Атмосфера туралы түсінік

 

 

 1.Атмосфера  туралы түсінік, оның құрамы  және биосфера мен адам өмiрiндегi маңызы

 

Жер атмосферасы (грекше: atmos — бу және sphaira — шар) — Жерді  қоршап тұрған газды қабықша. Атмосфера  деп Жерді онымен бірге айнала жүріп оны қоршап тұрған газды  ортаны айтамыз. Атмосфераның массасы 5,15-5,9 х 10¹⁵ тонна. Атмосфера Жер бетіндегі барлық тіршілік процестерінің жүруін қамтамасыз етіп, адамзат тіршілігінің барлық жақтарына үлкен әсер етеді.

Атмосфераны зерттеуші  мамандардың пікірінше, ол Жер бетінен  қашықтаған сайын түрлі температурадағы  бірнеше аймақтардан тұрады.

Атмосфераның құрылысы бірнеше қабат құрылымнан тұрып, тропосфера, стратосфера, мезосфера  және термосферадан тұрады. 1000 км және одан ары қарай экзосфера болып, онда атмосфералық газдар әлем кеңістігіне  таралады. Осы қабатта атмосфера  бірте-бірте планета аралық кеңістікке ауысады.

Атмосфераның Жер  бетіне ең жақын қабаты "тропосфера" деп аталады. Бұл қабаттың орта ендікте теңіз деңгейінен биіктігі — 10-12 км, экваторда — 16-18 км, полюстерде — 7-10 км. Осы қабатта жауын-шашын, бұлттар түзіліп, найзағайлар күн күркіреуі жүреді. Тропосфераның жоғарғы жағында 40 км-ге созылатын стратосфера қабаты орналасқан. Онда ылғалдылық бiршама төмен, атмосферадағы озонның көп 6өлігі осы қабатта жинақталған, озон Күннің yльтракүлгiн сәyлелерiн сіңіріп, атмосфераны қызып кетуден сақтайды.

Стратосферадан  кейін 50 км 6иіктікте мезосфера қабаты орналасқан. Мезосферада температура одан әрі қарай төмендеп, 80 км биіктікте — 70⁰С -қа түседі. Мезосферадан жоғары 6елгілі шекарасы жоқ термосфера орналасқан, онда 500600 км биіктікте температура +1600⁰ жетеді. Атмосфераның қабаттарындағы ауа биіктеген сайын сұйылып, қысым төмендейді.

Ең соңында Жерден ең алыста 800-1600 км қашықтықта экзосфера орналасқан.

Атмосфераның 400-600 км биіктікке дейін ғана сақталатын газды құрамы 1 кестеде берілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 кесте

Атмосфераның төменг қабаттары мен таза құрғақ ауаның химиялық құрамы

Компо- ненттер	Мөлшері		Компо- ненттер	Мөлшері
	Массасы бойынша, %	Көлем бойынша, %		Массасы бойын- ша, %	Көлем бойын- ша, %
Азот	75,52	78,09	Азот оксиді	2,5х10-3	2,5х10-4
Оттек	23,15	20,94	Сутек	3,5х10-4	5х10-5
Аргон	1,28	0,93	Метан	0,8х10-4	1,5х10-4
Көміртекоксиді	0,046	0,033	Азот иоксиді	8х10-5	1,5х10-4
Неон	1,2х10-3	1,8х10-4	Озон	10-6-10-5	2х10-6
Гелий	7,2х10-5	5,2х10-4	Күкірт диоксиді	-	2х10-8
Криптон	3,3х10-4	1х10-4	Көміртек оксиді	-	1х10-5

 

 

Ксенон	3,9х10-5	8х10-6

 

 

Атмосфера биогеоценоздың компоненті ретінде топырақ бетіндегі, топырақтағы және топырақ қуыстарындағы ауа қабаттарын құрайды.

Атмосфералық ауа — түрлі газдардың қоспасы. Оның құрамында 78,08% азот, 20,9% оттегі, 0,93% аргон, 0,03% көмірқышқыл газы бар. Ал қалған 0,01% басқа неон, гелий, метан, радон, ксенон, т.б газдардың үлесіне тиеді. Жер бетінде оттексіз тіршілік жоқ. Ол жасыл өсімідктердің тіршілік әрекеттері нәтижесінде түзіледі. Өсімдіктер су мен көмірқышқылынан фотосинтез процесі кезінде оттекті бөледі. Ал басқа барлық тірі организмдер оттекті тек пайдаланушылар болып есептеледі. Көмірқышқыл газы атмосфераға тірі организмдердің тыныс алуы, отын түрлерінің жануы, органикалық заттардың ыдырауы мен шіруі кезінде бөлінеді. Ауаның құрамындағы көмірқышқыл газы мөлшерінің көбеюі адам мен жануарлар организміне зиянды әсер етеді.

