Как падает атмосферное давление с высотой. Атмосферное давление на различных высотах
Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*10 21 г, а 1 м 3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.
На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.
Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.
Барометр
Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.
Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).
Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала
Нормальное атмосферное давление
За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см 2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.
Опыт Торричелли
Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.
Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).
Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.
Рис. 2. Опыт Торричелли
1 Па = 10 -5 бар; 1 бар = 0,98 атм.
Повышенное и пониженное атмосферное давление
Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше - пониженным.
Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.
Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.
На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).
В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.
У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.
В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.
Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.
В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.
Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления
Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.
В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.
Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).
Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .
На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.
Необходимы дополнения...
Из курса физики хорошо известно, что с повышением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает. Если до высоты 500 метров никаких значительных изменений этого показателя не наблюдается, то при достижении 5000 метров атмосферное давление уменьшается почти вдвое. С уменьшением атмосферного давления падает и парциальное давление кислорода в воздушной смеси, что моментально сказывается на работоспособности человеческого организма. Механизм этого воздействия объясняется тем, что насыщение крови кислородом и его доставка к тканям и органам осуществляется за счёт разности парциального давления в крови и альвеолах лёгких, а на высоте эта разница уменьшается.
До высоты в 3500 - 4000 метров организм сам компенсирует нехватку кислорода, поступающего в лёгкие, за счёт учащения дыхания и увеличения объёма вдыхаемого воздуха (глубина дыхания). Дальнейший набор высоты, для полной компенсации негативного воздействия, требует использования лекарственных средств и кислородного оборудования (кислородный баллон).
Кислород необходим всем органам и тканям человеческого тела при обмене веществ. Его расход прямо пропорционален активности организма. Нехватка кислорода в организме может привести к развитию горной болезни, которая в предельном случае - отёке мозга или лёгких - может привести к смерти. Горная болезнь проявляется в таких симптомах, как: головная боль, отдышка, учащённое дыхание, у некоторых болезненные ощущения в мышцах и суставах, снижается аппетит, беспокойный сон и т. д.
Переносимость высоты очень индивидуальный показатель, определяемый особенностями обменных процессов организма и тренированностью.
Большую роль в борьбе с негативным влиянием высоты играет акклиматизация , в процессе которой организм учится бороться с недостатком кислорода.
- Первой реакцией организма на понижение давления является учащение пульса, повышение кровяного давления и гипервентиляция лёгких, наступает расширение капилляров в тканях. В кровообращение включается резервная кровь из селезёнки и печени (7 - 14 дней).
- Вторая фаза акклиматизации заключается в повышение количества производимых костным мозгом эритроцитов практически вдвое (от 4,5 до 8,0 млн. эритроцитов в мм3 крови), что приводит к лучшей переносимости высоты.
Благотворное влияние на высоте оказывает употребление витаминов, особенно витамина С.
Интенсивность развития горной болезни в зависимости от высоты.| Высота, м | Признаки |
|---|---|
| 800-1000 | Высота переносится легко, однако у некоторых людей наблюдаются небольшие отклонения от нормы. |
| 1000-2500 | Физически нетренированные люди испытывают некоторую вялость, возникает легкое головокружение, учащается сердцебиение. Симптомов горной болезни нет. |
| 2500-3000 | Большинство здоровых неакклиматизированных людей ощущает действие высоты, однако ярко выраженных симптомов горной болезни у большинства здоровых людей нет, а у некоторых наблюдаются изменения в поведении: приподнятое настроение, излишняя жестикуляция и говорливость, беспричинное веселье и смех. |
| 3000-5000 | Проявляется острая и тяжело протекающая (в отдельных случаях) горная болезнь. Резко нарушается ритм дыхания, жалобы на удушье. Нередко возникает тошнота и рвота, начинаются боли в области живота. Возбужденное состояние сменяется упадком настроения, развивается апатия, безразличие к окружающей среде, меланхоличность. Ярко выраженные признаки заболевания обычно проявляются не сразу, а в течение некоторого времени пребывания на этих высотах. |
| 5000-7000 | Ощущается общая слабость, тяжесть во всем теле, сильная усталость. Боль в висках. При резких движениях - головокружение. Губы синеют, повышается температура, часто из носа и легких выделяется кровь, а иногда начинается и желудочное кровотечение. Возникают галлюцинации. |
2. Рототаев П. С. Р79 Покоренные гиганты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., “Мысль”, 1975. 283 с. с карт.; 16 л. ил.
