Озон мәселесі
Кіріспе 4
1 Әдебиетке шолу 6
2 Алматы қаласының физикалық.географиялық орналасуы 20
3 Алматы қаласындағы жер беті озонының статистикалық сипаттамалары 21
3.1 Жер беті озонының тәуліктік жүрісі (1, 7, 13, 19 сағ) 21
3.2Жер беті озонының жылдық жүрісі 23
4 Қорытынды 23
5 Қолданылған әдебиеттер тізімі 27
28
1 Әдебиетке шолу 6
2 Алматы қаласының физикалық.географиялық орналасуы 20
3 Алматы қаласындағы жер беті озонының статистикалық сипаттамалары 21
3.1 Жер беті озонының тәуліктік жүрісі (1, 7, 13, 19 сағ) 21
3.2Жер беті озонының жылдық жүрісі 23
4 Қорытынды 23
5 Қолданылған әдебиеттер тізімі 27
28
Озон мәселесі пайда болды – дұрысырақ айтқанда, атмосфера физикасының маңызды мәселесі деп жарты ғасыр бұрын мойындалды. 1920 жылдардың өзінде атмосфераның жоғары бөлігі төменгі ауа қабаттырында жоқ қасиеттер қатарына ие екені анықталды. Сонымен, 1923 жылы В.Г.Фесенков Харьковта суммалық бақылаулар нәтижесінде жылықабатты ашқан болатын. Және де Англияда Ф.А.Линдеман мен Г.М.Добсон метеорлардың жануымен және сөнуін бақылау жолымен анықтаған болатын. Одан ертеректе В.Слайфер және Р.Рэйлер , сол кездері түнгі аспанның жануы болып көрінген құпия, атмосфераның жоғары қабатында туылатын, құрамында қызыл және жасыл спектрлі сызығы бар дүниені ашқан болатын.
1) Қазақстанньң физикалық географиясы, Алматы: Атамұра, 2008. ISBN 9965-34-809-Х
2) Александров Э.Л., Седунов Ю.С. Человек и стратосферный озон. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 104 с.Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -783 б.
3) Гущин Г.П. Виноградова Н.Н. Суммарный озон в атмосфере. – Л.: Гидрометеоиздат, 1983. – 284 с.
4) Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Кароль И.Л., Хргиан А.Х. Озонный щит земли и его изменения. – Л.: Гидрометеоиздат, 1992. – 194 с.
5) Хргиан А.Х. Атмосферный озон. Результаты работ Междунар. геофиз. года в СССР. Конференция. 28-31 окт. 1956 г. – М.: Московский Университет, 1961. – 55 с.
6) Физико-геграфическое описание метеорологических станций и постов. – Алмата: 1968.- Вып. 18.- 325 б.
7) Зверев А.С. Атмосферная физика – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 496 б.
8) Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1962. -700 б.
9) Гуральник И.И, Дубинский Г.П, Мамиконова С.В. Метеорология. –Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 415 б.
10) Хргиан А.Х., Еланский Н.Ф. Атмосферный озон. - М.: Изд. МГУ, 1983. – 156 с.
11) Гущин Г.П. Озон и аэросиноптические условия в атмосфере. – Л.: Гидрометеоиздат, 1964. – 341 с.
12) Белоглазов М.И., Ермак А.А., Румянцев С.А., Ролдугин В.К. Некоторые результаты измерений содержания приземного озона на побережье Белого моря. // Метеорология и гидрология. – 1998. - №10. – 65 с.
13) Байдал М.Х. Долгосрочные прогнозы погоды и колебаний климата Казахстана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – Ч. 3 – 362 б.
14) Гирс А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные метеорологические прогнозы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1971. – 280 б.
15) Кац А.Л. Сезонные изменения общей циркуляции атмосферы и долгосрочные прогнозы. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. – 267 б.
2) Александров Э.Л., Седунов Ю.С. Человек и стратосферный озон. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 104 с.Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -783 б.
3) Гущин Г.П. Виноградова Н.Н. Суммарный озон в атмосфере. – Л.: Гидрометеоиздат, 1983. – 284 с.
4) Александров Э.Л., Израэль Ю.А., Кароль И.Л., Хргиан А.Х. Озонный щит земли и его изменения. – Л.: Гидрометеоиздат, 1992. – 194 с.
5) Хргиан А.Х. Атмосферный озон. Результаты работ Междунар. геофиз. года в СССР. Конференция. 28-31 окт. 1956 г. – М.: Московский Университет, 1961. – 55 с.
6) Физико-геграфическое описание метеорологических станций и постов. – Алмата: 1968.- Вып. 18.- 325 б.
7) Зверев А.С. Атмосферная физика – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 496 б.
8) Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1962. -700 б.
9) Гуральник И.И, Дубинский Г.П, Мамиконова С.В. Метеорология. –Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 415 б.
10) Хргиан А.Х., Еланский Н.Ф. Атмосферный озон. - М.: Изд. МГУ, 1983. – 156 с.
11) Гущин Г.П. Озон и аэросиноптические условия в атмосфере. – Л.: Гидрометеоиздат, 1964. – 341 с.
12) Белоглазов М.И., Ермак А.А., Румянцев С.А., Ролдугин В.К. Некоторые результаты измерений содержания приземного озона на побережье Белого моря. // Метеорология и гидрология. – 1998. - №10. – 65 с.
13) Байдал М.Х. Долгосрочные прогнозы погоды и колебаний климата Казахстана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1965. – Ч. 3 – 362 б.
14) Гирс А.А. Многолетние колебания атмосферной циркуляции и долгосрочные метеорологические прогнозы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1971. – 280 б.
15) Кац А.Л. Сезонные изменения общей циркуляции атмосферы и долгосрочные прогнозы. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. – 267 б.
МАЗМҰНЫ
б.
Кіріспе
4
1 Әдебиетке шолу
6
2 Алматы қаласының физикалық-географиялық орналасуы
20
3 Алматы қаласындағы жер беті озонының статистикалық сипаттамалары
21
3.1 Жер беті озонының тәуліктік жүрісі (1, 7, 13, 19 сағ)
21
3.2Жер беті озонының жылдық жүрісі
23
4 Қорытынды
23
5 Қолданылған әдебиеттер тізімі
27
28
КІРІСПЕ
Озон мәселесі пайда болды - дұрысырақ айтқанда, атмосфера физикасының маңызды мәселесі деп жарты ғасыр бұрын мойындалды. 1920 жылдардың өзінде атмосфераның жоғары бөлігі төменгі ауа қабаттырында жоқ қасиеттер қатарына ие екені анықталды. Сонымен, 1923 жылы В.Г.Фесенков Харьковта суммалық бақылаулар нәтижесінде жылықабатты ашқан болатын. Және де Англияда Ф.А.Линдеман мен Г.М.Добсон метеорлардың жануымен және сөнуін бақылау жолымен анықтаған болатын. Одан ертеректе В.Слайфер және Р.Рэйлер , сол кездері түнгі аспанның жануы болып көрінген құпия, атмосфераның жоғары қабатында туылатын, құрамында қызыл және жасыл спектрлі сызығы бар дүниені ашқан болатын. Фесенков пен Добсонның ашуларынан соң екі жылдан кейін Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Дж.Мак-Леннан түнгі аспанда ароматты қышқыл жанып тұратынын дәлелдеді және сол арқылы еркін радикалдардың атмосфералық химиясының басын бастап берді. Соңғылардың ішінен түнгі аспанда қарқынды жанатын (спектрдің инфрақызыл сәулелері) гидроксил ОН табылды. 1925 жылы В.И.Виткевич Мәскеуде атмосфераның жоғары қабатының керемет акустикалық қасиеттерін ашты, ол оның жеке циркуляциясының маусымдық ауысымына шартталған болатын.
1925 жылы, сонымен қатар, басты ионосфералық қабаттырдың биіктіктері анықталып, олардағы еркін электрондардың жоғарғы концентрациясы анықталды
1927 жылы Е қабатының төменгі облыстарында радиодабылдардың жұтылуы да ашылған болатын, енді біз осы жерден D қабатын оның әдеттегіден тыс химиялық қасиеттерімен - құрамындағы еркін радикалдарымен орналастырамыз. 1928 жылы бірінші рет әлемдік жаңғырық - Жердің магнитосферасынан радиодабылдардың шағылысуын байқады - бұл атмосфераның ең шеткі облысының бар екені туралы куәлік болатын.
1930-1931 жылдары С.Чемпен Англияда ощонның бірінші фотохимиялық теориясын (оттегілік) ұсынды, ол О2 молеклалары мен О атомдарының үшінші М молекуламен серпімді қақтығысуы кезінде пайда болады. Осылайша, қысқа уақыт ішінде жоғары атмосферада болатын үдерістер мен қасиеттердің қатары ашылып үлгерді. Олардың көпшілігімен озон байланысты болатын, және де бұл оны бақылаушылырға үлкен қызығушылық тудырды.
1926-1931 жылдары озонды және оның вертикаль таралуын зерттеуге арналған көптеген асапаптар ойлап табылды, оның оптикалық қасиеттері анықталып, көптеген бақылау пункттері ашылды және де, тіпті циклондар мен антициклондардың жүрісі барысында озонның өзгерісін білуге талпыныстар жасалды. 1929 жылы Парижде озонға арналған бірінші халықаралық симпозиум өткізілді, ал 1931 жылы П.Гетц атмофералық озон туралы бірінші монографиясын да жариялады, ол 1933 жылы орыс тіліне аударылған болатын.
Жер үсті қабатының озоны тропосфера озонының бір бөлігі. Сөзсіз, физикалық үдерістер озонның таралуына байланысты сәйкес жүреді.
Радиация сәуле шығару және жұту үдерісінде ауаның мынадай құрама элементтері айтарлықтай маңызға ие: су буы, көмірқышқыл газы мен озон. Соңғы жылдары озонға көп көңіл бөлінуде. Бұл озонның күн радиациясын түрлі спектрлерде, соның ішінде ультракүлгін бөлігін өткізбей ұстап қалады, сондай-ақ стратосферада жылу ошағын құруға мүмкіндігі бар. Соңғысы, төменде көрсетілетін атмосфераның жалпы айналамы мен атмосферадағы макроүдерістер қатарында маңызды рөлге ие. Басқа газдармен салыстырғанда атмосферадағы пайыздық көрсеткіші аз болғанана қарамастан (көлемі бойынша 1,0,::10-6%), дәл осы ауаның құрама бөлігіне кеңірек тоқталып кетейік.
Алғаш рет озон голланд физигі М.Ван-Марум тарапынан 1875 жылы электрлік ұшқынды қышқылмен әрекеттестіру жолымен алынған. Газ күшті иіске ие, оның аты да осыдан келіп шыққан .
Озон (О3) атмосферада қышқыл молекуласының (О2) атомдарға диссоциациялануы нәтижесінде пайда болады: О+О2=О3. Біратомды жадай және үшатомды молекулалар әдетте тұрақсыз болады және О2 пішіміне өтуге тырысады.
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
Озон О3 атмосфералық үдерістерде (биологиялқ үдерістер сияқты) үлкен рөл ойнайды, оның ауадаңы көлемі тым аз - 4*10-5% болса да. 1879-1880 жылдарда ақ Күн мен жұлдыздардың спектрі ультракүлгін шетінде кесілген екені, шамамен λ=2900 А болатынын анықтады. 1903 жылы Мейер және анығырақ 1913 жылы Фабри мен Бюиссон зертханада спектрдің осы бөлігінде азонның жұтылуын зерттеген болатын. 1921 жылы Фабри мен Бюиссон жер атмосферасында жұтылатын зат болып шынымен де атмосферадан 20 километржоғарыда жатқан азон табылатынын дәлелдеді.
Ультракүлгін радиацияны озонның көп жұтатынын білеміз, демек оның үлкен бөлігі (шамамен күн энергиясының 1,5 %-ы) озонның ең биік бөлігінде ақ жұтылып үлгереді, соның нәтижесінде 40-55 километр биіктікте ауа өте жылы болады. Мұнда, Фасидің МГГ кезіндегі бақылаулары бойынша , температура 44°-қа жетуі мүмкін. 4-суретте манабе мен Штриклердің есептері бойынша озон бар кезде жіне жоқ кездердегі стратосферадағы ауаны есептелуі көрсетілген. 90°-қа жеткен айырмашылық стратосферадағы жылу балансына кішкентай қоспаның рөлін көрсетеді.
