Какая пыль содержится в воздухе

В околонаучных статьях и постах с «интересными фактами» вы наверняка натыкались на утверждение о том, что домашняя пыль на целых 70% состоит из омертвевшей кожи людей. На самом деле, это всего лишь миф, который закрепился в умах людей только потому, что он мерзко звучит. Подумать только — каждое мгновение мы дышим частицами совершенно незнакомых нам людей, просто отвратительно! Окружающий нас воздух действительно насыщен пылью с частицами мертвой кожи, но их, на самом деле, не так уж и много. Ведь если бы пыль в основном представляла собой частицы человеческой кожи, в заброшенных зданиях было бы идеально чисто. Так из чего же тогда состоит пыль, которая окружает нас практически везде и регулярно попадает в наши организмы? В Интернете не так-то просто найти однозначный ответ, поэтому в рамках этого материала постараемся наконец-то докопаться до истины.

Опровержение мифов

Наиболее подробный разбор состава домашней пыли недавно опубликовал автор YouTube-канала Veritasium. Он провел глубокое исследование, в ходе которого нашел как минимум два опережения мифа о том, что пыль на 70% состоит из омертвевшей кожи. В 2012 году научное издание Livescience подтвердило, что в пыли действительно есть человеческая кожа, но ее точно не так много, как говорится во многих статьях. По словам авторов заметки, такая концентрация частиц кожи в пыли могла быть разве что в старой лаборатории профессора Франкенштейна, который пытался создать монстра. Второе опровержение мифа было опубликовано в журнале Science Focus — в домашней пыли больше грязи с улицы и обрывков ниток, чем человеческой кожи. На самом же деле в состав пыли могут входить даже частицы метеоритов, то есть мы буквально вдыхаем в себя космические объекты. Пылью может быть что угодно, если соответствует определенным характеристикам.

Что такое пыль?

Под термином «пыль» обычно понимают крошечные по размерам частицы, которые могут долго парить в воздухе при дуновении ветра. Но насколько эти частицы должны быть крошечными и какое время они должны находиться в воздухе, чтобы их можно было назвать пылью? Данное определение термина очень расплывчато и требует уточнений. Какого размера частицы пыли никому точно не ясно, потому что во всех источниках даются разные цифры:

• международная организация по стандартизации (ISO) относит к пыли частицы, диаметр которых не превышает 75 микрометров, что примерно равно толщине человеческого волоса;
• терминологический словарь атмосферной химии называет пылью частицы диаметром около 100 микрометров;
• в некоторых других научных документах пылью называются частицы размером до 2000 микрометров, что равно 2 миллиметрам.

Но почему же информация о размере частиц пыли во всех источниках разная? Дело в том, что размер не является основной характеристикой пыли. С научной точки зрения больший интерес вызывает скорость оседания, которая и показывает, сколько времени частицы проводят в воздухе. Металлический шарик диаметром в 100 микрометров быстро упадет на поверхность, поэтому пылью его назвать нельзя. А вот кусочек нити длиной 2000 микрометров долго витает в воздухе и безо всяких сомнений считается частицей пыли. То же касается и легкой частицы человеческой кожи, диаметр которой не превышает 30 микрометров — это тоже пыль.

Читайте также: Насколько опасна домашняя пыль?

Как человек меняет кожу?

Мы этого не замечаем, но на самом деле все люди линяют, то есть сбрасывают старую кожу как змеи. Только происходит это не периодически, а постоянно. И мы сбрасываем старую кожу не полностью за один раз, а постепенно. Активнее всего от старых частиц кожи избавляются наши запястья и другие открытые участки тела, а вот кожный слой спины и тем более живота обновляется гораздо медленнее. Об этом ученые узнали в ходе эксперимента, при котором к разным участкам тел людей были прислонены и приклеены контейнеры для сбора выпавших частиц кожи. После нескольких дней ношения, исследователи изучили содержание контейнеров. Те, что были приклеены к животам, были наполнены меньше всего.

