Кесте 2. Тропосферадағы құрғақ ауаның химиялық құрамы.

Газ	Құрамы, көлемі %	Газ	Құрамы, көлемі %
N2	78,09	Kr	1,0∙10 – 4
O2	2, 5	CH4	1,4∙10 – 5
Ar	0,93	H2	5,0∙10 – 6
CO2	0,03	Xe	8,0∙10 – 5
Ne	1,8∙10 – 4	NOx	5,0∙10 – 5
He	5,24∙10 – 4	O3	1,0∙10 – 6

Бұл проблема төңірегінде (кейде Гея теориясы деп атайды) көптеген философиялық пікірталастар Гея теориясы бойынша, биология Жер планетасының тірі организмдердің тұрақтандыруға қабілетін бақылайды, ол үшін атмосфераны, мұхиттарды, құрлықтарды тіршілік өмірдің болуына және дамуына ыңғайлы жасайды. Гея көзқарастарының жақтастары әзірше аз, бірақ бұл идеялар геохимиялық циклдегі организмдердің рөлі туралы пікірлерге стимул жасайды.

Атмосфераның жалпы құрамы Жер бетінің барлық жерінде бірдей дерлік, себебі оған атмосфера шеңбері болатын күшті араластырылу әсер етеді. Горизантальді бағыттағы араластырылу Жердің айналуынан болады.

Атмосфераның жоғарғы және төменгі шектерінде жағдайлардың өте күшті айырмашылығы бар: төменнен атмофераға Жердің тартылу күші мен жылуы, ал жоғарыдан Күннің сәулеленуі әсер етеді. Бұл әсерлердің нәтижесінде Жер атмосферасының вертикальді құрылымы айтарлықтай күрделі, сондықтан атмосфераны бірнеше концентрлі резервуарларға бөліп қарастырады.

Жердің тартылыс күшінің әсерінен ауаның тығыздығы биіктеген сайын тез азаяды. Бұл азаю дәрежелік функциямен сипатталады: биіктіктің әрбір 5850 метрінде қысым (демек, газдың концентрациясы) 2 есе азаяды (8 – суреттегі қисықтардың әрбір иілісі температураның әртүрлі биіктіктегі айырмашылығын көрстеді). Жердің бетіне дейін тек жақын УК, жақын ИҚ және көрінетін жарық қана жетеді, басқа сәулелердің барлығы атмосфера газдарымен жұтылады. Жер бетіне жеткен сәулеленулер оны қыздырады. Жердің беті өз кезегінде, біріншіден, ауаны қыздырады, екіншіден, ИҚ сәулеленуді бөледі, бұл сәулеленуді буландырылған газдар (парниковые газы) жұтып, атмосфераны қосымша қыздырады.

Қызған ауа конвекциялық ағынмен жоғары көтеріледі. Көтерілетін газдың температурасы нөлден басқаша болғандықтан ол (бірінші кезекте ондағы буландырылған газдар) ИҚ сәулеленуді шығарады. Бұл сәулелену буландырылған газдармен жұтылып қайтадан шығарылатындықтан атмосфераның жоғарғы (сиретілген) қабаттарында жұтылу аз, сондықтан атмосфера биіктік өскен сайын суынады, 20 км биіктікте ауаның орташа температурасы -60⁰С–ге дейін төмендейді.

Жоғарғы қабатта ауаның сиректілігі сонша, оған орта және қатқыл ультракүлгіндер өтіп, озонның фотохимиялық түзілуі мен ыдырау реакциясын тудырады. О₃ және О₂–нің атомарлы оттектен түзілген кезде энергия бөлінеді, сондықтан 20 км–ден жоғары атмосфераның температурасы қайтадан өсе бастайды (шын мәнінде, осы реакциялардың нәтижесінде электрмагниттік сәулелену жылу энергиясына айналады. Температураның бірінші минимумының облысы тропопауза деп аталады, ол атмосфераның төменгі бөлігін (тропосфера) жоғарғы бөлігінен (стратосфера) бөліп тұрады.

Тропопауза конвекциялық ағындардың өтуіне кедергі жасайтын тосқауыл сияқты. Тропосфералық газдар стратосфераға тек диффузия арқылы өтеді, сондықтан тропосфераға түскен ластаушы заттар стратосфераға тез өте алмайды (10 жылдан кейін өтеді).

Стратосферадан стратопаузаға дейін биіктеген сайын температурада өседі. Стратопаузадан жоғарыда ауаның сиректілігі сонша, ол тіпті қатқыл ультракүлгін сәулелерді өзінен өткізеді, сондықтан Күн сәулесін жұтудан онда қызу болмайды. Одан да жоғары, 80 км биіктікте газдар вакуумды улбтракүлгінмен және рентген сәулелерімен әрекеттеседі, соның әсерінен газдардың молекуласынан электрондар бөлініп, молекулалары бұзылады. Соның салдарынан осы облыстан жоғары биіктікте (мезопауза) бос эектрондардың жоғары концентрациясы (10⁵ эл/см³) және сонымен бірге экзотикалық бөлшектер О₂⁺, О⁺, Н₅О₂⁺ т.с.с. болады.

