理化性状与 人类健康关系十分密切。人类健康关系十分密切。第一节
2、第一节 大气的特征及其卫生学意义大气的特征及其卫生学意义一、大气的结构一、大气的结构对流层对流层 (troposphere)(troposphere)平流层平流层 (stratosphere)(stratosphere)中间层(上界为中间层(上界为85km85km左右)左右)热成层热成层(上界为上界为800km800km左右左右)易散层易散层12km55km1.1.气温随着高度的增加而降低气温随着高度的增加而降低 对流层是大气圈中最靠近地面的一层,平均厚度约对流层是大气圈中最靠近地面的一层,平均厚度约12km12km。由于。由于 对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量,但能吸收地面反射的能对流
3、层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量,但能吸收地面反射的能量所致量所致 2.2.空气具有强烈的对流运动空气具有强烈的对流运动 近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高,与高空的冷空气近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高,与高空的冷空气形成垂直对流形成垂直对流。3.3.与人类关系最密切与人类关系最密切 人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集,人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集,对流层的状况对人类生活的影响最大。对流层的状况对人类生活的影响最大。对流层特点对流层特点(troposphere):在平流层的上层,即在平流层的上层,即303035km35km以上,温度随高度升高以上,温度随
4、高度升高升高。升高。同温层同温层 在在303035km35km以下,温度随高度的变化不以下,温度随高度的变化不 大,气温趋于稳定,故又称为同温层。大,气温趋于稳定,故又称为同温层。臭氧层:臭氧层:在高约在高约151535km35km处有厚约处有厚约20km20km的,臭氧层能吸的,臭氧层能吸 收太阳的短波紫外线和宇宙射线,使地球上的收太阳的短波紫外线和宇宙射线,使地球上的 生物免受这些射线的损害,能够生存繁衍。生物免受这些射线的损害,能够生存繁衍。空气气流以水平运动为主空气气流以水平运动为主平流层特点平流层特点(stratosphere):(isothermal layer)中间层中间层 从平
5、流层顶至从平流层顶至85km85km处的范围称为中间层。该层的气处的范围称为中间层。该层的气 温随高度的增加而迅速降低。该层也存在强烈的空气温随高度的增加而迅速降低。该层也存在强烈的空气 垂直对流运动。垂直对流运动。热成层热成层 热成层位于热成层位于8585800km800km的高度之间。该层的气体在宇的高度之间。该层的气体在宇 宙射线作用下处于电离状态,故又称为电离层。电离宙射线作用下处于电离状态,故又称为电离层。电离 后的氧能强烈吸收太阳的短波辐射,使空气迅速升后的氧能强烈吸收太阳的短波辐射,使空气迅速升 温,因而该层的气温是随高度的增加而增加。温,因而该层的气温是随高度的增加而增加。该层
6、能反射无线电波,对于无线电通讯有重要意义。该层能反射无线电波,对于无线电通讯有重要意义。易散层易散层 也称为外层大气。该层大气稀薄,气温高,分子运动也称为外层大气。该层大气稀薄,气温高,分子运动 速度快,地球对气体分子的吸引力小,因此气体及微速度快,地球对气体分子的吸引力小,因此气体及微 粒可飞出地球引力场进入太空。粒可飞出地球引力场进入太空。自然状态下的大气是由混合气体、水汽和自然状态下的大气是由混合气体、水汽和气溶胶气溶胶(aerosol)(aerosol)组成。组成。(一)干结空气(一)干结空气 除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气。除去水汽和气溶胶的空气称为干洁空气。表表3-1 3-1