Ультракүлгін сәулелер үлкен биологиялық белсенділікке ие, олар көптеген бактерияларды өлтіреді, ағзада D дәруменінің қалыптасуына әсер етеді, ал ол бойдың өсуі мен рахиттің алдын алады және т.с.с. Егер де күннің белсенді сәулелерінің үлкен бөлігін ұстап тұратын озон болмаса, онда жер бетіндегі биологиялық үдерістер мүлдем өзгеріп кеткен болар еді. Тіпті, қазіргі формадағы өмір жер бетінде оттегі пайда болып, сол арқылы озон қабаты түзілгеннен кейін де қалыптасқан болуы мүмкін.
Атмосфераның белгілі бір жерінде (қабатында) озонның болуын келесі қасиеттерді қолдана отырып бағалауға болады:
1) озонның тығыздығы (парциональды тығыздық) ρ3, кей кездері γ деп те белгілене береді және м3 ішіндегі микрограмдармен сипатталады (1 мкгм3=10-6 г м3). Кейде озонның тығыздығы ауаның 1 километрқалыңдықтағы қабатында жатқан озон қабатының қалыңдығымен беріледі, ол қалыпты қысымға 750 миллиметр сын бағ және 0° қалыпты температураға келтірілген. 10-3 скилометр шамасы озонның 21,414 мкг м3 тығыздығына сәйкес келеді.
ρ3 тығыздығы 1 сантиметр3 озондағы N3молекулалар санына пропорционал;
2) қоспалардың қатынасы r3 - озон тығыздығының ρауа тығыздығына қатынасы, 1 г ауада мирограмдармен сипатталады
r3=1pRBTρ3*10-9, (1.1)
егер ауа қысымы р миллиметрмен берілсе, ал ρ3 - мкгм3 болса;
3) озонның парациальды қысымы р3 миллиметрмен берледі
p3=0.6035 pr3=1.7322*10-3Tρ3. (2.2)
Атмосфера қатарындағы озонның жалпы көлемі әдетте х арқылы беріледі және сантиметрмен өлшенеді, яғни қалыпты қысымға және 0° температураға келтірілген атмосфералық озон қабатының қалыңдығы. Қалыпты жағдайларда озонның тығыздығы ρ03=2,1414*10-3 граммсантиметр3 шамасына тең. Мынаны көру оңай:
x=1ρ03p1p2ρ3dz. (2.3)
Кейбір қабаттарда, ауа қысымы р1 және р2 шамаларына сәйкес болатын z1 және z2 биіктіктері арасында О3 көлемін (2.1) арқылы есептегенде мынаған тең болады:
x12=1ρ03z1z2ρ3dz=x=1gρ03p1p2r3dz=x= 1.6571gp1p2ρ3dlnp. (2.4)
Озонның вертикаль таралуын бейнелеуге арналған озонограмманың бланкісінде (Сур.5) абсцисса осінің бойына 0 мен 320 мкмб аралығында р3 мәні, ал ордината осінің бойына - lnp мәні қойылған, р үшін 1000 мб мен 1 мб аралығында болады. (2.3) формуласына сәйкес lnp шамамен алғанда z биіктігіне пропорционал. Мұндай озонограммаға салынған О3 вертикаль таралуының қисығы формуласына сәйкес қасиеттерге ие болады, ол оны шектейді және р1 деңгейінен бастап р2 деңгейіне дейін ордината осінің ауданымен анықтайды, яғни р3 пен lnp арасындағы интеграл осы шектерде х12 қабатындағы озон құрамына пропорционал болады.
Табиғатта байқалатын озон қабатының қалыңдығы х кең көлемде өзгеріп отырады - 0,068 сантиметр мен (Тромсе, Солтүстік Норвегия, 1942 жылдың 23 және 24 қыркүйектері) 0,662 сантиметр аралығында (Порт-о-Франсэ, кергелен аралы, 1959 жылдың 22 қыркүйегі). Мұндайда озонның таралуы, ауа райы секілді, экваторлық белдеуде ғана тұрақты болады, және де полярға дақын зоналарда барынша өзгергіш болып келеді, оған шеттік мәндер х де енеді (9-сурет). Халықаралық геофизикалық жыл кезінде жүргізілген бақылаулар бойынша озондық экватор деп аталатын озонның көлемі орташа есеппен алғанда минималды болатын облыс географиялық экватордан солтүстікке қарай орналасқан екен, жазда (мамыр қазан аралығында) - 15 және 25° с.е. аралығында, ал басқа маусымдарда - 0 мен 15° с.е. аралығында болады екен. Мұнда жыл бойы х 0,239-0,276 сантиметр шегінің шамасында өзгереді. Осы жерден солтүстікке қарай х өседі, әсіресе көктемде күшті өзгеріске ұшырайды, бұл кезде, наурызда 70-80° с.е. зонасында озон қабатының орташа қалыңдығы 0,502 сантиметр болады, және де полюске қарай бірнеше есе кішірейеді. х орнының ұқсас орналасуы оңтүстік жарты шарда да байқалған, мұнда х экватордан оңтүстікке қарай жылдам үлкейеді. Кергелен аралында (49° о.е.) х орташа айлық мәні 0,596 жетуі мүмкін, дәл осындай жағдай 1959 жылы болған. х максимум белдеуі оңтүстік жарты шарда 60-70° о.е. аралығында орналасқан, ал жазда (қаңтар-сәуір) тағы да солтүстікке қарай жылжиды. Полярға жақын озон минимумы Антарктикада күштірек бейнеленген және Арктикамен салыстырғанда көлемі үлкен.
1958-1959 жылдары орташа алғанда солтүстік жарты шарда озонның қабаты 0,298 сантиметр құраған, оңтүстікте - 0,307 сантиметр; барлығы атмосферада 3,36*109 т озон болған. Солтүстік жарты шарда озонның 44 %-ы 0 мен 30° с.е. аралығындағы тропикалық белдеуде жатқан екен, және де бар болғаны 16 %-ы ғана полярлық белдеуде 60 пен 90° с.е. орналасқан. Бұл кедергі кетірмейді.
Дәл осы уақытта тропикалық белдеуде х жылдық жүрісі күн радиациясы секілді мөлшері өте аз болғандықтан, жоғарғы еніктерде ол жақсы көрсетіледі. Поляр маңындағы ендіктерде хқаңтар айында доғарғы және тік максимумға ие болады, ал оңтүстікке қарай - ақпанда немесе наурызда болады. Осыдан кейін хбіртіндеп минимумға дейін азая береді, полярлық облыстарда қыркүйекте байқалса, азаятындар - қазанда байқалады екен. Озонның құрамы қыста күн сәулесі аз кездері өсетінін айта кету керек және максимум көктемде, радиацияның максимумына дейін байқалады. Оңтүстік жарты шарада, хкөктемгі максимумынан басқа (қазан-қараша), екінші рет қысқы максимум (мамыр-маусым) бақыланған.
Сондай-ақ бір бірінентәуелсізтүрде 1959 жылыК.Раматан және Г.И.Куз - нецев озонның континентальды эффектісін тапқаны таңқаларлық жағдай. Теңізбен салыстырғанда құрлықта озон қабаттарының азаюы осылай аталған болатын, әсірісе жазда озон 0-36° с.е. жақсы байқалады, бұл уақытта теңіз бен материк арасындағы айырмашылық 0,047 метр құрайды.
Жаз бен күзде ендік градиент те, озонның тербелісі де өте баяу болады. Қыс пен көктемде, ендіктердехайырмасы өте үлкен болған кезде хөзгергіштігі бір күннен екінші күнге қарай азаяды және полярлық белдеулерде де осылай өзгеріп отырады. Бұл озонның ауысуы арқылы пайда болған тербеліс жоғары ендіктерде төмен және керісінше болады. хшамасының күрт өсуі анығырақ көрсетілген 20-25 %, және де көбірегі - арктикалық ауаның алмасуында болады, мысалы, циклонның тылдық (батыс) бөлігінде.
Трапосферада озон-зондтау әдісімен бірге озонды өлшеудің химиялық әдісі де пайдаланылады (жерден немесе ұшақтан), ол озон мен иодты калидің KJ қоспада мына реакция бойынша қышқылдануына және ерітіндіде қалған KJ анықталуына негізделген:
О3+2KJ+H2O=J2+O2+2KOH (2.5)
1960 жылы А.С.Бритаев ұшақтан бақылау кезінде 6-7 километр биіктіктерде вертикаль мен горизонталь бойынша О3 үлкен ауытқуын байқады. Бұлттылықпен байланысты мұндай жағдайда температуралық инверсия қабатының ұүстінен О3 өсуі байқалмаған, яғни қабаттар үстіндегі ауаның вертикальды қамайтын қозғалысы болмаған.
Америка Құрама Штатында озондтардың көмегімен трапосферада биіктік бойынша жалпы О3 тегіс таралуы алынған. 13-суретте 1962-1963 жылдары қыс мезгілінде Бедфордта 20 зондылаудың нәтижесіде алынған мәліметтер бойынша r3таралуы көрсетілген. Бақыланатын қисық r3 жоғарыдан төмен болса, біз озонның концентрациясының тропопауза үстінен күрт азайғаныны көреміз. Одан әр қарай төменде r3 біртіндеп 9 километр мен 2,2 километр аралығында биіктіктер бойынша азая береді. Мұнда атмосфераның араласуын біртіндеп О3 төмендеуі деп алуға болады. Соңында, 2,2-0 километр аралығындағы қабатта озонның құрамы тағы да күрт кемиді, бұл мұнда жоғарыдан ағып келе жатқан озонның қарқынды бұзылуын көрсетеді, ол шаңның, органикалық бөлшектердің қышқылдануынажәне тағы сол сияқтыларға әсер етуі мүмкін. Бұл озонның жер үсті ағыны тропикалық зонада айшығырақ көрінеді.
Атмосфераның жкрүсті қабатында озонның тағдыры өте күрделі және аз зерттелген. А.С.Бритаев Мәскеу аудандарында О3 көлемі стратосферадағы х озон көлемімен тығыз байланысты және 1,5-3 километр биіктіктегі ағынсыз түсілідерге тәуелді екенін жер үсті озоны оның стратосферадағы ағынына тәуелді екенін көрсете отырып дәлелдеді.
А.Васи бақылаулары кезінде 1957-1959 жылдары жерүсті қабатында озонның құрамы күшті және жылдам ауытқуы мүмкін екенін көрсетті, Баль-Жуаеда (Франция) 0 мен 170 мкгм3, Адели Жерінде (Антарктида) - 0 мен 130 мкгм3 болады (тәуліктік орташа тербеліс 80мкгм3 шамасына жетеді). Мүмкін, бұл тебелістер ауа райымен байланысты болаы (бұл байланыстар әлі зерттелмеген болса да) және трапосферадағы және стратосферадағы ірі масштабты ағындармен байланысты болуы да мүмкін. 6-кестеде А.Васи есептеулері бойынша кеі пункттегі ρ3 айырмасының орташа мәні келтірілген. Антарктикада жер үсті ауасы салыстырмалы түрде алғанда озонға бай, әсіресе көктемде, стратосферада озон көлемі ұлғайған кезде болады. Бұл байланысты стратосферадағы немесе трапосферадағы ауаның күшті ауысуымен (Адели Жері - Жер бетіндегі ең күшті желдердің облысы) немесе стратосферадағы суық ауаның күрт түсуімен, әсіресе қыс мезгілінде күшті болады, түсіндіруге болады.
