Жердің озонды қалқаны

                          NO3 + һν => NO + O2                                 (13) 

Тальрозенің пікірі бойынша, Джонстонның ойымен ұқсас, азот циклі озонның ыдырауын анықтайды. Онда озонның 80%-ке дейінгісі ыдырайды.

   Онда тағы да реакция  жүреді:

                         NO3 + NO = 2NO2   

   Жоғары азот оксидтері  түзілуі мүмкін (мысалы азоттың  бес оксиді), одан кейін азот  қышқылына айналады.

-35-

 NO2+ OН = НNO3                                       (15)

  Атмосферада шамамен 25км биіктікте  азот қышқылының мөлшері максимум  мөлшерде байқалады. Жалпы айтқанда  азот қышқылы ағын сияқты, атмосферадағы  азот оксидтеріне ұмтылады.

   Азот озон түзілуіне қабілеттенеді. Біріншіден қозған активті азот қатысып О2 молекуласын диссоциациялайды.

                           N2 + O2 => N2 + O + О                                (16)   

   Екіншіден оттегі атомдары  түзілуі мүмкін.   

                           NO2 + һν = NО + O (λ < 400 Å).                 (17)

   Жоғарыда көрсетілгендей  азот оксидтер озонның ыдырауына маңызды роль атқарады және оның концентрациясына әсер етеді. Алайда бұл процесс аз зерттелген.

                              2.5. Атмосферадағы аз қоспалар.

 

Әдебиеттерде озонның ыдырау және түзілу процесіне СО2 әсері туралы мәліметтер өте аз, мысалы көміртегінің оксидтері түзілуі мүмкін. Сонымен қатар көмірқышқыл газының метанның түзілуіне әсері бар.

   Су буы озон түзілуі  мен ыдырауына әсері болады. Әсіресе  атомарлы сутегі және гидроксилдің қатысы айтылады.

   Тропосферада негізінен  су буы болады. Стратосферада  оның енуіне тропопауза кедергі  жасайды.

   Мысалы, тропикалық тропопауза, 17-18км биіктікте орналасып, -80-85°С  температурада су буының конденсациясы  қызметін атқарады. Конденсирленген су буы тұнба түрінде түседі. Сондықтан оны, тропопаузаны су буы үшін «салқын қақпан» деп атайды. Алайда конденсациядан қалған су тропосферадан стратосфераға тропопауза арқылы өтеді оның массасы шамамен 0,33-тен 1,13млрд.т. жылына құрайды. Судың көп мөлшері стратосфераға конвективті ағынмен және ағынмен енеді. Срастосферада түзілген су метан тотыққан кезде де пайда болады. Стратосферадағы су буының көлемдік қатынасы 3 · 10-6-нен 6 · 10-6 дейін өзгереді.

   Атмосферада судың қатысуымен  қандай реакциялар өтеді?

   -36-

Біріншіден су күн сәулесінің әсерінен ыдырауы мүмкін.

                                  Н2О + һν =  Н + ОН                                         (18)

   Екіншіден, ол стратосферадағы  бөлшектер мен әрекеттесуі мүмкін.

Мысалы, оттегі мен сутегі атомдары:

                                   O(1D) + H2O = 2OH                                         (19)

                                   Н + Н2О = H2 + OH                                          (20)

   Су молекуласынан гидроксил  бөлшектерін осылайша алады. Олар озонның ыдырауында үлкен роль атқарады.

   ОН родикалының мөлшері  атмосферада күшті өзгереді. Ол  Күннің шығуымен арта береді  және ол Күннің батуымен минимумға  түседі. Бағалаушы мәліметтер бойынша  гидроксил родикалының мөлшері 1см3 тан 107-дей болады.

   Озонның фотохимиялық түзілуіндегі  судың рай туралы теориясы бар. Оны озонның түзілуі мен ыдырауының «ылғал» теориясы деп атайды. Ол 36 реакциядан тұрады. Әрине ол озонның түзілуі мен ыдырауында маңызды. Бұл реакциялар кинетика константаларымен 1 кестеде берілген.

   Хесстверт өзінің теориясында  тек кейбіреулерін қолданды..

Бұл теңдеулердің толық шешуі ЭВМ көмегімен алдағы уақытта беріледі.

   Ылғал атмосферадағы фотохимиялық реакциялар  (Хесстверт бойынша).

   Нағыз күйінде бұл теория, алға қарайғы қадам.Себебі барлық бөлшектер тепе-теңдікте болады. Тек О,Н және ОН тың күн сәулесінің интенсивтілігіне байланысты тепе-тең концентрацияға ие болады.

   Теорияға сәйкесті қозбаған  О(3Р) және қозған О(1D) оттек атомдары келесі өрнекке ие болады.