Старая человеческая кожа сбрасывается потому, что каждый час наши организмы создают около 20 миллионов клеток кожи. Человеческое тело не резиновое и в нем ограниченное количество места, поэтому новые клетки выталкивают старые наружу, из которых образуется внешний защитный слой. С течением времени, омертвевшие клетки начинают по-одиночку отслаиваться и попадать в воздух. В ходе описанного выше эксперимента было выяснено, что каждый час с каждого квадратного сантиметра человеческого тела осыпается около 1000 клеток кожи. Если учесть, что площадь кожного покрова взрослого человека равна примерно 2 квадратным метрам, получается, что каждый час человек теряет 20 миллионов мертвых клеток в час.

Только представьте: за сутки человек сбрасывает 480 миллионов мертвых клеток!

По расчетам автора канала Veritasium, за один день человек выпускает в воздух 1-2 грамма своей кожи. Получается, что за год мы сбрасываем примерно полкилограмма кожи, а это около 180 миллиардов мертвых клеток. Это так же много, как звезд в нашей галактике Млечный путь! Но это совершенно не значит, что вся наша кожа становится пылью и проникает в организмы других людей через дыхательные пути. Совершенно нет, потому что большую часть омертвевшей кожи мы смываем вместе с водой во время принятия душа или ванны, оставляем на улице во время прогулок и втираем в одежду, которая потом моется в стиральной машине.

Сколько кожи в домашней пыли?

Итак, мы разобрались, что человек все-таки производит пыль. Но если в домашней пыли содержится не 70% частиц кожи, тогда сколько же? Помимо человека, источников пыли в природе очень много:

• цветы разбрасывают по воздуху пыльцу, которая часто становится причиной аллергии у некоторых людей;
• грязь с улицы тоже проникает в наши дома и легко разлетается по воздуху;
• с неба тоже падают крошечные частицы, причем не абы чего, а настоящих метеоритов, которые сгорают в атмосфере нашей планеты.

На самом деле, точное процентное соотношение человеческой кожи в домашней пыли было опубликовано в книге «Биология домашней пыли» 1981 года. В одной из глав указано, что около 53% частиц пыли диаметром до 100 микрометров представляют собой фрагменты человеческой кожи. Это было выяснено в ходе эксперимента, в котором ученые изучили под микроскопом пыль, собранную из постельного белья. Получается, что фрагментов кожи в домашней пыли все-таки много, но точно не 70%. Впрочем, этот показатель зависит от помещения — если в нем бывает мало людей, процентное соотношение будет ниже.

Больше всего «кожанной» пыли скапливается на кроватях и диванах. Ведь именно там мы проводим больше всего времени в свободное время и тремся кожей о постельное белье. Около 20 лет назад в народе даже появился миф, что из-за омертвевшей кожи и обилия питающихся ими пылевых клещей, за десяток лет наши подушки и одеяла становятся тяжелее в два раза. Но это тоже всего лишь миф, который закрепился в головах людей из-за своей мерзости. По расчетам ученых, даже если в кровати десятки лет будут спать два человека, опавшая кожа и клещи увеличат массу постельного белья максимум на 3 килограмма. К тому же, если регулярно заправлять кровать, частицы кожи поднимаются в воздух. Если до этого в квадратном метре воздуха витало 21 000 частиц кожи, то после встряхивания белья в квадратном метре оказывается до 107 тысяч частиц.

Что содержится в воздухе помимо пыли?

Помимо пыли, с поверхности человеческого тела разлетаются бактерии, грибки и клещи. Каждый час из нашего тела в воздух попадают миллионы различных бактерий, образуя облако диаметром до одного метра. Если человека пустить в чистую комнату, он оставит за собой индивидуальный след, по которому его личность даже можно распознать. Дело в том, что соотношение микробов, грибков и клещей у каждого человека разное — разница почти такая же, как между отпечатками пальцев. Поэтому считается, что когда-нибудь по «микробным отпечаткам» можно будет даже находить преступников и раскрывать даже самые загадочные преступления.

Если вам нравятся наши статьи, подпишитесь на нас в Google News! Так вам будет удобнее следить за новыми материалами.

