Атмосферадағы химиялық реакциялар

Атмосферадағы химиялық реакциялар.

Жоспар

І. Кіріспе:

ІІ.Негізгі бөлім:

      1. Атмосфераның неізгі құрылымы.

      2. Парниктік эффект.

      3. Қышқылды  жаңбырлар. 

ІІІ.Қорытынды.

ІV.Колданылған әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атмосфера^[1] — жердің ауа қабығы. Атмосфераның төменгі шекарасы жер беті болып табылады. Оның төменгі қабаты азот, оттегімен сирек кездесетін көміртегінен, аргоннан, сутегіден, гелийден тағы басқа газдардан тұрады. Бұған су буы да араласады. Атмосфера түсінің көк болып келуі газ молекулаларының жарық сәуле шашуына байланысты. Жоғарылаған сайын атмосфера бірте-бірте сирей береді, қысымы төмендеп, оның құрылысы да өзгереді. 12 км биіктікке дейінгі атмосфераның төменгі қабатынтропосфера деп атайды. Тропосферада бұлт, жауын-шашын, жел және тағы басқа құбылыстар орын алып отырады.Тропосферадан жоғары 75 км биіктікке дейінгі қабат стратосфера деп аталады. Бұдан жоғары ионосфера қабаты орналасады.өңдеуАтмосфераның құрамы және маңызы

Құрғақ ауа  құрылымы[3]
Газ	Көлемі  бойынша, %	Салмағы  бойынша, %
Азот	78,084	75,50
Оттек	20,946	23,10
Аргон	0,932	1,286
Су	0,5-4	—
Көмірқышқыл газ	0,0387	0,059
Неон	1,818×10−3	1,3×10−3
Гелий	4,6×10−4	7,2×10−5
Метан	1,7×10−4	—
Криптон	1,14×10−4	2,9×10−4
Сутек	5×10−5	7,6×10−5
Ксенон	8,7×10−6	—
Азоттың шала тотығы	5×10−5	7,7×10−5
Жоғарыдағы құрғақ ауа құрылымына кірмейтін бөлігі:
Су буы (H2O)	~0.40% атмосфера үстінде,  бет жағында жалпы 1%-4%

 

 

 

Атмосфера — Жер шарының  ауа қабығы, ол салмақ күшіне байланысты ғаламшармен бірге айналып, қозғалысқа түседі. Жалпы массасы 5-1015 т шамасында  болатын атмосфера түрлі газдардан, су тамшылары мен шаң-тозаңнан тұрады. Атмосфераның төменгі бөлігі Жер бетімен шектесіп жатыр. Ал жоғары шекарасы ретінде соңғы ғылыми деректер бойынша 1000 км биіктік алынады, бұдан әрі қарай ауа өте сиреген күйде болады.

Шамамен 100 км-ге дейінгі  биіктік аралығында ауа құрамы мынадай  газдардан: азот — 78%, оттек — 21%, инертті  газдар — 1%-ға жуық (оның 0,93%-ы аргон), көмірқышқыл газынан — 0,03%-ы тұрады. Ауа құрамындағы криптон, ксенон, неон, гелий және сутек газдары өте аз мөлшерде болады. Атмосфераның төменгі қабатында ауа құрамы салыстырмалы түрде тұрақты болады, тек өнеркәсіпті аудандар мен ірі қалалар үстінде көмірқышқыл газының үлесі он есеге дейін артуы мүмкін. Лас ауаның құрамында бөгде қосылыстар да кездеседі. Шамамен 200—1000 км биіктікте ауа құрамында оттек басым, ол ультра- күлгін сәулелер әсерінен атомдарға ыдыраған күйінде болады. 1000 км-ден биікте сиреген атмосфера негізінен гелий мен сутектен турады, сутек зарядталған атомдар күйінде таралған.