Тема: Барическое поле
Цель:
Задачи:
Задание № 1
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
255 гПа
Задание № 2
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Высотная болезнь (высотная гипоксия
акклиматизации;
Задание № 5
Барическое поле.
|
Задание № 6
Объясните причину.
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Пример таких территорий:
Задание № 7
Задание № 8
Рис. 6.5. Определение высоты объекта по уровню атмосферного давления
Задание № 9
Изобразите линии движения воздуха в циклонах и антициклонах северного полушария, учитывая отклоняющую силу Кориолиса.
Рис. 6.6 Движение воздуха в циклонах и антициклонах
Таблица 6.3. Характеристтики атмосферных вихрей
Задание № 10
Рис. 6.7. Изобарическая поверхность
Фрагмент какого атмосферного вихря у вас получился?
Назовите 2 признака, по которым вы его определили:
Задание № 11
Рис. 6.8. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_____________
Задание № 12
Изобразите на рисунках сезонное распределение барического поля, подпишите и условно вычертите атмосферные вихри (изобары), образующиеся над указанными поверхностями. Стрелками указать направление движения воздушных масс при таком распределении барического поля.
Рис. 6.9. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разные сезоны года
Задание № 13
Рис. 6.10. Распределение атмосферного давления между сушей и морем в разное время суток
Схема образования какого ветра показана на данном рисунке?_________
Задание № 14
Таблица 6.4. Распределение минимума и максимума атмосферного давления
Объясните почему:
Задание № 15
Изобразите условные атмосферные вихри и направления движения воздуха в них. Для циклона принять давление в центре 985 гПа, для антициклона – 1030 гПа. Изобары провести через 5 гПа и указать следующие значения давления при удалении от центра атмосферного вихря.
Рис. 6.11 – Атмосферные вихри Северного и Южного полушарий
Задание № 16
На какую высоту нужно подняться, чтобы давление атмосферного воздуха уменьшилось на 1 мм рт.ст.? Исходите из того, что у подножия горы давление составляло 760 мм рт.ст., а высота горы составляет 2100м и давление там составляет 560 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления.
Задание № 17
Определите высоту горы, если у подножия атмосферное давление составляет 760 мм рт.ст., а на вершине 360 мм рт.ст. Переведите указанные значения в гПа.
Вычертите схему условной горы, нанесите на неё значения атмосферного давления. Запишите свои действия по вычислению атмосферного давления
Задание № 18
Вычертить изобары. Перевести мм рт.ст. в гПа и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||
| ∙ | |||||||
| ∙ |
Рис. 6.12. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 19
Вычертить изобары. Перевести гПа в мм рт.ст. и подписать ниже все значения. Стрелками указать куда дует ветер, учитывая динамику закручивания ветров в Северном полушарии.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.13. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Задание № 20
Дано барическое поле. Вычертите изобары. Подпишите получившиеся воздушные вихри буквами, которыми их принято обозначать в метеорологии. Укажите стрелками как будут двигаться воздушные массы в каждом воздушном вихре с учётом особенностей Северного полушария.
| ∙ | |||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ∙ | |||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | ∙ | ||||||||
| ∙ | |||||||||
| ∙ |
Рис. 6.14. Распределение ветра в зависимости от уровня атмосферного давления
Ответить на вопросы:
Практическая работа № 6
Тема: Барическое поле
Цель: изучение закономерностей распределения атмосферного давления и процессов в барических полях.
Задачи:
1. Изучение приборов для измерения атмосферного давления и направления ветра.
2. Приобретение навыка построения барических полей.
3. Приобретение навыка вычисления изменения давления с высотой.
4. Научиться делать логические выводы о состоянии погоды и перемещении воздушных масс на основании барических полей.
Задание № 1
Какое атмосферное давление будет в горах на высоте 8240 м. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёт.
Каждые 10,5 м давление падает на 1 мм рт ст. С высоты 2000 м 1 мм рт. ст. на 15 м. С высоты 6000 м 1 мм рт. ст. на 20 м.
1 гПа = 0,75 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 1,333 гПа (133,322 Па).