Иондардың концентрациясы көп болатындықтан атмосфераның мезопаузадан жоғары қабатын ионосфера деп атайды. Ионосфераның температурасы биіктеген сайын өседі. Бұның себебі иондар мен электрондардың бөлінуімен жүреді. Атмосфераның ең жоғары қабаттарына кинетикалық энергиялары жоғары бөлшектер ғана жете алады.

Су булары да маңызды газдар, бірақ олардың мөлшері күшті құбылып, өзгеріп отырады. Атмосферада судың концентрациясы температураға тәуелді.

Көміртек диоксидінің концентрациясы көптеген басқа инертті (әрекеттеспейтін) микрокомпонентті газдармен салыстырғанда аз. Су және СО₂-ге (аз дәрежеде) қарағанда,көптеген газдардың атмосферадағы концентрациясы тұрақты. Бұдан интернетті газдардың маңызы жоқ деп айтуға болмайды, бірақ атмосфераны зерттейтін химиктердің назарын әдетте реакцияға қабілетті газдар аударады.

3-кесте ластанбаған ауаның жалпы құрамы берілген. Кестеде фон (орта) ретінде болатын компоненттер берілген, ол орталарда атмосфералық химиялық реакциялар жүреді.

3-кесте Ластанбаған ауаның жалпы құрамы

Газ	Концентрация
Азот	78,084 %
Оттек	20,946 %
Аргон	0,934 %
Су	0,5-4 %
Көмірқышқыл газы	360 ppm
Неон	18,18 ppm
Гелий	5,24 ppm
Метан	1,7 ppm
Критон	1,14 ppm
Сутек	0.5 ppm
Ксенон	0.087 ppm

Дәріс 7

Атмосфераның заманауи химиялық компоненттері Атмосфераға химиялық элементтердің табиғи түсу жолдары (газ түрінде).

Атмосферадағы микрокомпонентті газдарды қарастырайық. Реакцияға қабілетті онша емес метан газын алайык. Оның атмосферадағы мөлшері 1,7 ррт жуық.

Метан оттекпен төмендегідей әрекеттеседі:

СН₄+2О₂→СО₂ + 2Н₂О

Реакция тепе-теңдік күйде деп есептеп тепе-теңдік константасының теңдеуін жазайык.

Теңдеуді қысым арқылы жазсақ:

Тепе-теңдік константасы шамамен 10¹⁴⁰-не тең. Константасының бұл үлкен мәні реакцияның тепе-теңдігі оң жаққа күшті ығысқанын көрсетеді, демек атмосферада СН₄ –тің концентрациясы өте төмен. Бұдан атмосферадағы газдардың тепе-теңдікте болуы міндетті еместігін көрсетеміз. Бұл атмосфераның тұрақсыздығын көрсетпейді, тек оның химиялық тепе-теңдікпен сипатталмайтынын білдіреді.

Көптеген микрокомпонентті газдар атмосферада тұрақты күйде болады. Бұл күй газдың атмосфераға түсіп және одан шығуының арасындағы теңдікті (баланс) көрсетеді.

Атмосфера үшін газдың көзі мен олардың атмосферадан кетуінің арасында баланстың болуы өье қажет. Бұл жағдай төмендегі теңдеумен жиі сипатталады:

Ғ_кіріс = Ғ _шығыс = А/τ

Мұнда Ғ_кіріс және Ғ _шығыс - атмосфераға келген және одан кеткен газдың ағыны, А-атмосферадағы газдың жалпы мөлшері; τ-газдың атмосферада болған уақыты.

Тепе-теңдік жағдайында кіріс шығысқа тең болуы керек. Бұл кезде жүйені тұрақты деп есептейді. Метанның атмосфераға келуінің жылдамдығы 500 Т · жыл^-1 (яғни 500·10⁹ кг Т · жыл^-1 ). СН₄–тің атмосферадағы құрамы 1,7 ррж.Атмосфераның жалпы жалпы массасы 5,2·10¹⁸ кг. Егер метан мен атмосфераның молекулалық массаларының аздаған айырмашылығын (яғни, 16/29) ескерсек, онда СН₄–тің атмосферадағы жалпы массасы 4,8·10¹² кг. тең. Бұл мәндерді теңдеуге қойсақ, метанның атмосферада болған уақыты τ=9,75 жыл болатынын көреміз. Бұл уақыт метанның атмосферадағы орташа өмірін береді (егер атмосфера жақсы араластырылған болса).

Атмосфераның қазіргі кездегі химиялық компоненттері.

Азот (N₂) және оның қосылыстары

Азоттың молекуласында берік үш байланыс болатындықтан оның реакцияға қабілеті аз. Салмағы ауыр,суда ермейтін және химиялық инертті болғандықтан бұл газдар атмосферадан кетпейді деуге болады. Инертті газдардан кейін азоттың атмосферада болу уақытын ең үлкен -10⁶ жылға тең.