Табиғат үшін атмосфералық ауаның маңызы ерекше және әртүрлі. Ол, біріншіден, фотосинтез үшін көмірқышқыл газының және тыныс алу үшін оттектің көзі. Ол тірі организмдерді космостық сәулелерден қорғайды, Жерде жылуды сақтайды, климатты реттейді, зат алмасудың газ тәрізді өнімдерін қабылдайды, планетада су буларын тасымалдайды, бұлт, жауын-шашын түзілетін және басқа да метеорологиялық процесстер жүретін орын, ұшатын организмдер үшін тіршілік ортасы болып саналады, топырақтың құнарлылығына әсер етеді, т.с.с.

Ғалымдардың пікірінше, қазіргі заманғы атмосфераның шы- ғу тегі екінші реттік және ол Жердің қатты қабықшасынан планета түзілгенннен кейін бөлінген газдардан түзілген. Жердің геологиялық тарихы барысында Жердің атмосферасы түрлі факторлар: атмосфералық газдардың космос кеңістігіне бөлінуі, вулкандардың әрекетінен газдардың бөлінуі, күннің ультракүлгін сәулелері әсерінен молекулалардың ыдырауы, атмосфера компоненттері мен жер қабығының жыныстары арасындағы химиялық реакциялар нәтижесінде бөлінетін газдар әсерінен үлкен эволюцияны басынан кешірді.

Атмосфераның дамуы геологиялық және геохимиялық процестермен, сол сияқты тірі организмдердің тіршілік әрекеттерімен тығыз байланысты. Атмосфера Жердің беткі қабатын оның қалың қабаттарына өту кезінде көпшілігі жанып кететін метеориттердің зиянды әсерлерінен сақтап тұрады.

Атмосфера құрамының  қалыптасуына үлкен әсер ететін тірі организмдердің тіршілік әрекеттері өз кезегінде осы атмосфералық жағдайларға тікелей байланысты. Атмосфера тірі организмдерге зиянды әсер ететін Күннің ультракүлгін сәулелерінің көп бөлігін ұстап қалады. Атмосфералық оттегі өсімдіктер мен жануарлардың тыныс алу процесіне қатысса, ал көмір қышқылы өсімдіктердің қоректенуіне қатысады. Климаттық факторлар, әсіресе, жылу режимдері мен ылғалдылық адамдардың денсаулығы мен тіршілік қызметіне әсер етеді. Сонымен қатар адамның тіршілік әрекеті атмосфераның құрамы мен климатқа үлкен әсер етеді. Планетадағы оттегі тірі заттар арқылы 5200-5800 жылда толық жаңарады. Ал оның бүкіл массасын 2 мың жылда тірі организмдер сіңірсе, көмірқышқылын — 300-395 жылда сіңіреді.

Жер атмосферасының газ құрамы ерекше. Егер Юпитер мен Сатурнның атмосферасы негізінен сутек пен гелийден, Марс пен Венераның атмосферасы — көмір қышқылы газынан тұрса, Жердің атмосферасы азот пен оттектен тұрады, сол сияқты аз мөлшерде аргон, көмірқышқыл газы, неон және басқа тұрақты, ауыспалы компоненттер бар. Атмосфераның ең маңызды ауыспалы компоненті — су буы. Су буының негізгі массасы тропосферада, өйткені атмосфераның қабаттары жоғарылаған сайын оның концентрациясы азая береді.

Атмосфералық процестерге, әсіресе стратосфераның жылу режиміне озон үлкен әсер етеді. Озон стратосферада жинақталып, күн радиациясының ультракүлгін сәулелерін сіңіреді. Ендік пен жылдың мезгіліне байланысты озонның бір айдағы орташа мөлшері өзгеріп отырады, оның қалыңдығы 2,3-5,2 мм аралығында болады. Жалпы табиғатта озонның мөлшері экватордан полюстерге қарай жоғарылайды. Қазіргі кезде адамның шаруашылық тіршілік әрекетінің әсерінен атмосфераның озон қабатының бұзылуы байқалуда. Мысалы, озон қабатының бұзылуына әсер ететін фреондар (хладондар) деп аталатын галогенді қосылыстар. Бұл қосылыстар бөлме температурасында қайнайды, өте ұшқыш, Жердің бетінде химиялық инертті, мұздатқыш қондырғыларда қолданылады. Фреондар стратосфераға көтеріліп, фотохимиялық айрылу реакциясына түсіп, біздің планетамызды ультракүлгін сәулелерден сақтайтын, озон молекулаларын ыдырататын, химиялық реакциялардың катализаторы болып саналатын хлор аниондарын бөледі. Қазіргі кезде озон қабатының жағдайына қатаң бақылау — мониторинг жүргізілуде. Озон қабатының бұзылуының үлкен зардаптарға әкелуіне байланысты бірқатар елдер қазіргі кезде фреондар өндірісі мен оны пайдалануды қысқартып отыр, дегенмен де жалпы әлемде бұл көрсеткіш әлі де жоғары күйін- де қалғандықтан олардың атмосферадағы концентрациясы да жылдан жылға ұлғайып отыр.

