Ші кесте. Атмосфераның төменгі қабатының құрамы

Атмосфераның төменгі қабатындағы компонент	Мөлшері	Атмосфераның төменгі қабатындағы компонент	Мөлшері
Массалық %	Көлемдік %	Массалық %	Көлемдік %
Азот	75,52	78,09	Азот оксиді	2,5∙10-3	2,5∙10-4
оттек	23,15	20,94	Сутек	3,5∙10-6	5∙10-5
аргон	1,28	0,93	Метан	0,8∙10-4	1,5∙10-4
Көміртек оксиді	0,046	0,033	Азот оксиді	8∙10-5	1,5∙10-4
Неон	1,2∙10-3	1,8∙10-3	Озон	10-6- 10-5	2∙10-6
Гелий	7,2∙10-5	5,2∙10-4	Күкірт оксиді		2∙10-8
Криптон	3,3∙10-4	1∙10-4	Көміртек оксиді		1∙10-5
Ксенон	3,9∙10-5	8∙10-6	Аммиак		1∙10-6

Космонавтар (Сагдеев, Зайцев, 1975 ж.) жүргізген зерттеулер нәтижелеріне сүйенсек, 250-300 кмбиіктікте атмосфераның негізгі компоненті – атомарлық оттек, 500-600 км-ден жоғары биіктікте атмосфераның негізгі құрамы — гелий мен сутек, ал атмосфераның
ең сыртқы жоғарғы қабатын (1600 кмжоғары) құрушы компонент - атомарлық сутек.

Ауаны көп компоненттен тұратын газды ерітінді деп айтуға болады. Оның құрамдық бөлімдерін негізгі үш топқа бөлуге болады: тұрақты, өзгеріп тұратын және қосалқы. Біріншіге оттек (21,0%), азот (78,1%) және инертті газдар (шамамен 1%) жатады. Ауа сынамасын қай жерден алсақ та осы газдардың атмосферадағы көлемі тұрақты болып келеді. Жалпы молекулалық массасы - 28,98. Екінші топқа көмір қышқыл газы (0,02 – 0,04%) мен су буы (4%-ке дейін) жатады. Ал қосалқы компоненттердің табиғаты және мөлшері сынама алынған жердің жағдайына байланысты келеді. Мысалы, оларға жер бетінен көтерілетін (жану процестерінде және вулкандар атылғанда түзілген заттар, топырақ бөлшектері, т. б.), космостан түсетін қатты бөлшектер, сондай-ақ, әртүрлі өсімдіктер, жәндіктер мен микроорганизмдер жатады. Сонымен катар ауада радиоактивті сәулелердің және космос сәулелерінің әсерінен түзілген табиғаты әр түрлі иондар (теріс немесс оң зарядталған) да болады. 1 см³ ауадаға олардың саны жүзден бірнеше мыңға дейін болуы мүмкін. Олардың ішінде теріс зарядталған бөлшектер адам организміне қолайлы әсер тигізеді (алмасу процесіне, өсуіне, әртүрлі ауруларға карсы тұруына, т. б.). Атмосфераның жоғарғы сиреген кең атырабы көбінесе иондардан тұрады.

Атмосфераның озон мен иондардан тұратын қабаттары космостық және рентген сәулелерінің әсерін төмендетеді, ультракүлгін, инфрақызыл сәулелердің және т. б. төменгі ауа қабатына өтуін шектейді.

Табиғаттың негізгі биогеохимиялық циклдеріне қатысатын атмосфераның ең маңызды газды комноненттері болып үш газ –оттек, көмір қышкыл газы және азот саналады.

Оттек адамзатқа және жан-жануарларға, былайша айтқанда, тіршілікке қажетті заттегі. Себебі бұл газ олардың бәрінің дем алуына қажет. Мысалы, тамақсыз адам 5 аптаға, сусыз 5 күнге дейін өмір сүре алады, ал ауасыз 4-5 минут қана. Адам тәулігіне 23-24 л ауаны пайдаланады.

Организмде жүретін барлық биохимиялык, тотығу процестеріне ауаның оттегі қатысады дссек қателеспейміз. Біздің денеміздегі әр клеткамызда оттек болғандықтан ауаның сыртқы салмағын аңғармаймыз, өзімізді жеңіл ұстаймыз, егерде организмде ол жетіспесе, сонда ғана оны сезе бастаймыз, мысалы, судың астында немесе таудың биігінде. Ауаның әжептәуір салмағы бар екеніне жоғарыда тоқталғанбыз. Орта есеппен адам денесіне түсетін салмақ 1471000 Н немссе 15 тонна. Ауаның салмағы тығыздықпен қатар температураға да байланысты келеді. Мысалы, 760 мм тығыздықта 1 м³ құрғақ ауаның салмағы

-25 0С	1424 кг
00С	1293 кг
200С	1205 кг
225 0С	708 кг

сұйық ауа салмағы -192 ⁰С (кайнау температурасы) — 960 кг.