Кесте 1 - Жер бетіндегі озонның орташа айлық тығыздығы, ρ, мкгм3
Пункт
1
2
3
4
5
6
Валь-Жуайе
Адели Жері (Дюмон-Дюрвиль)
7,6
-
7,5
14,6
13,2
12,2
12,7
6,8
12,8
6,4
18,2
20,1
Пункт
7
8
9
10
11
12
Валь-Жуайе
Адели Жері (Дюмон-Дюрвиль)
10,1
11,3
16,7
16,7
6,5
34,7
6,7
46,5
7,6
31,3
9,9
27,8
Валь-Жуайеде озонның құрамы жер беті қабатында, стратосферадағы сияқты, қыста және көктемде өседі, бұл екі облыстың да атмосферасының байланысын көрсетеді; жер бетінде, алайда, жазғы максимум ρ3 пайда болады, ол жоғарыда болмайды және жызғы күшті конвекциямен байланысты болуы мүмкін.
Біз жер беті қабатындағы О3 ағысының табиғаты туралы өте аз білеміз, тіпті ρ3 мәні тропиктерде аз және Антарктикада көп болса да, Антарктиканың қар жамылғысының бетінде бұзылу тропикалық зоналармен салыстырғанда баяу жүреді.
Ауа әр түрлі химиялық қоспалармен: түтінмен, қалдық газдармен және тағы басқалармен ластанған өнеркәсіптік аудандарда О3 бұзылуының күшейтілген үдерісі жүріп жатқан болуы мүмкін. Сонымен, мысалы Прижде, қаланың орталығындақазіргі кезде озон жер беті қабатында мүлдем жоқ, алайда 1952 жылы автокөлік транспорты аз болған кезде О3 іздері байқалған екен. Париждің батыс жағында орналасқан Валь-Жуайеде 1954-1960 жылдары ρ3 22,7-ден 4,4 мкгм3 шамасына дейін азайып кеткен. Бірақ бұл эффект төменгі қабатты ғана қамтиды, немесе Эйфиль мұнарасының бірінші қабатының (һ=57 м) бірінші қабатында ρ3 деңгейі 36 мкгм3 шамасына дейін өседі. Керісінше, Лос-Анжелоста жер үсті қабатында, әсіресе күндіз ρ3 көлемінің өсуі байқалған. Көрініп тұрғандай, озон кейбір көмірсутегілердің озоттың екі қышқылында автокөліктердің қалдық газдарымен фотохимиялық қышқылдану үдерісі кезінді де түзілуі мүмкін екен.
В.Д.Решетов 1959 жылы О2+О=О3 реакциясы аэрозольдың ылғалды бөліктерінің бетінде болуы мүмкін екенін және озон содан кейін осы бөлшектер құрғағаннан соң бөлінуі мүмкін екенін көрсетті.
Озон мәселесі пайда болды - дұрысырақ айтқанда, атмосфера физикасының маңызды мәселесі деп жарты ғасыр бұрын мойындалды. 1920 жылдардың өзінде атмосфераның жоғары бөлігі төменгі ауа қабаттырында жоқ қасиеттер қатарына ие екені анықталды. Сонымен, 1923 жылы В.Г.Фесенков Харьковта суммалық бақылаулар нәтижесінде жылықабатты ашқан болатын. Және де Англияда Ф.А.Линдеман мен Г.М.Добсон метеорлардың жануымен және сөнуін бақылау жолымен анықтаған болын. Одан ертеректе В.Слайфер және Р.Рэйлер , сол кездері түнгі аспанның жануы болып көрінген құпия, атмосфераның жоғары қабатында туылатын, құрамында қызыл және жасыл спектрлі сызығы бар дүниені ашқан болатын. Фесенков пен Добсонның ашуларынан соң екі жылдан кейін Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Дж.Мак-Леннан түнгі аспанда ароматты қышқыл жанып тұратынын дәлелдеді және сол арқылы еркін радикалдардың атмосфералық химиясының басын бастап берді. Соңғылардың ішінен түнгі аспанда қарқынды жанатын (спектрдің инфрақызыл сәулелері) гидроксил ОН табылды. 1925 жылы В.И.Виткевич Мәскеуде атмосфераның жоғары қабатының керемет акустикалық қасиеттерін ашты, ол оның жеке циркуляциясының маусымдық ауысымына шартталған болатын.
1925 жылы, сонымен қатар, басты ионосфералық қабаттырдың биіктіктері анықталып, олардағы еркін электрондардың жоғарғы концентрациясы анықталды, 1927 жылы Е қабатының төменгі обыстарында радиодабылдардың жұтылуы да ашылған болатын, енді біз осы жерден D қабатын оның әдеттегіден тыс химиялық қасиеттерімен - құрамындағы еркін радикалдарымен орналастырамыз. 1928 жылы бірінші рет әлемдік жаңғырық - Жердің магнитосферасынан радиодабылдардың шағылысуын байқады - бұл атмосфераның ең шеткі облысының бар екені туралы куәлік болатын.
1930-1931 жылдары С.Чемпен Англияда ощонның бірінші фотохимиялық теориясын (оттегілік) ұсынды, ол О2 молеклалары мен О атомдарының үшінші М молекуламен серпімді қақтығысуы кезінде пайда болады. Осылайша, қысқа уақыт ішінде жоғары атмосферада болатын үдерістер мен қасиеттердің қатары ашылып үлгерді. Олардың көпшілігімен озон байланысты болатын, және де бұл оны бақылаушылырға үлкен қызығушылық тудырды.
1926-1931 жылдары озонды және оның вертикаль таралуын зерттеуге арналған көптеген асапаптар ойлап табылды, оның оптикалық қасиеттері анықталып, көптеген бақылау пункттері ашылды және де, тіпті циклондар мен антициклондардың жүрісі барысында озонның өзгерісін білуге талпыныстар жасалды.
1929 жылы Парижде озонға арналған бірінші халықаралық симпозиум өткізілді, ал 1931 жылы П.Гетц атмофералық озон туралы бірінші монографиясын да жариялады, ол 1933 жылы орыс тіліне аударылған болатын.
Өмір мен атмосферадағы озонның қатынасы туралы сұрақ тарихи геология үшін ғана емес, қазіргі замандағы адам үшін де үлкен маңызға ие. Өмір - өсімдік пен жануарлар дүниесі - Жер бетінде тек қуаты жетерлікті, оны Күннің ультракүлгін радиациясының өтіп кетуінен сақтайтын озонды қалқан пайда болғанда ғана дамуы мүмкін еді деп айтуға болады. Бұл қалқан туралы және оның тағдыры туралы біз қазіргі күнде де қамыын ойлауымыз керек.
Жердің жасы қазір өте дәл - шамамен 4,5*109 жыл деп есептелсе де, Жердің бірінші атмосферасы туралы бізге мәлім нәрселер өте аз. Егер Жер алғашқы құрамында көп мөлшерде сутегі болған ғарыштық фотопланеталық бұлттан пайда болған болса, онда күмәнсіз, бұл сутегіні Жер өте ерте жоғалтып алған. Геологтардың болжауынша, біз білетін Жер атмосферасы екіншілік, ол вулкандық газдардан немесе геологиялық жыныстардан бөлінген. Бұл газдаода еркін оттегі болмаған (себебі ол басқа планеталардың атмосфферасында жоқ). Жердің мұндай вулкандық атмосферасы 109 жыл бұрын болған, тіпті Н2, Н2О, N2 және СО2 ғана болған боуы мүмкін. Ол кезде Жерде өмір болмаған деуге болады. Осындай атмосферадан өткен толқын ұзындығы шамамен 307 нм аз ультракүлгін радиация тірі жасушалардың ДНҚ-сын бұзуы мүмкін еді (егер олар пайда болған жағдайда да, олардың көбеюіне кедергі болар еді деп айтқан дұрыс болады). Судың қуатты қабаты ғана сол ұзақ кезеңде тірі заттарды радиациядан қорғап қалуы мүмкін еді. Кейінірек, атмосферада оттегі пайда болды, ал содан озонның қорғаныс қабаты түзілді.
Өсімдіктердің фотосинтезі, басында біріншілік біржасушалы су өсімдіктерінде (қалдық радиациядан су қабаты арқылы қорғанған) пайда болған, содан кейін күрделірек су өсімдктері де еркін оттегі бөле алатын болған. Бұл, мысалы, мына реакция арқылы жүруі мүмкін:
СО2+ Н2О = НСОН+ О2. (2.6)
НСОН молекулаларының әрі қарайғы қалыптасуы тірі зат болған. Бұл үдерісті бірінші орынға қояын Л.Беркнер мен Л.Маршал былай деп жазады: өмір пайда болғанға дейін үлкен мұхиттық облыстар жоқ кезде оттегі көздері өте мардымсыз болған, ал оның қышқылдануға жұтылуы жоғары болыпты, себебі оның теңдік деңгейі төмен болатын.
Мұндай жағдайда бастапқыда тірі тіршіліктің пайда болуына кедергі келтірген қауіпті радиацияларды дәл бағалау керек. Беркнер мен Маршал жұмыстарында қабылданған болатын, өмір үшін - мына спектрлік облыс қауіпті: λ=240.258 нм және бұл кезде осы облыстың энергетикалық жарықтануы 10-3 Вт*м-2 болса. Кейінірек М.Ратрен мен Дж.Уокер басқа критерий таңдады. ДНҚ құрамын бұзатын басқа ұзынырақ толқындардың әсері Күннің энергия сәулелерін өлтіреді, ал басқа органикалық заттардың ққорғаныс қабілеті жасушалық ядоның айналасында аз болады. Мұндайда ультракүлгін радиацияның қауіпті дозасы λ = 302 нм болғанда барлық облыс спектрінде 10-1 Вт*м-2 болып табылады.
Қандай болса да А және В үдерістері геологиялық тарихтың керемет жаңалығына алып келді - ол эволюциялық жарылыс деп аталды. Архей эрасында жүздеген миллион жыл ұсақ жәндіктер ғана - бактериялар мен су өсімдіктері, анэробты организмдер өмір сүрсе, пойлеозойлық эрада олар жоғары дәрежеге тез көтерілді. Ультракүлгін сәулелер үлкен биологиялық белсенділікке ие, олар көптеген бактерияларды өлтіреді, ағзада D дәруменінің қалыптасуына әсер етеді, ал ол бойдың өсуі мен рахиттің алдын алады және т.с.с. Егер де күннің белсенді сәулелерінің үлкен бөлігін ұстап тұратын озон болмаса, онда жер бетіндегі биологиялық үдерістер мүлдем өзгеріп кеткен болар еді. Тіпті, қазіргі формадағы өмір жер бетінде оттегі пайда болып, сол арқылы озон қабаты түзілгеннен кейін де қалыптасқан болуы мүмкін.
Тас көмірдің қалдықтары атмосералық көмір қышқылының ассимиляциясы туралы куәлік береді, яғни атмосфераға оттегі бөлінген. Атмосферада қалыптасқан оттегі озон қабатында жүрді, бұл еш күмән тудырмайды, ал азондық экран алдымен Жер бетінде болды. Шамамен оттегінің мөлшері заманауи өлшем бірліктерімен 0,1 болғанда (PAL - present atmospheric level) озон қабаты стратосфераға дейін көтеріліп үлгенген еді.
Оттегі мен озонның геологиялық тарихын зерттеу үлкен қызығушылық тудырып отыр. 1970 жылы стратосфералық ауаға авиациялық қышқылдардың әсері озон қабатын бұзуы мүмкін деген идея пайда болғанда, ол озон - өмір мәселесіне жақын қатынаста екні анықталды. Улттракүлгін сәулелердің қауіптілігі биосфера озонының бұзылуын тудыруы мүмкін (және бүкіл адамзаттың да), ол анық. Озонның бұзылуында басты рөл озоттық тыңайтқыштар болуы мүмкін.
1974 жылы озонның хлормен катологиялық бұзылуы туралы мәселелер қозғалды, ол стратосфераған фреонды CFxCly - мұздатқышты және аэрозольды құрылғыларда кеңінен қолданылатын заттар. Бұл гипотезаның әрі қарайғы жалғастырушысы Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Г.Джонсон1975 жылы авиацияның рөліне сүйене отырып, егер қандай да бір арнайы стратосферада ластанған белгісіз механизмдерді қосса, онда ол стратосфералық озонның өлуіне алып келеді.
