Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2023, T. 59, № 4, стр. 437-449

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в мире растет озабоченность изменением содержания кислорода в верхнем слое Мирового океана и в приземном воздухе больших городов. Первому аспекту посвящено множество исследований, которые нашли свое отражение в Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата [IPCC, 2021].

Что касается содержания кислорода в городском воздухе, то этот вопрос изучен значительно менее подробно, хотя нехватка кислорода во время сильных волн жары давно волнует жителей мегаполисов и медицинских работников. В статье [Гинзбург и др., 2014] были рассмотрены экстремальные погодные условия лета 2010 года в Европейской части России и 2012 года в Сибири. При высокой температуре и высокой абсолютной влажности приземного воздуха в центральной части Европейской территории России и, особенно, в Москве летом 2010 года содержание кислорода в атмосферном воздухе было минимально, и жители мегаполиса испытывали все признаки гипоксии.

В последние годы в мире стали появляться публикации (преимущественно китайских ученых), посвященные не только некоторому уменьшению содержания кислорода в приземном воздухе в условиях глобального потепления, но и более существенному снижению содержания кислорода в городской атмосфере [Kai Yin et al., 2015; Yun Wei et al., 2021].

Общеизвестно, что природные источники и стоки кислорода в течение последних тысячелетий поддерживают его постоянное процентное содержание в сухом воздухе у поверхности Земли на уровне 20.95%, что до недавнего времени считалось практически “мировой константой”.

Исследования последних десятилетий во многих странах, в первую очередь, в рамках “кислородной” программы Scripps Institution of Oceanography [Keeling and Manning, 2014; Keeling et al., 2021] показывают вполне заметное уменьшение содержания кислорода в приземном воздухе, имеющее четкую корреляцию с ростом содержания углекислого газа в атмосфере. Это уменьшение содержания кислорода уверенно фиксируется на станциях наблюдения, которые расположены в различных фоновых районах мира.

Количество углекислого газа в атмосфере составляет сотые доли процента, и даже удвоение современного содержания CO₂ не может заметно влиять на содержание кислорода. Указанная выше корреляция объясняется тем, что при сжигании ископаемого топлива не только выделяется углекислый газ, но и потребляется кислород.

Кроме глобальных эффектов, обеспечивающих приблизительный баланс содержания кислорода в атмосфере в целом, содержание кислорода в приземном слое атмосферы города подвержено локальным, сравнительно короткопериодным вариациям (от внутрисуточных до сезонных). Они зависят от природных факторов (дыхание почвы и растений, метеорологические характеристики), а также от различных видов антропогенной деятельности, требующей расходования атмосферного кислорода (например, сжигание топлива), от специфики и/или интенсивности химических реакций в атмосфере.

Как отмечено в [Гинзбург и др., 2014] и последующих исследованиях ([Kai et al. 2015, Yun Wei et al., 2021] и др.), в городских агломерациях существуют дополнительные факторы снижения содержания кислорода в воздухе, связанные как с загрязнением городской атмосферы угарным газом, так и с наличием городского острова тепла.

В последние годы проблеме недостатка кислорода в воздухе больших городов стало уделяться значительное внимание. Приведем только два примера. Первый из них – регулярные измерения содержания кислорода в Москве на трех АСКЗА, которые ведутся с 2016 года. Второй – публикация статьи [Yun Wei et al., 2021] с показательным заголовком “Снижение уровня кислорода как новая проблема для глобальных городов (Declining Oxygen Level as an Emerging Concern to Global Cities)”.

В данной работе проанализированы результаты измерений содержания кислорода в Москве за последние годы и проведено их сравнение с расчетами по метеорологическим данным. Предварительные результаты этого анализа представлены в [Гинзбург и др., 2022].

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

Несмотря на то, что кислород является жизненно важным элементом человеческого существования, исследование его изменчивости и последствий этой изменчивости на здоровье и качество жизни людей остается весьма фрагментарным. Напомним основные факты о составе приземного воздуха.

Суммарная масса воздуха в атмосфере Земли (5.1–5.3) × 10¹⁸ кг. При этом масса сухого воздуха составляет 5.135 × 10¹⁸ кг, а разброс в суммарной массе определяется наличием водяного пара, масса которого в среднем оценивается примерно в 1.3 × 10¹⁶ кг. Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28.966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря в среднем равна 1.225 кг/м³, давление 1013.25 ГПа (760 мм рт. с.), температура +15°C в соответствии со стандартной атмосферой ISO 2533:1975 [ГОСТ 4401–81]).

