Атмосфералық озон

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

ІІ бөлім

АТМОСФЕРАЛЫҚ ОЗОН

Озон О ₃ 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 км жоғарыда 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 км 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.

4-сурет. Радиациялық теңдік кезіндегі бұлтсыз атмосфераның температурасы, Н ₂ О ( 1 ), Н ₂ О+СО ₂ ( 2 ), СО ₂ ( 3 ) және Н ₂ О+СО ₂ +О ₃ ( 4 ) булары бар кезде сепетелген. Штриклер мен манабе бойынша.

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.

§ 8. Өлшеу бірліктері

Атмосфераның белгілі бір жерінде (қабатында) озонның болуын келесі қасиеттерді қолдана отырып бағалауға болады:

Озонныңтығыздығы(парциональды тығыздық) ρ3, кей кездері γ деп те белгілене береді және м3ішіндегі микрограмдармен сипатталады (1 мкг/м3=10-6г/ м3) . Кейде озонның тығыздығы ауаның 1 км қалыңдықтағы қабатында жатқан озон қабатының қалыңдығымен беріледі, ол қалыпты қысымға 750 мм сын бағ және 0° қалыпты температураға келтірілген. 10-3см/км шамасы озонның 21, 414 мкг/ м3тығыздығына сәйкес келеді.

ρ ₃ тығыздығы 1 см ³ озондағы N ₃ молекулалар санына пропорционал.

Қоспалардың қатынасыr3- озон тығыздығының ρ ауа тығыздығына қатынасы, 1 г ауада мирограмдармен сипатталады

$r_{3} = \frac{1}{p}R_{B}T\rho_{3}*10^{- 9}$ , (8. 1)

егер ауа қысымы р миллиметрмен берілсе, ал ρ ₃ - мкг/м ³ болса.

Озонның парациальды қысымыр3миллиметрмен берледі

$p_{3} = 0. 6035\ pr_{3} = 1. 7322*10^{- 3}T\rho_{3}$ . (8. 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 $\rho_{03}$ =2, 1414*10 ^-3 г/см ³ шамасына тең. Мынаны көру оңай:

$x = \frac{1}{\rho_{03}}\int_{p_{1}}^{p_{2}}{\rho_{3}dz}$ . (8. 3)

Кейбір қабаттарда, ауа қысымы р ₁ және р ₂ шамаларына сәйкес болатын z ₁ және z ₂ биіктіктері арасында О ₃ көлемін (2. 1) арқылы есептегенде мынаған тең болады:

$x_{12} = \frac{1}{\rho_{03}}\int_{z_{1}}^{z_{2}}{\rho_{3}dz} = x = \frac{1}{{g\rho}_{03}}\int_{p_{1}}^{p_{2}}{r_{3}dz} = x = \frac{1. 6571}{g}\int_{p_{1}}^{p_{2}}{\rho_{3}d\ln p}$ . (8. 4)

Озонның вертикаль таралуын бейнелеуге арналған озонограмманың бланкісінде (5-сурет) абсцисса осінің бойына 0 мен 320 мк/мб аралығында р ₃ мәні, ал ордината осінің бойына - $\ln p$ мәні қойылған, р үшін 1000 мб мен 1 мб аралығында болады. (2. 3) формуласына сәйкес $\ln p$ шамамен алғанда z биіктігіне пропорционал. Мұндай озонограммаға салынған О ₃ вертикаль таралуының қисығы (8. 4) формуласына сәйкес қасиеттерге ие болады, ол оны шектейді және р ₁ деңгейінен бастап р ₂ деңгейіне дейін ордината осінің ауданымен анықтайды, яғни р ₃ пен $\ln p$ арасындағы интеграл осы шектерде х ₁₂ қабатындағы озон құрамына пропорционал болады.

5-сурет. Годсон озонограммасы.

Графикте сондай-ақ r ₃ =const сызықтары келтірілген, олар арқылы егер р ₃ және р белгілі болса, r ₃ жүйесінің қатынасын анықтауға болады.

§ 10. Озонның географиялық таралуы және жылдық жүрісі

Табиғатта байқалатын озон қабатының қалыңдығы х кең көлемде өзгеріп отырады - 0, 068 см мен (Тромсе, Солтүстік Норвегия, 1942 жылдың 23 және 24 қыркүйектері) 0, 662 см 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 см 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 см 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 см құраған, оңтүстікте - 0, 307 см; барлығы атмосферада 3, 36*10 ⁹ 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 х қаңтар айында доғарғы және тік максимумға ие болады, ал оңтүстікке қарай - ақпанда немесе наурызда болады. Осыдан кейін х біртіндеп 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, х көктемгі максимумынан басқа (қазан-қараша), екінші рет қысқы максимум (мамыр-маусым) бақыланған.

Сондай-ақ бір бірінен тәуелсіз түрде 1959 жылы К. Раматан және Г. И. Кузнецев 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 м құрайды.

Жаз бен күзде ендік градиент те, озонның тербелісі де өте баяу болады. Қыс пен көктемде, ендіктерде х айырмасы өте үлкен болған кезде х өзгергіштігі 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. х шамасының күрт өсуі анығырақ көрсетілген - 20-25 %, және де көбірегі - арктикалық ауаның алмасуында болады, мысалы, циклонның тылдық (батыс) бөлігінде.

Төмен қарай біз осы қасиеттердің арасынан таралуыдң қаншалықты көп екенін және озонның жүрісін күн радиациясының әсері мен атмосфераның қозғалысы арқылы көрсетеміз.

§ 14. Тропосфералық озон

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:

О ₃ +2KJ+H ₂ O=J ₂ +O ₂ +2KOH

1960 жылы А. С. Бритаев ұшақтан бақылау кезінде 6-7 км биіктіктерде вертикаль мен горизонталь бойынша О ₃ үлкен ауытқуын байқады. Бұлттылықпен байланысты мұндай жағдайда температуралық инверсия қабатының ұүстінен О ₃ өсуі байқалмаған, яғни қабаттар үстіндегі ауаның вертикальды «қамайтын» қозғалысы болмаған.

АҚШ-та азонозондтардың көмегімен трапосферада биіктік бойынша жалпы О ₃ тегіс таралуы алынған. 13-суретте 1962-1963 жылдары қыс мезгілінде Бедфордта (АҚШ) 20 зондылаудың нәтижесіде алынған мәліметтер бойынша r ₃ таралуы көрсетілген. Бақыланатын қисық r ₃ жоғарыдан төмен болса, біз озонның концентрациясының тропопауза үстінен күрт азайғаныны көресміз (орташа биіктік соңғы рет 9, 3 км болған), мұнда көрініп тұрғандай, О ₃ қарқынды түрде бұзылады (озонның «ағуы» пайда болады) . Одан әр қарай төменде r ₃ біртіндеп 9 км мен 2, 2 км аралығында биіктіктер бойынша азая береді. Мұнда атмосфераның араласуын біртіндеп О ₃ төмендеуі деп алуға болады. Соңында, 2, 2-0 км аралығындағы қабатта озонның құрамы тағы да күрт кемиді, бұл мұнда жоғарыдан ағып келе жатқан озонның қарқынды бұзылуын көрсетеді, ол шаңның, органикалық бөлшектердің қышқылдануына және 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 О ₃ көлемі стратосферадағы х озон көлемімен тығыз байланысты және 1, 5-3 км биіктіктегі ағынсыз түсілідерге тәуелді екенін жер үсті озоны оның стратосферадағы ағынына тәуелді екенін көрсете отырып дәлелдеді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.