Атмосфера құрамындағы өрбір  газдың атқаратын қызметі бар. Азот нәруызды (белок) заттар мен нуклеин қышқылдарының құрамына енеді, ал оның қосылыстары өсімдіктерді Минepaлды қорекпен қамтамасыз етеді. Оттексіз тірі организмдердің тыныс алуы мүмкін емес, сондай-ақ жану мен тотығу процестері де жүрмейді. Жасыл өсімдіктер көмірқышқыл газын пайдаланып, органикалық заттар түзеді. Атмосфера газдары тау жыныстарының химиялық үгілуіне қатысады. Ал шамамен 25—30 км биіктіктегі озон қабаты Күннен келетін ультра-күлгін сәулелерді ұстап қалу арқылы тірі организмдерді бұл сәулелердің зиянды әсерінен қорғайды. Ауа құрамындағы жай көзге көрінбейтін су булары белгілі жағдайда су тамшылары түрінде бөлініп шығып (конденсациялану), олардың тұтасуынан бұлттар қалыптасады. Атмосфераның құрылысы. Биіктеген сайын ауаның физикалық қасиеттері (температурасы, тығыздығы, қысымы және т.б.) өзгереді, сондықтан атмосфераны тропосфера, стратосфера, жзосфера, термосфера, экзосфера деп аталатын қабаттарға бөледі.

Тропосфера

Тропосфера — атмосфераның ең төменгі және тығыз қабаты, мұнда ауаның 4 5 бөлігі шоғырланған. Тропосфераның жоғарғы шекарасы географиялық ендіктер мен жыл мезгілдері бойынша өртүрлі биіктікте орналасуы мүмкін. Орташа есеппен тропосфера полюстер үстінде 9 км-ге, қоңыржай ендіктерде 10—12 км-ге, ал экватор үстінде 15—17 км-ге дейін созылады. Бұл қабатта атмосфера құрамындағы су буының барлығы дерлік шоғырланған, мұнда бұлттар мен тұмандар пайда болып, ауа райы қалыптасады. Тропосферада ауа температурасы шамамен әр 100 м сайын 0,6°С-қа төмендейді. Мәселен, тропосфераның жоғарғы бөлігінің орташа жылдық температурасы солтүстік полюсте — 55°С болса, экваторда бұл көрсеткіш — 70°С-қа төмендейді.

Тропосфера тропопауза деп аталатын өтпелі жұқа қабат (қальцдығы 1—2 км) арқылы атмосфераның келесі қабаты — стратосфераға ауысады. Стратосфера шамамен 50—55 км биіктікке дейін созылып жатыр. Ауа құрамындағы озоттың күн радиациясын сіңіруіне байланысты бұл қабатта температура биіктеген сайын артады. Шамамен 25 км биіктіктен соң ауа температурасы күрт жоғарылай бастап, 50 км биіктікте максимум шамасына (ГС) жетеді. Шамамен 15—70 км биіктікте оттектің біраз бөлігі ультракүлгін сәулелер әсерінен атомдарға ыдырайды. Бос атомдар құрылымын сақтап қалған оттек молекулаларына қосылып, озонның үш атомды молекулалары түзіледі. Стратосферада бұл процеспен қатар керісінше реакциялар, яғни озонның қайтадан ыдырауы қоса жүреді. Озон негізінен 25—30 км биіктікте шоғырланады, бұл қабатты озотты деп те атайды. Қазіргі кезде озон қабатының жұқаруы шешімін ташаған ғаламдық экологиялық проблемаға айналып отыр.

Атмосфераның ең жоғарғы  қабатында өте жоғары температура (1000— 1500°С) байқалады, сондықтан бұл  қабатты термосфера деп атайды. Термосфера өз кезегінде зарядталған бөлшектерден (иондар) тұратын ионосфера мен "сыртқы атмосфера" деп аталатын экзосфераға  жіктеледі. Термосферада газдардың  температурасы ете жоғары болғанымен, ауаның сиректігіне байланысты осында орналасатын Жердің жасанды серіктеріне  қызып кету каупі төнбейді.

