Ауа және атмосфера

Кіріспе

Атмосфера - әлемдік кеңістікте Жермен бірге айналып қозғалыста болатын Жердің газдық қабығы. Жердің салмағы шамамен 5,98* 1021 т, ал атмосферанын, жалпы салмағы шамамен 5,27*10' т тен,- Атмосфераның жарты салмағы төменгі 5 км-де, 75 % — 10 км-де, 95 % - төменгі 20 км-де шогырланган. Спутниктік бақылаулар бойынша атмосфера 20000 км кашықтықка дейін тарайды. Атмосфераның метеорологиялық биіктігі шартты түрде 1000-1200 км деп есептелінеді.
1 Атмосфераның жсрге жақын қабатының ауа құрамы
Атмосфера ауа деп аталатын газдар қоспасынан тұрады. Сонымен қатар ауада сұйық және қатты бөлшектер де бар. Ауаның физикалық күйі оның тығыздығымен, қысымымен, температурасымен және т.б. сипатталады.
Атмосфераның жерге жақын қабатында ауа ылғалды болып келеді, яғни оның құрамында басқа газдармен қатар газ күйіндегі су (су буы) да болады. Атмосфераның физикалық күйіне байланысты су буы сұйық, және қатты күйге көше алады. Сондықтан метеорологияда алдымен құргақ ауа және су буы жеке түрде, ал содан кейін ылғалды ауа қарастырылады.
Қатты және сұйык бөлшектерден тазартылған құрғак ауаның құрамы барлык жер шарында бірдей және шамамен 25 км биіктікке дейін тұрақты болады. Құрғақ ауа (көлем бойынша) азоттан - 78,08%, оттегіден - 20,95 %, аргоннан - 0,93 %, көмір қышқыл газынан - 0,03 % және басқа да газдардан - 0,01 % түрады (1-кесте). Басқа газдар: неон Ne, гелий Не, метан СН4, криптон Кг, сутегі Н2, азоттың шала тотығы N20, ксенон Хе, озон Оз, азот қостотығы NO2, күкірт қостотығы SО2, аммиак NНз, улы газ СО, йод І2, радон Rn және т.б.
Қазіргі кезеңде атмосфераға антропогендік түрде басқа газдар да бөлініп жатыр, мысалы кейбір хлорфторкөмірсутегі газдары, оның ішінде фреон. Фреон ауа ағынымен жоғарғы қабаттарға барғанда ультракүлгін радиацияның әсерінен ыдырайды да, нәтижесінде озонды күшті ыдыратушы хлор мен хлорлық қосындылар пайда болады.

Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

АУА ЖӘНЕ АТМОСФЕРА

Атмосфера - әлемдік кеңістікте Жермен бірге айналып қозғалыста болатын
Жердің газдық қабығы. Жердің салмағы шамамен 5,98* 1021 т, ал атмосферанын,
жалпы салмағы шамамен 5,27*10' т тен,- Атмосфераның жарты салмағы төменгі 5
км-де, 75 % — 10 км-де, 95 % - төменгі 20 км-де шогырланган. Спутниктік
бақылаулар бойынша атмосфера 20000 км кашықтықка дейін тарайды.
Атмосфераның метеорологиялық биіктігі шартты түрде 1000-1200 км деп
есептелінеді.

1 Атмосфераның жсрге жақын қабатының ауа құрамы

Атмосфера ауа деп аталатын газдар қоспасынан тұрады. Сонымен қатар
ауада сұйық және қатты бөлшектер де бар. Ауаның физикалық күйі оның
тығыздығымен, қысымымен, температурасымен және т.б. сипатталады.
Атмосфераның жерге жақын қабатында ауа ылғалды болып келеді, яғни оның
құрамында басқа газдармен қатар газ күйіндегі су (су буы) да болады.
Атмосфераның физикалық күйіне байланысты су буы сұйық, және қатты күйге
көше алады. Сондықтан метеорологияда алдымен құргақ ауа және су буы жеке
түрде, ал содан кейін ылғалды ауа қарастырылады.
Қатты және сұйык бөлшектерден тазартылған құрғак ауаның құрамы барлык
жер шарында бірдей және шамамен 25 км биіктікке дейін тұрақты болады.
Құрғақ ауа (көлем бойынша) азоттан - 78,08%, оттегіден - 20,95 %, аргоннан
- 0,93 %, көмір қышқыл газынан - 0,03 % және басқа да газдардан - 0,01 %
түрады (1-кесте). Басқа газдар: неон Ne, гелий Не, метан СН4, криптон Кг,
сутегі Н2, азоттың шала тотығы N20, ксенон Хе, озон Оз, азот қостотығы NO2,
күкірт қостотығы SО2, аммиак NНз, улы газ СО, йод І2, радон Rn және т.б.
Қазіргі кезеңде атмосфераға антропогендік түрде басқа газдар да бөлініп
жатыр, мысалы кейбір хлорфторкөмірсутегі газдары, оның ішінде фреон. Фреон
ауа ағынымен жоғарғы қабаттарға барғанда ультракүлгін радиацияның
әсерінен ыдырайды да, нәтижесінде озонды күшті ыдыратушы хлор мен хлорлық
қосындылар пайда болады.

