Жердің озонды қалқаны

   Фреондардың мөлшері жергілікті  жерге  қалаларға байланысты. Биіктіктің  көтерілуі мен фреондардың концентрациясы сәйкес келеді, бұл стратосферада фотолизбен түсіндіріледі.

   Фотолиз ультракүлгін сәулелердің әсерімен жүреді. Мысалы, мынадай пікір бар: фотолиз Шуман-Рунге озондар сіңіру жолағында жүреді.

   Фотолиз кезінде фреон  молекуласында С-СІ байланысының үзілуі байқалады.

-44-

                                       CFCI3 + hv = CFCI2 + CI,

                                        CF2CI2 + hv = CF2CI + CI.  

   Алдымен фреондардың фотоыдырау өнімдерінің әрекетіне көшуде, озон мөлшері қалай өзгереді.

   Соңғы кездері хлорланған  көмірсутектердің өндірісі күшті  өсе бастады.

   Әдетте, өндірістен шығатын заттар атмосфераға түседі. Хлорлы көмірсутектердің мөлшері атмосферада 4-5 рет артады.

Әсіресе, озон молекуласының хлоратомымен әрекеттесуінде, В.Л.Тальроза 2 циклды ұсынады.

  CI + О3 = CIО + О2 ;  (26)                           CI + О3 = CIО + О2 ;  (26)                            

  CIO + О = CI + О2 ;   (27)                           CIO + О3 = CI + 2О2 , (28)   

   Бұдан басқа «таң галойдтың» қатысуымен басқа циклдар болады:

Мысалы:

                                  CIО + О3 = CIО2 + О2 ,                                   (29)                            

                                  CIО2 + О = CIО + О2 ,                                    (30)

   (29) реакция мына реакцияны  алмастыруы мүмкін

                                  CIО + NO = NО2 + CI ,                                   (31)  

   Тізбектердің үзілуі атомарлы  хлордың төртхлорлы көміртек  молекуласымен әрекеттескенде түзілуі  мүмкін.

                                  CI + СН4 = НCI + СН3,                                  

                                    CI + Н2 = НCI + Н,                                                 

                                  CI + Н2О2 = НCI + НО2,                                  

                                   CI + НО2 = НCI + О2.   

   В.Л.Тальрозе «галойдты циклды»  қарай отырып, мұндай циклдар оттекті, азотты және сутекті болады деді. Ол бұл циклдарды жаза отырып, оның коэцентрациясы, биіктікке байланысты болатынын айтты.

   5 суретте, В.Л.Тальрозе озонның  ыдырауының әртүрлі циклдарын  ұсынды. Қисық 1- галоидты циклды, қисық 2- сутекті, қисық 3-оттекті, қисық 4-азотты циклдарды көрсетеді.

   Графиктен мынадай қорытынды  жасауға болады.

   Галоидты цикл, қандай биікте  болса да озонның ыдырауына  ешқандай роль 

-45-

ойнамайды. Бұдан белгілі, оқымыстылар атмосфераның фреондармен ластануына мән берді.                            

   Екіншіден, озонның ыдырауына сутегі және азот қышқылдары негізгі үлесті қосады.15-20 км аз биіктіктерде сутектік цикл болады.

   Ал үлкенде (30-35 км) азотты  цикл болады. Бұндай тәуелділікті  озонның вертикалды таралуымен түсіндіруге болады.

   Циклдардың бір-бірімен  әрекеттесуі аз зерттелген. Олардың  кейбіреуі (15),(31) реакцияларында көрсетілген. Хлор нитратының түзілу реакциясын  алайық.

                                CIО + NO2 = CIО NO2                                            (32)

   Бұл реакцияда хлор мен  азот циклдарының байланысы көрсетілген.

   Есептеулер, белгілі бір  мөлшерде циклдар әрекетінің  эффективтілігін арттырады.

   Қорытындыда айтарымыз атмосфералық  озонның түзілу проблемасы әлі  шешілмеген.

 

III. Атмосфера қабатында озонның болуы.

  

   Тропосферада озон 8-15%-ті құрайды. Градиент концентрациясына қарай, озон төмен қарай бағытталады, алайда озон ағында ыдырап, оның мөлшері Жер астында.

   Жер бетінде озон концентрациясы 1 см3 – та 20-60мкг. Озон мөлшері айнымалы, жергілікті жерге байланысты.