7、干洁空气的组成干洁空气的组成 空气成分空气成分 容积百分比(容积百分比(2020,1 1个大气压)个大气压)氮氮(N2)78.10N2)78.10 氧氧(O2)20.93O2)20.93 二氧化碳二氧化碳(COCO2 2)0.03)0.03 氩氩(ArAr)0.93)0.93 氖氖(Ne)0.0018Ne)0.0018 氦氦(He)0.0005He)0.0005 (二)水汽二)水汽 大气中的大气中的水汽水汽比氮、氧等主要成分少多,但其含比氮、氧等主要成分少多,但其含量在大气中的随时间、地域以及气象条件的不同量在大气中的随时间、地域以及气象条件的不同变化很大。干旱地区空气中的水汽含量可低到变化很
8、大。干旱地区空气中的水汽含量可低到0.02%0.02%,而温湿带地区,而温湿带地区 可高达可高达6%6%。(三)(三)气溶胶气溶胶 大气气溶胶:大气气溶胶:是液体或固体微粒均匀地是液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。系。来源:来源:岩石的风化、火山爆发、宇宙落岩石的风化、火山爆发、宇宙落物以及海水溅沫等。物以及海水溅沫等。组成:组成:它的含量、种类以及化学成分都它的含量、种类以及化学成分都是变化的。是变化的。分类:分类:根据形成过程、对能见度的影响根据形成过程、对能见度的影响以及颜色的差异等,可分为轻雾、以及颜色的差异等,可分为轻雾、浓雾
9、浓雾、霾、粉尘霾、粉尘、烟气烟气、烟烟、烟雾和烟炱烟雾和烟炱等。等。(一)太阳辐射(一)太阳辐射(solar radiation)C C段(段(200-2200-290nm90nm)紫外线具有极强杀菌作用。对细胞紫外线具有极强杀菌作用。对细胞 损伤作用极强。损伤作用极强。B B段(段(2 290-320 nm90-320 nm)此段紫外线对机体的生理促进此段紫外线对机体的生理促进 作用最大,具有抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用;作用最大,具有抗佝偻病、杀菌和免疫增强作用;A A段(段(320-400 320-400 nmnm)此段紫外线对机体的生理促进作此段紫外线对机体的生理促进作 用较小,产生色
10、素沉着、红斑、用较小,产生色素沉着、红斑、过强的过强的 紫外线可致日光性皮炎和光电性眼炎、紫外线可致日光性皮炎和光电性眼炎、甚至皮肤癌等;甚至皮肤癌等;短波短波200200nm nm 被臭氧层吸收不能达到地面,避免紫外被臭氧层吸收不能达到地面,避免紫外 线对地面生物杀伤作用。线对地面生物杀伤作用。400-760400-760nm nm 可见光综合作用于机体的高级神经系统,可见光综合作用于机体的高级神经系统,能提高视代谢能力,平衡兴奋和镇静作用,能提高视代谢能力,平衡兴奋和镇静作用,提高提高 情绪与工作效率,是生物生存的必情绪与工作效率,是生物生存的必 须条件。须条件。760760nm-1mm
11、nm-1mm 红外线主要生物学作用是机体产生红外线主要生物学作用是机体产生 热效应,使机体局部温度升高血管扩张充热效应,使机体局部温度升高血管扩张充 血,促进细胞新陈代谢和细胞增生,并有消血,促进细胞新陈代谢和细胞增生,并有消 炎、镇痛作用,但过量红外线照射能引起皮炎、镇痛作用,但过量红外线照射能引起皮 肤烧伤,引起热射病、日射病、白内障等。肤烧伤,引起热射病、日射病、白内障等。(二)气象因素(二)气象因素 气象因素与太阳辐射综合作用于机体,对机体的冷热气象因素与太阳辐射综合作用于机体,对机体的冷热感觉、体温调节、心血管功能、神经功能、免疫功能感觉、体温调节、心血管功能、神经功能、免疫功能和新
12、陈代谢功能有调节作用。如果气候条件变化过于和新陈代谢功能有调节作用。如果气候条件变化过于激烈,超过人体的代偿能力,例如酷暑、严寒和暴风激烈,超过人体的代偿能力,例如酷暑、严寒和暴风雨等,可使机体代偿能力失调,引起心血管疾病、呼雨等,可使机体代偿能力失调,引起心血管疾病、呼吸系统疾病和关节病等吸系统疾病和关节病等 (三)空气离子(三)空气离子 空气离子:大气中带电荷的物质统称为空气离子空气离子:大气中带电荷的物质统称为空气离子 轻离子轻离子(light ions)(light ions):轻离子与空气中的悬浮颗轻离子与空气中的悬浮颗粒或水滴结合,形成重离子因此,新鲜清洁空气粒或水滴结合,形成重离
13、子因此,新鲜清洁空气中轻离子浓度高,而污染的空气中轻离子浓度低。中轻离子浓度高,而污染的空气中轻离子浓度低。重离子重离子(heavy ions)(heavy ions):重离子重离子/轻离子轻离子 50 50 空气空气较为清洁较为清洁阴离子、阳离子作用阴离子、阳离子作用 阴离子:阴离子:对机体具有镇静、催眠、镇痛、镇咳、降压对机体具有镇静、催眠、镇痛、镇咳、降压 等作用,海滨、森林、瀑布附近等环境中,大等作用,海滨、森林、瀑布附近等环境中,大 气中阴离子含量较多,有利于机体健康。气中阴离子含量较多,有利于机体健康。阳离子:阳离子:可引起失眠、头痛、烦躁、血压升高等。可引起失眠、头痛、烦躁、血压
14、升高等。一、大气污染的来源一、大气污染的来源自然污染自然污染(natural pollution):主要主要由于自然原因形成,例如火山由于自然原因形成,例如火山爆发、森林火灾等。爆发、森林火灾等。人为污染人为污染(anthropogenic pollution(anthropogenic pollution)工农业生产工农业生产 生活炉灶和采暖锅炉生活炉灶和采暖锅炉 交通运输交通运输 其他其他 火山爆发火山爆发呈现了大自然疯狂的一面。超级火山爆发火山爆发 10月17日,武警官兵扑救大火 武警官兵在黑龙江省沾河林区扑救大火。10月17日,武警官兵扑救大火。新华网图 火力发电厂排出的滚滚黑烟严重污
15、染大气污染大气(一一)工农业生产工农业生产工业企业排放的污染物主要来源于工业企业排放的污染物主要来源于燃料的燃烧和工业生产过程。燃料的燃烧和工业生产过程。据统计,据统计,20052005年,我国二氧化硫排年,我国二氧化硫排放量为放量为2549.32549.3万吨(其中,工业排万吨(其中,工业排放量为放量为2168.42168.4万吨,生活排放量为万吨,生活排放量为380.9380.9万吨);烟尘排放量为万吨);烟尘排放量为1182.51182.5万吨(其中,工业排放量为万吨(其中,工业排放量为948.9948.9万吨,生活排放量为万吨,生活排放量为233.6233.6万万吨);工业粉尘排放量为
16、吨);工业粉尘排放量为911.2911.2万万吨。吨。煤完全燃烧:煤完全燃烧:煤烟煤烟 SO2SO2、COCO、NO2NO2、水汽和灰分。、水汽和灰分。不完全燃烧:不完全燃烧:COCO、SO2SO2、NO2NO2、醛类、碳粒、多环芳烃等。、醛类、碳粒、多环芳烃等。煤的主要杂质:煤的主要杂质:是硫化物,此外还有氟、砷、钙、铁、镉是硫化物,此外还有氟、砷、钙、铁、镉 元素的化合物。元素的化合物。我国煤中硫的含量一般在我国煤中硫的含量一般在0.2%0.2%4.0%4.0%,重庆地区所产煤的硫含量高达,重庆地区所产煤的硫含量高达8%8%。石油燃烧石油燃烧 -碳氢化合物碳氢化合物 、氮氧化物、氮氧化物
17、石油的主要杂质:石油的主要杂质:是硫化物和氮化物,其中也含少量是硫化物和氮化物,其中也含少量 的有机金属化合物。我国石油的含硫量一般在的有机金属化合物。我国石油的含硫量一般在0.1%-0.8%0.1%-0.8%,中东地区的一般为中东地区的一般为1.5%1.5%2.5%2.5%,有的甚至高达,有的甚至高达4%4%以上。以上。(焚烧秸秆所造成的烟气严重地污染大气)(焚烧秸秆所造成的烟气严重地污染大气)农业生产中化肥的农业生产中化肥的施用、农药的喷洒施用、农药的喷洒以及秸杆的焚烧也以及秸杆的焚烧也会造成大气的污染会造成大气的污染(二)(二)生活炉灶和采暖锅炉生活炉灶和采暖锅炉(三)交通运输(三)交通
18、运输 (四)其他(四)其他 二、二、大气污染物的种类大气污染物的种类 大气污染物按其属性:大气污染物按其属性:物理性(如噪声、电磁辐射、电离辐射等)物理性(如噪声、电磁辐射、电离辐射等)化学性化学性 生物性(经空气传播的病原微生物和植物花粉)生物性(经空气传播的病原微生物和植物花粉)污染物在大气中的存在状态:污染物在大气中的存在状态:气态污染物气态污染物 颗粒污染物颗粒污染物(particulate matter)(一)气态污染物(一)气态污染物气态污染物的种类很多,可分为以下气态污染物的种类很多,可分为以下5 5类:类:含硫化合物含硫化合物 主要有主要有SO2SO2、SO3SO3和和H2SH
19、2S等,其中等,其中 SO2 SO2的数量最大,危害也最大。的数量最大,危害也最大。含氮化合物含氮化合物 主要有主要有NONO、NO2NO2和和NH3NH3等等.碳氧化合物碳氧化合物 主要是主要是COCO和和CO2CO2。碳氢化合物碳氢化合物 包括烃类、醇类、酮类、酯类以包括烃类、醇类、酮类、酯类以 及胺类。及胺类。卤素化合物卤素化合物 主要是含氯和含氟化合物,如主要是含氯和含氟化合物,如 HClHCl、HFHF和和SiF4SiF4等。等。P31 粒径是颗粒物的最重要的性质。它反映了颗粒物粒径是颗粒物的最重要的性质。它反映了颗粒物来源的本质,并可影响光散射性质和气候效应。颗来源的本质,并可影响
20、光散射性质和气候效应。颗粒物的许多性质如体积、质量和沉降速度都与颗粒粒物的许多性质如体积、质量和沉降速度都与颗粒物的大小有关。实际的颗粒物由于来源和形成条件物的大小有关。实际的颗粒物由于来源和形成条件不同,其形状是多种多样的,有球形、菱形、方形不同,其形状是多种多样的,有球形、菱形、方形等等。等等。(二)、大气颗粒物大气颗粒物 在实际工作中常使用空气动力学等效直径(在实际工作中常使用空气动力学等效直径(DpDp)来表)来表示颗粒物的大小。在气流中,如果所研究的颗粒物与一个有示颗粒物的大小。在气流中,如果所研究的颗粒物与一个有单位密度的球形颗粒物的空气动力学效应相同,则这个球形单位密度的球形颗粒
21、物的空气动力学效应相同,则这个球形颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的颗粒物的直径就定义为所研究颗粒物的DpDp。这种表示法可以。这种表示法可以直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位等。吸道的可能性以及在呼吸道的沉积部位等。P33 大气颗粒物按粒径可分为:大气颗粒物按粒径可分为:1.1.总悬浮颗粒物(总悬浮颗粒物(total suspended total suspended particulates,TSPparticulates,TSP)是指粒径是指粒径100100m m 的颗粒物,的颗粒物,
22、包括液体、固体或者液体和固体结合存在的,并悬包括液体、固体或者液体和固体结合存在的,并悬浮在空气介质中的颗粒。浮在空气介质中的颗粒。2.2.可吸入颗粒物(可吸入颗粒物(inhalable particle,IP;inhalable particle,IP;thoracic particulate matterthoracic particulate matter,PMPM1010)指空气动指空气动力学直径力学直径1010m m的颗粒物,因其能进入人体呼吸道的颗粒物,因其能进入人体呼吸道而命名之,又因其能够长期漂浮在空气中,也被称而命名之,又因其能够长期漂浮在空气中,也被称为飘尘(为飘尘(sus
23、pended dustssuspended dusts)。)。3.3.细颗粒物细颗粒物(fine particle;fine(fine particle;fine particulate matter,PM 2.5)particulate matter,PM 2.5)是指空气动力学直是指空气动力学直 径径2.52.5m m的细颗粒。它在空气中悬浮的时间更长,的细颗粒。它在空气中悬浮的时间更长,易于滞留在终末细支气管和肺泡中,其中某些较细的易于滞留在终末细支气管和肺泡中,其中某些较细的 组分还可穿透肺泡进入血液。组分还可穿透肺泡进入血液。PM2.5PM2.5更易于吸附各种更易于吸附各种 有毒的有
24、机物和重金属元素,对健康的危害极大。有毒的有机物和重金属元素,对健康的危害极大。4.4.超细颗粒物(超细颗粒物(ultrafine particleultrafine particle)指粒径指粒径 0.1m0.1m的大气颗粒物。城市环境中,人为来源的的大气颗粒物。城市环境中,人为来源的 PM0.1PM0.1主要来自汽车尾气。主要来自汽车尾气。PM0.1PM0.1有直接排放到大气有直接排放到大气 的,也有排放出的气态污染物经日光紫外线作用或其的,也有排放出的气态污染物经日光紫外线作用或其 他化学反应转化后二次生成的。他化学反应转化后二次生成的。PM0.1PM0.1的健康影响受的健康影响受 到日
25、益广泛的关注。到日益广泛的关注。大气污染物按其形成过程可分为:大气污染物按其形成过程可分为:一次污染物一次污染物(primary air(primary air pollutants)pollutants)概念:概念:由污染源直接排入大气环境中,其由污染源直接排入大气环境中,其物理和化学性质均未发生变化的污染物称为物理和化学性质均未发生变化的污染物称为一次污染物,如一次污染物,如SO2SO2、COCO、NONO、颗粒物、碳、颗粒物、碳氢化合物等。氢化合物等。二次污染物二次污染物(secondary air pollutants)(secondary air pollutants)概念:概念:排
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