Объемное и массовое содержания и плотность на уровне моря при стандартном давлении для азота и кислорода в составе сухого воздуха приведены в табл. 1.

Сезонные, суточные и непериодические изменения массового и процентного содержания основных газов в атмосфере определяются вариациями температуры, давления и влажности, при этом изменчивость содержания азота не влияет непосредственно на состояние человеческого организма, а изменчивость содержания кислорода в значительной мере определяет уровень комфортности погодных условий.

В силу сложившегося в традиционной медицине отношения к атмосферному кислороду как к практически неизменной величине, внимание к важному для здоровья человека фактору – изменчивости содержания кислорода в атмосферном воздухе – возникло только во второй половине XX века [Никберг и др., 1986]. Медики стали обращать внимание, что парциальное давление и соответственно массовое содержание кислорода существенно зависит от метеорологических условий и может изменяться на десятки процентов. Было отмечено, что при изменении концентрации кислорода в воздухе от 260 до 320 г/м³ количество кислорода, поступающего в организм человека за сутки, меняется от 500 до 1300 г [Никберг и др., 1986].

Для жизни человеку важна парциальная плотность кислорода в приземной атмосфере, которая в среднем составляет около 285 г/м³ и определяется уравнением состояния для сухой части воздуха:

где ρ – парциальная плотность кислорода, С_к = = 0.2315 г/м³ – содержание кислорода в сухом воздухе, Р, Т и е – соответственно давление, температура и давление водяного пара в воздухе, R – газовая постоянная.

Таким образом, в зависимости от метеорологических условий содержание кислорода во вдыхаемом человеком воздухе падает при понижении давления и росте температуры. Поэтому его минимальных значений следует ожидать в теплое время года как при циклональных условиях, например, перед грозой, так и при высокой абсолютной влажности. В такие периоды у многих людей возникает ощущение затрудненного дыхания. В медицине разработана классификация типов погоды по воздействию на самочувствие человека, среди критериев которой используется и концентрация кислорода. В этом случае выделяют погоду трех основных типов [Овчарова, 1988], представленных в табл. 2.

В 70–80-е годы XX века в СССР была разработана схема количественной оценки погодных условий с медицинской точки зрения, включающая три типа “кислородной” погоды – благоприятная с парциальной плотностью кислорода около 285 ± 5 г/м³, условно неблагоприятная – с парциальной плотностью кислорода 270–280 г/м³ и неблагоприятная – с парциальной плотностью кислорода ниже 270 г/м³ [Овчарова, 1981; Овчарова, 1988].

Надо отметить, что среди этих типов погоды не рассматриваются ситуации с повышенным содержанием кислорода, хотя в ряде работ было обращено внимание на негативное воздействие на здоровье и самочувствие человека высокого содержания кислорода в воздухе, особенно зимой и в высоких широтах. В последние десятилетия тема проблемы дыхания в холодную погоду при повышенном содержании кислорода также стала предметом научных дискуссий.

Вслед за медиками внимание на содержание, источники и стоки атмосферного и океанического кислорода стали обращать геофизики и климатологи. В Шестом оценочном докладе МГЭИК [IPCC, 2021] выражается большая обеспокоенность “быстрым” ростом “кислородного голодания” Мирового океана, обусловленным глобальным потеплением. В этом докладе отмечается, что прогнозируемый рост среднего глобального значения приповерхностной температуры воздуха (SST) приведет к превышению пороговых значений ряда факторов, представляющих опасность для морских экосистем (этому прогнозу в [IPCC, 2021] приписывается средняя достоверность). Согласно прогнозам, дневные волны морской жары увеличатся, особенно в тропической части Мирового океана и Северном Ледовитом океане (высокая достоверность по мнению авторов [IPCC, 2021]). Практически несомненно, что разсоление верхних слоев океана будет продолжать увеличиваться в XXI веке. Дальнейшее потепление океана, скорее всего, будет способствовать развитию гипоксических зон, причем такое сокращение кислорода, как ожидается, сохранится в течение тысяч лет.

Что касается атмосферного кислорода, то в Шестом оценочном докладе МГЭИК [IPCC, 2021] вскользь отмечается, что глобальное потепление увеличивает количество водяного пара в атмосфере и соответственно уменьшает долю кислорода в атмосферном воздухе.