Ионосфера

Ионосферадағы иондалу Күннен келетін ультракүлгін радиация әсерінен жүреді. Ионосферада ғарыштың бөлшектердің ауа бөлшектеріне соқтығысуынан  айрықша жарқырау пайда болады. Жоғары ендіктерде байқалатын бұл электрлік  құбылыстар полярлық шұғыла деп аталады. Экзосферада ете жоғары жылдамдықпен қозғалатын жеңіл газдардың бөлшектері ғарыш кеңістіғіне шашырап кетеді. Соңғы кезге дейін экзосфера, сонымен бірге жалпы Жер атмосферасы 2000—3000 км биіктіктен соң таусылады  деген үғым бар болатын. Қазіргі  заманғы ғарыштық зерттеулер бойынша  экзосферадан шашыраған сутектің Жердің айналасында шамамен 20 000 км биіктікке  дейін созылатын жер тәжі деп  аталатын түзілісті құрайтыны анықталып  отыр. Қазіргі кезде ғарыштық техниканың көмегімен атмосфера қабаттары  қарқынды түрде зерттеліп жатқанымен, оның жоғары қабаттарының адамзатқа  түсініксіз құпиялары әлі де болса  жетерлік.

Атмосфераның жылынуы. Күн  энергиясы — Жер шарындағы  тіршіліктің арқауы және көптеген табиғи процестердің қозғаушы күші. Жер шары Күннен жылына 5628 -1021 Дж/см2 энергия  алады, бұл жалпы күн энергиясының 2 миллиардтан бір бөлігі ғана. Соған  қарамастан бар болғаны 36 сағ ішінде Күннің Жерге беретін жылуының мөлшері  дүниежүзіндегі барлық электрстансыларының  жыл бойы өндіретін энергиясына  пара-пар болады.

Сендер өткен сыныптардағы география сабақтарынан күн радиациясының  тура, шашыранды түрлері болатының  және олардың жиынтық радиацияны құрайтынын білесіндер. Шашыранды радиация үлесіне, шамамен, Күннен келетін радиация мелшерінің 25%-ға жуығы тиесілі. Жиынтық радиацияның жылдық мөлшері күн сөулелерінің жер бетіне түсу бұрышына, атмосфераның мөлдірлігіне және жарық түсу ұзақтығына тәуелді. Жалпы алғанда, жиынтық радиация мелшері экваторлық және тропиктік ендіктерден полюстерге қарай азаяды.

Жер бетінің күн сәулесін кері шағылдыруы альбедо деп аталады, оның көрсеткіші жердің төсеніш жамылғысының сипатына байланысты болады. Мәселен, жаңа жауған қар күн радиациясының 90%-ға жуығын шағылдырса, құм 35—40%, өсімдік  жамылғысы 10—25%, ал ылғал топырақ 5%-ын ғана кері қайтарады (жиынтық радиацияның  жер бетіне жұтылған бөлігін не деп  атайды?). Шағылу есебінен күн радиациясының 5—20%-ға жуығы жоғалады. Шағылған радиацияның  басым бөлігі әлем кеңістігіне сіңіп  жоқ болады.

Атмосферада күн сәулелерін озон, көмірқышқыл газы мен бұлттар, су тамшылары мен шаң-тозаң жұтады. Жалпы алғанда, атмосферада Күннен келетін радиацияның 15—20%-ы жұтылады. Осылайша күннің сәулелік энергиясының біразы атмосферада жылуға айналса, басым бөлігі жер бетін жылытуға жұмсалады. Кез келген қызған денелер  жылу бөлетіні сияқты, жер бетінен  көтерілген жылу атмосфераның төменгі  қабатын жылытады. Жиынтық радиацияның  кері шағылу мен жер бетінің жылулық  сәулеленуіне жұмсалғаннан қапған бөлігін  радизциялық баланс немесе қапдық радиация деп атайды. Радиациялық баланс мөлшері экватордан полюстерге қарай кемиді. Қоңыржай ендіктерде қыс кезінде радиациялық баланс теріс мәнге ие, ал экватордан, шамамен, 40' ендіктер аралығында бұл көрсеткіш жыл бойы оң болады.

Ауа температурасының атмосферада  таралуы мен онъщ үздіксіз өзгерістері  атмосфераның жылу режімі деп аталады, ол атмосфера мен қоршаған орта арасындағы жылу алмасуы нәтижесінде жүзеге асады. Тропосферада жұтылған радиация тәулігіне ауа температурасын 0,5°С-ка ғана жоғарылата алады. Сондықтан атмосфераның жылу режімінде атмосфера мен  жер беті арасындағы жылу мен ылғал  алмасуы маңызды рөл аткарады. Ауа температурасының өзгеруіне  Жер шарының басқа бөліктерінен келетін ауа массаларының келуі (адвекция) де әсер етеді. Бұл туралы келесі тақырыптан таныса аласыңдар.