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 4000/15*1,33 = 354,6 гПа
3)8200м-6000м = 2240м
4) 2240/20*1,33=149 гПа
5) 1013 – 253 – 356,4 – 149 = 255 гПа
Задание № 2
Вы находитесь в горах на высоте 5000 м, какое давление будет на этой высоте? Какое на высоте 3000 м? Привести расчёты в гПа. Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа.
1) 2000м/10,5м*1,33 = 253 гПа
2) 1000/15*1,33 = 88,6 гПа
3) 1013 – 253 – 88,6 = 670 гПа
4) 2000/15*1,33 = 177 гПа
5) 670 – 177 = 493 гПа
Задание № 3
На какой высоте вы находитесь, если измеренное вами атмосферное давление составляет 200 гПа? Исходить из того, что давление на уровне моря составляет 1013 гПа. Привести расчёты.
Из задания 1, давление на высоте 8240 = 255 гПа
1) 255 – 200 = 55 гПа
2) 55 гПа * 20 = 1100м
3) 8240 * 1100 = 9 340 м
Задание № 4
Вы начинаете восхождение в горы, максимальная высота горы составляет 8848 м. Вычислите значения атмосферного давления через каждые 500 м.
Таблица 6.1.Вычисление изменений значений атмосферного давления с высотой
| Высота, м | Вычисления | Полученное значение, гПа |
| 1013 – (500*1,33/10,5) | ||
| 950– 63 | ||
| 887 - 63 | ||
| 824 - 63 | ||
| 761 – (500*1,33/15) = 761 – 44 | ||
| 717 - 44 | ||
| 673 - 44 | ||
| 629 - 44 | ||
| 585 - 44 | ||
| 541 – 44 | ||
| 497 – 44 | ||
| 453 – 44 | ||
| 409 – (500*1,33/20) = 409 - 33 | ||
| 376 – 33 | ||
| 343 – 33 | ||
| 310 – 33 | ||
| 277 - 33 | ||
| 244 – (348/20*1,33) |
Рис. 6.1. Распределение давления с высотой
О какой горе идёт речь в данном задании?
В какой горной системе она расположена?
Для чего нужны альпинистам подобные расчёты?
Для того, чтобы иметь представление о распределения давления на разных высотах.
С какими трудностями сталкиваются альпинисты при восхождении на такую высоту?
Высотная болезнь (высотная гипоксия ) - болезненное состояние, связанное с кислородным голоданием вследствие понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, которое возникает высоко в горах.
Какие меры предосторожности они применяют?
Человек способен адаптироваться к высотной гипоксии, спортсмены используют эти виды адаптации для того, чтобы повысить свои спортивные характеристики. Пределом возможной адаптации считаются высоты от 8000 метров, после которых наступает смерть.
Для предотвращения и снижения проявлений горной болезни рекомендуется:
до высоты 3000 м каждый день увеличить высоту не более чем на 600 м, а при наборе
высоты более 3000 м через каждые 1000 м делать один день простоя на высоте для
акклиматизации;
либо при первых проявлениях симптомов на любой высоте делать остановку на этой высоте для акклиматизации, и продолжать подъем только при исчезновении симптоматических проявлений, если в течение трех суток симптомы не исчезли, следует предполагать наличие других заболеваний, начать спуск и обратиться за медицинской помощью.
при доставке транспортом на большую высоту, не подниматься ещё выше в течение первых 24 часов;
необходимо обильное питье и пища богатая углеводами;
помнить о том, что на высотах более 5800 м симптомы горной болезни будут только
нарастать, несмотря на любую акклиматизацию, поэтому даже при отличном здоровье и самочувствии следует избегать самостоятельного посещения высот более 5000 м, тем более что обычно на таких высотах редко попадаются люди и в случае ухудшения самочувствия помощь оказать будет некому.
Задание № 5
Барическое поле. Соедините точки изобарами. Используйте для градиентной «заливки» фона фиолетовый цвет: max давление – насыщенный цвет; min давление – полупрозрачный цвет. Концы изобар, которые не удаётся сомкнуть в пределах выделенного поля изображения выводятся к его рамке.
На получившейся схеме барического поля в каких точках (латинские буквы) давление будем минимальным________, максимальным___________.