Озон. Барлық газдардың ішінде озонньң маңызы өте зор. Күннің
қыскатолқынды радиациясын жұта отырып, озон органикалық әлемді ультракүлгін
сәуленің зиянды әсерінен қоргайды. Сонымен катар көп мөлшердегі озон
адамзатқа және органикалық әлемге қауіп төндіреді. Мысалы, өсімдіктер
ультракүлгін радиацияны белгілі мөлшерде қажет етеді. Озон Жерге келетін
Күннің сәулелі энергиясының шамамен 4 % жұтады және де жер беті мен
атмосфераның шашатын радиацияларын да жұтады. Сондықтан да озонның көп
шоғырланған қабатында (стратосфера) ауа температурасы біршамаөседі.
Озон атмосфераның төменгі қабаттарында найзағайлық әрекеттер мен кейбір
органикалық заттардың тотығуы арқасында, ал жоғарғы қабаттарда - толқын
ұзындығы 0,1 мкм-ге дейінгі ультракүлгін радиацияның әсерімен пайда болады.
Оттегі молекуласы екі атомға бөлінеді, сосын ол жеке атомдар басқа оттегі
молекулаларына қосылып үш атомды озон молекулаларын қүрайды. Өз кезегінде
озон толқын ұзындығы 0,15-0,29 мкм аралығындағы ультракүлгін радиацияны
жұтып оттегі мен бос атомға бөлшектенеді. Осылайша атмосферада бұл
процестер үнемі жүріп жатады. Жоғары температурада озонның ыдырауы оның
құрылуынан артып кетеді.
Озон негізінен 15-70 км биіктік аралығында шоғырланған, максимальді
мөлшері поляр ауданында 15-20 км биіктікте, қоңыржай белдеуде - 20-
25 км аралығында, тропиктік ендіктерде 25-30 км аралығында
байқалады. Бірлік ауданды вертикальді атмосфера бағанындағы барлық озонды 0
°С температурада қалыпты қысым (1000 гПа) жағдайына келтірсе оның қалыңдығы
3 мм болады екен. Оны озонның келтірілген қалыңдығы деп атайды. Атмосферада
горизонтальді бағытта озон мөлшері ендік бойынша өседі, экватор үстінде
төменгі мәні, полярлық ендіктерде жоғарғы мәні байқалады. Жыл бойыңда озон
мөлшерінің максимумы көктем айларында, ал минимумы күзде байқалады. Орташа
алғанда ең төменгі мәні шамамен 2,6 мм 7°-23° с.е. байқалады. Бұл облыстан
солтүстікке және оңтүстікке қарай озон мөлшері өседі де 60° с.е.-те 3,9 мм-
ге, 20° о.е.-те 3,1 мм-ге жетеді. Озон мөлшеріне метеорологиялық факторлар
да әсер етеді. Озонның келтірілген қалыңдығы арктикада құрылған салқын
ауада жоғары, ал тропикте кұрылған жылы ауада төмен болады.
Соңғы зерттеулер бойынша озонның келтірілген қалыңдығы кеңістік және
уакыт бойынша біраз өзгермелі келеді. Озонның келтірілген қалыңдығының
жылдық амплитудасы ендік өскен сайын жоғарылайды. Оның себебі, жоғарғы
ендіктерде күз бен қыста күн радиациясының болмауы салдарынан озон да аз
құрылады. Бірақ атмосфера айналымының арқасында қыста да поляр аудандарында
озон жоғалып кетпейді, ал көктемде күн сәулесінің түсуімен озон мөлшері
бірден өседі.
Көмір қышқыл газы (СО2). Қазбалы органикалық жанармайларды жағу
нәтижесінде атмосферада СО2 мөлшері ұдайы өсуде, әсіресе үлкен өндіріс
орталықтары мен ірі калаларда оның пайыздық құрамы 0,1-0,2 % дейін
жетеді. Соңғы 70-80 жылдың ішінде оның мөлшері 12-15 %-ға өскен.
Көмірқышқыл газы атмосфераға табиғи түрде негізінен вулкандық әрекеттер,
органикалық заттардың шіруі мен ыдырауы арқасында, жануарлар мен
өсімдіктердің демалуы нәтижесінде және ормандардың өртенуі арқасында
келеді. Сонымен қатар, керісінше өсімдіктер көмірқышқыл газын фотосинтез
процесінде жұтады. Көмірқышқыл газының мөлшері көп жағдайға байланысты
өзгеріп тұрады. Мысалы, қоңыржай белдеуге қарағанда жоғарғы ендіктерде аз,
құрлыққа қарағанда теңіз үстінде аз, күндізге қарағанда түнде аздау болады.
Көмір қышқыл газының концентрациясын негізгі реттеуші болып мұхит табылады.
Мұхитта СО2 шамамен атмосфераға қарағанда 100 есе артык, себебі ол басқа
газдарға қарағанда суға тез сіңеді (ериді). Нәтижесінде көмір қышқыл
газының ауадан суға және судан ауаға ауысуында динамикалық теңдік орнығады.
Газдардың суға сіңуі оның температурасына байланысты болады. Тропиктердің