   Биіктіктің артуымен концентрация  өседі. Мысалы, ГДР-да жылдық озон  мөлшері 21,2мкг/см3 тең, Тюринг орманының 490м – биіктікте – 27,4 мкг/см3, Фихтельберг тауында 1215м биіктікте - 36 мкг/см3-тең болады.

   Бұдан басқа теңіз жағалауы мен ормандарда озонның жоғары мөлшері анықталған. Үлкен қалаларда озон концентрациясы азайып алайда биіктікке аз тәуелді, мысалы 300м оның төмендегені бақыланған жоқ.

   Географиялық ендікте концентрация  былай таралады тропиктерде озон аз, және полярлы ендікке жақындаған сайын, оның мөлшері артады. Мысалы,

-47-

Аляскада концентрация 98 мкг/см3 –тең, ал жеке жағдайда 750 мкг/см3-қа тең болады.

   Жаздың басында жер бетіндегі  озон жоғары, күзде озон аз  болады. Москвада озонның максималды мөлшері шілдеде, ал Сочида – сәуір, маусымда болады.

   Бәрінен қызығы озонның  тәуліктік өзгеруі еді. Бақылау  орнына тәуелсіз – озон түнде  аз, ал күннің шығуына қарай  оның мөлшері артады. Бұндай өзгеріс  жылдың жаз мезгілінен континтальды  елдерде жақсы  байқалады, Приморье елдеріне қарағанда. Мысалы, Сочиде бұндай озон мөлшерінің өзгерісі байқалған жоқ. Тауларда озон мөлшері көп болмайды.

   Озонның тәуліктік жолы  белгісіз. Оған газдың диффузиясы  сәйкестігі болып есептеледі. Екінші  жағынан озон мөлшеріне күн радиациясының тікелей қатысы бар. Озон мөлшері найзағай алдында көбейеді. Ол әсіресе «фотохимиялық» смогтарда көбейеді.

   Смог – аэрозольды және  тұманды түзіліс. Ол үлкен қалаларда  байқалады. Бірінші фотохимиялық  смог Лос-Анджелесте екінші дүниежүзілік соғыстан кейін байқалған.

   Ол автомобильдерден шығарымды  газдардың көп мөлшерде түзілуі, көп мөлшерде озонның және  тотықтырғыштардың түзілуімен сипатталады. Бұндай күйдегі смог адамдар  денсаулығына зиянды, сондықтан  ерекше жағдайды қажет етеді.

   Смог қайда кетеді, одан қалай озон түзіледі?

   Онда азоттың қос тотығы  түзіледі.

                                         NO2+ hv = NO + O.                                        (33)

   Түзілген оттегі атомдары  оттегі молекуласымен реакцияға  түзіледі немесе озон молекуласымен әрекеттеседі, сөйтіп озон молекуласының ыдырауына әкеледі. Немесе азот тотығымен реакцияға түседі. Соңғы жылдары фотохимиялық смог басқа үлкен қалаларда да байқалады.

   

 

 

-48-

3.1. Жер бетіндегі тіршіліктің экологиялық проблемалары және атмосфералық озон.

   

   Озонның жерде оттегі пайда болғаннан кейін түзілген ультракүлгін сәулелерді сіңіруі, Жердің бетіндегі тіріні қорғайды. Тірі Ағзалар сулы ортадан Жер бетіне шықты.

   Озонның сіңірілу спектріне қарасақ 230нм<λ<300нм аймағында сіңіріп, сәулелену активті болады. Нуклейн қышқылдары сол интервалды (250нм<λ<400нм) жарықты сіңіреді. Осылайша нуклейн қышқылдар қышқылдары қысқа толқынды сәулелерді сіңіреді нәтижесінде мутация және клеткалардың өлімі болады.

  Күннің биологиялық әрекеті, яғни сәулелер 2-ге бөлінеді азырақ активті  λ=280-315нм және аз активті λ=315-400нм.

  Ультракүлгін сәулелердің саны  көптеген физико-химиялық, метеорологиялық, геофизикалық және жағдайларға  байланысты.Мысалы, ол жердің еніне, теңіздің деңгейіне, атмосфераның мөлдірлігіне бұлт пен тұнбаның санына және т.б. байланысты. Ультракүлгін сәулелердің жылдық мөлшері 315нм. Сәуле ұзындығынан аз, Арктикадан (360 Вт ