Soubor pracovních listů pro žáky. CZ.1.07/1.1.34/ Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi. Ovzduší

Transkript

1 Soubor pracovních listů pro žáky CZ.1.07/1.1.34/ Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi Ovzduší

2

3 Ovzduší Soubor pracovních listů pro žáky 2013

4 Realizátor: Seductus, s.r.o. Vladimíra Majakovského 2092/ Most IČ: Zhotovitel: IMPOWER ENERGY, s.r.o. Sadová Most IČ: Projekt Trvale udržitelný rozvoj a jeho aspekty v podnikatelské praxi reg. č. CZ.1.07/1.1.34/ je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

5 Úvod Ovzduší Úvod Předmětem souboru je komplexní příprava vzdělávacího materiálu pro volitelný předmět určený pro 2. stupeň základních škol (7. 8. ročník). Komplexní příprava vzdělávacího materiálu obsahuje následující oblasti: modul Ovzduší modul Voda modul Alternativní zdroje energie Cílem vytvořeného vzdělávacího programu pro žáky 2. stupně základních škol je stimulace ekologického myšlení a jednání žáků a uvědomění si spoluzodpovědnosti člověka za stav životního prostředí a to prostřednictvím interaktivních, tvořivých nebo kooperativních metod. Vytvořený vzdělávací program zahrnuje ekologický, environmentální, biologický a ochranářský prvek. Podstatným prvkem programu je návaznost a respektování školních výukových osnov, které vedou ke stimulaci zájmů cílových skupin, dále také k rozvoji tvořivosti a podpoře vzájemné spolupráce mezi žáky. Velký důraz je kladen na maximální míru popularizace a srozumitelnosti celého programu. Soubor pracovních listů pro žáky, kromě tematického zaměření z daných oblastí, obsahuje ekonomický aspekt, který upozorní žáky s potřebou dodržování objektivních limitů s ohledem na zabezpečení kvality života budoucích generací. Je žádoucí, aby žáci byli obeznámeni s ekonomickými souvislostmi plynoucími z podnikání v souladu s principy udržitelného rozvoje. 3

6

7 Obsah Ovzduší Obsah Úvod...3 Pracovní list 1 Životní prostředí a jeho složky...6 Pracovní list 2 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I Pracovní list 3 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) II Pracovní list 4 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Pracovní list 5 Vzduch, význam pro člověka...22 Pracovní list 6 Vzduch, význam pro přírodu...28 Pracovní list 7 a 8 Vzduch a meteorologie I, II...32 Pracovní list 9 Vzduch a meteorologie III Exkurze na Milešovku Pracovní list 10 Vzduch a ekologie, globální problémy Pracovní list 11 Vzduch a ekologie, lokální problémy Pracovní list 12 Vzduch a energie...53 Pracovní list 13 a 14 Vzduch a energie Exkurze...56 Pracovní list 15 Vnější a vnitřní ovzduší Pracovní list 16 Vnější ovzduší, imisní monitoring...65 Pracovní list 17 Vnější ovzduší, imisní monitoring Exkurze...71 Pracovní list 18 Vnější ovzduší, emisní monitoring...72 Pracovní list 19 Ochrana ovzduší, svět a EU...83 Pracovní list 20 Ochrana ovzduší, Česká republika Pracovní list 21 Kvalita ovzduší a zdraví

8 Ovzduší Životní prostředí a jeho složky Pracovní list 1 Životní prostředí a jeho složky 1.1. Úvod Životním prostředím je vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů včetně člověka a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Jeho složkami jsou zejména ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie (dle 2 zákona č. 17/1992 Sb., o životním prostředí). Kvalita životního prostředí významně ovlivňuje zdraví člověka a celé populace. Podle odhadu Světové zdravotnické organizace způsobuje znečištění životního prostředí v Evropském regionu až 19% onemocnění; pouze v důsledku znečištění ovzduší polétavým prachem v Evropě zemře předčasně asi 280 tisíc lidí. Pomocí cílených opatření je možné rizika ze životního prostředí snižovat a tak zmírnit či vyloučit zdravotní dopady Teoretická část Životní prostředí Jak již bylo uvedeno výše, je životní prostředí definováno následovně: Životním prostředím je vše, co vytváří přirozené podmínky existence organismů včetně člověka a je předpokladem jejich dalšího vývoje. Jeho složkami jsou zejména ovzduší, voda, horniny, půda, organismy, ekosystémy a energie. Složky životního prostředí Životní prostředí tvoří jak neživé, tak i živé složky: neživé (anorganické) složky voda (hydrosféra) půda (pedosféra) ovzduší (atmosféra) horninové podloží (litosféra) živé (organické) složky organismy (biosféra, biocenóza) Jiná definice uvádí, že životní prostředí je: Soubor všech činitelů, se kterými přijde do styku živý subjekt, a podmínek, kterými je obklopen. Tedy vše, na co subjekt přímo i nepřímo působí. Subjektem může být chápán organismus, populace, člověk i celá lidská společnost. Většinou se pojem životní prostředí chápe ve smyslu životní prostředí člověka Vztah člověka a životního prostředí Vzájemné působení lidí a jejich životního prostředí je velmi mnohostranné. V průběhu dějin lidského rodu docházelo postupně k oslabování této bezprostřední závislosti. Lidé narušovali okolní prostředí již velmi dávno. Jedna z hypotéz se například zabývala vlivem člověka na vyhynutí velkých pleistocenních savců. K ještě rozsáhlejšímu pozměnění došlo v neolitu, kdy se člověk začal živit činností, která přímo předpokládala udržování umělého životního prostředí zemědělstvím. Dlouhou dobu pak ovšem stále existovaly oblasti prakticky nedotčené lidskou aktivitou ekumena zejména v důsledku 6