Бұл қорытындылар теорияларды тудырды. Бүкләлемдік метеорологиялық ұйым Біріккен Метеорологиялық Ұйым1976 жылы Озонды ғаламдық зерттеу және озонға мониторинг жасау жобасымен шықты және мелекеттерге - Біріккен Метеорологиялық Ұйым БМҰ иұшелеріне озонға жасалатын тұрақты бақылаулар туралы жаңалықтар таратып отаратын болды, бұл өз кезегінде озон қабатына төнетін болашақ қауіптер мен трендтердің алдын алуға, озонның климатқа әсерін бағалауға мүмкіндік беретін еді. Жобаны белсенді түрде Атмосфералық озон туралы халықаралық комиссия да мақұлдады. 1977 жылдың наурызында бұл мәселе Қоршаған орта туралы Біріккен Ұлттар Ұйымының бағдарламасында (UNEP) қаралған болатын. Осы жылдың мамыр айында Женевада мамандар жиналып, күн спектрінің әлдеқайда белсенді бөлігі - 290 нм және 320 нм аралығындағы биологиялық белсенділікті зерттеуге арналған заманауи аспаптар мен координатталған мүмкіндіктерді қарастырды. 1978 жылы Біріккен Метеорологиялық Ұйым арнайы циркуляры мемлекеттерге ультракүлгін радиацияларды бақылау ұйымдарын құруды ұсынған болатын.
Озон қабытының бұзылуы туралы идеялар және оның ұзаққа созылатын зардаптары туралы ойлар АҚШ-та арнайы Климаттық әсерлерді анықтау бағдарламасын (СІАР) (АҚШ транспорт Департаментінің ортақ бастамасымен) құрды, ол стратосфералық авиацияның тастандылар тиімділігін бақылап бастады. Осы мақсатпен 1972-1975 жылдары авиация, атмосфераның физикасы, ластану мен озон мәселелері бойынша мамандардың төрт конференциясы шақырылды және төрт кеңейтілген шолу жасалды. Страторсфералық ұшулардың нәтижелері бойынша осыған ұқсас бағдарлама (СOSOV) Францида да құрылған болатын.
Қазіргі уақытта жер шары бойынша УФ-В радиациясын бақылаудың басты реті оның ендік тәуелділігіболып табылатынын айтып кеткен дұрыс. Есептеулер дәлелдеді, тропикалық белдеу айына 360-420 Вт*сағ*м-2 аралығында шығуы керек екен.
Соңғы жалдары анықталды, өнеркәсіп пен атотранспорттың дамуы қалаларда ерекше және күшті ластанулар тудыруда, соның ішінде озон да бар. Азот қышқылы мен жанбайтын көмірсутегілердің арасында, мысалы, қалдық газдарда күн сәулесінде фотохимиялық үдерістердің, соның ішінде озонның алуан түрлілігі болып отыр. Қалаларда фотохимиялық қабаттар - құрғақ түтін пбасуда, оның құрамында 1 мг*м-3 дейін озон болады. Ол өсімдіктерді қаза етеді, тыныс алу жоладарын тітіркендіреді және адам көзінің сілекейлі қабатына кері әсерін тигізеді және тағы да басқа зардаптарын әкеледі. Бірінші сипатталған Лос-Анжелесте байқалған, содан кейін АҚШ пен Еуропаның үлкен қалаларында, әсіресе Голландияда байқалған. Оның пайда болу Кеңестік Социялистік Республика Одағы-да жоқ емес.Радиация сәуле шығару және жұту үдерісінде ауаның мынадай құрама элементтері айтарлықтай маңызға ие: су буы, көмірқышқыл газы мен озон. Соңғы жылдары озонға көп көңіл бөлінуде. Бұл озонның күн радиациясын түрлі спектрлерде, соның ішінде ультракүлгін бөлігін өткізбей ұстап қалады, сондай-ақ стратосферада жылу ошағын құруға мүмкіндігі бар. Соңғысы, төменде көрсетілетін атмосфераның жалпы айналамы мен атмосферадағы макроүдерістер қатарында маңызды рөлге ие. Басқа газдармен салыстырғанда атмосферадағы пайыздық көрсеткіші аз болғанана қарамастан (көлемі бойынша 1,0,::10-6%), дәл осы ауаның құрама бөлігіне кеңірек тоқталып кетейік.
Алғаш рет озон голланд физигі М.Ван-Марум тарапынан 1875 жылы электрлік ұшқынды қышқылмен әрекеттестіру жолымен алынған. Газ күшті иіске ие, оның аты да осыдан келіп шыққан .
Озон (О3) атмосферада қышқыл молекуласының (О2) атомдарға диссоциациялануы нәтижесінде пайда болады: О+О2=О3. Біратомды жадай және үшатомды молекулалар әдетте тұрақсыз болады және О2пішіміне өтуге тырысады.
Атмосфераның төменгі қабаттарында озон қалыптастырушы факторлар болып түнерген дәрежелер, кейбір органикалық заттардың қышқылдануы және т.б. саналады. Бұл факторлар атмосферада эпизодты түрде (уақытша) әсер еткендіктен, төменгі қабаттарды озонның көлемі де аз әрі тұрақсыз. Жоғарғы қабаттарда негізгі озон қалыптастырушы қабаттар болып күннің ультракүлгін сәулесі табылады. Бұл факторлар тұрақты әсер ететін болғандықтан, 20-30 километр қабаттарда ол тұрақты озонның болуын қамтамасыз етеді. Осылайша, озонның көлемі басқа газдармен салыстырғанда төменнен жоғары қарай өсе түседі де, 20-30 километр биіктікте максималды концентрацияға жетеді. Осы қабаттан оғары және төмен қарай оның көлемі жылдам төмендейді.
Атмосферадағы озонның жалпы көлемі жерді қоршап тұратын қабаттың қалыңдығымен өлшенеді деп қабылданған. Ол қабат атмосферада бар озонды жинап, оны қалыпты жағдайға келтіргенде алынады (температура 0°С, қысым 760 мб). Бұл қабаттың орташа қалыңдығы бар-жоғы 3 миллиметр екен, және де ол 1,5 миллиметр мен 4,5 миллиметр аралығында географиялық ендікке, маусым метеорологиялық жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін. Дәл осы жағдайларда атмосфералық азот пен қышқыл сәйкесінше қалыңдығы 6200 метр және 1560 метр қабаттар құруы мүмкін еді.
Азон толқын ұзындығы 2900 А шамасынан қысқа күн сәулесін толығымен жұтып қояды (Жерге жеткізбейді), ал егер ол Жерге түсіп кетсе, Жерде тіршілік әлемі болмас еді. Озонды спектрдің инфрақызыл бөлігінде жұтып қоюы (9,5 микрометр жазықта, Жерге максимум жақын жатқан шағылысу) жердің шағылысуын 20%-ға дейін ұстап тұрады, сондай-ақ атмосфраның жылынуына әсер етеді.
Озонның ендік пен маусымдардың ауысуына байланысты үлестіру заңдылығы жалпылама көрсетілген. Одан озонның максималды көлемі екі жарты шарда да көктемде байқалатыны, ал минималды - күзде екені көрсетілген. Озон құрамының маусымдық өзгерісі экватор маңында өте аз және полюстерге қарай өседі. Жылдың барлық маусымдарында ең аз озон экваторда, озонның меридиандық градиенттері көктемде ғана жоғары, сондай-ақ осы маусымда ғана озонны көлемі экватордан полюстерге қарай күрт өседі. Жылдың басқа маусымдарында да оның өзгерісі ендіктер бойынша аса білінбейді, дегенмен экватордан полюстерге қарай өсу бағыттары байқалады.
Радиацияның жұтылу және шағылу процестерінде ауаның келесі құрамды элементтері заттай мағынаға ие болады: су буы, көмірқышқыл газы және озон. Соңғы жылдары озонға өте көп көңіл бөлініп келеді. Бұл келесімен байланысты, яғни озон спектрдің әрбір бөліктерінде, әсіресе ультракүлгін бөлігінде күн радиациясын жұтуға бейімді болып келеді, сонымен қатар стратосферада сәйкес жылудың ошақтарын құрады. Озонның бұл ерекшелігі атмосфераның жалпы циркуляциясының жалпы нұсқасын құруда және атмосферадағы макропроцестерді түсіндіруде өте маңызды рөлді атқарады. Бірақ атмосферадағы басқа газдарға қарағанда озонның пайыздық құрамы аз болып келеді, яғни 1,0 ·10-6 %. Озонды ең алғаш рет 1875 жылы голландық физик М. Ван-Марум оттегіге электр ұшқындарының әсер ету жолымен алды. Бұл газдың өте күшті иісі бар, сондықтан оның атауы да осыдан шығады. Озон (О3) атмосферада оттегі молекулаларының (О2) атомдарға диссоциациялануы: О2=О+О және атомдардың молекулалармен кейінгі қосылуы : О+О2=О3 әсерінен пайда болады. Бір атомды күй және үш атомды молекулалар әдетте тұрақсыз болып келеді және қайтадан О2 күйіне өтуге ұмтылады. Атмосфераның төменгі қабаттарында озон құрушы факторлар болып найзағайлық ұшқындар, кейбір органикалық заттардың тотығуы және т.б. табылады. Атмосферадағы бұл факторлар эпизодтық түрде әрекет етуіне байланысты төменгі қабаттарда озонның мөлшері өте аз және тұрақсыз болып келеді. Жоғарғы қабаттарда озон құраушы негізгі фактор болып күннің ультракүлгін радиациясы табылады. Бұл фактордың әрдайым әрекет етуіне байланысты 20-30 километр қабаттарда озон үнемі болады. Осындай жолмен, басқа газдарға қарағанда озонның мөлшері төменнен жоғарыға дейін өседі және максималды концентрациясы 20-30 километр биіктікке сәйкес келеді. Осы қабаттан төменге және жоғарыға қарай озонның мөлшері өте тез төмендейді. Атмосферадағы озонның жалпы мөлшерін Жерді қоршап тұратын қабаттың қалыңдығымен бағалаймыз. Бұл қабат егер озонның барлығын жинап және оны қалыпты жағдайға келтірсек пайда болады (температура 0 0С, қысым 760 мм). Мұндай қабаттың орташа қалыңдығы 3 миллметр-ге тең және де 1,5-тен 4,5 миллиметр аралығында географиялық ендікке, маусымға және метеорологиялық жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін. Дәл осындай жағдайларда атмосфералық азот және оттегі қабаттарының қалыңдығы сәйкесінше 6200 және 1560 метр құрайтын еді. Озон қабаты жерге тіке түсетін 2900А сәулелерін жұтады. Озон қабаты атмосферада түсетін инфрақызыл сәулелердің 20 % ұстайды,яғни бұл атмосфераның жылы күйін сақтауға себепші. Озон қабатының ендікке қарай орналасуы 5 суретте көрсетілген . Бұл суреттен көріп тұрғанымыздай озон қабатының ең көп жинақталу мезгілі көктемде,еі аз жинақталу уақыты күз. Мерзім бойынша озон қабатының таралуы экваторға қарай азайып,полюстерге қарай көбейеді. Жылдың барлық мезгіліндеэкватордағы озон мөлшері аз,озонның меридиональды градиенті тек күзде ғана үлкейеді,яғни экватордың полюстерге қарай мөлщері айтарлықтай көбейеді. Ал жыл мезгілдің басқа уақытында озон қабатының көбеюі ендік бойынша байқалмайды. Озон қабатының көлденеңнен орналасқан сұлбасы 6 суретте көрсетілген . Бұл график бойынша озон қабатының максимальды қалыңдығы 20-28километр биіктікте 0,17миллиметр 1 километр аралығын құрайды. Бұл озон қабатының әр түрлі бұлуы климаттық жағдайға байланысты. Озонның күн сәулесімен жұтылуымен болатын биіктіктегі ауа температурасының тәуліктік өзгерісі осы мәліметтермен есептелінген. Күндізгі температураның максималды өзгерісі 50километр биіктікте байқалған және 6-80С жетіп отырған. 50 километр биіктікте тәулік бойында жұтылатын күн энергиясының жалпы мөлшері қыста да жазда да бірдей болатыны анықталды. Қыстың қысқа күнінде жаздың ұзақ күніндегідей жылу жұтылу үшін озонның концентрациясы қыстың күні жаздың күніне қарағанда айтарлықтай жоғары болу қажет. Озон мөлшерінің өзгеруі метеорологиялық жағдайлармен де байланысты болатыны орнатылды. Жер беті циклонының батыс бөлігінде озонның мөлшері антициклонға қарағанда жоғары екені көрсетілген. Анологті биік жыраларда оның мөлшері жоталарға қарағанда көп. Бұл озонның ендік бойымен және вертикалды араласуымен түсіндіріледі. 5-суреттте келтірілгендей көктемде экватордан полюстерге қарай ауаның алмасуы кезінде озонның аз мөлшері тасымалданады, ал ауаның кері қозғалысында - көп болады, себебі бұл периодта озонның меридионалды градиенті жоғары болады. Алайда бұл теория басқа мезгілдерде байқалатын озонның өзгерісін түсіндіре алмайды. Сондықтан ауаның вертикальді қозғалысымен байланысты болатын озонның өзгерісі де ескерілген. Озон құрылымының өзгерісі мен күн белсенділігінің өзгерулерінің салыстырмасы күн белсенд ілігінің жоғарылауы кезінде озон мөлшерінің кемитінін көрсетті. Алғашында мұндай күтпеген нәтижені күн белсенділігінің артуы кезінде циклогенездің дамуымен түсіндіріледі, ал бұл өз кезегінде озон мөлшерінің азаюына әкелетінін көрсетеді.
