Жердің азонды қалқаны

-42-

   Күші 1 Мт болатын  ядролық жарылыста 1000-нан 12000 т дейін (немесе 0,17 ден 2,5 ∙ 10³² молекула) азот оксидтері түзіледі 1952-1971 жылдары жалпы күші 520 млн. т. немесе орташа 26 млн. т. жылына құрайды, бұл жылына 130000т. құрайды.

   Бұл озон мөлшерінің 10%-ке кемуіне әкеледі. Бұдан басқа озон ядролық жарқырауларда фотоыдырап, радиоактивтік қалдықтардың ыдырауы кезінде жойылады. Осылайда тәжірибеде бұл бақыланбайды. Жасалған есептеулер, жарылыстан кейін озон диссоциациясы болып, бірақ 10с. кейін 90% озон қалыпына келеді.

   Азот оксидтерінің  атмосферадағы басқа көзі болып ұшақтардың шығарғыш газдары болып табылады. Азот оксидтерінің мөлшері 4-10 г 1 кг жұмсалған  отынға сәйкес келеді. «Конкорд» ұшағын «Олимпус - 593» қозғалтқышында 1 кг отынға 18 г азот оксидын түзеді.

   Ұшақтардың мөлшері мен сағат саны бойынша олар ұшқан кезде 1975 жылы атмосфера 290 ның.т. азот оксидіні лақтырған. Болжамдар бойынша 1990 жылы самолет саны көп болған сайын 1 млн.т. азот оксидтері түзуі мүмкін дейді.

   Джонстон осы  айтылған алдын-ала программа  бойынша 1985 жылы азот оксидтері озон мөлшерін 17-53% дейін кемітеді.

   ООН конференциясында  қоршаған ортаны қорғау проблемалары бойынша 1972 жылы Стокгольмде АҚШ оқымыстылары мен Англия және Франция оқымыстылары арасында қарама-қайшы пікірлер қалыптасты. Бұл әрине жоғары дыбысты «Конкорд» ұшағы жайлы еді.

   Азот тыңайтқыштары  туралы да пікірлер айтылды,  онда атмосферада азот тотықтарының  өсуі байқалады деді. Азот тотықтары  азот тыңайтқыштарын бактериялар  ыдыратқан кезде түзіледі. Шет  елдерде, 1995 жылы бұндай жағдай  О₃-мөлшерін 30%-ке кемитінін айтады.

   Солайда бактериялар  әсерінен азот оксидтерінің мөлшері  неге артатыны белгісіз. Бактериялар  кейде нәтижесінде молекулярлы азот береді. Екіншіден, модельдегі есептеулер тыңайтқыштар 6%-жылына көбейетінін, ал 2025 жылы озон мөлшері 1-10% -ке дейін кемитіні анықталып отыр.

-43-

   Азот оксидтері  отынды кәдімгі жаққан кезде  түзіледі. Жоғары температура 2000-3000ºС, термодинамикалық тепе-теңдік азот  оксидтерінің түзілуі бағытына  қарай ығысады.

   Алдын-ала болжау  бойынша бұл сан 2,8 млн.т. азот оксидтері жылына құрайды. Алайда, азот оксидтер атмосферада сумен шайылады, ал қалғаны не болатыны белгісіз.

   Азот оксидтерінің  атмосферадағы озон мөлшерінің кемуіне қызығушылықтың төмендеуінен кейін тағы бір идея дүниеге келеді. Озонға хлор және оның оксидтері әсер ететіні, олардың хлорфтор метандардың фотолизі кезінде түзіледі.

   Барлық әлемде  соңғы жылдары фреондар өндірісінің  қарқынды дамуы басталды, бұл  тоңазытқыштардың, еріткіш және  шашыратқыштардың, яғни тұрмыстық  химияның кеңінен пайдалану негізінде түзіледі.

   Фреондар деп  - метан, этан, бутанның галоидты туындылары және міндетті түрде фтор болады. Мысалы: CFCI₃ дан CF₄ дейін, сонымен қатар этанның қосылыстар C₂F₆ және т.б. Бұл заттар суда нашар ериді және жанғыш емес, және атмосфералық жағдайда жақсы сақталады. Бұдан басқа, олар төменгі қайнау температурасына ие болғандықтан ауада жақсы буланады. Кәзіргі кезде, фреондардың атмосфераға қалай таралатыны жайлы бір пікір жоқ.

  Тропосферадан фреондар сумен кетеді гидролизденбейді, содан мұхитта жиналады. Осылайша, мұхит өзіндік фреондардың қоймасы болып табылады.

   Атмосферада жинақталатын  фреондардың микробиологиялық тұрақтылығы  белгісіз? Анализі өте күрделі. Қолданылатын хроматографтар мен спектрометрлер өте сезімтал.

   Фреондардың мөлшері жергілікті жерге  қалаларға байланысты. Биіктіктің көтерілуі мен фреондардың концентрациясы сәйкес келеді, бұл стратосферада фотолизбен түсіндіріледі.

   Фотолиз ультракүлгін сәулелердің әсерімен жүреді. Мысалы, мынадай пікір бар: фотолиз Шуман-Рунге озондар сіңіру жолағында жүреді.