9 Životní prostředí a jeho složky Ovzduší nedokonalé dopravy netvořila souvislou oblast jako dnes, ale rozpadala se do mnoha oblastí osídlení, vzájemně značně vzdálených. I v této době existovaly oblasti se značným lidským vlivem např. na území dnešní České republiky bylo území na konci středověku více odlesněno než dnes. K zásadní změně dochází v době průmyslové revoluce, kdy lidé začali využívat mnoho různých přírodních zdrojů (uhlí, ropa), osídlovat dosud neosídlené oblasti a znečišťovat prostředí cizorodými látkami. To mělo za následek vyhynutí mnoha živočišných i rostlinných druhů a zdravotní problémy lidí, žijících v nejvíce znečištěných oblastech (např. Mostecko v 80. letech 20. století). S rozvojem vědy a techniky se stává stále obtížnějším úkolem předpověď důsledků lidských činností na životní prostředí Hodnocení stavu životního prostředí v globálním měřítku Zatím nejkomplexnější hodnocení životního prostředí na Zemi bylo výsledkem projektu Millennium Ecosystem Assessment ( Hodnocení ekosystémů na přelomu tisíciletí ) na kterém se podílelo asi 1400 expertů z celého světa. Jeho výsledkem bylo publikování řady studií zaměřených na biodiverzitu, desertifikace, průmysl apod. a souhrnná zpráva Ekosystémy a lidský blahobyt. Ta konstatuje, že lidé změnili za posledních 50 let ekosystémy na Zemi více než kdykoli dějinách lidstva a že zvýšení životní úrovně lidí proběhlo na cenu poškození 60 % globálních ekosystémů. Zpráva dále uvádí, že poškozování ekosystémů představuje překážku pro snížení chudoby pro dosažení potravinové bezpečnosti. Životní prostředí v České republice Životní prostředí v České republice tvoří soustava četných přírodních prvků (ovzduší, voda, půda, organismy, ekosystémy a energie) fungující jako komplexní a propojený systém. Téměř všechna odvětví lidské činnosti přicházejí do styku s životním prostředím a vzhledem k vysoké úrovni využití krajiny, průmyslové i jiné výroby, je nezbytné zajistit dodržování určitých norem, které umožní využívání životního prostředí v takové míře, aby nedocházelo k jeho poškozování a udržitelnému rozvoji pro další generace. Nejvyšším orgánem ochrany životního prostředí je v České republice Ministerstvo životního prostředí (MŽP), které prostřednictvím zákonů a prováděcích vyhlášek chrání životní prostředí. Základní dokumentem je zákon č. 17/1992 Sb., o životním prostředí, ve znění pozdějších předpisů (dále jen zákon) a vyhláška č. 103/2010 Sb., o provedení některých ustanovení zákona o právu na informace o životním prostředí. Zákon vedle definice základních pojmů z oblasti životního prostředí, jak např. ekosystém, ekologická stabilita, únosné zatížení území, trvale udržitelný rozvoj, ekologická újma, stanovuje zásady ochrany životního prostředí a povinnosti při jeho ochraně, dále pak definuje odpovědnost (sankce) za porušení této povinnosti a ekonomické nástroje (za znečišťování životního prostředí, případně jeho složek a za hospodářské využívání přírodních zdrojů platí fyzické nebo právnické osoby daně, poplatky, odvody a další platby). Právo na informace Každý občan České republiky má od 1. července 1998 právo na informace o životním prostředí a to na základě zákona č. 123/1998 Sb., o právu na informace o životním prostředí. O rok později přibyl k tomuto zákona ještě zákon č. 106/1999 Sb., o svobodném přístupu k informacím, který ukládá povinnost poskytovat informace subjektům, které mají podle tohoto zákona povinnost poskytovat informace vztahující se k jejich působnosti, tj. státní orgány, územní samosprávné celky a jejich orgány a veřejné instituce. Zpráva o životní prostředí České republiky Zpráva o životním prostředí České republiky je komplexní hodnotící dokument, který shrnuje aktuální poznatky o stavu a vývoji jednotlivých složek životního prostředí, vlivu hospodářských sektorů na životní prostředí, nástrojích politiky životního prostředí, dopadech současného stavu životního prostředí na lidské zdraví a ekosystémy a o stavu životního prostředí v mezinárodním kontextu. Cílem je rovněž posoudit naplňování Státní politiky životního prostředí a identifikovat nové prioritní oblasti, které by měly být v rámci politiky řešeny. Zpráva o životním prostředí České republiky je v gesci Ministerstva životního prostředí vytvářena a předkládána vládě každoročně, a to již od roku Po schválení vládou ČR je v souladu se zákonem č. 123/1998 Sb., o právu na informace o životním prostředí, zveřejněna, a to na internetových stránkách Ministerstva životního prostředí. Zpráva za rok 2011 je k dispozici zde: Státní fond životního prostředí Státní fond životního prostředí České republiky (SFŽP) je specificky zaměřenou institucí, která je významným finančním zdrojem při ochraně a zlepšování stavu životního prostředí. Je jedním ze základních ekonomických nástrojů pro plnění: a) závazků vyplývajících z mezinárodních úmluv o ochraně životního prostředí b) závazků vyplývajících ze členství v Evropské unie c) Státní politiky životního prostředí 7

10 Ovzduší Životní prostředí a jeho složky Fond byl zřízen a jeho činnost je legislativně upravena zákonem č. 388/1991 Sb., na který navazují prováděcí předpisy Statut Fondu, Jednací řád Rady Fondu, Směrnice Ministerstva životního prostředí o poskytování finančních prostředků z Fondu a Přílohy Směrnice, které upravují podmínky pro poskytování podpory pro příslušné období. Příjmy Fondu jsou tvořeny především z plateb za znečišťování nebo poškozování jednotlivých složek životního prostředí (poplatky za vypouštění odpadních vod, odvody za odnětí půdy, poplatky za znečištění ovzduší, poplatky za ukládání odpadů) a s tím spojených splátek poskytnutých půjček a jejich úroků. O použití finančních prostředků z Fondu rozhoduje ze zákona ministr životního prostředí na základě doporučení poradního orgánu - Rady Fondu. Tyto příjmy netvoří součást státního rozpočtu České republiky. Posuzování vlivů na životní prostředí Od 1. ledna 2002 vstoupil v České republice v platnost zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí a o změně některých souvisejících zákonů (zákon o posuzování vlivů na životní prostředí), na základě kterého se může veřejnost vyjadřovat k záměrům a koncepcím, které by mohly mít vliv na životní prostředí v rámci tzv. veřejného projednání. Dle tohoto zákona podléhají posuzování vlivů na životní prostředí v tomto zákoně vymezené záměry a koncepce, jejichž provedení by mohlo závažně ovlivnit životní prostředí. Posuzují se vlivy na veřejné zdraví a vlivy na životní prostředí, zahrnující vlivy na živočichy a rostliny, ekosystémy, půdu, horninové prostředí, vodu, ovzduší, klima a krajinu, přírodní zdroje, hmotný majetek a kulturní památky, vymezené zvláštními právními předpisy a na jejich vzájemné působení a souvislosti. Záměry a koncepce jsou vyjmenované v Příloze č. 1 k tomuto zákonu a jedná se např. o trvalé odlesnění, odběr vody nebo převod vody mezi povodími, čerpání podzemní vody, přehrady, nádrže a jiná zařízení určená k zadržování nebo k akumulaci vody, chov hospodářských zvířat, těžba ropy, těžba ostatních nerostných surovin, zařízení ke spalování paliv o jmenovitém tepelném výkonu od 50 do 200 MW, větrné elektrárny s celkovým instalovaným výkonem vyšším než 500 kwe nebo s výškou stojanu přesahující 35 metrů, vodní elektrárny s celkovým instalovaným výkonem výrobny nad 50 MWe, zařízení ke zpracování a skladování radioaktivního odpadu, produktovody k přepravě plynu, ropy, páry, vody a dalších látek o délce větší než 5 km a průměru mm, zásobníky zemního plynu a jiných hořlavých plynů s kapacitou nad m 3. Ekologie Každý živý organismus je ovlivněn svým okolím a také dalšími rostlinami a zvířaty ve své blízkosti. Faktory prostředí, jako je teplota, světlo, voda, počasí, složení vzduchu a půdy, působí na život zvířat a rostlin a stejně tak se navzájem ovlivňují i živé bytosti. Věda o těchto spojitostech se nazývá ekologie. Jako první tak nazval a definoval tento vědní obor Ernst Haeckel v roce Environmentalistika Environmentalistika je obor, který využívá poznatků různých vědních oborů ekologie, geografie, chemie, fyziky, ekonomie a zkoumá vzájemné působení člověka a ekosystémů, zabývá se tedy i prevencí znečišťování životního prostředí, nápravou vzniklých škod a nežádoucích zásahů. Environmentalistika zahrnuje také ochranu přírody, monitoring složek životního prostředí, využívání přírodních zdrojů, nakládání s energiemi, péče o zdraví lidské populace apod Praktická část 1. Definujte životní prostředí a jeho složky. 2. Vysvětlete, co pro Vás v praxi znamená platnost zákona o svobodném přístupu k informacím a zákona o právu na informace o životním prostředí. 3. Vysvětlete, co je to ekologie. 4. Kdo je nejvyšším orgánem ochrany životního prostředí v České republice 5. Můžete se vyjádřit k záměrům, které mají vliv na životní prostředí? Pokud ano, na základě kterého zákona a jakým způsobem? 6. Kde se nejvíce dozvíte o stavu životního prostředí České republiky? 7. Co je příjmem Státního fondu životního prostředí České republiky? 8

11 Životní prostředí a jeho složky Ovzduší Vysvětlivky Pleistocén Pleistocén (starším názvem diluvium) je starší oddělení čtvrtohor. Počátek pleistocénu je kladen 1,806 milionu let do minulosti. Pleistocén se dělí na spodní, střední a svrchní. Slovo pleistocén je odvozeno z řeckého pleiston (nejvíce) a ceno (společenství). Označení pleistocén použil roku 1839 britský právník a geolog Charles Lyell (14. listopad únor 1875). Ekumena V geografii znamená ekumena souhrn území trvale osídlených a hospodářsky využívaných lidmi. Možnosti osídlení území limitují nejen rozloha, ale i další přírodní činitelé. Podstatný význam má možnost provozovat zemědělství. Biodiverzita Biologická diverzita (též biodiverzita; angl. Biological diversity) představuje rozrůzněnost života. Existuje mnoho definicí biodiverzity, neboť se jedná o složitý několika úrovňový jev. Světový fond ochrany přírody definoval v roce 1989 biodiverzitu jako bohatství života na Zemi, miliony rostlin, živočichů a mikroorganismů, včetně genů, které obsahují, a složité ekosystémy, které vytvářejí životní prostředí Zdroje Webové stránky Ministerstva životního prostředí: platná legislativa Životní prostředí všeobecně Posuzování vlivů na životní prostředí C1256E AC6.nsf/Categories?OpenView Webové stránky Státního zdravotního ústavu Praha: cs.wikipedia.org Terry Jennings, Ekologie, edice Věda a technika, 2003 Ludmila Halkovová, Životní prostředí pro život, MŽP, 2011 Dezertifikace Dezertifikace je proces degradace území na pouště a polopouště. Způsobena může být různými globálními klimatickými jevy, přirozenými i člověkem vyvolanými, jakož i přímou lidskou činností v dané oblasti či v oblastech těsně sousedících, například: spásáním dobytkem a zvěří, kácením zeleně v dané oblasti, nadměrným odběrem vody pro závlahu zemědělské půdy zásahem do přírodních procesů probíhajících v dané oblasti Společným prvkem je přetěžování míry, do které se spodní vody, půda a zeleň dokáží obnovovat. Příkladem dezertifikace může být rozšiřování Sahary nebo vysychání Aralského jezera. 9

12 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I Pracovní list 2 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I 2.1. Úvod Celou naši zeměkouli obklopuje vzdušný obal, odborně nazývaný atmosféra. Slovo atmosféra pochází z řečtiny (atmos pára, sphaira koule). Jedná se tedy o plynný obal tělesa v kosmickém prostoru. Atmosféra je směsicí různých plynů, vodní páry, pevných a kapalných částic. Plyny, z nichž se atmosféra skládá, se nazývají vzduch, ty navzájem nereagují. Zemská atmosféra se účastní zemské rotace a okolo Země se udržuje jen díky gravitační síle. Dnešní složení je zdánlivě stálé oproti prvotní atmosféře v geologické minulosti. (Vývoj atmosféry trval 3 4 miliardy roků). Zemská atmosféra tvoří plynný obal Země, jedná se o směs plynů, tekutých a tuhých částic. Ve vzduchu je neustále asi 2,5 % objemu vodních par. S okamžitým stavem atmosféry spojujeme počasí a dlouhodobý stav atmosféry vytváří podnebí (klima). Podnebí je utvářeno pomocí dalších složek (hydrosféra, biosféra, ), vliv má ale i lidská činnost. Celkově tvoří úplný klimatický systém. Atmosféra je členěna na vrstvy, jako je např. troposféra, stratosféra či ozonosféra. Každá má svou funkci. Přítomnost ozónu ve stratosféře je nesmírně důležité pro život na Zemi. Jedním z problémů úplného klimatického systému je jeho celkové oteplování Teoretická část Co je to vzduch Vzduch je směs plynů tvořící plynný obal Země atmosféru sahající až do výše asi km. Atmosféra nemá přesnou hranici, plynule přechází ve vesmír. Vznik atmosféry Původní složení atmosféry vzniklé po zformování planety obsahovalo směs sopečných plynů, které se uvolnily z odplynění magmatu, které se rozprostíralo v ohromném magmatickém oceánu po většině povrchu planety. Tato atmosféra byla pro život v dnešní podobě toxická. S rozvojem života, rozšíření zelených řas v oceánech nastal proces změny složení atmosféry. Během fotosyntézy se začal jako odpadní plyn dostávat toxický a pro většinu tehdejších životních forem jedovatý kyslík. Jeho procentuální zastoupení postupně narůstalo, až dosáhlo dnešní hodnoty okolo 21 %. Vertikální členění atmosféry Atmosféru je možné dělit z několika hledisek a to dle: průběhu tepoty vzduchu s nadmořskou výškou chemického složení vzduchu koncentrace atmosférických iontů a volných elektronů ovlivnění zemským povrchem Dle průběhu teploty vzduchu s nadmořskou výškou se rozlišuje: Troposféra (0 18km) je v polárních oblastech vlivem zemské rotace zploštělá. Obsahuje prakticky všechnu atmosférickou vodu a probíhá v ní většina námi pozorovatelných povětrnostních procesů a dějů počasí (vítr, srážky, oblaka). Teplota s výškou klesá (o 0,6 C na 100 m) > na její horní hranici je teplota až 60 C. Výjimkou jsou teplotní inverze, kdy teplota s výškou roste (horská údolí, města). Obsahuje většinu vzduchové hmoty atmosféry: 10

