Атмосфераға химиялық элементтердің (газ күйінде ) келуінің табиғи жолдары.

Атмофераға газдар төрт түрлі табиғи жолдармен түседі:

• магманың жер тереңдігіндегі балқыған масса гассыздануы;

• организмдердің тіршілік өмірі;

• электр разряды әсерінен жүретін химиялық реакциялар;

• cұйықтардың сәулеленуі және булануы.

Газдардың атмосферадан бөлініп кетулері көбірек олар:

химиялық реакциялар;

суда еру;

организмдермен жұтылуы;

конденсация және космосқа таралуы (атмосфера газдарының стоктары

(бөлініп кетуі).

Жер бетінің бәрінде немесе (химиялық реакциялар үшін ) атмосфера

резервуарларының барлық көлемінде таралған.

Атмосфераға түсетін газдардың көздері кейбір газдар үшін көп жерлерге таралған (О₂ және СО₂ үшін ), ал кейбір газдар үшін (SO₂ , HCl т.с.с) белгілі бір жерлерге ғана таралған көздер бір уақытта стоктар ролін де атқарады. Себебі газдың жұтылу − бөліну процестерінің қайтымды болуы.

Мұндай қайтымды көздер: еру − ерітіндіден бөліну; кейбір химиялық рекациялар; тірі организмдер; және булану − конденсациялану.

Көздердің түрлері. Магманың газсыздануы. Планетаның түзілу кезеңінде газдардың көп мөлшері үлкен қысымның әсерінен магмада қысылып қалып, магманың жер үстіне шығуына байланысты (мысалы, вулкан атқылағанда) бірте−бірте магмадан бөлінген. Газсыздану процесі жердің жас және ыстық кезеңінде күшті жүрген.

Сол кезде атмосфераға СО₂ , SO₂ , галогенсутектер, аз мөлшерде азот және инертті газдар бөлінген. Жоғарыда айтылған газдардың СО₂ және SO₂ – ден басқалары үшін магма осы кезде де газдың негізгі көзі болып табылады. Газдардың магмалық көздері негізінен белгілі бір жерлерде ғана ( жанар таудың тесіктері, кейбір тау аймақтары ) , ал газдардың аздаған мөлшері ( ең алдымен гелий және радон ) Жердің барлық бетінде түзіледі.

Сулы ерітінділерден бөліну. Атмосфера мұхиттармен ылғи байланыста болатындықтан, мұхитта еріген әртүрлі газдар белгілі бір жағдайларда гидросферадан атмосфераға көше алады. СО₂ газы үшін бұл процесс өте маңызды.

Организмдердің тіршілік әрекеті. Организмдер тіршілік әрекетінің нәтижесінде әртүрлі газдарды бөледі. Бөлінгенде мөлшерде оттек газы ( фотосинтез әсерінен ):

6СО₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Және көмірқышқыл газы ( демалу процесінен )бөлінеді:

«С» + O₂ = CO₂ ,

(«С»−органикалық заттарда болатын көміртек) Жердің жас кезінде көмірқышқыл газы тек магмадан бөлінген бөлек, қазір оның барлық мөлшері организмдердің демалу процесінде түзіледі. Ал оттек болса, ол тек фотосинтез өнімі ретінде түзіледі, оттек магмада жоқ, себебі ол магмадағы екі валентті темірмен және сульфиттермен әрекеттесіп жойылады.

СО₂ және O₂ – заттардың аэробты алмасуының өнімдері ( оттек қатысындағы зат алмасу ). Одан басқа, заттардың анаэробты алмасуы да басады ( анаэробты демалу, ашу, шіру, сульфаттардың тотықсыздануы, денитрификация т.б. ), бұл кезде көптеген тотықсызданғыш газдар, мысалы,

CH₄, H₂S, NH₃, COS, PH₃

және басқалар, түзіледі. Газдардың биологиялық көздерін және стоктарын барлық жер бетін таралған деп есептейді.

Химиялық реакциялар.Атмосферада болатын энергетикалық ағымдар газдар қатысында жүретін әртүрлі химиялық реакцияларды қамтамасыз етеді. Мұндай реакциялардың өнімдері реакцияға өте қабілетті болады. Энергетикалық ағымдардың екі түрлі бар – электрмагниттік сәулелену және найзағай разряды атмосфераға азот ( ΙΙ) оксиді мен озон береді:

N₂ + O_{2( разряд)} = 2NO

3O_{2( разряд)} = 2O₃

Реакцияға қабілетті заттардың атмосферада болу уақыты көп емес. Мысалы, азот ( ΙΙ) оксиді ауадағы оттекпен тез әрекеттесіп азоттың ( ΙV ) басқа оксидін түзеді:

2NO + O₂ = 2NO₂

Булану. Заттың қайнау температурасы ауаның температурасына жақын болған сайын, ол булану кезінде атмосфераға көп мөлшерде ауысады. Булану заттың қайнау температурасынан төмен температурада жүреді. Бұл кезде атмосфераның температурасы сұйықтық қайнау температурасына жақын болған сайын будың концентрациясы ( парциялды қысымы ) жоғары болады. Будың парциялды қысымы қайнау температурасында атмосфера қысымына тең.