Насколько известно авторам данной статьи, в моделях земной системы не рассчитывается содержание кислорода в атмосфере, но в ряде статей, например [Huang J. et al., 2018], строятся проекции потоков и баланса кислорода в земной климатической системе на основе проекций потребления энергии, эмиссии парниковых газов и трансформаций океанической и наземной биоты. Потребление кислорода при сжигании ископаемого топлива в [Huang et al., 2018] и в ряде других работ рассчитывается по соотношениям, приведенным в статье [Keeling, 1988]. В [Huang et al., 2018] отмечается, что с 1900 по 2015 год ежегодное снижение содержания кислорода в атмосфере выросло с 2 до 38 Гт. По оценками авторов этой статьи, даже для самого “агрессивного” сценария семейства Representative Concentration Pathways – RCP8.5, по которому потери атмосферного кислорода в XXI веке составят в среднем примерно 100 Гт в год, а концентрация кислорода в воздухе снизится от современных 20.946% до 20.825%. Такое снижение пока не представляет опасности нехватки кислорода для дыхания [Martin et al., 2017; Livina et al., 2020; Gattuso et al., 2021].

Специалисты по охране здоровья и горноспасатели (например, Управление по охране труда США, Occupational Safety and Health Administration, OSHA [Bollinger, Schutz, 1987]) считают, что оптимальный диапазон содержания кислорода в воздухе для человека составляет от 19.5 до 23.5%. Серьезные побочные эффекты по оценке OSHA могут возникнуть, если уровень кислорода выходит за пределы безопасной зоны. При концентрации кислорода от 16 до 19.5% и физической активности клетки человеческого организма перестают получать достаточно кислорода. При концентрации кислорода от 10 до 14% у человека нарушаются психические функции и организм при любой физической нагрузке истощается. Люди не могут выживать при уровне кислорода ниже 6%.

Аналогичные пороговые значения содержания кислорода приводятся и в ГОСТ Р 22.9.02–95 “Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Режимы деятельности спасателей, использующих средства индивидуальной защиты при ликвидации последствий аварий на химически опасных объектах” [ГОСТ 4401–81].

Уровень кислорода выше нормального не так опасен для жизни, но при очень высоких концентрациях кислорода во вдыхаемом воздухе люди могут испытывать побочные эффекты. Очень высокий уровень кислорода приводит к образованию окислительных свободных радикалов, которые воздействуют на ткани и клетки организма и могут вызывать подергивание мышц.

В ряде работ последних лет [Huang et al., 2018; Yun Wei et al., 2021] показано, что урбанизированные территории мира, занимающие менее 4% поверхности суши Земли, используют почти 40% всего потребляемого на Земле кислорода (14.3 ± ± 1.5 Gt/yr). Эти оценки также базируются на соотношениях, приведенных в [Keeling, 1988], где описана высокая отрицательная корреляция (r = = –0.99) изменений содержания углекислого газа и кислорода в приземном воздухе Кембриджа (Массачусетс, США) по данным натурных измерений 25 и 26 октября 1986 года.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Строго говоря, понятие “парциальное давление” применимо только к идеальным газам. Молярное парциальное давление i-гo компонента газовой смеси с общим давлением р равно: p_i = N_ip, где N_i – отношение числа молей данного компонента к сумме молей всех компонентов смеси. Парциальное давление непосредственно измерить нельзя, его вычисляют, исходя из общего давления и состава смеси.

Поскольку процентное содержание кислорода в атмосферном воздухе достаточно велико, а его изменения относительно малы, точные измерения парциального давления и парциальной плотности кислорода требуют специального оборудования и методик. В большинстве случаев измеряется не собственно содержание кислорода, а его отношение к содержанию азота (N₂). При этом явно или неявно предполагается, что содержание азота в атмосферном воздухе неизменно или его изменениями можно пренебречь на основании меньшей относительной изменчивости по сравнению с кислородом (азота в воздухе почти в 4 раза больше, чем кислорода).

В последние десятилетия прецизионные измерения отношения O₂/N₂ в приземном воздухе проводятся на станциях атмосферного мониторинга (рис. 1), расположенных в различных регионах мира [Steinbach, 2010; Keeling, Manning, 2014; Keeling et al., 2021]. Эти измерения показывают медленное, но постоянно ускоряющееся снижение содержание кислорода по отношению к содержанию азота в пробах приземного воздуха на всех станциях наблюдения.