Как последовательно будет изменяться давление(расти или падать) по линиям:
В-А______________________, разница составит _______________гПа,
Е-G ______________________, разница составит _______________гПа,
G-F ______________________, разница составит _______________гПа,
С-А______________________, разница составит _______________гПа,
F-B______________________, разница составит _______________гПа,
D-C______________________, разница составит _______________гПа.
Как будет изменяться давление атмосферного воздуха по линии ЕАF?
Каким значениям оно будет соответствовать в каждой из точек? Заполнить таблицу.
Таблица 6.2. Распределение давления в барическом поле
|
Рис. 6.2. Формирование барического поля
С каким «шагом» проведены изобары?
Исходя из расстояния между изобарами ответьте: с западной или с восточной стороны температура будет выше, с какой – ниже? Почему?
Задание № 6
Вычертите изобары. Укажите стрелками направление куда дует ветер. Объясните причину.
Для какого времени суток характерно такое распределение атмосферного давления?
а) день б) ночь
| . | |||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | ||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . | ||||||||
| . | . | . | |||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | |||||||||
| . | . |
СУША / МОРЕ
Рис. 6.3. Особенности распределения атмосферного давления днём и ночью между суше и морем
Как будут распределены значения в другое время суток?
Как будут распределены значения в другое время года?
Пример таких территорий:
Задание № 7
На какую высоту нужно подняться, чтобы атмосферное давление уменьшилось на 1 мм.рт.ст.
Привести расчет:
1) 760 – 560 = 200 мм рт. ст.
2) 2100 м / 200 мм рт. ст. = 10,5 м
| 560 мм.рт.ст.
760 мм.рт.ст. |
Рис. 6.4. Закономерность изменение атмосферного давления с высотой
Для начала, давайте вспомним курс физики средней школы, где объясняется, почему и как изменяется атмосферное давление в зависимости от высоты. Чем выше расположена местность над уровнем моря, тем ниже там давление. Объяснить это очень просто: атмосферное давление указывает на силу, с которой давит столб воздуха на все, что находится на поверхности Земли. Естественно, что чем выше ты поднимешься, тем меньше будет высота воздушного столба, его масса и оказываемое давление.
Кроме того, на высоте воздух разрежен, в нем содержится гораздо меньшее количество газовых молекул, что тоже моментально сказывается на массе. И не нужно забывать, что с увеличением высоты воздух очищается от токсичных примесей, выхлопных газов и прочих «прелестей», в результате чего его плотность уменьшается, а показатели атмосферного давления падают.
Исследования показали, что зависимость атмосферного давления от высоты отличается следующим: повышение на десять метров вызывает снижение параметра на одну единицу. До тех пор, пока высота местности не превышает пятисот метров над уровнем моря, изменения показателей давления воздушного столба практически не ощущаются, но если подняться на пять километров, значения будут вдвое меньше оптимальных. Сила оказываемого воздухом давления также зависит от температуры, которая очень понижается при подъеме на большую высоту.
Для уровня АД и общего состояния человеческого организма очень важна величина не только атмосферного, но и парциального давления, которое зависит от концентрации в воздухе кислорода. Пропорционально уменьшению значений давления воздуха понижается и парциальное давление кислорода, что приводит к недостаточному снабжению этим необходимым элементом клеток и тканей организма и развитию гипоксии. Это объясняется тем, что диффузия кислорода в кровь и последующая транспортировка его к внутренним органам происходит благодаря разнице значений парциального давления крови и легочных альвеол, а при подъеме на большую высоту разница этих показаний становится существенно меньше.
Как высота влияет на самочувствие человека
Основным негативным фактором, воздействующим на высоте на организм человека, является недостаток кислорода. Именно в результате гипоксии развиваются острые нарушения состояния сердца и кровеносных сосудов, повышение АД, пищеварительные расстройства и ряд других патологий.
Гипертоникам и людям, склонным к скачкам давления, не стоит подниматься высоко в горы и желательно не совершать многочасовые перелеты. О профессиональных занятиях альпинизмом и горном туризме им тоже придется позабыть.
Выраженность происходящих в организме изменений позволила выделить несколько зон высоты:
- До полутора – двух километров над уровнем моря - относительно безопасная зона, в которой не наблюдается особых изменений в работе организма и состоянии жизненно важных систем. Ухудшение самочувствия, понижение активности и выносливости наблюдается очень редко.