Азоттың биохимиялық рөлі екі жақты,

біріншіден, радиацияға қабілетті өте күшті оттекті сұйылтады-әдетте өсімдіктердің бәрі жанып кеткен болар еді.

Екіншіден, оның химиялық реакцияға түсетін мөлшері барлық биосфераны қосылыстарымен қамтамасыз етуге жеткілікті.

Азоттың молекуласында берік үш байланыс болатындықтан оның реакцияға қабілеті аз.

Салмағы ауыр,суда ермейтін және химиялық инертті болғандықтан бұл газдар атмосферадан кетпейді деуге болады. Инертті газдардан кейін азоттың атмосферада болу уақытын ең үлкен -10⁶ жылға тең.

Азоттың биохимиялық рөлі екі жақты, біріншіден, радиацияға қабілетті өте күшті оттекті сұйылтады-әдетте өсімдіктердің бәрі жанып кеткен болар еді.Екіншіден, оның химиялық реакцияға түсетін мөлшері барлық биосфераны қосылыстарымен қамтамасыз етуге жеткілікті.

Азот реакцияға не нитрофикациялайтын (оны аммоний тұздарына дейін тотықсыздандыратын) бактериялардың әсерінен, не өте жоғары температурада (азот (II) оксидіне дейін тотықтыратын) түседі.

Атмосферада мұндай температура найзағай жарқылында, техносферада-іштен жанатын қозғалтқыштардың карбюраторында (Отто жүйесі) және реактивтерді қозғалтқыштарда түзіледі.

Түзілген NO ауадағы оттекпен тез тотығып NO₂–ні береді, NO₂ оттек қатысында бұлттардағы тамшы суымен әрекеттеседі. Бұл реакцияны жазсақ;

4 NO₂+2 Н₂О+О₂= 4Н NO₃

Шынын айтқанда, бұл реакция едәуір күрделі өтеді (NO₂-нің ауадағы) концентрациясы күшті найзағайдың өзінде өте аз және оның төрт молекуласының кездесу ықтималдығы да аз. Азот оксидтерінің реакцияға түсу қабілеттілігі жоғары болғандықтан олардың атмосферада болу уақыты небәрі 4 тәулік қана.

Азот қышқылы жаңбырдың әсерінен атмосферадан жуылып жерге түседі, топырақта болатын негіздермен бейтараптанады, сөйтіп түзілген нитраттар өсімдіктерге сіңеді.

Оттек ( )

Оттек барлық органикалық заттарды тотықтыратындықтан тірі организмдерге өте қажет. Жүретін тотығу реакциясы организмдер үшін энергия көзі болып табылады. Организмдер оттексіз де энергия алатын процестер де болады (мысалы, аноэробты демалу), бірақ олардан алынатын энергия аздау.

Егер оттек молекуласын молекулалық орбитальдар әдісімен сипаттайтын болсақ, оттек молекуласының бос аңдатушы ( разрыхляющий) орбиталында екі жұпталмаған электрондар болады, демек, оттек молекуласын бирадикал деп қарастырады:

О^. – – О^.

Сондықтан оттек молекуласының реакцияға қабілеттігі өте күшті. Мәселен, газ фазасында оттек көміртек = көміртек қос байланысымен бәсең байланысып, ақырында оларды үзеді:

Дәріс 8.

Атмосфералық ауаның негізгі ластанушы көздері және олардың атмосферадағы орны.

Бұл реакция атмосферадағы этиленнің және терпен буларының тотығуына әкеп соғады. Сонымен қатар, оттек атмосферадағы кейбір процестерде түзілетін радикалдармен әрекеттесіп, гидроперекистер (гидроасқынтотықтар) түзеді:

Олар ауадағы органикалық заттарды тотықтырады. Бұл реакциялар тізбекті сипатта жүреді, нәтижесінде органикалық заттарды ары қарай тотықтыратын өте белсенді гидроксил-радикалдар түзіледі. Дымқыл ауаларда оттек құрамында екі валентті темір болатын (мысалы, оливин) минералдармен де әрекеттеседі:

2Fe₂SiO₄ + О₂ = 2Fe₂O₃ + 2SiO₂

Жер тарихында көп уақыт бойы бұл процесс атмосферада оттектің жиналуына кедергі болып келді, дегенмен, осы уақытта құрамында оттекпен әрекеттесетін екі валентті темір бар минералдар жер бетінде қалған жоқ, сөйтіп, оттектің глобальді айналымына бұл процесс әсер етпейтін болды, бірақ жергілікті жерлерде оттектің концентрациясына әсері бар болуы мүмкін.

Сөйтіп, фотосинтездейтін тірі организмдер оттек ағымының басты көзі. Өнеркәсіптік революцияға дейін (XVIII ғасырдың ортасы) атмосферада оттектің құрамы тұрақты болған (органикалық заттарды демалуымен ыдырауының, сонымен қатар орман өрттерінің нәтижесінде қанша оттек жұтылса, соншасы фотосинтез нәтижесінде бөлініп отырған). Органикалық заттардың аздап балшықтарда болуы оттек концентрациясын ылғида өсіріп отырған, бірақ қазіргі кезде ол процесс мардымсыз жүреді.