13 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I Ovzduší 78 % dusíku 21 % kyslíku 1 % vodní páry, vzácné plyny, oxid uhličitý,... Současný problém: zvyšování exhalací > skleníkový efekt Stratosféra (18 50km) teplota se s výškou krom horní části, kde stoupá, prakticky nemění, ve spodní vrstvě je teplota stále stejná ( 60 C ). Pohlcuje UV záření > teplota stoupá až na +90 C. Obsahuje ozonovou vrstvu, kdy ve výšce km jsou rozptýleny molekuly ozonu. Současný problém: ubývání ozonu (ozonová díra) > zvýšený výskyt rakoviny Mezosféra (50 80km) se vyznačuje silným poklesem teploty vzduchu s přibývající výškou v horní části dosahuje teplota až 100 C. Termosféra (80 450km) teplota vlivem pohlcování slunečního záření atomy a molekulami plynů dosahuje až stovek C > název této vrstvy. Vzhledem k nepatrné hustotě vzduchu však tuto teplotu nelze měřit běžnými metodami. Létají v ní umělé družice. Částice (ionty) v termosféře odráží rádiové vlny přicházející od Země zpět k Zemi => lze poslouchat rádio Exosféra (od 450km) vnější vrstva atmosféry, ze které lehké plyny unikají do okolního meziplanetárního prostoru. Přechod mezi exosférou a meziplanetárním prostorem je velice plynulý, proto se neurčuje vrchní hranice: vědci se přou, v jaké výšce končí ( km) velice řídký vzduch některé molekuly vzduchu odvanuty do meziplanetárního prostoru Hranice mezi těmito vrstvami jsou nazývány tropopauza, stratopauza, mezopauza a termopauza. Dle chemického složení vzduchu se atmosféra dělí na: Homosféru vrstva atmosféry, v níž se složení vzduchu v důsledku jeho intenzivního vertikálního promíchávání s přibývající výškou prakticky nemění. Sahá do cca 80 km výšky. Heterosféru intenzita vertikálního promíchávání vzduchu slábne a s přibývající výškou ubývá těžších plynů. Dle koncentrace atmosférických iontů a volných elektronů se: Neutrosféra (0 65km) je vrstva s minimálním výskytem iontů a volných elektronů. Ionosféra je množství atmosférických vrstev a velkou koncentrací iontů a volných elektronů, které se projevují odrážením některých frekvencí rádiových vln. Dle ovlivnění spodních vrstev atmosféry zemským povrchem: Mezní vrstvu atmosféry (do výšky 0,1 2 km), zde je průběh meteorologických prvků ovlivněn třením proudícího vzduchu o zemský povrch. Volnou atmosféru vliv tření o zemský povrch je zanedbatelný. 11

14 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I Změna atmosféry s výškou V důsledku intenzivního vertikálního promíchávání vzduchu se jeho složení do výšky asi 100 km téměř nemění. Výjimku tvoří ozón, oxid uhličitý a vodní pára. Atmosféra samozřejmě není v celé své tloušťce stejná. S rostoucí výškou klesá atmosférický tlak (tlak vzduchu je vlastně váha vzduchového sloupce nad naší hlavou). Asi 5,5 km nad zemí je tlak poloviční. Mění se i teplota vzduchu - nejdříve klesá (to znáte z pobytu na horách), ve vrchních partiích atmosféry pak střídavě klesá a roste podle toho, jak daná vrstva atmosféry absorbuje sluneční energii. Náš život nejvíce ovlivňuje dění v troposféře, tedy nejnižší vrstvě atmosféry. Proč je nebe modré? Modrou barvu nebe považujeme obvykle za samozřejmost a spojujeme ji s přítomností kyslíku. Jaká je její fyzikální podstata? Nebeská modř bývala odedávna chápána jako symbol božských sil. Na Blízkém východě se tradovala představa, že země je obklopena oceánem, za nímž leží smaragdová hora Kaf, sídlo bohů. Hora je člověku nedostupná, můžeme však pozorovat její modravý odraz na nebi. Nebeský bůh Mavu, uctívaný západoafrickým národem Ewe, má modré roucho zdobené občas bílými obláčky. Do modré se oblékal rovněž germánský bůh Wotan. Ve středověku byla modrá barvou Panny Marie a měla symbolizovat její čistotu, podobnou bezoblačnému nebi. Barva nebe v minulosti Plynný obal Země nebyl od počátku stejný jako dnes. Teprve dlouhodobé působení bakterií a zelených rostlin radikálně změnilo původní bezkyslíkovou atmosféru. Až když byl podíl kyslíku již dostatečný a vytvořila se ochranná ozonová vrstva, získalo nebe naší planety svou typickou modrou barvu. Tehdy také mohli živočichové bez obav vystoupit z oceánů a osídlovat kontinenty. Jako první se pokusil o vysvětlení modré barvy nebe dvaadvacetiletý Leonardo da Vinci v roce Správně postřehl, že vzdálené hory se jeví jako namodralé a sytost jejich modři s odstupem roste. Modrý je tedy vzduch a jeho silná vrstva působí jako modré sklíčko, přes které se díváme na okolní předměty, tedy i do tmavého vesmíru. Při dalším zkoumání problému zjistil, že podobné modré zbarvení má osvětlený kouř před tmavým pozadím. Atmosféra podle něho tedy obsahuje drobné částečky podobné kouři, které zachycují sluneční světlo a proti tmavému pozadí se jeví jako modré. Tento postřeh je v zásadě správný a má dodnes svou platnost. O dvě stě let později konal Isaac Newton pokusy se spektrálním rozkladem světla a postavil na něm svou fyzikální teorii barev. Thomas Young objevil v roce 1801 vlnovou podstatu světla a pochopil, že barva je dána konkrétní vlnovou délkou. Ultramarínové nebeské modři přísluší vlnová délka 475 miliardtin metru. Moderní fyzika vysvětluje modrou barvu nebe V polovině devatenáctého století experimentoval německý fyzik Brücke s jemnými částicemi pryskyřice. Při určité mikroskopické velikosti se částice rozptýlené rovnoměrně ve vodě jevily jako nebesky modré. Fyzikální podstatu tohoto jevu popsal teprve mladý fyzik John William Strutt, pozdější lord Rayleigh, v roce Jev nazývaný dnes jako Rayleighův rozptyl světla je způsoben rozkmitáním velmi jemné částice světelným paprskem. Částice přitom přijímá určitou energii a vzápětí ji vyzáří v podobě světelného záření vysílaného rovnoměrně do všech stran. Podle Rayleighových výpočtů je krátkovlnné modré záření rozptylováno desetkrát silněji než červené. Výslednou barvou je právě nebeská ultramarínová modř. V důsledku rozptylu se dvacet procent slunečního záření rozloží pravidelně po nebi a vytváří tím celkový efekt denního světla. Na nebeských tělesech bez atmosféry (například Měsíc) se nebe jeví jako zcela černé. Sluneční světlo se rozptylem oslabuje a z tohoto oslabení lze spočítat počet částic, které se rozptylu účastní. Na úrovni mořské hladiny to představuje 27 trilionů částic v každém kubickém centimetru atmosféry, což přesně odpovídá množství molekul vzduchu. Modrá barva nebe v ohrožení Znamená to tedy, že rozptyl způsobují všechny molekuly vzduchu, nejen kyslík, ale rovněž další složky, především dusík. Pokud by hustota molekul v atmosféře byla nižší, byla by výsledná barva jasnější a tmavší. Při vyšší koncentraci by nebe vybledlo. Správnou koncentraci udržují rostliny, které odebírají oxid uhličitý a vodní páry a dodávají kyslík. Právě tento pochod napomohl v dávných dobách vytvoření dnešního složení atmosféry a tedy i dnešní modré barvě nebe. Modrá barva nebe je však opět ohrožena, a to průmyslovou činností člověka. Obyvatelé velkých aglomerací již sotva vidí nad hlavou něco jiného než smogový povlak. Spalování fosilních paliv narušuje dosaženou rovnováhu a tak spolu s možným skleníkovým efektem nám hrozí i ztráta modrého nebe nad hlavami. 12

15 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) I Ovzduší 2.3. Praktická část 1. Proč potřebuje naše Země vzdušný obal? 2. Proč je nebe modré? 3. Vysvětlete pojem atmosférický tlak. 4. Klesá či stoupá atmosférický tlak s rostoucí výškou? Vysvětlete. 5. Mění se složení vzduchu s výškou? Odůvodněte vaše stanovisko Pokusy a měření s využitím pořízených pomůcek Viz Pracovní list č. 4 Zdroje 6. Kdy a proč nastal proces změny složení atmosféry? 7. Proč můžeme poslouchat rádio? 8. V jaké části atmosféry můžeme pozorovat povětrnostní procesy a děje? 13

16 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) II Pracovní list 3 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) II 3.1. Úvod Bez vzduchu atmosféry by Země byla jenom kus kamene bez jakéhokoliv života. Rostliny ani živočichové by neexistovali, protože by neměli co dýchat. Změny teplot mezi dnem a nocí by dosahovaly řádu stovek stupňů. Zemský povrch by byl ozařován tvrdým ultrafialovým zářením. V zemské atmosféře se většina UV záření pohltí, což snižuje jeho intenzitu na úroveň slučitelnou se životem Teoretická část Složení atmosféry Hlavními atmosférickými plyny jsou dusík a kyslík, další plynné složky jsou zastoupeny v daleko menší míře. Patří mezi ně ale významné skleníkové plyny, jako jsou oxid uhličitý nebo metan. Malé zastoupení, ale velký význam má také vodní pára. Dále se v atmosféře vyskytují pevné nebo kapalné částice, takzvané aerosoly, které se do ní dostávají buď přirozenou cestou (mořská sůl), nebo díky činnosti člověka (prach, průmyslové produkty). Složení suché atmosféry při Zemi: Dusík 78 % Kyslík 21 % Argon 1 % Oxid uhličitý, Neon, Helium, Metan, Krypton, Vodík < 1 % Dusík v atmosféře je nezbytný pro život a účastní se látkového oběhu sloužícího ke stavbě živých organismů. Kyslík nezbytný k dýchání, biologického původu, produkci kyslíku v biosféře může člověk ohrozit (kácení deštných pralesů, znečišťování oceánů, ), spalovací procesy spotřebovávají kyslík, (člověk za 1 h spotřebuje 3 moly, automobil při rychlosti 70 km/h 94 molů, tryskové letadlo molů, působí také jak izolační vrstva a filtr proti některým druhům záření. Argon objeven koncem 19. st., technické využití Oxid uhličitý fotosyntetická asimilace, je znám hlavně v souvislosti se skleníkovým efektem, dostává se do vzduchu dýcháním organismů, spalováním fosilních paliv, organických látek a biochemickými procesy (kvašení, tlení, ). Jeho zastoupení v atmosféře narůstá. Voda nachází se zde ve všech třech skupenstvích V atmosféře jsou dále přítomny vodní kapičky, ledové krystalky a různé znečišťující příměsi původu přírodního (prachové částečky, pylová zrna) i antropogenního (produkty člověka). Množství vodních par ve vzduchu se označuje jako vlhkost vzduchu. Vodní páry se do vzduchu dostávají vypařováním vodní hladiny a z půdy. Vodní páry obsažené ve vzduchu jsou podmínkou pro vznik oblačnosti a srážek. Mírou nasycení vzduchu vodní parou je relativní vlhkost. Je to poměr mezi skutečným obsahem vodních par a maximálním možným obsahem par při dané teplotě. Relativní vlhkost je udávaná v %. 100% relativní vlhkost znamená nasycení vzduchu vodní parou. Interakce atmosféry s dalšími sférami Země Zemská atmosféra je samozřejmě v přímém kontaktu se zemským povrchem a povrchem oceánů. Dochází mezi nimi jednak k přenosu tepla - zatímco atmosféra je pro sluneční záření malá překážka, zemský povrch je slunečními paprsky zahříván a následně předává teplo spodním vrstvám vzduchu a také k výměně plynů a pevných částic. Ze země se do vzduchu dostávají například prachové částice, z povrchu moře s vodou i sůl, která pak působí na tvorbu oblačnosti a srážek. Atmosféra pak předává zemskému povrchu plyny, které se účastní geochemických cyklů. 14

17 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) II Ovzduší Cirkulace v atmosféře Ovzduší je v neustálém pohybu. Ovlivňuje ho řada faktorů. Především je to Slunce, které dodává Zemi energii. A protože ohřívá povrch nerovnoměrně, dochází k výstupným a sestupným pohybům a k velkoprostorové cirkulaci vzduchu v pásech rovnoběžných s rovníkem. Dalším faktorem je rotace Země, díky které se vytvářejí oblasti s rozdílným tlakem (tlakové výše a níže), které přinášejí typický ráz počasí. Cirkulace probíhá i v malých měřítkách, jako jsou horská údolí, pobřeží moře nebo městské aglomerace. V poslední době se zdá, že cirkulaci atmosféry začínají ovlivňovat i lidé Význam vzduchu pro život na Zemi Bez vzduchu - atmosféry - by Země byla jenom kus kamene bez jakéhokoliv života. Rostliny ani živočichové by neexistovali, protože by neměli co dýchat. Změny teplot mezi dnem a nocí by dosahovaly řádu stovek stupňů. Zemský povrch by byl ozařován tvrdým ultrafialovým zářením. Ultrafialové záření (UV) je elektromagnetické vlnění za fialovým krátkovlným okrajem viditelného spektra. Přirozeným zdrojem UV záření je Slunce. V zemské atmosféře se většina UV záření pohltí, což snižuje jeho intenzitu na úroveň slučitelnou se životem. Většina tvrdého UV záření je rozptýlena již v ionosféře; další část potom pohlcena v ostatních vrstvách atmosféry: exosféře, termosféře, mezosféře, stratosféře a troposféře. Největší vliv na průchod UV záření má stratosféra, která obsahuje ozón a dostala tak název ozónová vrstva. Stratosferický ozon je nezbytný k ochraně života na Zemi, neboť dokáže pohltit většinu slunečního UV záření vlnových délek nm. Množství UV záření pronikající atmosférou výrazně ovlivňuje i aktuální stav nízkých vrstev atmosféry počasí. Vzduch má vliv na všechny chemické proměny jak v neživé přírodě, tak i v živých organismech. Prakticky všechny živé organismy (živá příroda) by bez kyslíku z ovzduší nemohly vůbec existovat, protože by neměli co dýchat Vzduch má i své významné fyzikálně chemické vlastnosti, jedná se zejména o transport vody neboli koloběh vody v ovzduší. Kromě toho tepelná kapacita vzduchu udržuje na Zemi teplotu přijatelnou pro život, jinak by na noční straně naší planety byl mráz několika desítek stupňů, kdežto na denní straně by bylo více než stostupňové horko. Změny teplot mezi dnem a nocí by tak dosahovaly řádu stovek stupňů Praktická část 1. Jaké složky je v atmosféře nejvíce? 2. Vysvětlete význam jednotlivých plynů v atmosféře pro život na Zemi Pokusy a měření s využitím pořízených pomůcek Viz Pracovní list č Jakým způsobem je atmosféra v kontaktu se zemským povrchem a s povrchem oceánů a co se děje při tomto kontaktu? 4. Proč je vzduch v neustálém pohybu? Mohou tento pohyb ovlivňovat i lidé? 5. Která vrstva atmosféry má největší vliv na průchod UV záření a proč? 15