Атмосфера құрамындағы ылғал. Атмосфера құрамында жалпы көлемі 13 мың км3 болатын су буы бар, оның атмосферадағы үлесі ұдайы өзгеріл  отырады. Ауаның ылғал сыйымдылығы  оның температурасына байланысты болады. Температурасы неғүрлым жоғарылаған  сайын ауа өзінің құрамында соғұрлым көп су буын ұстай алады, ал суық ауа ылғалға қанығу шегіне аназғұрлым жылдам жетеді. Жылы, ылғалды ауа  жоғары көтерілген кезде суының, конденсацияланады. Яғни, ауа құрамындағы су буы бөлінен  шығып, тамшы күйіне өтеді. Су тамшылары  мен мұз кристалдарының тұтасуынан бұлттар пайда болатынын білесідцер. Су буынын конденсациясы жүзеге асатын ауа температурасын шық нүктесі  деп атайды

Парникті эффект (жылу эффекті).

 

Жанғыш қазбаларды өртеу және басқа  да өнеркәсіптік процестер әсерінен бөлініп, атмосферада жинақталатын көмір қышқыл газ (С0₂ ), көмірсутектер, яғни, метан (СН₄), этан (С₂Н₆) және т.б. (жоғары концентрациясы болмаса бұл заттар жекелей аса қауіпті емес) газдары парникті эффектінің пайда болуына алып келеді. Парникті эффектінің механизмі қарапайым. Бұлтсыз ауа райы ашық кезде күн сәулелері Жер бетіне оңай жетіп топырақ, өсімдіктер жамылғысымен сіңіріледі. Жер беті қызған соң жылу энергиясын ұзын толқынды сәулелену түрінде атмосфераға қайта береді. Алайда бұл жылу энергиясы атмосферада шашырамай жоғарыда айтылған газдардың молекулаларымен сіңіріліп (С02 жылу энергиясының 18%-ын сіңіреді), молекулалардың қарқынды қозғалысына және температураның көтерілуіне алып келеді. Атмосфералық газдар (азот, оттегі, су парлары) жылу сәулелерін сіңірмей, керісінше оларды шашыратады. С0₂-нің концентрациясы жыл сайын 0,8-1,5 мг/кг-ға көтерілуде. Зерттеулер бойынша СО₂-нің мөлшері ауада екі есе көбейсе, орташа температура 3°С-5°С-қа көтеріледі. Бұл өз кезегінде климаттың ғаламдық жылуына, яғни, Антарктидадағы мұздықтардың жаппай еруіне, Әлемдік мұхиттың орташа деңгейінің көтерілуіне, көптеген жердің су астында қалуына және басқа да жағымсыз жағдайларға алыпкеледі. 
 

Климаттың ғаламдық жылуы - биосфераның антропогендік ластануының бір көрінісі. Бұл климаттың және биотаның өзгеруі: экожүйедегі өнімділік процестерінің, өсімдіктер қауымдастықтары шекараларының, ауыл шаруашылығы дақылдарының өнімділігінің өзгеруінен білінеді. Әсіресе климаттық өзгерістер Солтүстік жарты шардың жоғары және орта ендіктерінде қатты байқалады. Бұл аймақтардың табиғаты әртүрлі әсерлерді қабылдағыш келеді, сондықтан да оның қайта қалпына келуі өте баяу жүреді. Болжамдар бойынша, температураның көтерілуі дәл осы жерлерде жоғары болады. Тайганың аумағы кей жерлерде солтүстікке қарай 100-200 км-ге, кей жерлерде одан азырақ жылжиды. Температураның көтерілуіне байланысты мұхиттардың деңгейі 0,1- 0,2 м көтеріледі. Бұл өз кезегінде үлкен өзен аңғарларының (әсіресе Сібір өзендерінің) су астында қалуына алып келеді. 
Мәліметтер бойынша келесі ғасырдың басына дейін Жер бетінің температурасы 1,4°С-қа көтеріледі. 1997 ж. Киото хаттамасына сәйкес, өнеркәсібі дамыған елдер 2008-2012 жылдары 1990 жылмен салыстырғанда парникті газдардың атмосфераға бөлінуін 55%-ға дейін азайту керек. Алайда бұл хаттаманың шешімдері әлі күнге дейін күшіне енген жоқ. Өйткені дамыған елдер бұл шешімнің дұрыстығына күмәнмен қарауда. 2000 жылы Гаага қаласында өткен конференцияда әрбір индустриалды елде зиянды заттарды атмосфераға бөлуді азайтудың ұлттық саясаты жүргізілу керектігі туралы шешім қабылданды. Өкінішке орай, көптеген елдер көміртегінің атмосферадағы азаюын ормандар мен топырақтың сіңіруінен емес өздерінің іс-әрекеттері арқасында деп көрсеткісі келеді. Қазақстан да 2006 жылға дейін 2008-2012 жылдар аралығында парникті газдарды атмосфераға шығаруды азайту бойынша міндеттеме алып, анықталуы керек еді. Бірақ іс жүзінде бұл мәселе тек қағаз жүзінде қалып отыр.