Көптеген бақылаулар бойынша озон қабаты атмосферада біркелкі таралмаған. Солтүстік жарты шар атмосферасында оң- түстікке қарағанда фреондардың концентрациясы 8-9% жоғары.

 
 

.2. Атмосфераның ластануы мен ластаушы көздер

Өндірістің қарқындап дамуына және отын түрлерін кең масштабта жағуға байланысты атмосферадағы бос оттектің қоры азайып, ал көмірқышқыл газының мөлшері жоғарылауда. Нәтижесінде табиғаттағы көміртектің айналымы бұзылды деуге болады. Академик А.П. Виноградов зерттеулер нәтижесінде көмірқышқыл газының концентрациясы жыл сайын 0,2% ға ұлғайып отырғанын анықтады. Адамзат қоғамында адам баласы отты ең алғаш рет қолданған күннен бастап осы күнге дейін түрлі жану процестерінде 273 млрд. тонна оттегі жұмсаған болса, соның 246 млрд. тоннасы, яғни (90% ға жуығы) соң- ғы жарты ғасырда ғана жұмсалған. Көміртек айналымының бұзылуы мен атмосферада көмірқышқыл газының концентрациясының жоғарылауы Жердегі барлық химиялық тепе-теңдікке үлкен әсер етеді.

Атмосфера табиғи және жасанды (антропогендік) жолмен ластанады.

Табиғи ластану. Атмосферада үнемі белгілі мөлшерде шаң болады. Шаң табиғатта жүретін табиғи процестер нәтижесінде түзіледі.

Шаңның үш түрі болады: минералдық (органикалық емес), органикалық және космостық. Тау жыныстарының үгітілуі мен бұзылуы, вулкандар атқылауы, орман, дала, торфтардың өртенуі, теңіз беттерінен судың булануы минералдық шаңның түзілуіне себеп болады. Органикалық шаң ауада аэропланктондар — бактериялар, саңырауқұлақтардың споралары мен өсімдіктердің тозаңдары, т.б. түрінде және өсімдіктер мен жануарлардың ыдырау, ашу, шіру өнімдері түрінде болады. Космостық шаң жанған метеориттердің қалдықтарынан түзіледі. Табиғи ластанудың бір түрі космостық шаң атмосферадағы жанған метеориттер қалдықтарынан түзіледі, 1 жыл ішінде оның мөлшері 2-5 млн тоннаға дейін жетеді. Табиғи шаң жер атмосферасының негізгі құрам бөлігі болып табылады. Табиғи шаң бөлшектері органикалық немесе бейорганикалық болуы мүмкін, олардың радиусы шамамен 10^-3—10^-4 см болады және топырақ пен тау жыныстарының үгітілуі, вулкан атқылауы, орман, дала, торфтардың өртенуі немесе су беттерінен булану нәтижесінде түзілуі мүмкін. Атмосфераның төменгі қабаттарындағы шаң сусыз шөл далалардан пайда болады немесе аэропланктондар — бактерия, өсімдік споралары, саңырауқұлақтар, өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарының шіру, ыдырау өнімдерінен түзіледі.

Мұхит үстіндегі ауа атмосферасында магний, натрий, кальций тұздарының майда кристаллдары болады, олар су шашырандылары ауада құрғап қалғанда түзіледі. Әдетте табиғи жолмен ластану биогеоценоздар мен онда тіршілік ететін организмдер үшін аса көп зиян келтірмейді.

Атмосфералық шаң  Жер бетінде жүретін кейбір процестер үшін белгілі роль атқарады. Ол су буларының конденсациялануы үшін, олай болса жауын-шашынның түзілуіне әсер етеді. Бұнымен қатар күн радияциясын сіңіріп тірі организмдерді күннің зиянды сәулелерінен қорғайды. Академик В.И. Вернадский атмосфералық ауа планетамыздың химиясында маңызды роль атқарады деп жазды.

Жер бетіндегі заттардың биологиялық ыдырауы, оның ішіндегі топырақ бактерияларының тіршілігі күкіртсутек, аммиак, көмірсутектер, азот, көміртек оксидтерінің орасан зор мөлшерінің түзілуіне әкеліп соғады.