- От двух до четырех километров - организм пытается своими силами справиться с дефицитом кислорода, благодаря учащению дыхания и совершению глубоких вдохов. Тяжелую физическую работу, которая требует потребления большого объема кислорода, выполнять тяжело, но легкая нагрузка хорошо переносится в течение нескольких часов.
- От четырех до пяти с половиной километров - самочувствие заметно ухудшается, выполнение физической работы затруднено. Появляются психоэмоциональные расстройства в виде приподнятости настроения, эйфории, неадекватных поступков. При длительном нахождении на такой высоте возникают головные боли, ощущение тяжести в голове, проблемы с концентрацией внимания, вялость.
- От пяти с половиной до восьми километров - заниматься физической работой невозможно, состояние резко ухудшается, высок процент потери сознания.
- Выше восьми километров - на такой высоте человек способен сохранять сознание в течение максимум нескольких минут, после чего следует глубокий обморок и смерть.
Для протекания в организме обменных процессов необходим кислород, дефицит которого на высоте приводит к развитию горной болезни. Основными симптомами расстройства являются:
- Головная боль.
- Учащение дыхания, одышка, нехватка воздуха.
- Носовое кровотечение.
- Тошнота, приступы рвоты.
- Суставные и мышечные боли.
- Нарушения сна.
- Психоэмоциональные нарушения.
На большой высоте организм начинает испытывать недостаток кислорода, в результате чего нарушается работа сердца и сосудов, повышается артериальное и внутричерепное давление, выходят из строя жизненно важные внутренние органы. Чтобы успешно побороть гипоксию нужно включить в рацион питания орехи, бананы, шоколад, крупы, фруктовые соки.
Влияние высоты на уровень АД
При подъеме на большую высоту и разреженный воздух вызывают учащение частоты сердечных сокращений, повышение показателей кровяного давления. Однако при дальнейшем увеличении высоты уровень АД начинает снижаться. Уменьшение содержания в воздухе кислорода до критических значений вызывает угнетение сердечной деятельности, заметное понижение давления в артериях, тогда как в венозных сосудах показатели возрастают. Как следствие у человека возникают аритмия, цианоз.
Не так давно группа итальянских исследователей решила впервые подробно изучить, как влияет высота на уровень АД. Для проведения исследований была организована экспедиция на Эверест, в ходе которой каждые двадцать минут определялись показатели давления участников. Во время похода подтвердилось повышение АД при восхождении: результаты показали, что систолическое значение возросло на пятнадцать, а диастолическое на десять единиц. При этом было отмечено, что максимальные значения АД определялись в ночное время суток. Также изучалось действие гипотензивных препаратов на разной высоте. Выяснилось, что исследуемый препарат эффективно помогал на высоте до трех с половиной километров, а при подъеме выше пяти с половиной стал абсолютно бесполезен.
Воздушная оболочка Земли, являющаяся смесью различных газов, оказывает давление на земную поверхность и все находящиеся на ней предметы. На уровне моря каждый 1 см 2 любой поверхности испытывает давление вертикального столба атмосферы, равное 1,033 кг. Нормальным считается давление, равное 760 мм рт. ст. на уровне моря при 0°. Величина атмосферного давления определяется и в барах. Одна нормальная атмосфера равна 1,01325 бара. Один миллибар равен 0,7501 мм рт. ст. На поверхность человеческого тела давит вес, равный примерно 15-18 т, однако человек его не ощущает, так как давление внутри организма уравновешивается атмосферным. Обычные суточные и годовые колебания давления воздуха, равные 20-30 мм рт. ст., не оказывают заметного влияния на самочувствие здоровых людей.
Однако у лиц пожилого возраста, а также у больных ревматизмом, невралгиями, гипертонией перед резким ухудшением погоды часто наблюдается плохое самочувствие, общее недомогание, обострение хронических болезней. Эти болезненные явления наступают, по-видимому, вследствие сопровождающих плохую погоду понижений атмосферного давления и других изменений метеорологических факторов.
По мере подъема в высоту атмосферное давление снижается; уменьшается и парциальное давление кислорода в воздухе, содержащемся в альвеолах (т. е. той части общего давления воздуха в альвеолах, которая обусловлена кислородом). Эти данные иллюстрирует таблица 6.