Қышқыл жаңбырлар.

 

Ғаламдық негізгі экологиялық  проблемалардың бірі атмосферадағы  ластаушы заттардың ұзақ қашықтықтарға  тасымалдануы. Алғашында бұл проблема радиоактивті заттардың үлкен қашықтықтарға  таралуына байланысты пайда болды. Негізінен күкірт диоксиді және оның қосылыстары, азот оксиді және оның қосылыстары, ауыр металдар (әсіресе сынап), пестицидтер, радиоактивті заттар сияқты улылығы жоғары заттардың таралуына баса назар аударған жөн. 
Күкірт диоксиді мен азот оксидтерінің жуылуы күкірт жөне азотқышқылдарының түзілуіне әсер етеді. Бұл үлкен территориялардағы табиғи ортаның жалпы қышқылдануына, айтарлықтай экологиялық өзгерістерге алып келді. Түзілген қышқылда р және олардың қосылыстары жауған жауын- шашынның құрамында, қардың, жер бетіндегі су айдындарында және топырақтың құрамында кездесіп экожүйелерге жағымсыз әсер етуде. Күкірт диоксиді және азот оксидтерімен болатын қышқыл жаңбырлар орман биоценоздарына үлкен зиян әкелуде. Қышқыл жаңбырлардан жалпақ жапырақ ты ормандарға қарағанда қылқан жапырақты ормандар қатты зардап шегеді. Қышқыл жаңбырлар топырақ қышқылдығын тудырады. Нәтижесінде минералдық тыңайтқыштардың пайдасы азаяды. Әсіресе бұл шымды күлгін топырақтарда қатты байқалады. Адам организміндегі алғашқы жағымсыз реакциялар ауа құрамындағы сульфаттардың концентрациясы 6-10 мкг/м3, күкіртті газ - 50 мкг/м3 - ге жеткенде пайда болады. Бұл қосылыстарды әсіресе өсімдіктер өте сезгіш. Қыналардың кейбір түрлері күкірт қышқылының концентрациясы 10-30 мкг/м3, қылқан жапырақтылар - шекті мөлшерден бар болғаны 3-4 есе көбейгенде тіршілігін жояды. Тұщы сулардың қышқылдығы рН < 5,5 (табиғи суларда 5,6-ға жақын) көрсеткіште балықтардың көбеюі төмендеп, рН = 4,5 жағдайда көбею жүрмейді. Қазіргі таңда антропогендік әсерден бөлінетін күкірт диоксидінің мөлшері жылына 150 млн тоннаны құрайды. Көмірді пайдалану күкірттің көп бөлінуіне алып келеді. Жер шарының кейбір аудандарында, әсіресе Европада, Солтүстік Америкада антропогендік күкірттің түсуі көп мөлшерге жетті. Жер бетіне түскен қышқылдар мен сульфаттар топырақ құрамына (топырақтың қышқылдануы), өсімдіктер жабынына, су айдындарының қышқылдануына алып келуде. 
 
Атмосфераны күкірт диоксидінен қорғау, оларды ауа бассейнінің жоғары қабаттарында шашырату арқылы жүзеге асыруға болады. Ол үшін жылу электр орталықтары мұржаларының биіктігі 180, 250, тіпті 370 м биіктікте болуы керек. Одан басқ а жолы - отынды пайдаланбас бұрын құрамындағы күкіртті отынды бөліп алу қажет. 
 