Атмосфера арқылы біз әртүрлі дыбыстарды естиміз. Атмосфера болмаса біз сөйлей де алмас едік, құстардың әнін де, желдің дыбысын да естімес едік.

Атмосферадан алынып жұмсалған оттектің мөлшері фотосинтез процссінің нәтижесінде толықтырылып отырылады, табиғаттағы тепе-теңдіктің бұзылмауы осыған байланысты. Жылына фотосинтез арқылы 170 млрд. тонна көмір қышқыл газы 155 млрд. тонна оттекке айналып отырады. Ауадағы оттектің 40%-тін жер бетіндегі өсімдіктер, ал 60%-тін гидросферадағы планктондар толықтырады. Кейінгі кездегі ормандар көлемінің күрт қысқарылуы, шөлейт жерлердің көбеюі және мұхиттардың, теңіздердің, көлдер мен өзендердің ластануы оттекті түзетін өсімдіктердің кемуіне, яғни оттек қорының азаюына әкеліп соғады.

Оттек түзетін планктондардың орнына ластанған суларда бір клеткалық алтын балдырлар пайда болуда, олар тіршілігіне оттекті қолданып көмір қышқыл газын түзеді, яғни фотосинтездің орнына антифотосинтез процесі орын алады. Ғалымдардың болжамы бойынша ауа ластана беретін болса, 150-180 жылдан кейін атмосферадағы оттектің көлемі қазіргі мөлшерден 30%-ке төмендеуі мүмкін.

Атмосферадағы оттектің мөлшері азайған сайын көмір қышқыл газының мөлшері артып отырады. Соңғы 100 жылда атмосферадағы бұл газдың көлемі 20-25% -ке жоғарылады, яғни қазір атмосфераның құрамында 0,03-0,04% көмір қышқыл газы болса, 2030 жылы оның мөлшері 0,05-0,07% -ке дейін көтерілуі мүмкін. Көмір қышқылының мөлшері 0,07%-тен асатын болса, адам организімінің дем алу қабілеті күрт төмендеп, кауіпті жағдайға ұшырайды.

Атмосферадағы көмір қышқыл газының біршама көбеюі өсімдіктердің өнуіне колайлы әсер келтіреді. Көшетхана ауасында оның мөлшері жоғарылаған сайын фотосинтез процесінің жүруі жақсарып, көкөніс өнімділігі артады. Бірқатар елдерде (Англия, Швеция, Австрия, Германия және т. б.) лаборатория жағдайында жүргізілген зерттеулер нәтижесі көміртек диоксидінің концентрациясы жоғары болған кезде өсімдіктер жапырағы бетінің, өсімдік биомассасының, сондай-ақ түсімділіктің артатынын көрсетті. Мысалы, көмір қышқыл газының концентрациясын екі есе көбейткенде мақтаға қатысты өнімділіктің арту көрсеткіші 124%-ке дейін, ал кызанақ пен баклажандыкі – 40%, бидай, күріш және күнбағыстың түсімі- 20% көтеріледі. Бірақта, жалпы атмосферадағы көмір қышқыл газының және басқа да антропогендік қоспалардың (метан, озон, азот оксиді, фреон) концентрациялары артатын болса, табиғатта күрделі құбылыстардың бірі «көшетхана эффектісінің» орын алуына әкеп соғады. Ластану нәтижесінде атмосферада пайда болған көмір қышқыл газы шоғырланған қабат жерге бағытталған қысқа толқынды күн радиациясын өткізгіш келеді, ал жер бетінің шығарған ұзын толқынды жылу сәулесін жоғары карай өткізбейді, осыған байланысты космос кеңістігіне өтетін жер жылуының мөлшері азайып, ол ауаның төменгі кабатында ұсталып жердің температурасын жоғарылатады.