Из таблицы 6 видно, что по мере уменьшения атмосферного давления с высотой снижается и величина парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, которая при высоте около 15 км практически равна нулю. Но уже на высоте 3000-4000 м над уровнем моря снижение парциального давления кислорода приводит к недостаточному обеспечению организма кислородом (острая гипоксия) и возникновению ряда функциональных расстройств. Появляются головные боли, одышка, сонливость, шум в ушах, ощущение пульсации сосудов височной области, нарушения координации движений, бледность кожи и слизистых оболочек и др. Расстройства со стороны центральной нервной системы выражаются в значительном преобладании процессов возбуждения над процессами торможения; имеет место ухудшение обоняния, понижение слуховой и тактильной чувствительности, понижение зрительных функций. Весь этот симптомо-комплекс принято называть высотной болезнью, а в случае возникновения при подъеме в горы - горной болезнью (таблица 6).
Различают пять зон переносимости высоты:
1) безопасную, или индифферентную (до высоты 1,5- 2 км);
2) зону полной компенсации (от 2 до 4 км), где некоторые функциональные сдвиги в организме быстро устраняются -благодаря мобилизации резервных сил организма;
3) зону неполной компенсации (4-5 км);
4) критическую зону (от 6 до 8 км), где вышеуказанные нарушения усиливаются, а у наименее тренированных людей может наступить смерть;
5) смертельную зону (выше 8 км), где человек может существовать не более 3 минут.
Если изменение давления совершается быстро, то возникают функциональные нарушения в ушных полостях (боли, покалывания и др.), которые могут закончиться разрывом барабанной перепонки. Для устранения кислородной? голодания используют специальную аппаратуру, которая обеспечивает добавление кислорода к вдыхаемому воздуху и предохраняет организм от возможных расстройств, вызываемых гипоксией. На высотах более 12 км достаточное парциальное давление кислорода может обеспечить только герметическая кабина или специальный скафандр.
Известно, однако, что у лиц, проживающих в горных селениях на большой высоте, у сотрудников высокогорных станций, а также у тренированных альпинистов, поднимающихся на высоту 7000 м над уровнем моря и больше, и у летчиков, прошедших специальную тренировку, наблюдается привыкание к окружающим атмосферным условиям; их воздействие уравновешивается компенсаторными функциональными изменениями реактивности организма, к которым относится прежде всего адаптация центральной нервной системы. Существенную роль играют также и явления со стороны кроветворной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем (увеличение количества эритроцитов и гемоглобина, являющихся переносчиками кислорода, повышение частоты и глубины дыханий, скорости кровотока).
Повышенное давление в обычных условиях не встречается, оно наблюдается преимущественно при выполнений производственных процессов на большой глубине под водой (водолазные и так называемые кессонные работы). Погружение на каждые 10,3 м увеличивает давление на одну атмосферу. Во время работы при повышенном давлении наблюдаются уменьшение частоты пульса и легочной вентиляции, понижение слуха, бледность кожи, сухость слизистых оболочек полостей носа и рта, вдавливание живота и др.
Все эти явления значительно ослабляются и в конце концов совершенно исчезают при медленном переходе к нормальному атмосферному давлению. Однако если этот переход осуществляется быстро, то может возникнуть тяжелое патологическое состояние, получившее название кессонной болезни. Ее происхождение объясняется тем, что при пребывании в условиях высокого давления (начиная примерно с 90 м) в крови и других жидкостях организма скапливается большое количество растворенных газов (преимущественно азота), которые при быстром выходе из зоны высокого давления к нормальному выделяются в виде пузырьков и закупоривают просвет мелких кровеносных сосудов. В результате возникающей газовой эмболии наблюдается ряд нарушений в виде зуда кожи, поражений суставов, костей, мышц, изменений со стороны сердца, отека легких, различных типов параличей и др. В редких случаях наблюдается смертельный исход. Для профилактики кессонной болезни необходима в первую очередь такая организация работы кессонных рабочих и водолазов, чтобы выход на поверхность осуществлялся медленно и постепенно для удаления из крови избыточных газов без образования пузырьков. Кроме того, время пребывания водолазов и кессонных рабочих на грунте должно быть строго регламентировано.