В книге «Биология домашней пыли» указан удивительный список частиц, которые могут входить в состав пыли. К ним относятся древесные волокна, резина, частицы человеческих волос, обрывки тканей, перхоть, пепел от сигарет и так далее. Пыль, кстати, есть не только на Земле, но и на Луне. Примечательно, что лунная пыль гораздо опаснее для нашего организма и ученые даже занимаются разработкой «лунного пылесоса». О том, чем опасна пыль на Луне и как от нее будут избавляться астронавты, можете почитать в этом материале. Приятного чтения!

Прежде всего, уточним, что называют пылью. В отличие от газообразных загрязнителей воздуха, которые присутствуют в нём в виде отдельных молекул, пыль представляет собой взвешенные в воздухе твёрдые частицы размером приблизительно от долей до сотен микронов. Вместе с пылью под общим названием «аэрозоли» часто рассматривают также примыкающие к ней по ряду свойств туманы — взвешенные в воздухе микрокапельки приблизительно тех же размеров.

Источники пыли в атмосфере весьма разнообразны: почва и соли морской воды, попадающие в воздух, вулканические выбросы, пожары. Основными антропогенными источниками служат промышленность и транспорт. Пыль, которую мы вдыхаем, может быть как местного происхождения, так и принесена издалека. Например, в атмосфере Москвы в «нормальные» периоды пыль от местных источников составляет в среднем примерно 70%. Содержание пыли в воздухе мегаполиса, обусловленное крупномасштабным переносом воздушных масс, в наименее «пыльные» периоды — около 15—40 мкг/м3 и становится выше в годы более высокой вулканической активности. Эту величину могут многократно увеличивать крупные лесные пожары. Так, в августе 2010 года во время лесных пожаров (а также пожаров на мусорных полигонах) в Московском регионе в отдельные дни в городе содержание пыли превышало средние показатели «спокойного времени» в десятки (до ~50) раз. Однако и без столь значительных событий содержание пыли в течение суток может меняться в 10 раз* и более.

Атмосферные аэрозоли бывают разного химического состава. Это соединения кремния, бериллия, алюминия, кадмия и других металлов, продукты износа дорожного покрытия и неполного сгорания топлива (угольные частицы и сажевый аэрозоль), споры микроорганизмов и пыльца растений, другие частицы органического происхождения. Отдельно выделяют вторичные неорганические соединения (сульфаты, нитраты, аммоний), получающиеся в результате химических реакций в атмосфере из первичных и образующие аэрозоли.

Распределение в атмосфере частиц разной химической природы имеет свои географические особенности. Так, если в Восточной Европе основной вклад в загрязнение воздуха вносят продукты отопления и автотранспорта, то в Западной Европе среди пылевых частиц преобладают вторичные неорганические аэрозоли. В промышленно развитых районах Северной Европы и вблизи крупных европейских городов общее содержание пылевых частиц определяется в основном антропогенными источниками, а в странах Южной и Юго-Восточной Европы — выветриванием почвы (так называемая эрозионная пыль).

Для образования эрозионной пыли, в первом приближении, необходимы два условия: сухость и ветер. Сухой поверхностный слой земли легко крошится, частички почвы в сухом состоянии слабо удерживаются одна с другой и могут быть подняты в воздух ветром. При недостатке растительности эти процессы существенно усиливаются: зелёная «одёжка» предохраняет почвенный слой как от пересыхания, так и от слишком сильного ветра, который теряет скорость в растительном покрове и не способен «добраться» до поверхности почвы. Именно поэтому, например, пыльные бури возникают в основном в пустынных и полупустынных регионах, реже — в степных, а в лесостепных и лесных — в исключительных случаях (как правило, при сильной засухе). И в качестве борьбы с пыльными бурями используются посадки всё тех же растений — от травы до полезащитных лесных полос. Чем выше растительный покров, тем меньше остаётся возможностей для появления эрозионной пыли.

Растения также дают приют и корм почвенной фауне, жизнедеятельность которой способствует поддержанию почвы в некрошащемся, непылящем состоянии. По этой причине, в частности, в последние годы существенным источником пыли во многих крупных городах становятся незадернованные поверхности, образующиеся в результате неумеренного скашивания травы (подробнее о роли травяного покрова и почвенной фауны в предотвращении «пыления» почв см. «Наука и жизнь» № 7, 2010 г., статья «Непростая жизнь московского муравья» и № 7, 2013 г., статья «Стриженый? Бритый…»).

Характер распространения пылевых частиц в атмосфере зависит от их размера. Крупные частицы и часть средних (размером более 1 мкм) оседают в течение нескольких часов или немногих суток и поэтому, как правило, переносятся на относительно небольшие расстояния (хотя в некоторых случаях они могут преодолевать и сотни километров, если пыль оказалась на значительной высоте). Более мелкие частицы (высокодисперсная фракция) могут удерживаться в атмосфере до 10—20 суток и распространяться за это время по всему полушарию (обмен между полушариями, через экваториальную зону, затруднён).

В итоге загрязнение атмосферы пылью определяется не только местными источниками. Так, для большинства стран Европы присутствие в воздухе мелкодисперсной фракции взвешенных частиц (размером менее 2,5 мкм) обусловлено в основном трансграничным переносом пыли. В половине европейских стран 3/4 всей мелкодисперсной атмосферной пыли принесено от соседей. Лишь в России, Турции и Испании вклад собственных выбросов в общее загрязнение мелкодисперсными взвешенными частицами превосходит вклад пыли, принесённой извне.

Тем не менее местные источники дают свои локальные максимумы содержания пыли в атмосфере. Например, в разных районах Москвы среднее (среднемесячное и среднегодовое) содержание пыли в атмосфере устойчиво различается в 1,5—2 раза, а иногда и более.

Как влияет пыль на здоровье? Здесь важны как химический состав, так и размер частиц. Крупные частицы (размером более 5—10 мкм) обычно задерживаются в верхних дыхательных путях, в то время как более мелкие способны проникать в лёгкие. Накапливаясь там, даже химически инертные пылевые частицы (например, кварцевая или угольная пыль) могут приводить к микроповреждениям тканей лёгкого и вызывать хронические заболевания дыхательных путей. Длительная воспалительная реакция в лёгких сказывается в конечном итоге и на работе сердца, приводя к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. По этой причине во многих странах существуют нормативы содержания в воздухе среднедисперсных частиц (размером до 2,5 или до 10 мкм), причём более тонкодисперсная пыль (размером до 2,5 мкм) рассматривается как более опасная. Химический состав пыли, в том числе присутствие в ней соединений тяжёлых металлов и токсичных органических соединений, вносит свою «специфику» в воздействие пыли на человеческий организм.

По информации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), приблизительно 3% смертей от кардиопульмонарной патологии и 5% — от рака лёгкого связаны с высоким содержанием в воздухе взвешенных частиц. Рост содержания пылевых частиц в воздухе всего на 10 мкг/м3 может быть причиной роста количества летальных исходов на 0,5% (а для людей старше 75 лет — вдвое больше). В России смертность, вызванная загрязнением воздуха пылевыми частицами, составляет, по разным оценкам, от 6 до 17% общей смертности городского населения.

Это страшные цифры, недаром в мире существует множество законодательных ограничений уровня запылённости воздуха. Например, в России помимо упомянутого уже постановления московского правительства действуют весьма строгий стандарт, устанавливающий общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны, и множество созданных на его основе отраслевых норм. Специальными санитарными нормами установлены гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населённых мест.

Но при всей важности развития технологических методов борьбы с пылеобразованием одним из главных путей поддержания чистоты воздуха остаётся сохранение и развитие природных территорий — не только в планетарных масштабах, но даже и в масштабах лужайки (газона) во дворе городского дома или на разделительной полосе автомагистрали. Причём роль природных сообществ не сводится к «пассивной» защите — механической фильтрации пыли. Живая экосистема не только препятствует её распространению, но и перерабатывает пыль, поглощая оседающие из атмосферы взвешенные частички благодаря деятельности множества живущих в почве и на её поверхности живых существ. Недаром «пыльная земля», «пыльный ветер» и просто «пыль, пыль, пыль» считаются синонимами безжизненной земли.

«Всемирной организацией здравоохранения взвешенные частицы, особенно мелкие частицы размером менее 10 мкм (РМ10), отнесены к приоритетным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, по уровню влияния на здоровье населения.

По данным экологического мониторинга, половина территории города является «проблемной» по уровню загрязнения атмосферного воздуха РМ10.

Источниками поступления взвешенных частиц в атмосферный воздух Москвы являются выбросы промышленных предприятий, выбросы автотранспорта (преимущественно дизельного), строительные работы, пыль с заасфальтированных участков территорий и незадернованных участков почв. <…>

9. Департаменту природопользования и охраны окружающей среды города Москвы:

<…> 9.4. В рамках своих полномочий, предусмотренных Законом города Москвы от 5 мая 1999 г. № 17 ″О защите зелёных насаждений″, усилить контроль за содержанием покрытий городских территорий и обеспечить привлечение к административной ответственности юридических и физических лиц, виновных в необоснованном образовании открытых участков почв».

Подробности для любознательных

Маленькие, но не шустрые

Дисперсные системы, то есть системы, в которых одно из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда), отличаются от истинных (молекулярных) растворов неустойчивостью, то есть способностью к самопроизвольному разделению компонентов: частички дисперсной фазы (например, твёрдые частицы, взвешенные в жидкости или газе) могут оседать или, наоборот, всплывать (например, пузырьки газа в жидкости). Скорость осаждения взвешенных в газовой или в жидкой фазе частиц существенно зависит от их размеров: чем меньше размер частицы, тем заметнее для неё роль сопротивления среды (а для совсем мелких частиц — ещё и броуновского движения) по сравнению с ролью силы тяжести. В таблице приведены характерные значения скорости оседания частиц разных размеров в неподвижном воздухе и накладывающиеся на это оседание смещения за счёт броуновского движения. Как видно, для частиц размером 2,5 мкм скорость оседания примерно в 15 раз ниже, чем для частиц размером 10 мкм, и составляет около 0,2 мм/с, то есть может компенсироваться даже очень незначительным восходящим потоком воздуха. Для частиц же размером меньше ~ 0,5 мкм «скорость» броуновского движения (точнее, среднеквадратичное смещение частицы за счёт броуновского движения за 1 с) преобладает над скоростью их равномерного оседания, и поэтому такие тонкодисперсные (ультратонкие) взвеси могут практически не оседать.

Что почитать по теме:

Воздействие взвешенных частиц на здоровье. Издание ВОЗ (www.euro.who.int).

Горькавый Н. Пыль челябинского болида // Наука жизнь, 2013, № 10.

Климат, качество атмосферного воздуха и здоровье москвичей // Сб. статей под ред. проф. Б. А. Ревича. — М.: АдамантЪ, 2006. — 246 с. (erh.ru/biblio/biblio045.php).

Птушенко В. Виноват ли кислород? // Наука и жизнь, 2013, № 5.

Птушенко В. Стриженый? Бритый… // Наука и жизнь, 2013, № 7.

Хангайсайхан Х.-А. Жёлтая пыль Монголии // Наука и жизнь, 2013, № 9.

Сб. тезисов Всероссийского совещания «Состояние воздушного бассейна г. Москвы в экстремальных погодных условиях лета 2010 г. // ifaran.ru/docs/abstracts.pdf.

Комментарии к статье

* О количестве пыли в воздухе жители городов могут узнавать из регулярно публикуемых данных. Так, на официальном сайте ГПБУ «Мосэкомониторинг» в разделе «Воздух/Состояние воздуха» приводятся данные о содержании в атмосфере Москвы токсичных примесей, в том числе и взвешенных веществ: www.mosecom.ru. К сожалению, на сайте нет архива данных (который до сих пор находится в стадии разработки), а текущие показатели состояния атмосферы приводятся лишь за три последних дня. Отчасти эти данные обобщаются в бюллетенях или докладах за отдельные кварталы или годы. Остаётся сожалеть, что поддержание общедоступного сетевого архива данных о состоянии атмосферы Москвы не только не осуществляет сам Мосэкомониторинг, но это упущение не восполнено и независимыми сетевыми ресурсами природоохранной направленности.