Озонның вертикаль жайылуы жалпы түрде бейнеленеді. Графикте көрініп тұр, озонның максималды көлемі 20-дан 28 километр аралығындағы қабаттарда, мұнда ол 1 километрде 0,17 миллиметр-ге жетеді. Мұндай жағдайда озонның жайылуы әрбір жеке жағдайда өзіндік ерекшеліктеге ие, бұл өлшеу күндері әр түрлі метеорологиялық жағдайларда жүргізілгендіктен.
Озонның күн сәулесімен жұтылуымен болатын биіктіктегі ауа температурасының тәуліктік өзгерісі осы мәліметтермен есептелінген. Күндізгі температураның максималды өзгерісі 50 километр биіктікте байқалған және 6-80С жетіп отырған. 50 километр биіктікте тәулік бойында жұтылатын күн энергиясының жалпы мөлшері қыста да жазда да бірдей болатыны анықталды. Қыстың қысқа күнінде жаздың ұзақ күніндегідей жылу жұтылу үшін озонның концентрациясы қыстың күні жаздың күніне қарағанда айтарлықтай жоғары болу қажет.
Озон мөлшерінің өзгеруі метеорологиялық жағдайлармен де байланысты болатыны орнатылды. Жер беті циклонының батыс бөлігінде озонның мөлшері антициклонға қарағанда жоғары екені көрсетілген. Анологті биік жыраларда оның мөлшері жоталарға қарағанда көп. Бұл озонның ендік бойымен ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
б.
Кіріспе
4
1 Әдебиетке шолу
6
2 Алматы қаласының физикалық-географиялық орналасуы
20
3 Алматы қаласындағы жер беті озонының статистикалық сипаттамалары
21
3.1 Жер беті озонының тәуліктік жүрісі (1, 7, 13, 19 сағ)
21
3.2Жер беті озонының жылдық жүрісі
23
4 Қорытынды
23
5 Қолданылған әдебиеттер тізімі
27
28
КІРІСПЕ
Озон мәселесі пайда болды - дұрысырақ айтқанда, атмосфера физикасының маңызды мәселесі деп жарты ғасыр бұрын мойындалды. 1920 жылдардың өзінде атмосфераның жоғары бөлігі төменгі ауа қабаттырында жоқ қасиеттер қатарына ие екені анықталды. Сонымен, 1923 жылы В.Г.Фесенков Харьковта суммалық бақылаулар нәтижесінде жылықабатты ашқан болатын. Және де Англияда Ф.А.Линдеман мен Г.М.Добсон метеорлардың жануымен және сөнуін бақылау жолымен анықтаған болатын. Одан ертеректе В.Слайфер және Р.Рэйлер , сол кездері түнгі аспанның жануы болып көрінген құпия, атмосфераның жоғары қабатында туылатын, құрамында қызыл және жасыл спектрлі сызығы бар дүниені ашқан болатын. Фесенков пен Добсонның ашуларынан соң екі жылдан кейін Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Дж.Мак-Леннан түнгі аспанда ароматты қышқыл жанып тұратынын дәлелдеді және сол арқылы еркін радикалдардың атмосфералық химиясының басын бастап берді. Соңғылардың ішінен түнгі аспанда қарқынды жанатын (спектрдің инфрақызыл сәулелері) гидроксил ОН табылды. 1925 жылы В.И.Виткевич Мәскеуде атмосфераның жоғары қабатының керемет акустикалық қасиеттерін ашты, ол оның жеке циркуляциясының маусымдық ауысымына шартталған болатын.
1925 жылы, сонымен қатар, басты ионосфералық қабаттырдың биіктіктері анықталып, олардағы еркін электрондардың жоғарғы концентрациясы анықталды
1927 жылы Е қабатының төменгі облыстарында радиодабылдардың жұтылуы да ашылған болатын, енді біз осы жерден D қабатын оның әдеттегіден тыс химиялық қасиеттерімен - құрамындағы еркін радикалдарымен орналастырамыз. 1928 жылы бірінші рет әлемдік жаңғырық - Жердің магнитосферасынан радиодабылдардың шағылысуын байқады - бұл атмосфераның ең шеткі облысының бар екені туралы куәлік болатын.
1930-1931 жылдары С.Чемпен Англияда ощонның бірінші фотохимиялық теориясын (оттегілік) ұсынды, ол О2 молеклалары мен О атомдарының үшінші М молекуламен серпімді қақтығысуы кезінде пайда болады. Осылайша, қысқа уақыт ішінде жоғары атмосферада болатын үдерістер мен қасиеттердің қатары ашылып үлгерді. Олардың көпшілігімен озон байланысты болатын, және де бұл оны бақылаушылырға үлкен қызығушылық тудырды.
1926-1931 жылдары озонды және оның вертикаль таралуын зерттеуге арналған көптеген асапаптар ойлап табылды, оның оптикалық қасиеттері анықталып, көптеген бақылау пункттері ашылды және де, тіпті циклондар мен антициклондардың жүрісі барысында озонның өзгерісін білуге талпыныстар жасалды. 1929 жылы Парижде озонға арналған бірінші халықаралық симпозиум өткізілді, ал 1931 жылы П.Гетц атмофералық озон туралы бірінші монографиясын да жариялады, ол 1933 жылы орыс тіліне аударылған болатын.
Жер үсті қабатының озоны тропосфера озонының бір бөлігі. Сөзсіз, физикалық үдерістер озонның таралуына байланысты сәйкес жүреді.
Радиация сәуле шығару және жұту үдерісінде ауаның мынадай құрама элементтері айтарлықтай маңызға ие: су буы, көмірқышқыл газы мен озон. Соңғы жылдары озонға көп көңіл бөлінуде. Бұл озонның күн радиациясын түрлі спектрлерде, соның ішінде ультракүлгін бөлігін өткізбей ұстап қалады, сондай-ақ стратосферада жылу ошағын құруға мүмкіндігі бар. Соңғысы, төменде көрсетілетін атмосфераның жалпы айналамы мен атмосферадағы макроүдерістер қатарында маңызды рөлге ие. Басқа газдармен салыстырғанда атмосферадағы пайыздық көрсеткіші аз болғанана қарамастан (көлемі бойынша 1,0,::10-6%), дәл осы ауаның құрама бөлігіне кеңірек тоқталып кетейік.
Алғаш рет озон голланд физигі М.Ван-Марум тарапынан 1875 жылы электрлік ұшқынды қышқылмен әрекеттестіру жолымен алынған. Газ күшті иіске ие, оның аты да осыдан келіп шыққан .
Озон (О3) атмосферада қышқыл молекуласының (О2) атомдарға диссоциациялануы нәтижесінде пайда болады: О+О2=О3. Біратомды жадай және үшатомды молекулалар әдетте тұрақсыз болады және О2 пішіміне өтуге тырысады.
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
Озон О3 атмосфералық үдерістерде (биологиялқ үдерістер сияқты) үлкен рөл ойнайды, оның ауадаңы көлемі тым аз - 4*10-5% болса да. 1879-1880 жылдарда ақ Күн мен жұлдыздардың спектрі ультракүлгін шетінде кесілген екені, шамамен λ=2900 А болатынын анықтады. 1903 жылы Мейер және анығырақ 1913 жылы Фабри мен Бюиссон зертханада спектрдің осы бөлігінде азонның жұтылуын зерттеген болатын. 1921 жылы Фабри мен Бюиссон жер атмосферасында жұтылатын зат болып шынымен де атмосферадан 20 километржоғарыда жатқан азон табылатынын дәлелдеді.
Ультракүлгін радиацияны озонның көп жұтатынын білеміз, демек оның үлкен бөлігі (шамамен күн энергиясының 1,5 %-ы) озонның ең биік бөлігінде ақ жұтылып үлгереді, соның нәтижесінде 40-55 километр биіктікте ауа өте жылы болады. Мұнда, Фасидің МГГ кезіндегі бақылаулары бойынша , температура 44°-қа жетуі мүмкін. 4-суретте манабе мен Штриклердің есептері бойынша озон бар кезде жіне жоқ кездердегі стратосферадағы ауаны есептелуі көрсетілген. 90°-қа жеткен айырмашылық стратосферадағы жылу балансына кішкентай қоспаның рөлін көрсетеді.
Ультракүлгін сәулелер үлкен биологиялық белсенділікке ие, олар көптеген бактерияларды өлтіреді, ағзада D дәруменінің қалыптасуына әсер етеді, ал ол бойдың өсуі мен рахиттің алдын алады және т.с.с. Егер де күннің белсенді сәулелерінің үлкен бөлігін ұстап тұратын озон болмаса, онда жер бетіндегі биологиялық үдерістер мүлдем өзгеріп кеткен болар еді. Тіпті, қазіргі формадағы өмір жер бетінде оттегі пайда болып, сол арқылы озон қабаты түзілгеннен кейін де қалыптасқан болуы мүмкін.
Атмосфераның белгілі бір жерінде (қабатында) озонның болуын келесі қасиеттерді қолдана отырып бағалауға болады:
1) озонның тығыздығы (парциональды тығыздық) ρ3, кей кездері γ деп те белгілене береді және м3 ішіндегі микрограмдармен сипатталады (1 мкгм3=10-6 г м3). Кейде озонның тығыздығы ауаның 1 километрқалыңдықтағы қабатында жатқан озон қабатының қалыңдығымен беріледі, ол қалыпты қысымға 750 миллиметр сын бағ және 0° қалыпты температураға келтірілген. 10-3 скилометр шамасы озонның 21,414 мкг м3 тығыздығына сәйкес келеді.
ρ3 тығыздығы 1 сантиметр3 озондағы N3молекулалар санына пропорционал;
2) қоспалардың қатынасы r3 - озон тығыздығының ρауа тығыздығына қатынасы, 1 г ауада мирограмдармен сипатталады
r3=1pRBTρ3*10-9, (1.1)
егер ауа қысымы р миллиметрмен берілсе, ал ρ3 - мкгм3 болса;
3) озонның парациальды қысымы р3 миллиметрмен берледі
p3=0.6035 pr3=1.7322*10-3Tρ3. (2.2)
Атмосфера қатарындағы озонның жалпы көлемі әдетте х арқылы беріледі және сантиметрмен өлшенеді, яғни қалыпты қысымға және 0° температураға келтірілген атмосфералық озон қабатының қалыңдығы. Қалыпты жағдайларда озонның тығыздығы ρ03=2,1414*10-3 граммсантиметр3 шамасына тең. Мынаны көру оңай:
x=1ρ03p1p2ρ3dz. (2.3)
Кейбір қабаттарда, ауа қысымы р1 және р2 шамаларына сәйкес болатын z1 және z2 биіктіктері арасында О3 көлемін (2.1) арқылы есептегенде мынаған тең болады:
x12=1ρ03z1z2ρ3dz=x=1gρ03p1p2r3dz=x= 1.6571gp1p2ρ3dlnp. (2.4)
Озонның вертикаль таралуын бейнелеуге арналған озонограмманың бланкісінде (Сур.5) абсцисса осінің бойына 0 мен 320 мкмб аралығында р3 мәні, ал ордината осінің бойына - lnp мәні қойылған, р үшін 1000 мб мен 1 мб аралығында болады. (2.3) формуласына сәйкес lnp шамамен алғанда z биіктігіне пропорционал. Мұндай озонограммаға салынған О3 вертикаль таралуының қисығы формуласына сәйкес қасиеттерге ие болады, ол оны шектейді және р1 деңгейінен бастап р2 деңгейіне дейін ордината осінің ауданымен анықтайды, яғни р3 пен lnp арасындағы интеграл осы шектерде х12 қабатындағы озон құрамына пропорционал болады.