В большинстве случаев, измерения производятся путем отбора атмосферного воздуха в герметичные фляжки с последующим анализом проб различными методами в специальных сертифицированных лабораториях (спектроскопический метод дает наиболее точные результаты). Существуют и более оперативные методы определения отношения O₂/N₂in situ, они обладают значительно меньшей точностью, но позволяют получать информацию с лучшим временным и пространственным разрешением.

Службы мониторинга состава воздуха в городах обычно не измеряют ни плотность, ни процентное содержание кислорода, по-видимому, из-за неявного предположения малого влияния изменения метеоусловий на его содержание. Кроме того, измерение малых изменений содержания кислорода в приземном воздухе является достаточно сложной технической задачей. Большинство современных приборов ориентированы на измерение существенных отклонений содержания кислорода от нормы в рабочих и жилых помещениях.

Измерения содержания кислорода в приземном воздухе Москвы в тестовом режиме проводятся с начала XXI века, а с середины 2016 года ведутся регулярные измерения на трех автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) ГПБУ “Мосэкомониторинг” (рис. 2), которые расположены в разных районах города – вблизи от автомагистрали (1) и на территориях жилой застройки (2) и (3).

Для измерений процентного содержания кислорода ГПБУ “Мосэкомониторинг” применяет анализаторы T802 (рис. 3) с магнитомеханическим датчиком, использующим парамагнитные свойства молекулы кислорода. Содержание О₂ (в %) регистрируется регулярно, с интервалом 20 мин.

Газоанализатор Т802 предназначен для автоматического непрерывного измерения содержания кислорода (O₂) и двуокиси углерода (СО₂) в атмосферном воздухе, в воздухе рабочей зоны, в технологических газовых смесях и промышленных выбросах. Основная абсолютная погрешность измерения процентного содержания кислорода (±0.3%), дополнительная погрешность на каждые 10°С в долях основной погрешности (±0.5).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Данные измерений на трех АСКЗА в Москве (рис. 4а) хорошо описывают годовой ход и межгодовую изменчивость содержания кислорода в городском воздухе, определяемую метеопараметрами и их вариациями в течение года. Коэффициент корреляции между показаниями приборов на разных станциях за год 0.80–0.95. Это позволяет далее анализировать средние (по трем станциям) значения концентрации кислорода в Москве. Средний сезонный ход концентрации О₂ (рис. 4б) показывает, что уровень содержания кислорода в Москве в среднем вполне комфортный для жизни (табл. 2), хотя в летнее время в отдельные годы могут возникать проблемы из-за нехватки кислорода.

Поскольку концентрацию кислорода в атмосфере можно рассчитать по формуле (1), интересно сравнить данные измерений в Москве с результатами таких расчетов по метеорологическим данным метеостанции Балчуг, расположенной в центре Москвы [https://weatherarchive.ru/Pogoda/ Moscow; http://rp5.ru]. Рисунок 5 показывает хорошее качественное соответствие этих величин, величина коэффициента корреляции между измеренными и рассчитанными значениями концентрации – (за каждый месяц по данным через 3 ч, в соответствии со сроками метеоданных) представлен на рис. 5б. В большинстве случаев, особенно в холодное время года, корреляция между величинами концентрации О₂, рассчитанными и измеренными, значима и высока (коэффициент 0.65–0.95), но в отдельные месяцы, особенно в теплое время, она отсутствует. Это указывает на важную роль даже в городе природных процессов, не учтенных формулой (1), сопровождающихся эмиссией и поглощением О₂ на поверхности почвы и на растениях.

На рис. 5а выделяются годы 2018, 2019 и 2021, когда летом измеренная величина содержания кислорода в атмосфере города была заметно ниже уровня комфортности (табл. 1), и условия существования населения попадали в диапазон “условно некомфортных”.

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В МОСКВЕ В 2017-2021 ГОДАХ

Хорошо известна высокая межгодовая изменчивость метеоусловий в средних широтах. Рассмотрим подробнее те параметры, которые определяют концентрацию кислорода в воздухе (формула (1)), по рис. 6.

Температура воздуха (рис. 6а) имеет естественный годовой ход с максимумом в летнее время. Однако она была аномально высокой (положительной) все зимние месяцы сезона 2019–20 годов, опускаясь, наоборот, в 2021 году до минимума в марте. Годовой максимум температуры в летние месяцы приходился на август (2017), июль–август (2018), июнь (2019), июнь–июль (2020), аномально жаркий август (2021), за которым последовали очень теплые месяцы этого года.