Ауада көміртек диоксиді негізінен қазба отынды (көмір, мұнай, табиғи газ) жағудан қорланады. Көміртек диоксидін ең көп шығаратын елдерге АҚШ (22% шамасында), Ресей (шамамен 16%), Қытай (11%-тің үстінде) жатады. Көшетхана эффектісінің әсерінен жер бетінін температурасы қазіргімен салыстырғанда (планетаның орта температурасы 15,5 °С) 2030 ж. 2,5 ^оС жоғарылауы мүмкін. Атмосфераның төменгі қабатындағы температураның жоғарлауы Антарктида мен Гренландия мұздықтарының еруіне, Әлемдік мұхит деңгейінің көтерілуіне және де құрылықтың ойпат жерлерін судың басып кетуіне, тектоникалық процестердің күшеюіне, ауа райының өзгеруіне әкеп соғады. Бұл жағдай дүние жүзінің көптеген елдерінде күрделі экологиялық проблемаларға себеп болып, бірқатар апатты жағдайларға соқтыруы мүмкін. Сондықтан ЮНЕСКО, ФАО, ЮНЕП бойынша ғаламдық жылыну құбылыстарына жол бермеу тұрғысында жан-жақты зерттеулер жүргізілуде.

Атмосферадағы оттектің белгілі бір мөлшері күннің ультракүлгін сәулесінің әсерінен озонға айналып отыратыны белгілі. Озон стратосфераның жоғарғы бөлігінде шоғырланып (22-24 кмбиіктікте), қалыңдығы 2-4 ммболатын қабат түзеді. Осы қабат биосфераның жоғарғы шекарасы болып есептелінеді. Озон қабатынан жоғары орналасқан атмосфера қабаттарында тіршілік нышаны кездеспейді. Жер бетіндегі барлық организмдердің тіршілігіне қауіпті күннің ультракүлгін сәулелерін сіңіріп отыратынына байланысты озон қабатын «қорғаныш қабаты» немесе «озон қалқасы» деп те атайды.

1980 жылдың басында Антарктидадағы ғылыми жұмыстарға негізделген станцияларда жүргізілген зерттеулерден атмосферадағы озон кұрамының төмендегені байқалған. Осы құбылыс «озон тесігі» деген атауды алған. 1987 жылы кектемде Антарктиданың үстіндегі озон тесігі барынша үлкейіп, оның ауданы шамамен 7 млн. км²-ді (ғарыштық түсіру бойынша) құрады. 1992 жылы Оңтүстік Америка материгі және оған жанасқан кеңістіктер үстінде озон құрамының айтарлықтай төмендеуі (50%-ке) тіркелді. 1995 жылдың көктемінде Арктиканың озонды қабаты шамамен 40%-ке дейін азайған. Сонымен бірге Канаданың солтүстік аудандарында және Скандинавия түбегінің, Шотландия аралдарының үстінде «мини-тесіктер» қалыптасқаны тіркелген. Соңғы кездері озон қабатының бұзылуы, яғни озон «тесігінің» пайда болуы биосферада елеулі өзгерістер туғызуы мүмкін. Сондықтан бұл жағдай күрделі экологиялық мәселенің бір бөлігі.

Озон қабатында басталған бұзылу процестеріне себеп болып отырған шығарындыларға мұздатқыштардан бөлінетін фреондар мен космостық аппараттар және ұшақтардың органикалык отынының толық жанбаған өнімдері және ядролық сынақтарда бөлінген заттектер жатады. Осы заттектер атмосфераның жоғары қабаттарына көтерілгенде қарқынды түрде озонды бұзатын хлор немесе басқа галогендердің атомын түзетін фотохимиялық ыдырауға ұшырайды, ал олар әрі карай озонның оттекке айналу процесін катализдейді.

Стратосферадағы фотохимиялық ыдырау радикалдық механизммен жүзеге асады:

hv hv

СFСІз ―>CFCI₂ + СІ CFCI₂ ―> CFCI + СІ

СІ + О₃ ―> СІО + О₂ немесе СІО + О ―> СІ + О₂

О₃ + О ―> 2О₂

Фреондар атмосферада ыдырамай 70-100 жыл бола береді. Озон мен оттек атомы реакцияға түскенде хлор атомы катализатордың рөлін атқарады. Хлордың әр атомы 100 мың озон атомын ыдыратуы мүмкін. Дүние жүзі бойынша шамамен 1,3 млн. т озон ыдыратушы заттектер алынып отырған. Оның көлемінің 35%-ін АҚШ, 40% Еуропа елдері, 10-12% Жапония, 7-10% Ресей өндіреді.

Жердің озон кабатының тозуы барлык тіршілікке қауіп тудырады. Бүкіл дүниежүзінің денсаулық сактау ұйымының (ВОЗ) мәліметтері бойынша атмосферадағы озон құрылымының 1%-ке темендеуі ультракүлгін сәуле мөлшерінің 2%-ке дейін өсуіне, осыған байланысты адамдардың қатерлі ісік, көз катарактысының және т. б. аурулардың көбеюіне, адамның жүйке жүйесінің әлсіреуіне, жұқпалы ауруларға қарсы екпе тиімділігінің төмендеуіне себепші болып отыр.