Табиғатта байқалатын озон қабатының қалыңдығы х кең көлемде өзгеріп отырады - 0,068 сантиметр мен (Тромсе, Солтүстік Норвегия, 1942 жылдың 23 және 24 қыркүйектері) 0,662 сантиметр аралығында (Порт-о-Франсэ, кергелен аралы, 1959 жылдың 22 қыркүйегі). Мұндайда озонның таралуы, ауа райы секілді, экваторлық белдеуде ғана тұрақты болады, және де полярға дақын зоналарда барынша өзгергіш болып келеді, оған шеттік мәндер х де енеді (9-сурет). Халықаралық геофизикалық жыл кезінде жүргізілген бақылаулар бойынша озондық экватор деп аталатын озонның көлемі орташа есеппен алғанда минималды болатын облыс географиялық экватордан солтүстікке қарай орналасқан екен, жазда (мамыр қазан аралығында) - 15 және 25° с.е. аралығында, ал басқа маусымдарда - 0 мен 15° с.е. аралығында болады екен. Мұнда жыл бойы х 0,239-0,276 сантиметр шегінің шамасында өзгереді. Осы жерден солтүстікке қарай х өседі, әсіресе көктемде күшті өзгеріске ұшырайды, бұл кезде, наурызда 70-80° с.е. зонасында озон қабатының орташа қалыңдығы 0,502 сантиметр болады, және де полюске қарай бірнеше есе кішірейеді. х орнының ұқсас орналасуы оңтүстік жарты шарда да байқалған, мұнда х экватордан оңтүстікке қарай жылдам үлкейеді. Кергелен аралында (49° о.е.) х орташа айлық мәні 0,596 жетуі мүмкін, дәл осындай жағдай 1959 жылы болған. х максимум белдеуі оңтүстік жарты шарда 60-70° о.е. аралығында орналасқан, ал жазда (қаңтар-сәуір) тағы да солтүстікке қарай жылжиды. Полярға жақын озон минимумы Антарктикада күштірек бейнеленген және Арктикамен салыстырғанда көлемі үлкен.
1958-1959 жылдары орташа алғанда солтүстік жарты шарда озонның қабаты 0,298 сантиметр құраған, оңтүстікте - 0,307 сантиметр; барлығы атмосферада 3,36*109 т озон болған. Солтүстік жарты шарда озонның 44 %-ы 0 мен 30° с.е. аралығындағы тропикалық белдеуде жатқан екен, және де бар болғаны 16 %-ы ғана полярлық белдеуде 60 пен 90° с.е. орналасқан. Бұл кедергі кетірмейді.
Дәл осы уақытта тропикалық белдеуде х жылдық жүрісі күн радиациясы секілді мөлшері өте аз болғандықтан, жоғарғы еніктерде ол жақсы көрсетіледі. Поляр маңындағы ендіктерде хқаңтар айында доғарғы және тік максимумға ие болады, ал оңтүстікке қарай - ақпанда немесе наурызда болады. Осыдан кейін хбіртіндеп минимумға дейін азая береді, полярлық облыстарда қыркүйекте байқалса, азаятындар - қазанда байқалады екен. Озонның құрамы қыста күн сәулесі аз кездері өсетінін айта кету керек және максимум көктемде, радиацияның максимумына дейін байқалады. Оңтүстік жарты шарада, хкөктемгі максимумынан басқа (қазан-қараша), екінші рет қысқы максимум (мамыр-маусым) бақыланған.
Сондай-ақ бір бірінентәуелсізтүрде 1959 жылыК.Раматан және Г.И.Куз - нецев озонның континентальды эффектісін тапқаны таңқаларлық жағдай. Теңізбен салыстырғанда құрлықта озон қабаттарының азаюы осылай аталған болатын, әсірісе жазда озон 0-36° с.е. жақсы байқалады, бұл уақытта теңіз бен материк арасындағы айырмашылық 0,047 метр құрайды.
Жаз бен күзде ендік градиент те, озонның тербелісі де өте баяу болады. Қыс пен көктемде, ендіктердехайырмасы өте үлкен болған кезде хөзгергіштігі бір күннен екінші күнге қарай азаяды және полярлық белдеулерде де осылай өзгеріп отырады. Бұл озонның ауысуы арқылы пайда болған тербеліс жоғары ендіктерде төмен және керісінше болады. хшамасының күрт өсуі анығырақ көрсетілген 20-25 %, және де көбірегі - арктикалық ауаның алмасуында болады, мысалы, циклонның тылдық (батыс) бөлігінде.
Трапосферада озон-зондтау әдісімен бірге озонды өлшеудің химиялық әдісі де пайдаланылады (жерден немесе ұшақтан), ол озон мен иодты калидің KJ қоспада мына реакция бойынша қышқылдануына және ерітіндіде қалған KJ анықталуына негізделген:
О3+2KJ+H2O=J2+O2+2KOH (2.5)
1960 жылы А.С.Бритаев ұшақтан бақылау кезінде 6-7 километр биіктіктерде вертикаль мен горизонталь бойынша О3 үлкен ауытқуын байқады. Бұлттылықпен байланысты мұндай жағдайда температуралық инверсия қабатының ұүстінен О3 өсуі байқалмаған, яғни қабаттар үстіндегі ауаның вертикальды қамайтын қозғалысы болмаған.
Америка Құрама Штатында озондтардың көмегімен трапосферада биіктік бойынша жалпы О3 тегіс таралуы алынған. 13-суретте 1962-1963 жылдары қыс мезгілінде Бедфордта 20 зондылаудың нәтижесіде алынған мәліметтер бойынша r3таралуы көрсетілген. Бақыланатын қисық r3 жоғарыдан төмен болса, біз озонның концентрациясының тропопауза үстінен күрт азайғаныны көреміз. Одан әр қарай төменде r3 біртіндеп 9 километр мен 2,2 километр аралығында биіктіктер бойынша азая береді. Мұнда атмосфераның араласуын біртіндеп О3 төмендеуі деп алуға болады. Соңында, 2,2-0 километр аралығындағы қабатта озонның құрамы тағы да күрт кемиді, бұл мұнда жоғарыдан ағып келе жатқан озонның қарқынды бұзылуын көрсетеді, ол шаңның, органикалық бөлшектердің қышқылдануынажәне тағы сол сияқтыларға әсер етуі мүмкін. Бұл озонның жер үсті ағыны тропикалық зонада айшығырақ көрінеді.
Атмосфераның жкрүсті қабатында озонның тағдыры өте күрделі және аз зерттелген. А.С.Бритаев Мәскеу аудандарында О3 көлемі стратосферадағы х озон көлемімен тығыз байланысты және 1,5-3 километр биіктіктегі ағынсыз түсілідерге тәуелді екенін жер үсті озоны оның стратосферадағы ағынына тәуелді екенін көрсете отырып дәлелдеді.
А.Васи бақылаулары кезінде 1957-1959 жылдары жерүсті қабатында озонның құрамы күшті және жылдам ауытқуы мүмкін екенін көрсетті, Баль-Жуаеда (Франция) 0 мен 170 мкгм3, Адели Жерінде (Антарктида) - 0 мен 130 мкгм3 болады (тәуліктік орташа тербеліс 80мкгм3 шамасына жетеді). Мүмкін, бұл тебелістер ауа райымен байланысты болаы (бұл байланыстар әлі зерттелмеген болса да) және трапосферадағы және стратосферадағы ірі масштабты ағындармен байланысты болуы да мүмкін. 6-кестеде А.Васи есептеулері бойынша кеі пункттегі ρ3 айырмасының орташа мәні келтірілген. Антарктикада жер үсті ауасы салыстырмалы түрде алғанда озонға бай, әсіресе көктемде, стратосферада озон көлемі ұлғайған кезде болады. Бұл байланысты стратосферадағы немесе трапосферадағы ауаның күшті ауысуымен (Адели Жері - Жер бетіндегі ең күшті желдердің облысы) немесе стратосферадағы суық ауаның күрт түсуімен, әсіресе қыс мезгілінде күшті болады, түсіндіруге болады.
Кесте 1 - Жер бетіндегі озонның орташа айлық тығыздығы, ρ, мкгм3
Пункт
1
2
3
4
5
6
Валь-Жуайе
Адели Жері (Дюмон-Дюрвиль)
7,6
-
7,5
14,6
13,2
12,2
12,7
6,8
12,8
6,4
18,2
20,1
Пункт
7
8
9
10
11
12
Валь-Жуайе
Адели Жері (Дюмон-Дюрвиль)
10,1
11,3
16,7
16,7
6,5
34,7
6,7
46,5
7,6
31,3
9,9
27,8
Валь-Жуайеде озонның құрамы жер беті қабатында, стратосферадағы сияқты, қыста және көктемде өседі, бұл екі облыстың да атмосферасының байланысын көрсетеді; жер бетінде, алайда, жазғы максимум ρ3 пайда болады, ол жоғарыда болмайды және жызғы күшті конвекциямен байланысты болуы мүмкін.
Біз жер беті қабатындағы О3 ағысының табиғаты туралы өте аз білеміз, тіпті ρ3 мәні тропиктерде аз және Антарктикада көп болса да, Антарктиканың қар жамылғысының бетінде бұзылу тропикалық зоналармен салыстырғанда баяу жүреді.
Ауа әр түрлі химиялық қоспалармен: түтінмен, қалдық газдармен және тағы басқалармен ластанған өнеркәсіптік аудандарда О3 бұзылуының күшейтілген үдерісі жүріп жатқан болуы мүмкін. Сонымен, мысалы Прижде, қаланың орталығындақазіргі кезде озон жер беті қабатында мүлдем жоқ, алайда 1952 жылы автокөлік транспорты аз болған кезде О3 іздері байқалған екен. Париждің батыс жағында орналасқан Валь-Жуайеде 1954-1960 жылдары ρ3 22,7-ден 4,4 мкгм3 шамасына дейін азайып кеткен. Бірақ бұл эффект төменгі қабатты ғана қамтиды, немесе Эйфиль мұнарасының бірінші қабатының (һ=57 м) бірінші қабатында ρ3 деңгейі 36 мкгм3 шамасына дейін өседі. Керісінше, Лос-Анжелоста жер үсті қабатында, әсіресе күндіз ρ3 көлемінің өсуі байқалған. Көрініп тұрғандай, озон кейбір көмірсутегілердің озоттың екі қышқылында автокөліктердің қалдық газдарымен фотохимиялық қышқылдану үдерісі кезінді де түзілуі мүмкін екен.
В.Д.Решетов 1959 жылы О2+О=О3 реакциясы аэрозольдың ылғалды бөліктерінің бетінде болуы мүмкін екенін және озон содан кейін осы бөлшектер құрғағаннан соң бөлінуі мүмкін екенін көрсетті.