18 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Pracovní list 4 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III (Tento Pracovní list navazuje na Pracovní listy 2 a 3) 4.1. Pokusy a měření s využitím pořízených pomůcek Závislost barometrického tlaku na nadmořské výšce Cíl: s využitím senzorů pro měření atmosférického tlaku a senzoru GPS měřením barometrického tlaku a nadmořské výšky zjistit: Teorie a) jak se mění atmosférický tlak s nadmořskou výškou b) o kolik metrů se v naší zeměpisné šířce změní nadmořská výška, změní-li se tlak o 1 hpa c) vytvořit graf závislosti barometrického tlaku na nadmořské výšce Atmosférický tlak dosahuje nejvyšších hodnot při hladině moře (popř. povrchu planety) a s rostoucí výškou klesá. Barometrický tlak není stálý, ale kolísá na určitém místě zemského povrchu kolem určité hodnoty. Tlak menší než barometrický tlak se nazývá podtlak, tlak větší než barometrický tlak se nazývá přetlak. Prostor s takřka nulovým tlakem se nazývá vakuum. Měření atmosférického tlaku má velký význam v meteorologii, neboť atmosférický tlak (především jeho změny a rychlost těchto změn) jsou důležité pro předpověď počasí. Např. zvýšení atmosférického tlaku obvykle znamená příchod slunečného počasí s malou oblačností, zatímco pokles tlaku ohlašuje příchod oblačnosti a deštivého počasí. Tlak vzduchu je závislý na nadmořské výšce (h), na velikosti tíhového zrychlení (g), na mocnosti, teplotě a hustotě atmosféry v daném místě (p). Z důvodu snazšího porovnávání výsledků různých měření barometrického tlaku byl zaveden tzv. normální tlak vzduchu (normální atmosférický tlak) p n (též p 0 ), který je definován jako přibližně průměrná hodnota tlaku vzduchu při mořské hladině na 45 s. š. při teplotě 15 C a tíhovém zrychlení g n = 9,80665 ms -2. p n = Pa = 1013,25 hpa = 760 torr V meteorologii měříme atmosférický tlak nejčastěji pomocí barometrů a to např. rtuťových tlakoměrů, aneroidů a barografů. Rtuťový tlakoměr Kapalinový tlakoměr je velice přesný přístroj na měření atmosférického tlaku. Nejčastěji se můžeme setkat se rtuťovými tlakoměry, které fungují na principu Torricelliho pokusu. Rtuťový tlakoměr udává tlak výškou rtuťového sloupce ve vzduchoprázdné skleněné trubici, která je nahoře uzavřena a dole ponořena do nádoby s rtutí. Hmotnost rtuti vytlačené do trubice je v rovnováze s hmotností atmosféry, která působí na hladinu rtuti v nádobce. S kolísáním barometrického tlaku kolísá výška sloupce rtuti v trubici. Jinak řečeno rtuť se v trubici ustálí v takové výšce h, při níž je hydrostatický tlak rtuťového sloupce roven atmosférickému tlaku. V meteorologické službě se používá velice přesných rtuťových tlakoměrů, které jsou vybaveny stupnicí a zvláštním zařízením (nonius) s malým pomocným měřítkem, které usnadňuje přesné čtení. Takto odečtený tlak je potřeba redukovat na teplotu 0 C (kvůli tepelné roztažnosti), k čemuž slouží tabulky a malý teploměr, který je součástí tlakoměru a udává teplotu trubice se rtutí. Kapalinový tlakoměr vynalezl Jan Evangelista Torricelli. Aneroid Aneroid je přístroj k měření atmosférického tlaku (tlaku vzduchu), na rozdíl od barografu ukazuje současný stav tlaku. Práce s aneroidem byla oproti práci se rtuťovým tlakoměrem podstatně jednodušší, protože přístroj je menší, uzavřený (nehrozí únik rtuti) a odolnější (nehrozí rozbití skleněných částí). 16

19 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Ovzduší Principem je tenkostěnná kovová krabička, uvnitř vzduchoprázdná, která se působením atmosférického tlaku více nebo méně deformuje. Velikost deformace je přenášena na ručičku ukazující velikost tlaku na stupnici. Stupnice může být označena v jednotkách tlaku (jednotky: dříve Torr, milibar, dnes hektopascal) a nebo druhotně v metrech nebo stopách (u leteckých nebo zeměměřických aneroidů; atmosférický tlak klesá s nadmořskou výškou). Aneroid vynalezl v roce 1843 Lucien Vidie. Původní název barometre anéroide znamená tlakoměr bez kapaliny. Někdy se používal i název pérový tlakoměr (barometr). Barograf Barograf je registrační barometr pro záznam časového průběhu atmosférického tlaku (tlaku vzduchu). Tím se liší od barometru a aneroidu, které ukazují jen aktuální hodnotu atmosférického tlaku. Barograf používaný v meteorologii má dobu záznamu obvykle pro jeden den. Základem barografu je několik spojených aneroidů a ručička s perem kreslící na pomalu se otáčející válec graf atmosférického tlaku v průběhu dne. Válec je otáčen hodinovým strojem. Schéma rtuťového tlakoměru Záznam barografu se nazývá barogram. Kromě meteorologie se používá například v letectví tlak závisí mj. na výšce, jejíž změny v průběhu letu se díky tomu pomocí barografu dají dokumentovat. V meteorologii se atmosférický tlak vyjadřuje nejčastěji jednotkou hektopascal (hpa). Při použití rtuťových barometrů se stále užívá jednotka torr (milimetr rtuťového sloupce), která se dále přepočítává na hektopascaly. Doporučený postup řešení 1. Před samotným měřením žáci obdrží pracovní návod k domácímu studiu a také pracovní listy. 2. Připravíme Xplorer a senzory pro měření a popřípadě místo GPS mapu. Příprava úlohy Před měřením zadáme žákům k vypracování přípravnou část z pracovního listu. Zjistíme domácí přípravu studentů, zda si vyplnili slovníček pojmů a zda rozumí podstatě dané úlohy. Před měřením si připravíme všechny potřebné pomůcky k měření a rozdělíme studenty do pracovních skupin. Detail střední části domácího aneroidu 17

20 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Barograf Materiály pro studenty Pracovní návod k nastudování laboratorního cvičení. Záznam dat Data lze zaznamenat Xplorerem a naměřené veličiny zpracovat přímo v Xploreru. Tato volba je méně náročná na technické vybavení. Uložená naměřená data mohou studenti zpracovat také v Datastudiu. Analýza dat Studenti sestrojí graf závislosti atmosférického tlaku na čase: barometric pressure vs. time Sestrojí graf závislosti nadmořské výšky na čase: altitude vs. time Sestrojí graf závislosti atmosfér. tlaku na atmosférické výšce: barometric pressure vs. altitude Porovnáním těchto závislostí zjistí, jak závisí barometrický tlak na nadmořské výšce. Pokud máme k dispozici senzor PS 2154A, můžeme využít volby relativní nadmořská výška (ta se počítá z barometrického tlaku) a sestrojit následující grafy: graf závislosti relativní nadmořské výšky na čase: relative altitude vs. time graf závislosti barometrického tlaku na relativní nadmořské výšce: barometric pressure vs. relative altitude Syntéza a závěr Žáci shrnou své poznatky o tom, co a jak dělali a k jakým závěrům dospěli a své výsledky porovnají s tabulkovými hodnotami nebo hodnotami nalezenými na internetu. 18

21 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Ovzduší Hodnocení Získali žáci správné grafické závislosti? Provedli žáci správně analýzu naměřených dat? Tedy zjistili, že barometrický tlak klesá s nadmořskou výškou? Zjistili, o kolik metrů vystoupáme nebo klesneme, jestliže se barometrický tlak změní o 100 hpa? Pomůcky Varianta 1 Xplorer GLX, senzor počasí PS 2154A Varianta 2 senzor GPS PS 2175, senzor počasí PS 2174 nebo PS 2154A Pro obě varianty pak flash karta. Tip Pokud využijeme mapu k určení nadmořské výšky, vystačíme jen s měřením barometrického tlaku pomocí senzoru počasí PS 2174 nebo PS 2154A. Poznámka Senzor počasí PS 2154A v sobě zahrnuje veličinu relativní nadmořská výška - vystačíme tedy jen s tímto senzorem, ale cílem je právě tuto volbu vyřadit. Neboť tuto závislost mají žáci zjistit sami. Senzor počasí PS 2174 (oproti PS 2154A) obsahuje korekci nadmořské výšky a nemá přímo volbu relativní nadmořská výška. Popis přístroje Senzor počasí PS 2154A měří barometrický tlak (v jednotkách in Hg, hpa, mbar), absolutní vlhkost (g/m 3 AH) a teplotu vzduchu ( C, F, K). Z těchto parametrů senzor dopočítává relativní výšku, relativní vlhkost a rosný bod. Časová náročnost Závisí na délce zvolené trasy pro terénní měření. Měření by mělo být zahájeno u školy a poté v pravidelných intervalech v závislosti na naměřené nadmořské výšce by měření mělo probíhat až do cíle zvoleného nejvyššího bodu trasy (např. rozhledna, kopec v okolí) a to spolu s měření polohy pomocí GPS. Předpoklad dvě vyučovací hodiny (2 45 min) s tím, že zpracování výsledků měření provedou žáci samostatně doma a s výsledky seznámí pedagoga na příští hodině. Závislost barometrického tlaku na nadmořské výšce Pracovní list (žákovská varianta) Slovníček pojmů S využitím dostupných zdrojů vysvětli následující pojmy: ATMOSFÉRICKÝ TLAK NORMÁLNÍ TLAK BAROMETR ANEROID PASCAL NADMOŘSKÁ VÝŠKA PŘEVÝŠENÍ GPS ZEMĚPISNÁ ŠÍŘKA ZEMĚPISNÁ DÉLKA mbar 19

22 Ovzduší Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Teoretická příprava úlohy Atmosférický tlak měříme např. barometry. V současné době používáme jednotky SI soustavy. Hodnota normálního atmosférického tlaku je p n = Pa. Doplněním následující tabulky vyjádři tuto hodnotu také v jiných jednotkách. hodnota normálního atmosférického tlaku v Pa hpa mbar torr mmhg at psi Vizualizace naměřených dat graf závislosti atmosférického tlaku na čase: barometric pressure vs. time at psi graf závislosti nadmořské výšky na čase: altitude vs. Time nebo oba pod sebou graf závislosti atmosférického tlaku na atmosférické výšce: barometric pressure vs. altitude Pokud máme k dispozici senzor PS 2154A, můžeme využít volby relativní nadmořská výška (ta se počítá z barometrického tlaku) a sestrojit následující grafy: Graf závislosti relativní nadmořské výšky na čase: relative altitude vs. time Graf závislosti barometrického tlaku na relativní nadmořské výšce: barometric pressure vs. relative altitude Grafy závislosti barometrického tlaku na čase a relativní nadmořské výšky na čase Vyhodnocení naměřených dat Vyčti z grafů, jak se mění atmosférický tlak s nadmořskou výškou a tuto závislost zapiš: O kolik metrů klesneme (nebo vystoupáme), jestliže se tlak změní o 100 hpa? K tomu využijeme nástroj Delta Tool. A posléze rozdíl přepočítáme na 1 hpa. Vlož graf závislosti atmosférického tlaku na nadmořské výšce (barometric pressure vs. altitude), ve kterém bude vidět použití nástroje Delta Tool. Zjištěné údaje přepočítej na hodnotu 1 hpa. Tzn., o kolik metrů se změní nadmořská výška, jestliže se změní atmosférický tlak o 100 Pa? Závěr 20

23 Vzduch, plynný obal Země (atmosféra) III Ovzduší Zdroje Pro zpracování Pracovního listu č. 4 byla využita Sada výukových materiálů ZEMĚPIS, projektu Jdeme na to od lesa!, Gymnázium, Frýdlant, Mládeže 884 a to část nazvaná Závislost barometrického tlaku na nadmořské výšce. cs.wikipedia.org/wiki/v%c3%bd%c5%a1-kom%c4%9br cs.wikipedia.org/wiki/atmosf%c3%a9rick%c3%bd_tlak cs.wikipedia.org/wiki/kapalinov%c3%bd_tlakom%c4%9br cs.wikipedia.org/wiki/aneroid cs.wikipedia.org/wiki/barograf 21