   Фотолиз кезінде  фреон молекуласында С-СІ байланысының үзілуі байқалады.

-44-

                                       CFCI₃ + hv = CFCI₂ + CI,

                                        CF₂CI₂ + hv = CF₂CI + CI.  

   Алдымен фреондардың фотоыдырау өнімдерінің әрекетіне көшуде, озон мөлшері қалай өзгереді.

   Соңғы кездері  хлорланған көмірсутектердің өндірісі  күшті өсе бастады.

   Әдетте, өндірістен шығатын заттар атмосфераға түседі. Хлорлы көмірсутектердің мөлшері атмосферада 4-5 рет артады.

Әсіресе, озон молекуласының  хлоратомымен әрекеттесуінде, В.Л.Тальроза 2 циклды ұсынады.

  CI + О₃ = CIО + О₂ ;  (26)                           CI + О₃ = CIО + О₂ ;  (26)                            

  CIO + О = CI + О₂ ;   (27)                           CIO + О₃ = CI + 2О₂ , (28)   

   Бұдан басқа «таң галойдтың» қатысуымен басқа циклдар болады:

Мысалы:

                                  CIО + О₃ = CIО₂ + О₂ ,                                   (29)                            

                                  CIО₂ + О = CIО + О₂ ,                                    (30)

   (29) реакция мына  реакцияны алмастыруы мүмкін

                                  CIО + NO = NО₂ + CI ,                                   (31)  

   Тізбектердің  үзілуі атомарлы хлордың төртхлорлы  көміртек молекуласымен әрекеттескенде  түзілуі мүмкін.

                                  CI + СН₄ = НCI + СН₃,                                  

                                    CI + Н₂ = НCI + Н,                                                 

                                  CI + Н₂О₂ = НCI + НО₂,                                  

                                   CI + НО₂ = НCI + О₂.   

   В.Л.Тальрозе «галойдты  циклды» қарай отырып, мұндай  циклдар оттекті, азотты және  сутекті болады деді. Ол бұл циклдарды жаза отырып, оның коэцентрациясы, биіктікке байланысты болатынын айтты.

   5 суретте, В.Л.Тальрозе  озонның ыдырауының әртүрлі циклдарын  ұсынды. Қисық 1- галоидты циклды, қисық 2- сутекті, қисық 3-оттекті, қисық 4-азотты циклдарды көрсетеді.

   Графиктен мынадай  қорытынды жасауға болады.

   Галоидты цикл, қандай биікте болса да озонның ыдырауына ешқандай роль

-45-

ойнамайды. Бұдан белгілі, оқымыстылар атмосфераның фреондармен ластануына мән берді.                            

   Екіншіден, озонның ыдырауына сутегі және азот қышқылдары негізгі үлесті қосады.15-20 км аз биіктіктерде сутектік цикл болады.

   Ал үлкенде  (30-35 км) азотты цикл болады. Бұндай  тәуелділікті озонның вертикалды  таралуымен түсіндіруге болады.

   Циклдардың бір-бірімен  әрекеттесуі аз зерттелген. Олардың  кейбіреуі (15),(31) реакцияларында көрсетілген. Хлор нитратының түзілу реакциясын алайық.

                                CIО + NO₂ = CIО NO₂                                            (32)

   Бұл реакцияда  хлор мен азот циклдарының  байланысы көрсетілген.

   Есептеулер, белгілі  бір мөлшерде циклдар әрекетінің эффективтілігін арттырады.

   Қорытындыда айтарымыз  атмосфералық озонның түзілу  проблемасы әлі шешілмеген.

 

III. Атмосфера қабатында озонның болуы.

  

   Тропосферада озон 8-15%-ті құрайды. Градиент концентрациясына қарай, озон төмен қарай бағытталады, алайда озон ағында ыдырап, оның мөлшері Жер астында.

   Жер бетінде  озон концентрациясы 1 см³ – та 20-60мкг. Озон мөлшері айнымалы, жергілікті жерге байланысты.

   Биіктіктің артуымен  концентрация өседі. Мысалы, ГДР-да  жылдық озон мөлшері 21,2мкг/см³ тең, Тюринг орманының 490м – биіктікте – 27,4 мкг/см³, Фихтельберг тауында 1215м биіктікте - 36 мкг/см³-тең болады.

   Бұдан басқа  теңіз жағалауы мен ормандарда  озонның жоғары мөлшері анықталған. Үлкен қалаларда озон концентрациясы  азайып алайда биіктікке аз тәуелді, мысалы 300м оның төмендегені бақыланған жоқ.

   Географиялық  ендікте концентрация былай таралады  тропиктерде озон аз, және полярлы  ендікке жақындаған сайын, оның  мөлшері артады. Мысалы,

-47-

Аляскада концентрация 98 мкг/см³ –тең, ал жеке жағдайда 750 мкг/см³-қа тең болады.

   Жаздың басында  жер бетіндегі озон жоғары, күзде  озон аз болады. Москвада озонның максималды мөлшері шілдеде, ал Сочида – сәуір, маусымда болады.