Адамдар соңғы екі ғасырда органикалық заттарды жерден қазып алынған отын ретінде «бейіттен» алып, оны жаға бастады, бұл жағдай оттектің шығымына әкеліп соғады. Соның әсерінен глобальді экожүйенің оттек бойынша тұрақтылығы күшті бұзылды атмосферада түзілу жылдамдығы-1,5·10⁹ т/жыл, ал жұмсалу жылдамдығы -2,2·10¹⁰ т\жыл). Дегенмен бұл бұзылулар оттектің жалпы массасымен салыстырғанда бәрібір мардымсыз, демек оттек концентрециясының айтарлықтай өзгерісі осы уақытқа дейін болған жоқ. Оның үстіне қазба отындардың қазіргі кездегі қоры оттектің концентрациясын күшті өзгертуі үшін жеткіліксіз (бірақ CO₂-нің концнетрациясының өсуі туралы олай айта алмаймыз).

Озон

Озон(O₃) түзілуі – жарық энергиясы әсерімен жүретін фотохимиялық процесс. Жарықтың толқын ұзындығы аз болған сайын, оның энергиясы көп. Оттек молекуласын бөлшектерге бөлу үшін толқын ұзындығы 240нм-ден аз болатын ультракүлгін (УК) сәулеленуі қажет:

O₂ + hʋ→ O• + O•

Оттектің атомдары (О) түзіле салып олар озон түзе әрекеттеседі:

O₂ + O• → O₃

Фотохимиялық процестің нәтижесінде түзілген озон (O₃) оның ыдырау реакциясы нәтижесінде теңдесуі мүмкін. Оны оттек атомдарын жоятын процестің реакциясымен бірге былай жазуға болады:

O₃ + hʋ→ O₂+ O•

O₃ + O• → 2O₂

O• + O• +M → O₂ + M

«Үшінші дене» деп аталатын М, реакцияның артық энергиясын жұтады. Үшінші дене ретінде O₂ немесе азот молекуласы (N₂) бола алады «Үшінші денесіз» тізілген О₂ қайтадан ыдырап кетеді. Бұл реакциялар О₃–тің химиясын толық түрде сипаттамайды, сондықтан оттектен басқа оның құрамында сутек (Н), азот (N), және хлор (Cl) болатын реакцияларды қарастыру керек:

OH ^̄ + O₃ → O₂ + HO₂̄ ³

HO₂̄ ³ + O → OH ^̄ + O₂ ,

Бұлардың қосындысы мына реакцияны береді:

О₃ + О → О₂

Осыларға ұқсас реакцияларды басқа формалары үшін де (мысалы, дыбыстан жоғары авиация қозғалтқыштарынан шығатын азот тотығы (NO) немесе тропопаузадан өтіп стратосфераға жететін азоттың шала тотығы (N₂О)] жазуға болады:

NO + O₃ → O₂ + NO₂

NO₂ + O → NO + O₂

N₂O реакцияға бастапқы сатыда түседі:

N₂O + О → 2NO.

Реакцияны хлорфторкөмірсутектерден бөлінетін хлор үшін жазсақ:

O₃ + Cl ̄ → O₂ + ClO ̄

ClO ̄ + O ̄² → O₂ + Cl

Осы үш топтардағы реакциялардан көретініміз: O₃ және атомдық оттек жойылып, ОН, NO немесе Сl радикалдары түзіледі. Сөйтіп, бұл радикалдарды озонның ыдырауының катализаторы ретінде қарауға болады.

Стратосфера озонының химиясы үшін маңызды жағдайды айтсақ, ол жоғарыдағы катализдік реакциялардың ластаушы бір молекуланың әсерінен озонның көптеген молекуласы жойылатынын көрсетуі болып табылады.

ХФУ (хлорфторкөмірсутектер)–стратосферадағы озон қабатын бұзатын себептердің бірі.

Азот қосылыстары, егер олар стратосфераға кіріп жоғарыдағы реакциялар тізбегіне қатысатын болса, онда олар да озон қабатын бұзады. Дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен (сверхзвуковые) үлкен биіктікте ұшатын комерциялық ұшақтардан бөлінетін азот қосылыстары ең бірінші ластаушы заттар болады, себебі бұл газдардың реакцияға қабілеттіктері төмен стратосфераға өтуі баяу болса да оларды ұшақтардың өзі жоғары қабаттарға алып барады.

Көмірқышқыл газы (CO₂ )

Оттек сияқты көмірқышқыл газының пайда болу және жұмсалу көздері болып тірі организмдер саналады. Көмірқышқыл газы өсімдіктерге олардың күрделі органикалық заттардың фотосинтезі үшін қажет, фотосинтез реакциясынан организмдер энергия алады және өздерінің дене мүшесін қалыптастыратын материалдар алады. Қазіргі кезде көмірқышқыл газы тапшы ресурстарға жатады, сол себепті оның атмосферада болу уақыты үлкен емес –4 жыл (ал оттектің уақыты 5000 жыл).