1985 жылы Вена каласында (Австрия) мұздаткыш шығарындыларының әсерінен озон қабатын қорғау туралы Конвенция қабылданған. Негізгі ережелері — озон қабатындағы өзгерістерге әсер ететін заттектер мен процестерді зерттеу саласындағы ынтымақтастық баламалық заттектер мен технологиялар жасау; озон қабатының жай-күйін бақылау; озон қабатында қолайсыз салдары болатын қарекетті бақылайтындай шараларды белгілеу мен қолдану саласындағы ынтымақтастық; ғылыми, техникалық, әлеуметтік-экономикалық, коммерциялық және заңдық ақпараттармен алмасу; технологиялар мен ғылыми жетістіктерді талдап белгілеу және беру саласындағы ынты-мақтастық. АҚШ-та, Ресейде стратосферадағы озон қабатының қайта түзілуіне немесе бұзылу жылдамдығын төмендетуге бағытталған бірлескен жұмыстар атқарылуда. Осының бәрі полюс маңындағы кеңістіктерде озон тесігін жойып, озондық қалқаны сақтауға үлес қосады деп күтілуде.

Атмосфераны сарқылмайтын азот қоры деп айтуға болады. Азот айырбасқа жатпайтын биогенді элемент, себебі ол белоктар мен нуклеин қышқылдарының құрамына кіреді. Бірақта, тірі организмдер атмосферадағы азотты өзінің тіршілігіне бос күйінде емес, тек әртүрлі қосылыс түрінде ғана пайдалана алады. Экожүйе атмосфералық азотты көбінесе найзағай кезінде электр өрісінің әсерінен түзілетін оксид түрінде қабылдайды. Сулы ортада немесе топырақта болатын кейбір бактериялар түрі мен көкшіл-жасыл балдырлар атмосфераның азотын өз бойына сіңіру арқылы жинақтап биогеохимиялық циклдарға қажетті түрге айналдырып отырады. Осымен қатар өсімдіктерге қажетті азот қосылыстары топырақтағы органикалық қалдыктардың ыдырауынан да пайда болады. Табиғаттағы азот алмасу процесі көміртек алмасу процесімен тығыз байланысты.

Адамның шаруашылық іс-әрекетінің салдарынан көшетхана эффектісі, озон қабатының бұзылуы, қышқыл жаңбыр, тұмша сияқты қолайсыз құбылыстар тудыратын метан, азот оксидтері, т. б. газдардың мөлшері өсуде. Атмосфера мен жер бетінің арасында жылу, ылғал және химиялық элементтер тұрақты алмасып отырады. Атмосфера арқылы Жердің ғарышпен заттектер айналымы іске асады. Атмосфера мен жер беті арасында жылу мен ылғалдың алмасуы тұрақты болады. Оттектен, көмірқышқыл газынан, азоттан басқа ластаушы компоненттердің атмосферада көп мөлшерде болуы биогеохимиялық циклдардың бұзылуына әкеп соғады. Атмосфера ластанған жағдайда жаңбыр суына онда еріген азот және күкірт оксидтері, тұздар қосылып ерітінді түзеді де «қышқыл жаңбыр» немесе «тұзды жаңбыр»жауады, тұмша да орын алады.

Өнеркәсіпте және көлікте отын жанған кезде түзілетін азот оксидтері (N₂O, NO, NO₂) атмосфераны ластайтын кауіпті көздердің бірі. Күн сәулесінін әсерінен олар күрделі химиялық реакцияға қатысып, нәтижесінде уытты фотооксиданттар (озон, азот қышқылы) түзілуіне үлес қосады. Атмосферада азот оксидтерінің, фотооксиданттардың концентрациясы жоғары болған кезде адам улануы мүмкін. Соның салдарынан өкпесі ісінеді, сілемейлі қабығында жара пайда болады, басы ауырады, ұйқысы қашады. Құрамында азоты бар зиянды шығарындылардың мөлшерін іштен жанатын қозғалтқыштар шығаратын газды жағу үшін катализатор колданып, ал өнеркәсіптік кәсіпорындардың

түтін шығаратын құбырларында азотсыздандыратын қондырғыларды орнату арқылы азайтуға болады.

Ауадағы зиянды заттектердің мөлшері олардың турбулентті ағыспен шашырауына, жауын-шашынға немесе гравитациялық күш арқылы төмен түсуіне байланысты. Атмосфераның ластануы мен негізгі биогенді элементтер айналымы арасында анық байланыс бар.