Ионизация воздуха — это процесс превращения нейтральных атомов и молекул воздушной среды в электрически заряженные частицы (ионы). Осуществляется под действием электромагнитного излучения, электрического поля или при высокой температуре и при столкновении частиц с электронами, ионами, атомами. Образование ионов происходит вследствие естественной, технологической и искусственной ионизации воздуха.
Естественная ионизация происходит повсеместно и постоянно во времени в результате воздействия на воздушную среду радиоактивного излучения как с поверхности земли, так и космической радиации, электрических разрядов в атмосфере, космических излучений и частиц, выбрасываемых радиоактивными веществами при их распаде. У земной поверхности над сушей в 1 см3 воздуха содержится несколько сотен легких и от нескольких сотен до десятков тысяч тяжелых ионов.
Аэроионы — это положительно и отрицательно заряженные частицы, постоянно образующиеся при расщеплении газовых молекул и атомов (ионизация воздуха), которые обусловливают электропроводность воздуха в естественных условиях, образуются под влиянием космических и ультрафиолетовых лучей, радиоактивных веществ, разрядов молний, быстрого движения воздуха.
Технологическая ионизация происходит при воздействии на воздушную среду радиоактивного, рентгеновского и ультрафиолетового излучения, термоэмиссии, фотоэффекта и других ионизирующих факторов, обусловленных технологическими процессами. Образовавшиеся при этом ионы распространяются, в основном, в непосредственной близости от технологической установки.
Ионизация происходит под влиянием радиоактивного излучения как с поверхности Земли, так и космической радиации, электрических разрядов в атмосфере. Искусственная ионизация осуществляется специальными устройствами — ионизаторами. Ионизаторы обеспечивают в ограниченном объеме воздушной среды заданную концентрацию ионов определенной полярности. Подвижность отрицательных ионов больше, чем положительных, поэтому их количество в воздухе, как правило меньше, чем положительных. Отношение положительных ионов к отрицательным называется коэффициентом униполярности ионов (КУИ). Чем меньше этот коэффициент, тем выше биологическая активность ионов.
Ионосфера — это ионизированная часть верхней атмосферы Земли,
примерно от около 50 км до более чем 1000 км над уровнем моря, которая
включает в себя термосферу и части мезосферы и экзосферы. Ионосфера —
это оболочка из электронов и электрически заряженных атомов и молекул,
окружающая Землю, которая ионизируется солнечным и космическим
излучением, главным образом, благодаря ультрафиолетовому излучению
Солнца.
Состав воздуха атмосферы
Атмосферный воздух — «жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений» (Федеральный закон N 96-ФЗ РФ «Об охране атмосферного воздуха», 1999 г.). Атмосфера Земли в основном состоит из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %) и углекислого газа (0,04 %), также в зависимости от климата она может включать от 0,1 до 1,5 % водного пара. Состав воздуха атмосферы схематически показан на рисунке. Соотношение газов в атмосфере почти не меняется. Каждый газ в составе атмосферного воздуха по-своему необходим для жизни на Земле.
Кислород (О2) по биологической роли — самая важная составная часть воздуха. Прежде всего он необходим для поддержания процессов горения, тления и других окислительных процессов, происходящих в природе, которые обеспечивают существование жизни на земле. Кроме того, все окислительные процессы в самом организме происходят при непосредственном участии кислорода. Поэтому он является жизненно важным компонентом, и при его отсутствии существование живого организма становится невозможным. В природе постоянно происходит потребление кислорода при дыхании человека и животных. Несмотря на значительный расход кислорода, его содержание в воздухе практически не изменяется, т. к. в растительном мире в результате процессов фотосинтеза постоянно идет процесс ассимиляции углекислого газа и выделение кислорода в атмосферу. Под действием солнечных лучей молекулы воды распадаются также с образованием кислорода.
Углекислый газ (СО2) составляет всего 0,03–0,04 % от состава воздуха атмосферы. Он поступает в атмосферу при дыхании животных и человека, а также при горении и гниении. Содержание СО2 в атмосфере может меняться, безусловно, его больше в воздухе больших городов. Углекислый газ пропускает на земную поверхность солнечное тепло, препятствует его возвращению в космическое пространство. Ученые считают, что если нарастание количества углекислоты в воздухе будет происходить и далее, то в природе может возникнуть т. н. «парниковый эффект», т. к. углекислота, находящаяся в атмосфере, задерживает длинноволновую часть инфракрасной радиации, излучаемой земной поверхностью в космос. Увеличение углекислого газа в атмосфере может привести к нежелательному повышению температуры приземного слоя воздуха, что приведет глобальному потеплению климата на Земле и таянию ледников. Углекислый газ необходим растениям: они его поглощают, выделяя кислород.
Азот (N2) — газ индифферентный и в воздухе играет роль наполнителя, однако такое представление является правильным лишь при нормальном давлении. При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие. Наиболее отчетливо это действие проявляется при давлении воздуха более 9 атмосфер. Это имеет большое значение, например, при работе водолазов на больших глубинах — воздух им приходится подавать под высоким давлением, иногда превышающим 10 атмосфер.