Өнеркәсіптік революцияға дейін атмосфера көмірқышқыл газы бойынша тұрақты болған (органикалық заттардан мысалы, торфтан аздап шығарылатынын есептемегенде). Глобальды экожүйеде атмосферадағы CO₂ көмірқышқыл газының концентрациясы миллион жылдар бойы тұрақты болады. Бірақ қазбалы отындарды жағудың әсерінен атмосфераға көмірқышқыл газының қосымша мөлшерлері түсе бастады. Бұған жер жыртудың әсерінен гумустың бұзылуы нәтижесінде пайда болатын көмірқышқыл газы қосылды.

Жер қыртысын бүлдіріп, ағаштарды жоюдың әсерінен фотосинтездің өсуі көмірқышқыл газының концентрациясының өсуінен аз жердегі гумус қабаттың бүлінуі атмосферада көмірқышқыл газын көбейтеді.

11–суретте 1850 жылдан бастап атмосферада көмірқышқыл газының өсуі көрсетілген.

11- сурет. Атмосферада көмірқышқыл газы мөлшерінің 1958 жылдан 1998 жылға дейіңгі өзгерісі

Дәріс 9

Атмосфераға микрокомпонеттердің түсу жолдарының геохимиялық көзі

Ең күшті геохимиялық көздер болып немесе тасымалданатын шаңдар және теңіз шашырандылары болуы мүмкін олар атмосфераға қатты заттардың орасан көп мөлшерін әкеледі.

Шаң – негізінен аридтық (аридный) аймақтардың топырағы. Егер бұл шаңдардың беттік қабаттары өте жұқа болатын болса, онда олар көп жерлерге тарап, материалдардың қайта бөлінуінде маңызды рөл атқарады. Дегенмен шаңдардың атмосферадағы химялық әсері онша емес, себебі олардың химялық белсенділігі әлсіз. Оған қарағанда тұз бөлшектерін желдің әсерінен тасымалдайтын теңіз шашырандыларының атмосферадағы химялық реакцияға қабілеті керісінше жоғары. Океаннан бөлінген тұз бөлшектері ылғалданғыш сондықтан ылғал ортада NaCI-дың ұсақ кристалдары суды сіңіріліп, концентрлі тамшы ерітінділер немесе аэрозольдар түзеді. Нәтижесінде бұл процесс бұлттар түзілуіне қатысады. Тамшылар сонымен бірге атмосфераға өтіп химиялық реакциялар жүретін орын бола алады. Егер тамшыларда күшті қышқылдар, мысалы азот (HNO₃) немесе күкірт (H₂SO₄) қышқылдары еріген болса, олардан тұз қышқылы (HCI) түзілуі мүмкін. Бұл процессті атмосферадағы тұз қышқылының (HCI) көзі деп есептейді:

H₂SO₄ + NaCI = HCI + NaHSO₄

Метеорларда бөлшектерді атмосфераға тасымалдайды. Бұл шаңмен немесе орман өрттерімен немесе желмен салыстырғанда онша үлкен көз емес, біраұ метеорлар газдардың тығыздығы аз болатын атмосфераның жоғарғы қабаттарында үлкен рөл атқарады. Мұнда метеорлармен әкелінген металдар көптеген химялық реакцияларға түседі.

Вулкандар шаңның ең үлкен көзі, күшті атылу кезінде шаңдар стратосфераға дейнде жетеді. Вулкан бөлшектері глобальды температураға күн сәулесін ұстап қалуы арқылы әсер етеді. Жоғары биіктіктерде химиялық процестерге де бөгет жасауы мүмкін.

Вулкандар тең шаңның ғана емес, күкірт диоксиді (SO₂) ,CO₂, HCI және фторсутек (HF) сияқты газдардың да үлкен көзі бола алады. Бұл газдар страфосферада реакцияға түсіп басқа бөлшектерді береді, бұл бөлшектердің ең маңыздысы H₂SO₄. Бұл қышқыл вулкан көздерінен жанама жолдармен де түзіледі. Вулкандар бөлшектердің уақыт жағынан да, кеңістік жағынанда тым тұрақсыс көзі. Күшті вулкан атқылаулар сирек кездеседі. Кейде бірнеше жылдар бойы күшті атқылаулар болмай бір кезде ондаған жылдар бөлінбеген көп заттар бір атқылаудың нәтижесінде бөлінеді.

Атқылаулар вулкандар әрекет етіп тұрған ерекше аймақтарда болады.Заттардың көп мөлшері стротосфераның жоғарғы қабатына жететін күшті атқылаудан басқа, вулкан жарықтарынан газдардың аздаған мөлшері бөлінеді ол газдар көп уақыт бойы атмосфераның төменгі қабаттарына біртіндеп шығады. Вулкандық көздердің осындай екі түрінің арасындағы қатынас дәл белгілі емес, десекте SO₂ газы үшін бұл қатынас 50:50.

Жыныстардың радиоактивті элементтері – калий және ауыр элементтер радий,уран және торийда газдар бөледі.