жылы мұхиттары мен теңіздері атмосфераға қанша СО2 бөлсе, жоғарғы
ендіктердегі салқын мұхиттар мен теңіздер сонша жұтады.
Көмір қышқыл газының бір ерекшелігі, ол ұзын толқынды сәулелі (жылулық)
энергияны жақсы жұтады және өзі де шашады. Сондықтан да оның мөлшерінің
артуы жерге жақын ауа қабатының температурасының жоғарылауына әкеледі.
Ауадағы су буы. Су буы ауаның маңызды құраушысы болып табылады. Ол
атмосфераның төменгі қабаттарында болады және мөлшері көлем бойынша орташа
алғанда 0,2 %-дан (полярлық ендік) 2,5 %-ға (экватор) дейін құрайды, кейбір
жағдайда 4 %-ға дейін жетеді. Су буы атмосфераға су қоймалары мен ылғал
топырақ бетінен және транспирация (өсімдіктен булану) арқылы үздіксіз келіп
тұрады және де ауа ағынымен Жердің басқа аудандарына тасымалданады.
Берілген ауа көлемінде су буы мөлшері шексіз өсе бермейді. Температураның
әрбір мәніне сәйкес су буының шектік мөлшері болады. Ондай мөлшерге
жеткенде ауа су буына қанығады. Температура өскенде қанығу үшін керекті су
буы мөлшері де өседі. Табиғи жағдайда, ауа су буына негізінен температурасы
төмендегенде қанығады. Егерде каныққаннан кейін де температура төмендей
берсе, су буының бір бөлігі артық болады да конденсацияланады, яғни сұйық
немесе қатты күйге көшеді. Ауада тамшы немесе кристалдар пайда болады
(бұлт, тұман). Одан кейін бұлт қайта буланып кетеді немесе тамшылар
іріленіп жерге жауын болып түседі. Осылайша су буының бір күйден екінші
күйге көшуі ауа-райының және климаттың күрделі процестеріне себепкер
болады. Атмосферада су буының болуы атмосфера мен жер бетінің жылулық
жағдайына күшті ықпал жасайды. Су буы ұзын толқынды күн сәулесін және жер
бетінің сәулешашуын жақсы жүтады. Өз кезегінде су буының шашатьш жылулық
радиациясының (ұзын толқыңды) басым бөлігі жерге бағытталады, сондықтан да
ол жер бетін қатты салқындаудан сақтайды. Сонымен қатар, суды буландыруға
көп жылулык энергия жұмсалады, ал конденсация процесінде ол жылу қайтадан
бөлініп атмосфераға тарайды.
Су буының мөлшері биіктеген сайын жылдам азаяды. Ауаның жалпы тығыздығы
жер бетіндегімен салыстырғанда 5-6 км биіктікте 2 есе азайса, су буының
тығыздығы 2 есе 1,5—2,0 км-де азаяды. 5-6 км биіктікте су буының қысымы,
яғни оның мөлшері жер бетімен салыстырғаңда 10 есе аз, ал 10 км биіктікте
100 есе аз болады. Сондықтан да 15 км биіктіктен жоғары қабатта су буы
жоқтың қасы.
Ауадағы сұйық және қатты қоспалар. Ауадағы әртүрлі құрамды сұйық және
қатты қоспаларды аэрозольдар деп атайды. Атмосферада қалқып ұшып жүретін
аэрозольдар шығу - тегіне байланысты табиғи және антропогендік болып екіге
бөлінеді. Табиғи қатты аэрозольдарға келесілер жатады: вулкандық шаң мен
күл (диаметрі 2 мкм-ге дейін); ормандық және торфтық өрттен пайда болатын
түтін бөлшектері; топырақтық және органикалық шаң бөлшектері (0,7-20 мкм,
кремнезем, алюминий және темір тотықтары, кальций тұздары); планетааралық
кеңістіктен келетін космостық шаң және метеорлардың атмосферада жанып
кетуінен пайда болатын бөлшектер (диаметрі 0,02 мкм-ге дейін, мөлшері 2*104-
2*105 тжыл). Сонымен қатар атмосфераға өсімдіктердің споралык тозаңы (20-
60 мкм) және бактериялар (1-15 мкм) шашырайды.
Табиғи сұйық аэрозольдарға толқын кезіңде ауаға шашырайтын теңіз тұзы
тамшылары жатады.
Антропогендік аэрозольдарға өндірістік өнеркәсіптерден және жанармайдың
жануы нәтижесінде бөлінетін түтін, күл, күйе бөлшектері және жерді жырту
нәтижесінде ауаға көтерілетін топырақ бөлшектері жатады.
Аэрозольдар жанамалы түрде де пайда болады - әртүрлі жолмен атмосфераға
келетін газдық қоспалар атмосферада оттегімен және су буымен қосылып
аэрозольдарға айналады. Нитраттар N02, күкірт газы SО2, күкіртсутегі Н2S,
аммиак NН3, көміртегі тотығы СО, көміртегі қостотығы СО2, автомобильдерден
бөлінетін көмірсутегі газдары және атом станцияларының радиоактивтік
қалдықтары атмосфераны ластаушы газдарға жатады.
Соңғы есептеулер бойынша атмосфераға келетін барлық аэрозольдардың
салмағы 2,3±1,4 млрд тжыл құрайды. Олардың 95% радиусы 5 мкм-ден кем,
калғаны 5 мкм-ден үлкен болады. Атмосферадан аэрозольдар жерге негізінен
жауын-шашынмен түседі. Оның ішінде газдардың аэрозольға айналып, сосын
жерге қышқылдық жаңбыр болып түсуі өмірге, табиғатқа ерекше қауіп
төндіруде.
Барлық қоспалар - аэрозольдар негізінен атмосфераның төменгі бөлігінде
5 км-ге дейінгі биіктікте шоғырланады. Әсіресе ірі қалалардың ауасы ерекше
ластанған. Аэрозольдар мөлшерінің екінші максимумы стратосфера қабатында
тропикте 18-25 км аралығында, полюстарда 14-20 км аралығында байқалады.
Олар құрамында күкірті бар кейбір газдардың тотығуы арқасында
стратосфераның өзінде пайда болады, салмағы тропосфералық аэрозольдардан
шамамен 30-70 есе аз.
Аэрозольдардың түрі мен мөлшеріне байланысты электромагниттік радиация
атмосферада әртүрлі жұтылады және шашырайды, оптикалық кұбылыстар
байқалады. Гигроскопиялық қасиеттеріне байланысты ірі аэрозольдік бөлшектер
атмосферада конденсация ядролары кызметін атқарады, яғни олар су буы
молекулаларын жинайтын орталық болып, тамшыларды кұрайды.
Атмосферадағы иондар. Атмосфералық газдардың молекулалары мен
аэрозольдардың бір бөлігі электрлік зарядтар тасиды. Ол зарядталған
бөлшектерді иондар деп атайды. Ауа молекулалары не электронын жоғалтып, не
бос электрон қосып алып зарядталады. Зарядталған молекулаға индуктивтік
жолмен зарядтары ажыратылган басқа молекулалар қосылады. Нәтижесінде
электрлі зарядталған молекулалар комплексі - жеңіл иондар пайда болады.
Сонымен қатар зарядталған молекулалар конденсация ядроларына немесе басқа
да аэрозольдарга қосылып ірі - ауыр иоидар пайда болады.
Құрлық үстінде жерге жақын ауа қабатында 1 см3 көлемде жүздеген жеңіл
иондар мен мыңдаған ауыр иондар болады. Бұлттар және жауын-шашын тамшылары
мен кристалдары да әртүрлі жолдармен зарядталады. Олардағы заряд мөлшері
иондарға қарағанда едәуір жоғары болады. Зарядталмаған бөлшектер сияқты
иондар да атмосферада үнемі тасымалданады. Сондықтан да атмосфераның
біршама электрөткізгіштік қасиеті бар. Биіктеген сайын иондар мөлшері
өседі, әсересе 70 км жоғары қабаттарда (ионосфера). Ионосферада негізінен
оттегі, гелий және сутегінің зарядталған атомдары мен еркін электрондар
болады. 100-400 км биіктікте олардың мөлшері 1 см3-та 106 дейін жетеді.
Иондардың концентрациясы үнемі өзгеріп тұрады, себебі олар корпускулярлық,
рентгендік және ультракулгін радиацияларға бағынышты.
Атмосфераның электрөткізгіштігі оның иондалу дәрежесіне бағынышты.
Ионосферада электрондардың жиынтық концентрациясы нейтральді газдар
концентрациясының 1 % ғана құрағанымен, онда ауаның электрөткізгіштігі жер
бетіндегіден 1012 есе жоғары болады. Әртүрлі ұзындықты радиотолкындар
ионосферада жұтылады, сынады және шағылады. Ұзындығы 20 м-ден жоғары
толқындар ионосферадан әрі өте алмайды, олар төменгі ионосферада (70-80 км)
шағылып кетеді. Қысқа және орташа ұзындықты радиотолқындар жоғарғы
ионосфера қабаттарынан шағылады. Осы шағылу қасиетіне байланысты қысқа
толқындармен алыс қашықтықтық байланыс жасау мүмкін болады.
Ионосферада поляр шұғыласы және түнгі аспанның жарқырауы - атмосфера
ауасының тұрақты люминесценциясы, сонымен қатар магниттік өрістің шұғыл
тербелісі ионосфералық магниттік дауылдар байқалады. Өте жоғарғы
биіктіктерде зарядталған бөлшектердің қозғалысы жердің магниттік өрісімен
(геомагниттік алқаппен) анықталады. Бұл облысты магнитосфера деп атайды.
Геомагниттік алқаптың сыртқы шекарасы, жердің 10 радиусындай қашықтықта
орналасқан, магнитопауза деп аталады. Ионосфера мен магнитосферадағы
магниттік өрістің тербелісі және поляр шұғыласы Күннен келетін
корпускулярлық радиация ағынының қарқындылығына әсер ететін күн
белсенділігінің тербелісіне бағынышты.

2 Атмосферанын жоғарғы қабаттарының ауа кұрамы

Бұрын атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы ауа құрамы туралы Дальтон
заңына сәйкес газдардың диффуздық бөлінуі теориясы бойынша, яғни
атмосфераның құрамына кіретін әрбір газ басқа газдардың болуын ескермей
кеңістікте өзі жеке таралады деп қорытынды жасалып келді. Осыған сәйкес
жердің тарту күшінің алқабында ауыр газдардың құрамы биіктеген сайын жеңіл
газдарға қарағаңда жылдам азаюуы тиіс. Нәтижесінде атмосфера 100 км
биіктікте тек сутегі мен гелийден, ал одан жоғары тек сутегінен тұруы тиіс
еді. Бірақ, соңғы ракеталық және т.б. зерттеулер бойынша 100 км биіктікке
дейін ауаның негізгі газдарының пайыздық құрамы өзгермейтіні анықталды.
Себебі төменгі 100 км атмосфера кабатында ауа вертикальді жақсы алмасып
тұратындықтан газдар тығыздық пен салмақ бойынша қабаттарға бөлінбейді.
Сондықтан да атмосфераның бұл төменгі 100 км кабатын гомосфера деп атайды.
Ал 100 км биіктіктен жоғары газдар тығыздықтарына байланысты қабаттарға
бөліне бастайды. Бірақ бір ерекшелігі, отгегінің нейтральді екі атомды
молекуласы ультракүлгін радиацияның әсерінен зарядталған атомдарға
бөлшектенеді. 200 км шамасында молекулалық оттегі мөлшері атомдық оттегіден
мүлдем аз болады. Бұл қабаттарда азот та атомдық түрге бөлшектенеді, бірақ
оның диссоциациясы өте жәй жүретіндіктен молекулалық азот 1000 км-ге дейін
сақталады. 100-200 км биіктік аралығында негізгі газ болып молекулалық азот
N2 қала береді. Таза түрінде гравитациялық қабаттарға тек аргон мен гелий
бөлінеді. Аргон 200 км биіктікке дейін ғана таралады.
Түнгі аспанның жарқырауы спектрін зерттегенде 35-60 км аралығында және
250 км биіктікте натрий табылған. Сонымен қатар зертгеулер ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.