Атмосферное давление (рис. 6в) в течение года менялось хаотично, будучи в среднем выше во второй половине года, чем в первой. Исключение и редкую аномалию представил 2020 год, когда среднемесячная величина давления достоверно росла в течение всего года.

Гладкий сезонный ход величины абсолютной влажности воздуха был нарушен во все сезоны 2018 года, особенно заметно в теплое полугодие. При этом для относительной влажности в 2017–2020 годах характерен локальный максимум в июле, которого не было только в 2021 году, хотя в этом году образовался лолкальный минимум в ноябре. Годовой максимум абсолютной влажности приходится на июль, что часто соответствует максимуму температуры воздуха и приводит, в соответствии с формулой (1), к ежегодному падению в этот месяц концентрации кислорода в приземной атмосфере (рис. 4, 5).

Сопоставление формулы (1) с графиками рис. 6 и 7 позволяет качественно понять, какой из параметров отвечает за особенности отдельных месяцев в поведении концентрации кислорода в течение рассматриваемых лет. Все значимые (в отношении комфортности для дыхания, табл. 1) минимумы концентрации О₂ в приземном воздухе Москвы (2018, 2019 и 2021 годов) приходятся на жаркие месяцы с невысоким атмосферным давлением и повышенным давлением водяного пара. Однако, как видно из рис. 7 и 6б, в 2018 году сильно сказалась аномалия величины абсолютной влажности, в 2019 году было очень низкое давление при самых невысоких (за 5 лет) значениях температуры воздуха и абсолютной влажности, в 2021 году – самое жаркое (из рассмотренных) лето с высокой абсолютной влажностью.

Таким образом, измерения концентрации кислорода в приземной атмосфере не дают существенно новой информации о ее уровне в холодную часть года. В это время можно оценивать содержание О₂ по метеоданным. Наоборот, в теплую половину года на концентрацию кислорода в приземной атмосфере значимо влияют процессы газообмена на границе атмосфера-поверхность, которые не учитываются формулой (1), и измерения позволяют получить важную информацию не только об уровне содержания кислорода, но и процессах его формирования.

СУТОЧНЫЙ ХОД КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В ПРИЗЕМНОМ ВОЗДУХЕ

По данным измерений, в Москве в теплое время года проявляется хорошо выраженный суточный ход концентрации кислорода в приземном воздухе с максимумом в дневное время и минимумом в предутренние часы (рис. 8а). Именно измерение концентрации О₂ с достаточно высоким временным разрешением (20 мин) позволило обнаружить это явление, поскольку временное разрешение расчетов по метеоданным (через 3 ч) слишком грубо.

Сравним возможные механизмы формирования внутригодовой и внутрисуточной изменчивости концентрации кислорода в приземном воздухе Москвы. Измерения в Москве дают среднее за 5 лет значение концентрации кислорода (± среднеквадратичное отклонение), равное 20.70 ± 0.12%. Этот уровень задается глобальным распределением кислорода в атмосфере в пределах климатической зоны и должен быть примерно постоянным на значительной территории Восточно-европейской равнины. Эта величина в локальном масштабе модулируется химией в приземной атмосфере, особенно специфичной в городе, а также источниками и стоками кислорода на поверхности (растительность, почва) – в разной степени в течение всего года.

Как уже отмечалось, минимальные значения концентрации О₂ в теплое время года могут быть обусловлены высокой температурой воздуха и почвы, длинным световым днем, обилием зелени, высоким уровнем солнечной радиации и т.д., а максимальные значения в холодные месяцы – противоположными природными условиями. Зимой почва закрыта снегом, зелени почти нет. Кислород дополнительно в атмосферу почти не поступает, но расходуется на антропогенные процессы сжигания топлив и химические реакции в атмосфере, хотя в холодном воздухе все реакции замедлены. В течение суток эта картина мало меняется. Летом зелень и почва продуцируют кислород, но и поглощают его. Химические реакции в воздухе и на поверхности идут быстро, среднемесячный уровень О₂ в воздухе в целом ниже по сравнению с зимой, но изменчивость концентрации О₂ высока. Корреляции измеренных значений с расчетами практически нет, поскольку большой вклад в эмиссию и стоки кислорода определяют процессы на поверхности, зависящие от температуры и влажности, но не описываемые формулой (1).