Аргон калийдің ыдырау нәтижесінде, ал радон (радиоактивтрадиоактивті газ, жартылай ыдырау периоды 3,8 күн) радий ыдырауынан пайда болады. Уран-торий ыдырауларынан гелийдің ядросы болып есептелетін

–бөлшектері түзіледі. Бұл ядролар электрон қосып алғансоң, гелий атмосфераға түседі.

Гелий атмосферада жаналмайды, ол жеңіл болғандықтан космосқа шығып кетеді. Сөйтіп гелийдің конентрациясы оның жер бетінде радиоактивті түзілуімен атмосфераның жоғарғы қабаттарынан кетуі арасындағы қатынасымен (баланс) анықталады.

Су булары.

Атмосферадағы су буларының негізгі көздері.Ауадағы айнымалы компоненттердің ішіндегі ең көбі су булары (ылғалдар). Олардың биохимиялық рөлі өте жоғары. Олар конденсацияланып барлық климаттық зоналардағы сұйық суды береді. Ауада ылғалдықтың болуы тірі организмдер судың булануына кедергі жасайды.Атмосферадағы су буларының негізгі көзі–булану, ал олардың атмосферадан кетуі –конденсация

Су буының атмосферада болуының орташа уақыты – 10 тәулік. Ал оның атмосферадағы мөлшері температураға және басқа факторларға (мысалы, суаттардың жақындығы) тәуелді. Температура су буының максималды мүмкін мөлшерін шектейді (максималды мөлшерінен асқан соң су конденсацияланады) (12-сурет)

Cу буларының меншікті мөлшері абсолюттік ылғалдылық деп аталады. Ауаның максималды абсолюттік ылғалдылығының температураға тәуелділігі 12–суретте келтірілген. Әр түлі қисықтар абсолюттік ылғалдылықтың әр түрлі өлшеміне қатысты: жоғарғы қисықта – парциалды қысыммен (кПа), төменгі қисықта молярлық (моль/м³) өлшенген.

Ауаның реал (шын) ылғалдылығы әдетте ылғалдылықтың максимал мәнінен аз болады. Реалды абсолюттік ылғалдылықтың берілген температурада максималды ылғалдылыққа қатынасы ауаның салыстырмалы қатынасы деп аталады. Ауа райын хабарлағанда осы салыстырмалы ылғалдылықты айтады. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы судың булануын анықтайды: ылғалдылық аз болған сайын булану тез жүреді. Егер салыстырмалы ылғалдылық 100%-дан асса, онда су конденсацияланады.

12-сурет. Ауаның максимал мүмкін болатын абсолюттік ылғалдылығының температураға тәуелділігі.

Күкірт диоксиді

13-сурет Күкірт диоксиді

Күкірт диоксидінің атмосфераға түсуінің негізгі көзі- вулкандар. Вулкан газдарының құрамындағы күкір диоксидінің жылдық бөліну мөлшері 8-11млн т. Сонымен қатар, вулкан газдарымен бірге күкіртсутек (H₂S) бөлінеді, ол ауадағы оттектің әсерінен күкірт диоксидіне айналады. Вулкан атқылауында күкіртсутектің түзілуін жоғары температурада (1800⁰C-дан жоғары) бу фазада жүретін реакциямен байланыстырады.

Күкірт диоксидінің түзілуінің басқа да табиғи көздері бар, ол күкірттің тотықсызданған ұшқыш қосылыстары-органикалық сульфидтер (меркаптандар, диметилсульфид және т.б.) болып табылады, олар атмосферада күкірттің диоксидіне дейін тотығады. Бұл қосылыстар сульфаттар және табиғи күкірт бар органикалық материалдардың биогенді процестерінің нәтижесінде түзіледі. Мұхит пен жердің топырағында едәуір мөлшерде еріген сульфаттар болады, олар микроорганизмдердің анаэробты (оттексіз) жағдайда тигізетін әсерінен күкірсутекке дейін тотықсызданады. Теңіз суларында сульфаттардың тотықсыздануы мен күкіртсутектің түзілу жылдамдығы біршама жоғары болады.

Бұдан басқа, күкірт диоксидінің түзілуіне адамдардың іс-әрекеті де әсер етеді. Мәселен, құрамында күкірт бар (3·10⁶ моль/жыл) қазба отындарды және сульфидтік рудаларды күйдіргенде күкірт диоксиді бөлінеді:

2CuS + 3O₂ = 2CuO + SO₂

Күкірт диоксидінің атмосферадан кетуіне(сток) жауын-шашынмен жуылуы және өсімдіктермен сіңірілуі әсер етеді. Күкірт диоксидінің бұлттардағы су тамшыларында жеңіл ериді, бұл кезде күкіртті қышқыл түзіледі:

H₂O + SO₂ = H₂SO₃

Судың ұсақ тамшыларының беттік қабаттары үлкен болғандықтан, оларға оттек жеңіл сіңіріліп күкіртті қышқылды күкірт қышқылына дейін тотықтырады:

2H₂SO₃ + O₂ = 2H₂SO₄

Бұл реакция қоршаған ортадағы басқа да химиялық процестерге қарағанда тез жүреді.Бұл реакцияның жылдамдығы күкірт қышқылын өнеркәсіпте алуға жеткіліксіз болғанымен, күкірт диоксиді көздерінің аймағында қышқылдық жаңбырлардың жауып тұруына жеткілікті. Күкірт диоксидінің күкірт қышқылына айналуы азот оксидтерінің қатысуымен де өткізіледі.

Реакцияға қабілеті жоғары болғандықтан, күкірт диоксидінің атмосферада болу уақыты көп емес–3-тен 7-тәулікке дейін ғана.

Күкіртсутек (H₂S)

Күкіртсутек магманың газсыздануы (дегазация) кезінде және аз мөлшерде организмдердің тіршілік әрекетінің өнімі ретінде түзіледі. Күкіртсутек өте күшті тотықсыздандырғыш болғандықтан ол тек анаэробты (оттексіз) жағдайда түзіледі. Аэробты организмдердің (оттекпен демалатын организмдер) көпшілігі үшін күкіртсутек уытты болып есептеледі. Күкіртсутектің көп мөлшері шіру процесі кезінде белоктағы (ақуыз) күкірттің тотықсыздануы нәтижесінде бөлінеді. Күкіртсутек, сонымен бірге, сульфатредуциялаушы организмдердің – анаэробты бактериялардың тіршілік әрекеті нәтижесінде түзіледі, бұл бактериялар жер астының гипс (ғаныш) қабатында өмір сүреді және тотықтырғыш ретінде сульфат-ионын пайдаланады:

CaSO₄ + 2C + 2H₂O = Ca(HCO₃)₂ + H₂S↑

Күкіртсутектің атмосферадан кетуі(сток), құрамында күкірт бар басқа газдардың, мысалы, (CH₃)₂S, COS, ауадағы оттекпен уыттылығы едәуір төмен болатын күкірт диоксидіне дейін тотығуынан:

2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂

Тотығу тез жүреді, сондықтан күкірсутектің атмосферада болу уақыты бір тәуліктен аспайды.

Дәріс»қ10.

Атмосфераға микрокомпонеттердің түсу жолдарының биологиялық көзі

.

Атмосфераға бөлшектердің түсуінің геологиялық көздеріне қарағанда биологиялық көздер орман өрттерін санамағанда ірі көздер болып саналмайды. Орман өрттері күйе күйіндегі көміртектің айтарлықтай көзі болып табылады. Сонымен бірге ормандар газдардың атмосферамен алмасуында үлкен рөл атқарады. Атмосфераның негізгі газдары H₂ және CO₂ демалу мен фотосинтез процесіне қатысады. Орман ағаштары мөлшерлері өте аз (следы) органикалық қосылыстарды да бөледі. Мысалы, терпендер, пипен мен лимонен орманға тамаша ароматты иістер береді. Ормандар сонымен қатар органикалық қышқылдар, альдегидтер және басқа органикалық қосылыстардың көзі болып табылады.

Орман ағаштары газдардың күшті көздері болуымен қатар атмосфера газдарының микроорганизмдердің де рөлі өте маңызды.

Метан газы анаэробты жүйелерде жүретін реакциялардың нәтижесінде жиналады. Микроорганизмдердің өмір сүретін ортасы–ылғалды топырақ және саз-балшық, күріш егістері сонымен бірге күйіс қайырушы жануарлардың, мысалы, ірі қара малдың ас қорытатын жолдары. Жер қыртысы азот қосылыстарына бай, олар азот қатысатын химиялық процестерді тудырады. Бұл процестер нәтижесінде құрамында азот бар көптеген газдар жаналады. Жануарлардың зәрінде болатын мочевинаны алсақ (NH₂CONH₂) ол топырақта биологиялық жолмен жиналатын азоттың қосылысы. Гидролиз әсерінен NH₂CONH₂ аммиак пен CO₂ ге ыдырайды:

NH₂CONH₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂

Егер гидролиз жүретін топырақ сілтілік реакция беретін болса, онда газ күйде аммиак (NH₃) бөлінеді, ал қышқылдық ортада аммиак амммоний ионын (NH₄⁺) береді:

NH₃ + H⁺ → NH₄⁺

Өсімдіктер топырақтағы NH₃ пен NH₄⁺-ті тікелей сіңіреді, ал кейбір микроорганизмдер NH₄⁺ -ті тотықтырып демалу процесінде энергия көзі ретінде пайдаланады. Мүмкін болатын реакциялардың бірі:

2NH₃ + O₂ → N₂O + 3 H₂O

Бұл азоттың шала тотығының (N₂O) биологиялық көзі, азот шала тотығы тропосфераның маңызды және жеткілікті түрдегі тұрақты газы.

Табиғатта азот қосылыстарының қатысуымен басқа да көптеген реакциялар өтеді, нәтижесінде NH₃, N₂, N₂O және азот оксиді (NO) түзіледі.