Бұл теңдеу 6 теңдеуден алынған онда оттегі атомдарының концентрациясының өзгеру жылдамдығы нольге тең оттегі молекуласының ыдырауын ескеру қажет. J2[O2] J3[O3]  және оттегі атомының озон молекуласымен реакция жылдамдығы озон молекуласының өзінің түзілуінен

-37-

аз болады. R3[O3]<R2[O2][M].

Бұдан көптеген реакциялар оттегі атомының қатысуымен, 1 кестеге кіреді. 21 теңдеу кіретін, жылдамдық бағасымен атомарлы оттегінің тұрақты немесе тепе-теңдік мәні 10-7с.жетеді. Оттегінің қозған атомдары озон молекуласының фотодиссосациясына алынады.

                                   О3 + hv = O(1D) + O2 ,                                        (5б’)

Оттегі молекуласының диссосациясынан алынатын O(1D) атомының түзілуін ескерсек.

                                   О2 + hv = O(1D) + O(3P).                                     (4б’)   

Оттегінің қозған атомдары жоғалуы мынадай реакция бойынша жүреді.

                                   О(1D) + М = O3(3P) + М.                                     (20’) 

Көптеген реакцияларды тағыда есептемей (1 кестеде белгіленген) мынаны аламыз: 

Дәл осылай сутегі атомының тепе-тең концентрациясын анықтауға болады, бұрынғы көп реакцияларды есептемей,1 кестеде берілгендерді, ескермей, мынадай реакция жүреді:

                                     Н + О2= ОН + О,                                                   (28)

сутегінің тотығуының маңызды механизмі болып табылады, атомарлы сутегінің түзілуінің, (6’) және (16’) реакциялары жүреді:

                                     ОН + О = Н + О2,                                                  (6’)

                                    Н2О + hv = ОН + Н                                               (16’)

Және оның жоғалуы (8’) және (9’) реакциялар бойынша жүреді: 

                                    Н + О2+ М = НО2 + М,                                           (8’)

                                    Н + О3 = ОН + О2.                                                   (9’)

   Бұл жағдайда тепе-теңдік  концентрациясы үшін, мынаны аламыз.

-39-

Концентрация мен гидроксилге келсе, 1 кестедегі көптеген реакцияларға көп

мән бермей,гидроксил бөлшектері (7’) және (23’) реакция бойынша түзіледі.

                                              НО2+ О = ОН + О2,                                        (7’)

                                             НО2+ О3 = ОН + 2О2,                                     (23’)

(6’) және (24’) реакциялары бойынша  жұмсалады.

                                              НО + О = Н + О2,                                            (6’)

                                             НО+ О3 = ОН2 + О2,                                       (24’)

мынаны аламыз:

 

 

 

немесе (21) ескеріп,

 

 
                              

 

Озон концентрациясын есептеу үшін Хесстведт, тепе-теңдік мәніне ұмтылмайды, осылайша реакцияларды ескермей, дифференциальды кинетикалық теңдеуді жазады:

 

                            - 2В + ,                           (25)

    Онда

 

                              A = ;       B = 2 .

  

   Бұндай теңдеулер қалған заттар (НО2, Н2О2 және Н2) үшінде алынады.

Бұл теңдеулер шешілген, мәліметтерді 2 кестеге енгіземіз.

  

2-ші кестеден көрініп тұрғандай озон концентрациясы бақылау мен теорияға

-40-

сәйкес келеді.

   Одан басқа, сутегінің биіктік  төмендеген сайын төмендей береді.

                                     Н2 + ОН = H2О + H.                                          (19’)

   Теория бойынша, 15-40 км биіктікте түнде оттегі мен сутегі атомдары жоғалып кетеді. Озон концентрациясына тәуліктің ауысуы әсер етпейді.

   В.Л.Тальрозе атмосферада озонның ыдырауының «сутектік циклдарын» қарады. Оның пікірі бойынша атмосферада сутегі бар қоспалар НО, НО2 ,Н, Н2О2 – тақ сутегін түзеді.

«Тақ сутектері бар» қосылыс «тақ  оттегімен» реакцияға түседі.

   Әдебиеттерде 5 мыңдай циклдар  қарастырылады:

                        І                                                             ІІ

ОН + О = Н + О2 ОН + О = Н + О2

Н + О3 = ОН + О2 ОН + О + М = НО2 + М

                                                               НО2 + О = ОН + О2 

 

                      ІІІ                                                             IV

ОН + О3 = НО2 + О2                              ОН + О3 = НО2 + О2

НО2 + О3 = ОН + 2О2                            2НО2 = Н2О2 + О2                           

                             Н2О2 + hv = 2ОН

                                                     V

                                     ОН + О3 = НО2 + О2                             

                                     НО2 + О2 = ОН + О2      

   Тізбектін үзілуі су молекуласының  түзілуінен жүреді. 15 км-ден төмен  болғанда сутегі циклі озонның  ыдырауында негізгі роль атқарады.

 

 

2.6. Атмосфераның антропогенді ластануы.

  

   Азот оксидтерінің қосымша түсетінін ескерейік.