Дәріс 11.

Атмосфералық озон. Географиялық таралуы. Стратосферадағы озон. Каталитикалық цикл. Озонның ауа райы мен климатқа әсері. “Озон тесіктерінің”пайда болу мәселелері, антропогенді (химиялық) және метеорологиялық гипотезалар

Атмосферадан бөлінудің ( стоктар ) түрлері.

Космосқа шашырап тарау. Атмосферадағы жеңіл газдардың ( H₂ және He) аздаған мөлшері жылулық қозғалыстың әсерінен екінші космостық жылдамдықтан ( 11,3 м/с) артық жылдамдыққа не болуы мүмкін, соның нәтижесінде жердің тартылыс күшінен кетіп, атмосферадан да бұл газдар жоғалады.

Еріту. Суда жақсы еритін газдар жауын − шашынмен атмосферадан тең кетеді. Осындай себептің әсерінен хлорсутек және фторсутек, магмадан өте көп мөлшерде бөлінетініне ( HCl - 8∙10⁶ т/жыл, HF - 4∙10³ т/жыл ) қарамастан, атмосферада тұрақтамайды.

Организмдердің тіршілік әрекеті. Организмдердің қоршаған ортамен бөлінуімен ( организм – көз ) және жұтылуымен ( организм – сток ) байланысты қарастырады. Ең бірінші, организмдер өздері шығаратын газдарды жұтады ( сіңіреді ) : оттекті ( демалу арқылы ) және көмірқышқыл газын ( фотосинтез арқылы ) сіңіреді. Өте мардымсыз мөлшердегі ( следовые газы ) газдарды да организмдер сіңіреді.

Сәулелену әсерінен бұзылу. Атмосфераның жоғары қабаттарына дейін өткен ультракүлгін сәулелердің әсерінен барлық күрделі молекулалар ыдырап бұзылады.

Конденсация. Конденсация булануға қарсы процесс. Конденсация атмосфераның температурасы сұйықтардың қайнау температурасына, төмен жағдайда жүреді. Будың конденсациясы аз болған сайын, қайнау температурасы мен атмосфераның температурасының айырмашылығы конденсация үшін көп болуы қажет. Сондықтан конденсация концентрациясы жоғары газдар үшін немесе қайнау температурасы жоғары заттар үшін ғана олардың атмосферадан кету ( сток ) жолы болып табылады. Мысал ретінде суды және апаттар кезінде бөлінетін ластаушы заттардың буларының конденсациялануын айтуға болады.

Атмосфераны глобальды масштабта тепе−теңдік күйде деп қарастыруға болатындықтан, оның моделі жасалынған, бұл модель бойынша, атмосфера бірімен–бірі осал тепе-теңдікте болатын үш бөліктен тұрады олар: көздер, резервуар (атмосфераның өзі) және смогтар.

Көздер ұзақ уақыт бойы тұрақты болу қажет өйтпеген күнде тепе-теңдік бұзылады. Тепе-теңдіктің бұзылуы бізге белгілі және қорқынышты, мысалы ол адамдардың қазба отындарды көп мөлшерде пайдалануынан шығатын CO₂ көзінің көбеюі, соның салдарынан атмосферада CO₂ концентрацисының ұдайы өсуі болып табылады.

Атмосфераның микрокомпоненттерінің көптеген көздері бар, оларды геохимиялық, биологиялық және адамзаттық (антропогендік)

деп бөлуге болады.

Кейбір көздерді бұл категориялар бойынша анықтау қиын. Мысалы орман ағаштарының өртін қай категорияға–геохимиялық, биологиялық немесе антропогендік (әсіресе ағаштардың отырғызылуы және оларда өрттің шығуы адамдардың іс-әрекетінен болса) категорияға жатқызуға болады. Көздерді біздің осындай категорияға бөлуіміз онша дәл болмаса да оларды осылай қарастыру дұрыс сияқты.

Дәріс 12

Атмосферадағы газфазалы реакциялар – смогтардың пайда болуы Қышқылдық жаңбырлар және фотохимиялық түтінді-тұман түзілуі