   Бәрінен қызығы  озонның тәуліктік өзгеруі еді.  Бақылау орнына тәуелсіз – озон түнде аз, ал күннің шығуына қарай оның мөлшері артады. Бұндай өзгеріс жылдың жаз мезгілінен континтальды елдерде жақсы  байқалады, Приморье елдеріне қарағанда. Мысалы, Сочиде бұндай озон мөлшерінің өзгерісі байқалған жоқ. Тауларда озон мөлшері көп болмайды.

   Озонның тәуліктік  жолы белгісіз. Оған газдың диффузиясы  сәйкестігі болып есептеледі. Екінші  жағынан озон мөлшеріне күн  радиациясының тікелей қатысы  бар. Озон мөлшері найзағай  алдында көбейеді. Ол әсіресе  «фотохимиялық» смогтарда көбейеді.

   Смог – аэрозольды  және тұманды түзіліс. Ол үлкен  қалаларда байқалады. Бірінші  фотохимиялық смог Лос-Анджелесте  екінші дүниежүзілік соғыстан  кейін байқалған. 

   Ол автомобильдерден  шығарымды газдардың көп мөлшерде  түзілуі, көп мөлшерде озонның және тотықтырғыштардың түзілуімен сипатталады. Бұндай күйдегі смог адамдар денсаулығына зиянды, сондықтан ерекше жағдайды қажет етеді.

   Смог қайда  кетеді, одан қалай озон түзіледі?

   Онда азоттың  қос тотығы түзіледі.

                                         NO₂+ hv = NO + O.                                        (33)

   Түзілген оттегі  атомдары оттегі молекуласымен  реакцияға түзіледі немесе озон  молекуласымен әрекеттеседі, сөйтіп  озон молекуласының ыдырауына  әкеледі. Немесе азот тотығымен реакцияға түседі. Соңғы жылдары фотохимиялық смог басқа үлкен қалаларда да байқалады.

   

 

 

-48-

3.1. Жер бетіндегі тіршіліктің экологиялық проблемалары және атмосфералық озон.

   

   Озонның жерде оттегі пайда болғаннан кейін түзілген ультракүлгін сәулелерді сіңіруі, Жердің бетіндегі тіріні қорғайды. Тірі Ағзалар сулы ортадан Жер бетіне шықты.

   Озонның сіңірілу спектріне қарасақ 230нм<λ<300нм аймағында сіңіріп, сәулелену активті болады. Нуклейн қышқылдары сол интервалды (250нм<λ<400нм) жарықты сіңіреді. Осылайша нуклейн қышқылдар қышқылдары қысқа толқынды сәулелерді сіңіреді нәтижесінде мутация және клеткалардың өлімі болады.

  Күннің биологиялық  әрекеті, яғни сәулелер 2-ге бөлінеді  азырақ активті  λ=280-315нм және аз активті λ=315-400нм.

  Ультракүлгін сәулелердің саны көптеген физико-химиялық, метеорологиялық, геофизикалық және жағдайларға байланысты.Мысалы, ол жердің еніне, теңіздің деңгейіне, атмосфераның мөлдірлігіне бұлт пен тұнбаның санына және т.б. байланысты. Ультракүлгін сәулелердің жылдық мөлшері 315нм. Сәуле ұзындығынан аз, Арктикадан (360 Вт ∙ ч/м²) және тропиктік (3600 Вт ∙ ч/м²) дейін өзгереді.

   Ультаркүлгін  сәулелер адам, жануар және құстардың D₃ витаминін, сіңіруіне көмектеседі. Бұл сәуле әсерінен өсімдіктердің ауыл шаруашылық өнімдері  артады.

   Алайда оның  көп дозасы керісінше әсер  бараді. Адамдардың Ультаркүлгін сәулелерді көп сіңіруі күюіне және тері рагына соқтырады.

 «Парникті  эффект» 

1 суретте күн сәулесінің жартысы көрінетіні және жақын инфрақызыл спектр аймағында атмосферадан жақсы өтіп және Жер бетіне түседі. Бұдан басқа жер  беті ішкі жылу көздері есебінен, атмосфера есебінен жылуды ұстайды.

   Атмосфера жылуды  λ=10мкм аймағында жақсы сіңіреді жердің жылуды сіңіруін «парникті» әрекетті атмосфераның құрамдас бөліктерін сіңіру

-49-

әсерінен яғни азот және оттегі атмосферада қоспалардың  аз мөлшері есебінен, су буы, көмірқышқыл  газы және озон есебінен түзіледі.

   Бұл газдарды  сіңіру 7 суретте көрсетілген. Бір  кездерде судың «парникті» әрекеті  айтылған еді. Алайда ол олай  болған жоқ. Судың тек аз сіңіру қабілетіне ие болғандығы анықталды.

   Алайда әңгіме  көмірқышқыл газында болды. Адам  әрекетімен биологиялық процестердің  нәтижесінде көмірқышқыл газының  мөлшері атмосферада шамамен  0,3% - ке (жылына) артады. Бұл уақытта есеп мынаны көрсетеді. Көмірқышқыл газының орташа өсуі атмосферадағы температураны 2⁰-қа арттырады.