Мұхиттардағы микроорганизмдердің тіршілік әрекеті газдардың тағы бір күшті көзі болып табылады. Теңіз сулары еріген сульфаттарға және хлораттарға бай (басқа гологенде фтор(F), бром (Br), иод (I) тұздары аз мөлшерде болады). Бұл элементтерді теңіз микроорганизмдері метобализмдеріне пайдаланып нәтижесінде күкір (S) және гологен құрайтын газдарды (следовые газы) түзеді. Бірақ азоттың мөлшері теңіз суларында аз болатындығы соншама, океандар азот бойынша шөл дала болып саналады. Бұл азот құрайтын микрокомпонентті газдар үшін теңіз сулары жеткілікті көз бола алмайтынын көрсетеді.

Теңіз микроорганизмдері өндіретін органикалық сульфидтер атмосферада күкірттің жиналуына үлкен үлесін қосады. Диметилсульфидтің–ДМС–(CH₃)₂S типтік қосылысы. Бұл ұшқыш қосылыс теңіз фитопланктондармен шаңның жоғарғы қабаттарында бетадиметильсульфопропионаттың (CH₃)₂S⁺CH₂CH₂COO^-) ДМС және акрил қышқылын түзе жүретін гидролизі нәтижесінде түзіледі.

CH₃)₂S⁺CH₂CH₂COO^-→ (CH3)₂S + CH₂=CHCOOH

Мұхиттан бөлінетін күкірттің тағы бір маңызды қосылысы карбонилсульфид (COS). Ол көміртек дисульфидімен (CS₂) судың реакциясында түзіледі.

CS₂ + H₂O →СOS + H₂S

Бұл күкірт құрайтын газдар суда аз ериді, сондықтан олар мұхиттан атмосфераға қарай оңай бөлінеді. Атмосферада органикалық гологентуындылар болатыны жақсы белгілі. Антропогенді (адам әрекеті) көздерден (химиялық тазартуда және өрт сөндіргіште қолданылатын сұйықтықтар, шашырататын аэрозольдар) көптеген басқа да биологиялық көздер бар. Метилхлорид (CH₃CI) атмосферада ең көп тараған гологенкөмірсутек ол нашар зерттелген теңіз көздерден алынады және жердегі микробиологиялық процестерден жанған биомассадан бөлінеді. Құрамында бром және иод бар органикалық қосылыстар тағыда океандардан бөлінеді, ал жердің бетінде теңіз иодының таралуы сүт қоректі жануарлар үшін қажетті элементтің көзі болып табылады. Йод тапшылығынан болатын базед ауруы мұхиттан алыс аймақтарда көп тараған.

Метан (CH₄).

Метанның атмосфераға келетін көзі- әртүрлі бактериялардың тіршілік әрекеті, атмосферадан кетуі(сток) – ауадағы оттекпен тотығуы. Әдетте метан түзуші бактериялар дымқыл анаэробты жағдайда өмір сүреді, мысалы, батпақта және түпкі шөгінділерде. Сонымен қатар, олар шөп қоректі жануарлардың ас қорыту жолдарында да болады. 1850 жылдан бастап метанның атмосферадағы концентрациясы екі есе өсті, қазіргі кездегі концентрациясы 1600 млрд.

Концентрациясының осылай өсуінің себебі туралы біртұтас пікір жоқ. Әртүрлі гипотезалар бар, мысалы, күріш егісінің ауданының көбеюі (егін үнемі суғарылатындықтан метан түзуші бактериялардың тіршілігіне жақсы жағдай туады) және де азот және фосфор қосылыстарымен балшықтардың ластануы. Метан буландырғыш газ (парниковый газ) болғандықтан, оның концентрациясының көбеюі нәтижесінде климаттың глобальды жылынуына өз үлесін қосады.

Метанның атмосферадан кетуінің (сток метана) негізгі себебі оттекпен радикальды тотығуы (баяу реакция). Оның атмосферада болу уақыты – 3,6 жыл.

Инертті газдар.

Үш инертті газ-аргон, гелий және радон–көбінесе радиоактивті ыдыраудың өнімі ретінде түзіледі.

Аргон ⁴⁰K-дің ыдырауы кезінде, ал гелий және радон – уран және торий ядроларының ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Қалған барлық инертті газдар – магманың газсыздануының(дегазация) өнімі. Гелий мен аргон радиоактивті ыдыраудың өнімі болғандықтан, олар уран және торийға бай кен жыныстарынан бөлінеді.

Бұл кезде родон (жартылай ыдырау периоды-3,85 тәулік) ұшып кетуге үлгере алмайды, сондықтан ол уран және ториймен байыған жыныстар үшін жақсы индикатор болып есептеледі. Сол себептен радон мұхит үстінде ұзақ уақыт болатын ауа массасының құрамында болмайды.

Сөйтіп, радонның атмосферадан кетуі (сток радона) – оның радиоактивтік ыдырауымен байланысты. Гелийдің атмосферадан кетуінің (сток гелия) негізгі себебі-космос кеңістігіне ұшып кетуі.

Қалған инертті газдар атмосферадан кетпейді.