Жасанды ластану. Атмосфераны ластаушылардың ең негізгілері транспорт түрлері, әсіресе автомобильдердің жанармайларының жану өнімдері болып табылады. Француз ғалымы Ж. Детридің есептеулері бойынша, автомобильдерден бөлінген газдардың құрамында көмірқышқыл газы — 9%, көміртек оксиді -4%, көмірсутектер — 0,5%, оттек — 4%, сутек -2%, альдегидтер — 0,004, азот оксидтері — 0,06%, күкірт оксидтері — 0,006% барлығы 200 ге жақын компоненттер бар екенін анықтады. Қоршаған ортаға көміртек, күкірт және азот оксидтерімен бірге бензиннің құрамына кіретін канцерогенді заттар, мысалы 3,4-бензопирен мен қорғасын өте зиянды әсер етеді.

Атмосфераға транспорттардан бөлінген газдардың құрамында 25-27% қорғасын болатыны анықталған және оның 40% диаметрі 5 мкм ге дейін болатындықтан ауада ұзақ уақыт сақталып, онымен бірге адам организміне түсетіндігі белгілі болды.

Қазіргі кезде бүкіл әлемде шамамен 500 млн аса автомобиль жүріп тұрса, үлкен қалалардағы атмосфералық ауаның тазалығын сақтау адамзат үшін қаншалықты маңызды екені түсінікті. Мысалы, Лос-Анджелес қаласының ауасын үнемі 2,5 млн автомобиль, Парижде — 900 мың, т.с.с. ластайды. Ал әрбір мың автомобильден күніне ауаға 3000 кг көміртек оксидтері, т.с.с отынның толық емес жану өнімдері бөлінеді. Бұл физико-химиялық қоспалар тыныс алу кезінде адам мен жануарларға аса зиянды болып табылады.

Ауа бассейнін күкіртті газбен және шаңмен ластаушы жылу электр станциялары. Қуаты орташа жылу электр станциясы 1 сағатта 80 т көмір жағып, атмосфераға шамамен 5 т күкіртті ангидрид және 16-17 т күл бөледі. Атмосфералық ауаның тазалығына үлкен әсер ететін жағылатын отынның сапасы, жағу әдістері, газтазартқыш қондырғылар мен қалдық бөлетін трубалардың биіктігі. ЖӘС газға көшіру зиянды қалдықтар мөлшерін біршама азайтады.

Зиянды газдарды авиациялық транспорт та бөледі. Ж.Детридің есептеулері бойынша, реактивті самолеттер ұшу кезінде 1 сағатта 0,7 кг/м³альдегидтер, 6,5 кг көміртек оксиді, 1,7 кг көмірсутектер, 4,3 кг азот оксидтері, 6,3 кг/м қатты бөлшектер бөледі екен

Атлант мұхиты арқылы ұшып өтетін бір реактивті самолет, 8 сағат ұшу кезінде осы уақытта 25000 га жердің орманы бөлетін оттекті жұмсайды екен.

Атмосфераның антропогенді ластану жолдары жылу энергетикасы, мұнай, газ өңдеу өнеркәсіптері, транспорт, термоядролық қаруларды сынау, т.б. арқылы жүреді. Бұлардың әрқайсысы құрамы ондаған мың компоненттерден тұратын түрлі қоспаларды атмосфераға бөліп шығарады. Ауа кеңістігін ластайтын қосылыстар көміртек оксидтері, күкірт пен азот қосылыстары, көмірсутектер мен өндірістік шаң тозаң. 1 жыл ішінде атмосфераға 200 млн тонна көміртек оксиді (СО), 20 млрд тонна көмірқышқыл газы , 150 млн тонна күкірт оксиді, 53 млн тонна азот оксидтері , 50 млн тонна түрлі көмірсутектер бөлінеді.

Биосфераның ауыр металдармен ластануы — ғылыми техникалық прогресстің аса маңызды проблемаларының бірі болып отыр. Кейбір есептеулер бойынша бүкіл адамзат қоғамы кезеңінде 20 млрд тонна темір өндірілген болса, оның түрлі техника, құрал жабдықтар, қондырғылардағы мөлшері 6 млрд тонна ғана, олай болса 14 млрд тонна темір қоршаған ортаға таралып, ластап отыр деуге болады. Бұдан басқа жыл сайын өндірілген сынап пен қорғасынның 80-90 % биосфераға таралған. Көмір жанған кезде күл және түрлі газдармен бірге қоршаған ортаға таралатын кейбір элементтердің мөлшері олардың өндірілген мөлшерінен де асып түседі. Мысалы, магний — 1,5 есе, молибден — 3 есе, мышьяк — 7 есе, уран, титан — 10 есе, аллюминий, иод, кобальт — 15 есе, сынап-50есе , литий, ванадий, стронций, бериллий, цезий — 100 деген есе, галлий мен германий — мыңдаған есе, иттрий — 10 мыңдаған есе, т.с.с.