   Азот оксидтерінің түзілуі  ядролық жарылыстарда ауаның  тез қызуынан, мысалы 6000 К температураға  дейінгі, және тез салқындануынан  болады.

-42-

   Күші 1 Мт болатын ядролық жарылыста 1000-нан 12000 т дейін (немесе 0,17 ден 2,5 ∙ 1032 молекула) азот оксидтері түзіледі 1952-1971 жылдары жалпы күші 520 млн. т. немесе орташа 26 млн. т. жылына құрайды, бұл жылына 130000т. құрайды.

   Бұл озон мөлшерінің 10%-ке кемуіне әкеледі. Бұдан басқа озон ядролық жарқырауларда фотоыдырап, радиоактивтік қалдықтардың ыдырауы кезінде жойылады. Осылайда тәжірибеде бұл бақыланбайды. Жасалған есептеулер, жарылыстан кейін озон диссоциациясы болып, бірақ 10с. кейін 90% озон қалыпына келеді.

   Азот оксидтерінің атмосферадағы басқа көзі болып ұшақтардың шығарғыш газдары болып табылады. Азот оксидтерінің мөлшері 4-10 г 1 кг жұмсалған  отынға сәйкес келеді. «Конкорд» ұшағын «Олимпус - 593» қозғалтқышында 1 кг отынға 18 г азот оксидын түзеді.

   Ұшақтардың мөлшері мен сағат саны бойынша олар ұшқан кезде 1975 жылы атмосфера 290 ның.т. азот оксидіні лақтырған. Болжамдар бойынша 1990 жылы самолет саны көп болған сайын 1 млн.т. азот оксидтері түзуі мүмкін дейді.

   Джонстон осы айтылған  алдын-ала программа бойынша 1985 жылы азот оксидтері озон мөлшерін 17-53% дейін кемітеді.

   ООН конференциясында қоршаған  ортаны қорғау проблемалары бойынша 1972 жылы Стокгольмде АҚШ оқымыстылары мен Англия және Франция оқымыстылары арасында қарама-қайшы пікірлер қалыптасты. Бұл әрине жоғары дыбысты «Конкорд» ұшағы жайлы еді.

   Азот тыңайтқыштары туралы  да пікірлер айтылды, онда атмосферада  азот тотықтарының өсуі байқалады  деді. Азот тотықтары азот тыңайтқыштарын  бактериялар ыдыратқан кезде  түзіледі. Шет елдерде, 1995 жылы бұндай жағдай О3-мөлшерін 30%-ке кемитінін айтады.

   Солайда бактериялар әсерінен  азот оксидтерінің мөлшері неге  артатыны белгісіз. Бактериялар  кейде нәтижесінде молекулярлы азот береді. Екіншіден, модельдегі есептеулер тыңайтқыштар 6%-жылына көбейетінін, ал 2025 жылы озон мөлшері 1-10% -ке дейін кемитіні анықталып отыр.

-43-

   Азот оксидтері отынды  кәдімгі жаққан кезде түзіледі. Жоғары температура 2000-3000ºС, термодинамикалық  тепе-теңдік азот оксидтерінің  түзілуі бағытына қарай ығысады.

   Алдын-ала болжау бойынша бұл сан 2,8 млн.т. азот оксидтері жылына құрайды. Алайда, азот оксидтер атмосферада сумен шайылады, ал қалғаны не болатыны белгісіз.

   Азот оксидтерінің атмосферадағы  озон мөлшерінің кемуіне қызығушылықтың төмендеуінен кейін тағы бір идея дүниеге келеді. Озонға хлор және оның оксидтері әсер ететіні, олардың хлорфтор метандардың фотолизі кезінде түзіледі.

   Барлық әлемде соңғы жылдары  фреондар өндірісінің қарқынды  дамуы басталды, бұл тоңазытқыштардың, еріткіш және шашыратқыштардың, яғни тұрмыстық химияның кеңінен пайдалану негізінде түзіледі.

   Фреондар деп - метан, этан, бутанның галоидты туындылары және міндетті түрде фтор болады. Мысалы: CFCI3 дан CF4 дейін, сонымен қатар этанның қосылыстар C2F6 және т.б. Бұл заттар суда нашар ериді және жанғыш емес, және атмосфералық жағдайда жақсы сақталады. Бұдан басқа, олар төменгі қайнау температурасына  ие болғандықтан ауада жақсы буланады. Кәзіргі кезде, фреондардың атмосфераға қалай таралатыны жайлы бір пікір жоқ.

  Тропосферадан фреондар сумен кетеді гидролизденбейді, содан мұхитта жиналады. Осылайша, мұхит өзіндік фреондардың қоймасы болып табылады.

   Атмосферада жинақталатын  фреондардың микробиологиялық тұрақтылығы  белгісіз? Анализі өте күрделі. Қолданылатын хроматографтар мен спектрометрлер өте сезімтал.