Улы және фотохимиялық тұман. Үлкен қалаларға тән, жиі байқалатын құбылыс - улы туман (тұман мен түтіннің қосылысы). УЛЫ тұмандар үш түрлі - ылғалды, құрғақ және мұзды болып келеді. Ылғалды улы тұман (Лондондық тип) - газтәрізді ластаушы заттар, шаң және тұман тамшыларының қосылыстары. Бұл қосылыстағы заттар бір-бірімен химиялық реакцияға түсіп бастапқы түрлерінен әлдеқайда қауіпті қосылыстар түзеді. Атмосфералық ауаның 100-200 метр биіктігінде улы, сарғыш түсті лас, ылғалды улы тұман осылай пайда болады. Мұндай тұман теңізге жақын, тұманды, ауаның салыстырмалы ылғалдылығы жоғары елдерде түзіледі. Құрғақ улы тұман (Лос-Анджелестік тип) - озонның пайда болуы кезінде химиялық реакциялардың әсерінен атмосфералық ауаның екінші рет ластануы. Құрғақ улы тұман Лос-Анджелесте (АҚШ) қалың тұман емес, көкшіл түтін түзеді. Улы тұманның үшінші түрі - мұзды улы тұман (Аляскалық тип). Ол Арктика мен Субарктикада антициклон кезінде төменгі температурада пайда болады. Мұндай ауа райында ластағыш заттардың аз мөлшерде бөлінуінің өзі мұздың майда кристалдарынан тұратын қалың тұманның пайда болуына алып келеді. Сондай-ақ улы тұман шұңқырлы жерлерде орналасқан қалаларға, мысалы, Алматы, Ереван, Кемерово, Новокузнецк, Братск, Мехико және т.б. тән. Улы тұман кезінде, жарықтың әсерінен зиянды заттардың ауа, ылғал компоненттерімен фотохимиялық реакциялары нәтижесінде қосымша улы өнімдер (альдегидтер, кетондар) түзіледі. 
Атмосфералық ауаның тұмандануы қала микроклиматының нашарлауына - тұманды күндердің көбеюіне, атмосфераның тұнықтығына, мөлдірлігіне әсер етеді. Мысалы, 1948 жылы 26 қазанда Донора (АҚШ, Пенсильвания) қаласында қалың тұман мен түтіннің қосылуынан (улы тұман) жолдың көрінуі өте нашарлап қаланы қара күйе басып қалған. Адамдардың тыныс алуы қиындап, тамақтары ауырып, көздері ашып, құсқылары келген. Сөйтіп жаңбыр жауғанға дейін 3-4 күннің ішінде 14000 қала тұрғындарының 6000 тұрғын ауырып, 20 адам қайтыс болған. Сонымен қатар көптеген құстар, иттер мен мысықтар да өлген. 1952 жылы желтоқсанда Лондон қаласында улы тұманның әсерінен 3-4 күн ішінде 4000 адам қайтыс болды. Себебі ауасы лас қалада жел болмай, атмосфералық ауа құрамындағы күкіртті ангидридтің мөлшері қатты көбейіп кеткен. XX ғасырдың 30-шы жылдарынан бастап Лос-Анджелес қаласында да жылдың ЖЫЛЫ маусымында, әдетте жазда және ерте күзде ылғалдылығы 70% құрайтын тұман пайда бола бастады. Бұл тұманды фотохимиялык, тұман деп атайды. Улы тұман кезінде көріну қабілеттілігі нашарлап, үй жануарлары (ит, құс) еле бастайды. Адамдардың тыныс алуы қиындап, көздері жасаурап, тамақ пен мұрынның шырышты қабаттарының тітіркенуіне, өкпе және басқа да созылмалы аурулардың қозуына алып келеді. Улы тұман өсімдіктерге, әсіресе бұршақ, қызылша, астық тұқымдастар, жүзім және сәнді өсімдіктерге де зияны көп. Алдымен жапырақтары ісініп, біраз уақыттан кейін жапырақтың төменгі жағы ақшылданады және сарғаяды да, өсімдік қурай бастайды.