Теперь обратимся к внутрисуточному ходу концентрации кислорода в воздухе в теплые месяцы, поскольку в холодные месяцы он практически отсутствует. В теплое время года, при минимальном за год общем содержании О₂ в приземном воздухе, регистрируется его дополнительное понижение (по сравнению со средним значением) ночью и рано утром (рис. 8а), когда темно и холодно, и максимальные величины – днем, когда тепло и светло. Таким образом, по отношению к температуре воздуха, внутрисуточные и внутригодовые вариации концентрации кислорода – это вариации противоположных знаков. Летом круглые сутки растения и почва работают как источники и стоки О₂. По-видимому, стоки в почву работают и в темноте, но при самой низкой температуре в течение суток может иметь место понижение почвенной эмиссии кислорода в ходе химических превращений. Обычно летом в эти же предутренние часы наблюдаются инверсии температуры воздуха вблизи поверхности (рис. 8б). В этом случае, при слабом конвективном перемешивании и слабом ветре, возможно увеличение в нижнем слое атмосферы концентрации всех атмосферных примесей, источники которых находятся вблизи поверхности, т.е. химия потребления кислорода может быть активна. С другой стороны, слабый ветер не способствует эффективному выносу кислорода из почвы. Повышение абсолютной влажности воздуха в это же время суток (рис. 8б), образование летом росы увлажняют почву и растительность и могут повышать эффективность процессов стока кислорода в почву и на растения. Все эти, а возможно, и другие, не рассмотренные здесь процессы могут способствовать уменьшению концентрации кислорода вблизи поверхности в предутренние часы.

Оценки величины изменчивости измеренной концентрации кислорода разных временных масштабов таковы: средний внутригодовой размах около 2.7% от среднегодового значения; внутримесячные отклонения измеренных величин от среднего значения за месяц составляют 0.5–0.7%, в теплое время больше, чем в холодное; средняя амплитуда суточного хода в июле 0.15% по отношению к среднесуточной концентрации О₂, максимальная 0.23% в июле 2021 года.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среднее за 5 лет наблюдений измеренное значение концентрации кислорода в приземном воздухе Москвы составляет 20.70 ± 0.12%, рассчитанное по метеоданным 285 ± 13 г/м³. Содержание О₂ в приземном воздухе города в течение года максимально в холодные месяцы и минимально – в теплые, отражая сезонный ход температуры воздуха.

Измеренные (с интервалом 3 ч) и рассчитанные (по метеоданным) значения содержания О₂ в приземном воздухе Москвы достаточно хорошо коррелируют друг с другом в холодное время года, а в теплое время корреляция практически отсутствует. Эта особенность вегетативного периода, судя по всему, указывает на важную роль процессов эмиссии и поглощения атмосферного кислорода на поверхности (почва, растения) при положительной температуре воздуха. Только измеренные значения содержания кислорода в приземном воздухе города летом близки и ниже границы неблагоприятных условий с точки зрения проблем дыхания человека (по медицинским нормам). Это также свидетельствует о важности неучтенных в расчетах потоков кислорода с поверхности и на нее.

По данным измерений впервые выявлены внутрисуточные вариации (суточный ход) содержания О₂ в приземном воздухе города, выраженные в теплые месяцы и не проявляющиеся в холодное время года. Наименьшее содержание О₂ в течение суток может возникать летом в ранние утренние часы.

В заключение сформулируем следующие положения о влиянии современной динамики климата на содержание кислорода в приземном воздухе больших городов мира и возникающих при этом проблемах с дыханием человека в мегаполисе:

– глобальное потепление и изменение содержания углекислого газа в атмосфере Земли непосредственно в XXI веке не повлияют заметно на количество кислорода в приземном воздухе, необходимое для дыхания людей;

– поглощение кислорода при сжигании ископаемого топлива также не грозит в обозримом будущем угрозой для дыхания населения Земли;

– однако локальные проявления глобального потепления и воздействия городских агломераций на местный климат, ведущие к усилению островов тепла, волн жары и другим экстремальным погодным и климатическим явлениям, могут создавать ситуации с пониженным содержанием кислорода в воздухе и угрозой гипоксии для населения больших городов.

Работа выполнена в рамках темы Государственного заказа (регистрационный номер 1021032424681-6-1.5.10;1.5.8;1.6.19. Анализ метеорологических данных выполнен при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-27-00063). Авторы выражают благодарность рецензентам за конструктивные замечания.