Озон мәселесі пайда болды - дұрысырақ айтқанда, атмосфера физикасының маңызды мәселесі деп жарты ғасыр бұрын мойындалды. 1920 жылдардың өзінде атмосфераның жоғары бөлігі төменгі ауа қабаттырында жоқ қасиеттер қатарына ие екені анықталды. Сонымен, 1923 жылы В.Г.Фесенков Харьковта суммалық бақылаулар нәтижесінде жылықабатты ашқан болатын. Және де Англияда Ф.А.Линдеман мен Г.М.Добсон метеорлардың жануымен және сөнуін бақылау жолымен анықтаған болын. Одан ертеректе В.Слайфер және Р.Рэйлер , сол кездері түнгі аспанның жануы болып көрінген құпия, атмосфераның жоғары қабатында туылатын, құрамында қызыл және жасыл спектрлі сызығы бар дүниені ашқан болатын. Фесенков пен Добсонның ашуларынан соң екі жылдан кейін Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Дж.Мак-Леннан түнгі аспанда ароматты қышқыл жанып тұратынын дәлелдеді және сол арқылы еркін радикалдардың атмосфералық химиясының басын бастап берді. Соңғылардың ішінен түнгі аспанда қарқынды жанатын (спектрдің инфрақызыл сәулелері) гидроксил ОН табылды. 1925 жылы В.И.Виткевич Мәскеуде атмосфераның жоғары қабатының керемет акустикалық қасиеттерін ашты, ол оның жеке циркуляциясының маусымдық ауысымына шартталған болатын.
1925 жылы, сонымен қатар, басты ионосфералық қабаттырдың биіктіктері анықталып, олардағы еркін электрондардың жоғарғы концентрациясы анықталды, 1927 жылы Е қабатының төменгі обыстарында радиодабылдардың жұтылуы да ашылған болатын, енді біз осы жерден D қабатын оның әдеттегіден тыс химиялық қасиеттерімен - құрамындағы еркін радикалдарымен орналастырамыз. 1928 жылы бірінші рет әлемдік жаңғырық - Жердің магнитосферасынан радиодабылдардың шағылысуын байқады - бұл атмосфераның ең шеткі облысының бар екені туралы куәлік болатын.
1930-1931 жылдары С.Чемпен Англияда ощонның бірінші фотохимиялық теориясын (оттегілік) ұсынды, ол О2 молеклалары мен О атомдарының үшінші М молекуламен серпімді қақтығысуы кезінде пайда болады. Осылайша, қысқа уақыт ішінде жоғары атмосферада болатын үдерістер мен қасиеттердің қатары ашылып үлгерді. Олардың көпшілігімен озон байланысты болатын, және де бұл оны бақылаушылырға үлкен қызығушылық тудырды.
1926-1931 жылдары озонды және оның вертикаль таралуын зерттеуге арналған көптеген асапаптар ойлап табылды, оның оптикалық қасиеттері анықталып, көптеген бақылау пункттері ашылды және де, тіпті циклондар мен антициклондардың жүрісі барысында озонның өзгерісін білуге талпыныстар жасалды.
1929 жылы Парижде озонға арналған бірінші халықаралық симпозиум өткізілді, ал 1931 жылы П.Гетц атмофералық озон туралы бірінші монографиясын да жариялады, ол 1933 жылы орыс тіліне аударылған болатын.
Өмір мен атмосферадағы озонның қатынасы туралы сұрақ тарихи геология үшін ғана емес, қазіргі замандағы адам үшін де үлкен маңызға ие. Өмір - өсімдік пен жануарлар дүниесі - Жер бетінде тек қуаты жетерлікті, оны Күннің ультракүлгін радиациясының өтіп кетуінен сақтайтын озонды қалқан пайда болғанда ғана дамуы мүмкін еді деп айтуға болады. Бұл қалқан туралы және оның тағдыры туралы біз қазіргі күнде де қамыын ойлауымыз керек.
Жердің жасы қазір өте дәл - шамамен 4,5*109 жыл деп есептелсе де, Жердің бірінші атмосферасы туралы бізге мәлім нәрселер өте аз. Егер Жер алғашқы құрамында көп мөлшерде сутегі болған ғарыштық фотопланеталық бұлттан пайда болған болса, онда күмәнсіз, бұл сутегіні Жер өте ерте жоғалтып алған. Геологтардың болжауынша, біз білетін Жер атмосферасы екіншілік, ол вулкандық газдардан немесе геологиялық жыныстардан бөлінген. Бұл газдаода еркін оттегі болмаған (себебі ол басқа планеталардың атмосфферасында жоқ). Жердің мұндай вулкандық атмосферасы 109 жыл бұрын болған, тіпті Н2, Н2О, N2 және СО2 ғана болған боуы мүмкін. Ол кезде Жерде өмір болмаған деуге болады. Осындай атмосферадан өткен толқын ұзындығы шамамен 307 нм аз ультракүлгін радиация тірі жасушалардың ДНҚ-сын бұзуы мүмкін еді (егер олар пайда болған жағдайда да, олардың көбеюіне кедергі болар еді деп айтқан дұрыс болады). Судың қуатты қабаты ғана сол ұзақ кезеңде тірі заттарды радиациядан қорғап қалуы мүмкін еді. Кейінірек, атмосферада оттегі пайда болды, ал содан озонның қорғаныс қабаты түзілді.
Өсімдіктердің фотосинтезі, басында біріншілік біржасушалы су өсімдіктерінде (қалдық радиациядан су қабаты арқылы қорғанған) пайда болған, содан кейін күрделірек су өсімдктері де еркін оттегі бөле алатын болған. Бұл, мысалы, мына реакция арқылы жүруі мүмкін:
СО2+ Н2О = НСОН+ О2. (2.6)
НСОН молекулаларының әрі қарайғы қалыптасуы тірі зат болған. Бұл үдерісті бірінші орынға қояын Л.Беркнер мен Л.Маршал былай деп жазады: өмір пайда болғанға дейін үлкен мұхиттық облыстар жоқ кезде оттегі көздері өте мардымсыз болған, ал оның қышқылдануға жұтылуы жоғары болыпты, себебі оның теңдік деңгейі төмен болатын.
Мұндай жағдайда бастапқыда тірі тіршіліктің пайда болуына кедергі келтірген қауіпті радиацияларды дәл бағалау керек. Беркнер мен Маршал жұмыстарында қабылданған болатын, өмір үшін - мына спектрлік облыс қауіпті: λ=240.258 нм және бұл кезде осы облыстың энергетикалық жарықтануы 10-3 Вт*м-2 болса. Кейінірек М.Ратрен мен Дж.Уокер басқа критерий таңдады. ДНҚ құрамын бұзатын басқа ұзынырақ толқындардың әсері Күннің энергия сәулелерін өлтіреді, ал басқа органикалық заттардың ққорғаныс қабілеті жасушалық ядоның айналасында аз болады. Мұндайда ультракүлгін радиацияның қауіпті дозасы λ = 302 нм болғанда барлық облыс спектрінде 10-1 Вт*м-2 болып табылады.
Қандай болса да А және В үдерістері геологиялық тарихтың керемет жаңалығына алып келді - ол эволюциялық жарылыс деп аталды. Архей эрасында жүздеген миллион жыл ұсақ жәндіктер ғана - бактериялар мен су өсімдіктері, анэробты организмдер өмір сүрсе, пойлеозойлық эрада олар жоғары дәрежеге тез көтерілді. Ультракүлгін сәулелер үлкен биологиялық белсенділікке ие, олар көптеген бактерияларды өлтіреді, ағзада D дәруменінің қалыптасуына әсер етеді, ал ол бойдың өсуі мен рахиттің алдын алады және т.с.с. Егер де күннің белсенді сәулелерінің үлкен бөлігін ұстап тұратын озон болмаса, онда жер бетіндегі биологиялық үдерістер мүлдем өзгеріп кеткен болар еді. Тіпті, қазіргі формадағы өмір жер бетінде оттегі пайда болып, сол арқылы озон қабаты түзілгеннен кейін де қалыптасқан болуы мүмкін.
Тас көмірдің қалдықтары атмосералық көмір қышқылының ассимиляциясы туралы куәлік береді, яғни атмосфераға оттегі бөлінген. Атмосферада қалыптасқан оттегі озон қабатында жүрді, бұл еш күмән тудырмайды, ал азондық экран алдымен Жер бетінде болды. Шамамен оттегінің мөлшері заманауи өлшем бірліктерімен 0,1 болғанда (PAL - present atmospheric level) озон қабаты стратосфераға дейін көтеріліп үлгенген еді.
Оттегі мен озонның геологиялық тарихын зерттеу үлкен қызығушылық тудырып отыр. 1970 жылы стратосфералық ауаға авиациялық қышқылдардың әсері озон қабатын бұзуы мүмкін деген идея пайда болғанда, ол озон - өмір мәселесіне жақын қатынаста екні анықталды. Улттракүлгін сәулелердің қауіптілігі биосфера озонының бұзылуын тудыруы мүмкін (және бүкіл адамзаттың да), ол анық. Озонның бұзылуында басты рөл озоттық тыңайтқыштар болуы мүмкін.
1974 жылы озонның хлормен катологиялық бұзылуы туралы мәселелер қозғалды, ол стратосфераған фреонды CFxCly - мұздатқышты және аэрозольды құрылғыларда кеңінен қолданылатын заттар. Бұл гипотезаның әрі қарайғы жалғастырушысы Америка Құрама Штаты (АҚШ)-та Г.Джонсон1975 жылы авиацияның рөліне сүйене отырып, егер қандай да бір арнайы стратосферада ластанған белгісіз механизмдерді қосса, онда ол стратосфералық озонның өлуіне алып келеді.
Бұл қорытындылар теорияларды тудырды. Бүкләлемдік метеорологиялық ұйым Біріккен Метеорологиялық Ұйым1976 жылы Озонды ғаламдық зерттеу және озонға мониторинг жасау жобасымен шықты және мелекеттерге - Біріккен Метеорологиялық Ұйым БМҰ иұшелеріне озонға жасалатын тұрақты бақылаулар туралы жаңалықтар таратып отаратын болды, бұл өз кезегінде озон қабатына төнетін болашақ қауіптер мен трендтердің алдын алуға, озонның климатқа әсерін бағалауға мүмкіндік беретін еді. Жобаны белсенді түрде Атмосфералық озон туралы халықаралық комиссия да мақұлдады. 1977 жылдың наурызында бұл мәселе Қоршаған орта туралы Біріккен Ұлттар Ұйымының бағдарламасында (UNEP) қаралған болатын. Осы жылдың мамыр айында Женевада мамандар жиналып, күн спектрінің әлдеқайда белсенді бөлігі - 290 нм және 320 нм аралығындағы биологиялық белсенділікті зерттеуге арналған заманауи аспаптар мен координатталған мүмкіндіктерді қарастырды. 1978 жылы Біріккен Метеорологиялық Ұйым арнайы циркуляры мемлекеттерге ультракүлгін радиацияларды бақылау ұйымдарын құруды ұсынған болатын.
Озон қабытының бұзылуы туралы идеялар және оның ұзаққа созылатын зардаптары туралы ойлар АҚШ-та арнайы Климаттық әсерлерді анықтау бағдарламасын (СІАР) (АҚШ транспорт Департаментінің ортақ бастамасымен) құрды, ол стратосфералық авиацияның тастандылар тиімділігін бақылап бастады. Осы мақсатпен 1972-1975 жылдары авиация, атмосфераның физикасы, ластану мен озон мәселелері бойынша мамандардың төрт конференциясы шақырылды және төрт кеңейтілген шолу жасалды. Страторсфералық ұшулардың нәтижелері бойынша осыған ұқсас бағдарлама (СOSOV) Францида да құрылған болатын.
Қазіргі уақытта жер шары бойынша УФ-В радиациясын бақылаудың басты реті оның ендік тәуелділігіболып табылатынын айтып кеткен дұрыс. Есептеулер дәлелдеді, тропикалық белдеу айына 360-420 Вт*сағ*м-2 аралығында шығуы керек екен.