24 Ovzduší Vzduch, význam pro člověka Pracovní list 5 Vzduch, význam pro člověka 5.1. Úvod Vzduch je nezbytnou podmínkou života člověka na Zemi. Výměna vzduchu (především plynů kyslíku a oxidu uhličitého) mezi venkovním prostředím a naším organismem se nazývá dýchání Teoretická část Dýchání člověka Dýchání vnímáme navenek jako dech, jedná se však také o řetězec chemických reakcí v buňkách. Nádechem se dostane nový vzduch s dodatečným množství kyslíku do plic za účelem vstřebání kyslíku od těla a výdechem se použitý vzduch odstraní. Po lidském těle se rozvádí kyslík rozpuštěný v krvi, kde se váže na hemoglobin. Hlavní funkcí hemoglobinu je transport kyslíku z plic do tkání a opačným směrem odstraňování oxidu uhličitého z tkání do plic. V klidu vdechneme a vydechneme krát za minutu. Plyn Zastoupení plynů v vdechovaném a vydechovaném vzduchu Vdechovaný vzduch (%) Vydechovaný vzduch (%) Kyslík Oxid uhličitý 0,04 4 Dusík Dýchací soustava člověka představuje soustavu orgánů, která zajišťuje výměnu plynů mezi krví a vnějším prostředím. K dýchací soustavě patří dýchací cesty a plíce. Dýchací cesty se dělí na horní a dolní. Horní cesty dýchací se skládají z dutiny nosní, vedlejších nosních dutin a hltanu, který dělíme na tři části: horní nosohltan, střední ústní část hltanu otevírající se do dutiny ústní a dolní a hrtanovou částí hltanu, kde se nachází rozhraní mezi hrtanem a jícnem. Úlohou horních cest dýchacích je především předehřátí, zvlhčení a zbavení nečistot vdechovaného vzduchu od mikroskopických částic (prach, bakterie aj.) Dolní cesty dýchací začínají hrtanem, vyztuženým chrupavkami. Největší z nich je chrupavka štítná. Vidíme ji na krku jako ohryzek ; zřetelnější je u mužů. Ve střední části hrtanu nalezneme hlasivkovou štěrbinu obklopenou hlasivkovými vazy, jež se významně podílí na tvorbě hlasu. Přes prstencovou chrupavku se napojuje průdušnice, která se dále větví na hlavní průdušky, které se zanořují do pravé a levé plíce. Plíce Průdušky se v nich větví na průdušinky ústící do vlásečnicemi protkaných, tenkostěnných plicních sklípků (tvoří houbovitou plicní tkáň), v jejichž stěně dochází k výměně dýchacích plynů mezi plícemi a krví. V plicích je obrovské množství vlásečnic a v každém okamžiku tam probíhá výměna plynů asi v jednom litru krve. Výměna plynů probíhá vzduchem. Pravá plíce je tvořena třemi laloky a levá plíce dvěma laloky houbovité tkáně. Plíce jsou uloženy v dutině hrudní a pokrývá je vazivová blána poplicnice. Také hrudní je pokryta vazivovou blánou pohrudnicí. Mezi oběma blánami je malé množství tekutiny, která usnadňuje pohyb tkání při nádechu a výdechu. Výměna vzduchu v plicích se děje dýchacími pohyby, uskutečňovanými dýchacími svaly. Nejdůležitějším dýchacím svalem je bránice, která odděluje dutinu břišní a hrudní a při nádechu klesá a při výdechu stoupá. Při jejím snížení se zvětší dutina hrudníku a vzduch je do plic nasáván. Kromě bránice je objem hrudníku zvětšován pohyby mezižeberních svalů, které zvedají žebra a zvětšují tak objem hrudníku. Nádech je aktivní pohyb, výdech je pasivní. 22

25 Vzduch, význam pro člověka Ovzduší 23

26 Ovzduší Vzduch, význam pro člověka 5.3. Praktická část (pokusy měření s využitím pořízených pomůcek) Měření vitální kapacity plic žáků Dechová ventilace Pracovní návod a) Zadání úlohy 1. Pomocí měření určete svoji hodnotu dechového objemu. 2. Vypočtěte hodnotu své vitální kapacity plic. 3. Porovnejte výpočet s grafem měření vitální kapacity plic. b) Pomůcky 1. Xplorer GLX 2. Senzor spirometr (PS-2152) + náustek 3. software Sparkvue nebo DataStudio C) Teoretický úvod a výdechem asi 500 ml vzduchu při dechové frekvenci dechů minutu. Množství vzduchu, které člověk vydechne jedním dechem, na váme dechový objem - DO. Po normálním vdechu je zdravý člověk sc pen nadechnout ještě určité množství vzduchu (tzv. inspirační rezer objem - IRO). Stejně tak lze po klidném výdechu ještě maximálním úsi vydechnout okolo jednoho litru vzduchu (tzv. exspirační rezervní obj - ERO). Maximální množství vzduchu, které můžeme vydechnout po největ nádechu, vyjadřuje tzv. vitální kapacita plic VKP. Vitální kapacita plic je určitým ukazatelem (i když neúplným) výkonno plic. Hodnota vitální kapacity v podstatě vyjadřuje, kolik kyslíku moh plíce dodat tkáním. VKP má vztah k tělesnému povrchu. U žen je její n mální hodnota dvojnásobkem hodnoty povrchu těla a u muže 2,5nás kem. hodnotu současně ovlivňuje také konfigurace hrudníku a životospráva Náležitá hodnota odpovídá náležitá průměrné hodnota hodnotě (norma) pro = povrch daný věk, těla pohlaví, 2 (platí pro hmotnost a výšk hodnotu dívky) současně povrch těla ovlivňuje 2,5 (platí také pro konfigurace kluky) hrudníku a životospr náležitá hodnota (norma) = povrch těla x 2 (platí pro dívky) Povrch těla povrch těla x 2,5 (platí pro kluky) Povrch těla určujeme vzhledem k výšce a hmotnosti těla určujeme vzhledem k výšce a hmotnosti těla (Seliger, V.: (Seliger, Praktika V.: z fyziologie, Praktika z SPN, fyziologie, Praha, 1971) SPN, Praha, 1971) Ventilace plic Při normálním, klidném dýchání vymění dospělí člověk jedním nádechem a výdechem asi 500 ml vzduchu při dechové frekvenci 14 8 dechů za minutu. Množství vzduchu, které člověk vydechne jedním dechem, nazýváme dechový objem DO. Po normálním vdechu je zdravý člověk schopen nadechnout ještě určité množství vzduchu (tzv. inspirační rezervní objem IRO). Stejně tak lze po klidném výdechu ještě maximálním úsilím vydechnout okolo jednoho litru vzduchu (tzv. exspirační rezervní objem ERO). Maximální množství vzduchu, které můžeme vydechnout po největším nádechu, vyjadřuje tzv. vitální kapacita plic VKP. Vitální kapacita plic je určitým ukazatelem (i když neúplným) výkonnosti plic. Hodnota vitální kapacity v podstatě vyjadřuje, kolik kyslíku mohou plíce dodat tkáním. VKP má vztah k tělesnému povrchu. U žen je její normální hodnota dvojnásobkem hodnoty povrchu těla a u muže 2,5násobkem. Náležitá hodnota odpovídá průměrné hodnotě pro daný věk, pohlaví, hmotnost a výšku Tab. 1: Povrch těla vypočtený z výšky (cm) a hmotnosti (kg) Největší hodnotu VKP mají např. trénovaní sportovci, trubači, zpěváci a foukači skla. Hodnoty vitální kapacity se měří spirometrem. Měření je snadné, ale výsledky je nutné hodnotit pouze jako orientační a pro posouzení funkční zdatnosti plic jako nespolehlivé. Příprava úlohy (praktická příprava) Před příchodem do laboratoře se seznamte s teorií a vyplňte teoretickou část pracovního listu. Postup práce Nastavení HW a SW a) měření jen s Xplorerem Založte nový soubor např.: Záznam VKP. Zapněte Xplorer a vyberte si položku Data Files. Zmáčkněte F4 (Files) a zvolte New Files. 24