Соңғы жалдары анықталды, өнеркәсіп пен атотранспорттың дамуы қалаларда ерекше және күшті ластанулар тудыруда, соның ішінде озон да бар. Азот қышқылы мен жанбайтын көмірсутегілердің арасында, мысалы, қалдық газдарда күн сәулесінде фотохимиялық үдерістердің, соның ішінде озонның алуан түрлілігі болып отыр. Қалаларда фотохимиялық қабаттар - құрғақ түтін пбасуда, оның құрамында 1 мг*м-3 дейін озон болады. Ол өсімдіктерді қаза етеді, тыныс алу жоладарын тітіркендіреді және адам көзінің сілекейлі қабатына кері әсерін тигізеді және тағы да басқа зардаптарын әкеледі. Бірінші сипатталған Лос-Анжелесте байқалған, содан кейін АҚШ пен Еуропаның үлкен қалаларында, әсіресе Голландияда байқалған. Оның пайда болу Кеңестік Социялистік Республика Одағы-да жоқ емес.Радиация сәуле шығару және жұту үдерісінде ауаның мынадай құрама элементтері айтарлықтай маңызға ие: су буы, көмірқышқыл газы мен озон. Соңғы жылдары озонға көп көңіл бөлінуде. Бұл озонның күн радиациясын түрлі спектрлерде, соның ішінде ультракүлгін бөлігін өткізбей ұстап қалады, сондай-ақ стратосферада жылу ошағын құруға мүмкіндігі бар. Соңғысы, төменде көрсетілетін атмосфераның жалпы айналамы мен атмосферадағы макроүдерістер қатарында маңызды рөлге ие. Басқа газдармен салыстырғанда атмосферадағы пайыздық көрсеткіші аз болғанана қарамастан (көлемі бойынша 1,0,::10-6%), дәл осы ауаның құрама бөлігіне кеңірек тоқталып кетейік.
Алғаш рет озон голланд физигі М.Ван-Марум тарапынан 1875 жылы электрлік ұшқынды қышқылмен әрекеттестіру жолымен алынған. Газ күшті иіске ие, оның аты да осыдан келіп шыққан .
Озон (О3) атмосферада қышқыл молекуласының (О2) атомдарға диссоциациялануы нәтижесінде пайда болады: О+О2=О3. Біратомды жадай және үшатомды молекулалар әдетте тұрақсыз болады және О2пішіміне өтуге тырысады.
Атмосфераның төменгі қабаттарында озон қалыптастырушы факторлар болып түнерген дәрежелер, кейбір органикалық заттардың қышқылдануы және т.б. саналады. Бұл факторлар атмосферада эпизодты түрде (уақытша) әсер еткендіктен, төменгі қабаттарды озонның көлемі де аз әрі тұрақсыз. Жоғарғы қабаттарда негізгі озон қалыптастырушы қабаттар болып күннің ультракүлгін сәулесі табылады. Бұл факторлар тұрақты әсер ететін болғандықтан, 20-30 километр қабаттарда ол тұрақты озонның болуын қамтамасыз етеді. Осылайша, озонның көлемі басқа газдармен салыстырғанда төменнен жоғары қарай өсе түседі де, 20-30 километр биіктікте максималды концентрацияға жетеді. Осы қабаттан оғары және төмен қарай оның көлемі жылдам төмендейді.
Атмосферадағы озонның жалпы көлемі жерді қоршап тұратын қабаттың қалыңдығымен өлшенеді деп қабылданған. Ол қабат атмосферада бар озонды жинап, оны қалыпты жағдайға келтіргенде алынады (температура 0°С, қысым 760 мб). Бұл қабаттың орташа қалыңдығы бар-жоғы 3 миллиметр екен, және де ол 1,5 миллиметр мен 4,5 миллиметр аралығында географиялық ендікке, маусым метеорологиялық жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін. Дәл осы жағдайларда атмосфералық азот пен қышқыл сәйкесінше қалыңдығы 6200 метр және 1560 метр қабаттар құруы мүмкін еді.
Азон толқын ұзындығы 2900 А шамасынан қысқа күн сәулесін толығымен жұтып қояды (Жерге жеткізбейді), ал егер ол Жерге түсіп кетсе, Жерде тіршілік әлемі болмас еді. Озонды спектрдің инфрақызыл бөлігінде жұтып қоюы (9,5 микрометр жазықта, Жерге максимум жақын жатқан шағылысу) жердің шағылысуын 20%-ға дейін ұстап тұрады, сондай-ақ атмосфраның жылынуына әсер етеді.
Озонның ендік пен маусымдардың ауысуына байланысты үлестіру заңдылығы жалпылама көрсетілген. Одан озонның максималды көлемі екі жарты шарда да көктемде байқалатыны, ал минималды - күзде екені көрсетілген. Озон құрамының маусымдық өзгерісі экватор маңында өте аз және полюстерге қарай өседі. Жылдың барлық маусымдарында ең аз озон экваторда, озонның меридиандық градиенттері көктемде ғана жоғары, сондай-ақ осы маусымда ғана озонны көлемі экватордан полюстерге қарай күрт өседі. Жылдың басқа маусымдарында да оның өзгерісі ендіктер бойынша аса білінбейді, дегенмен экватордан полюстерге қарай өсу бағыттары байқалады.
Радиацияның жұтылу және шағылу процестерінде ауаның келесі құрамды элементтері заттай мағынаға ие болады: су буы, көмірқышқыл газы және озон. Соңғы жылдары озонға өте көп көңіл бөлініп келеді. Бұл келесімен байланысты, яғни озон спектрдің әрбір бөліктерінде, әсіресе ультракүлгін бөлігінде күн радиациясын жұтуға бейімді болып келеді, сонымен қатар стратосферада сәйкес жылудың ошақтарын құрады. Озонның бұл ерекшелігі атмосфераның жалпы циркуляциясының жалпы нұсқасын құруда және атмосферадағы макропроцестерді түсіндіруде өте маңызды рөлді атқарады. Бірақ атмосферадағы басқа газдарға қарағанда озонның пайыздық құрамы аз болып келеді, яғни 1,0 ·10-6 %. Озонды ең алғаш рет 1875 жылы голландық физик М. Ван-Марум оттегіге электр ұшқындарының әсер ету жолымен алды. Бұл газдың өте күшті иісі бар, сондықтан оның атауы да осыдан шығады. Озон (О3) атмосферада оттегі молекулаларының (О2) атомдарға диссоциациялануы: О2=О+О және атомдардың молекулалармен кейінгі қосылуы : О+О2=О3 әсерінен пайда болады. Бір атомды күй және үш атомды молекулалар әдетте тұрақсыз болып келеді және қайтадан О2 күйіне өтуге ұмтылады. Атмосфераның төменгі қабаттарында озон құрушы факторлар болып найзағайлық ұшқындар, кейбір органикалық заттардың тотығуы және т.б. табылады. Атмосферадағы бұл факторлар эпизодтық түрде әрекет етуіне байланысты төменгі қабаттарда озонның мөлшері өте аз және тұрақсыз болып келеді. Жоғарғы қабаттарда озон құраушы негізгі фактор болып күннің ультракүлгін радиациясы табылады. Бұл фактордың әрдайым әрекет етуіне байланысты 20-30 километр қабаттарда озон үнемі болады. Осындай жолмен, басқа газдарға қарағанда озонның мөлшері төменнен жоғарыға дейін өседі және максималды концентрациясы 20-30 километр биіктікке сәйкес келеді. Осы қабаттан төменге және жоғарыға қарай озонның мөлшері өте тез төмендейді. Атмосферадағы озонның жалпы мөлшерін Жерді қоршап тұратын қабаттың қалыңдығымен бағалаймыз. Бұл қабат егер озонның барлығын жинап және оны қалыпты жағдайға келтірсек пайда болады (температура 0 0С, қысым 760 мм). Мұндай қабаттың орташа қалыңдығы 3 миллметр-ге тең және де 1,5-тен 4,5 миллиметр аралығында географиялық ендікке, маусымға және метеорологиялық жағдайларға байланысты өзгеруі мүмкін. Дәл осындай жағдайларда атмосфералық азот және оттегі қабаттарының қалыңдығы сәйкесінше 6200 және 1560 метр құрайтын еді. Озон қабаты жерге тіке түсетін 2900А сәулелерін жұтады. Озон қабаты атмосферада түсетін инфрақызыл сәулелердің 20 % ұстайды,яғни бұл атмосфераның жылы күйін сақтауға себепші. Озон қабатының ендікке қарай орналасуы 5 суретте көрсетілген . Бұл суреттен көріп тұрғанымыздай озон қабатының ең көп жинақталу мезгілі көктемде,еі аз жинақталу уақыты күз. Мерзім бойынша озон қабатының таралуы экваторға қарай азайып,полюстерге қарай көбейеді. Жылдың барлық мезгіліндеэкватордағы озон мөлшері аз,озонның меридиональды градиенті тек күзде ғана үлкейеді,яғни экватордың полюстерге қарай мөлщері айтарлықтай көбейеді. Ал жыл мезгілдің басқа уақытында озон қабатының көбеюі ендік бойынша байқалмайды. Озон қабатының көлденеңнен орналасқан сұлбасы 6 суретте көрсетілген . Бұл график бойынша озон қабатының максимальды қалыңдығы 20-28километр биіктікте 0,17миллиметр 1 километр аралығын құрайды. Бұл озон қабатының әр түрлі бұлуы климаттық жағдайға байланысты. Озонның күн сәулесімен жұтылуымен болатын биіктіктегі ауа температурасының тәуліктік өзгерісі осы мәліметтермен есептелінген. Күндізгі температураның максималды өзгерісі 50километр биіктікте байқалған және 6-80С жетіп отырған. 50 километр биіктікте тәулік бойында жұтылатын күн энергиясының жалпы мөлшері қыста да жазда да бірдей болатыны анықталды. Қыстың қысқа күнінде жаздың ұзақ күніндегідей жылу жұтылу үшін озонның концентрациясы қыстың күні жаздың күніне қарағанда айтарлықтай жоғары болу қажет. Озон мөлшерінің өзгеруі метеорологиялық жағдайлармен де байланысты болатыны орнатылды. Жер беті циклонының батыс бөлігінде озонның мөлшері антициклонға қарағанда жоғары екені көрсетілген. Анологті биік жыраларда оның мөлшері жоталарға қарағанда көп. Бұл озонның ендік бойымен және вертикалды араласуымен түсіндіріледі. 5-суреттте келтірілгендей көктемде экватордан полюстерге қарай ауаның алмасуы кезінде озонның аз мөлшері тасымалданады, ал ауаның кері қозғалысында - көп болады, себебі бұл периодта озонның меридионалды градиенті жоғары болады. Алайда бұл теория басқа мезгілдерде байқалатын озонның өзгерісін түсіндіре алмайды. Сондықтан ауаның вертикальді қозғалысымен байланысты болатын озонның өзгерісі де ескерілген. Озон құрылымының өзгерісі мен күн белсенділігінің өзгерулерінің салыстырмасы күн белсенд ілігінің жоғарылауы кезінде озон мөлшерінің кемитінін көрсетті. Алғашында мұндай күтпеген нәтижені күн белсенділігінің артуы кезінде циклогенездің дамуымен түсіндіріледі, ал бұл өз кезегінде озон мөлшерінің азаюына әкелетінін көрсетеді.
Озонның вертикаль жайылуы жалпы түрде бейнеленеді. Графикте көрініп тұр, озонның максималды көлемі 20-дан 28 километр аралығындағы қабаттарда, мұнда ол 1 километрде 0,17 миллиметр-ге жетеді. Мұндай жағдайда озонның жайылуы әрбір жеке жағдайда өзіндік ерекшеліктеге ие, бұл өлшеу күндері әр түрлі метеорологиялық жағдайларда жүргізілгендіктен.
Озонның күн сәулесімен жұтылуымен болатын биіктіктегі ауа температурасының тәуліктік өзгерісі осы мәліметтермен есептелінген. Күндізгі температураның максималды өзгерісі 50 километр биіктікте байқалған және 6-80С жетіп отырған. 50 километр биіктікте тәулік бойында жұтылатын күн энергиясының жалпы мөлшері қыста да жазда да бірдей болатыны анықталды. Қыстың қысқа күнінде жаздың ұзақ күніндегідей жылу жұтылу үшін озонның концентрациясы қыстың күні жаздың күніне қарағанда айтарлықтай жоғары болу қажет.
Озон мөлшерінің өзгеруі метеорологиялық жағдайлармен де байланысты болатыны орнатылды. Жер беті циклонының батыс бөлігінде озонның мөлшері антициклонға қарағанда жоғары екені көрсетілген. Анологті биік жыраларда оның мөлшері жоталарға қарағанда көп. Бұл озонның ендік бойымен ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz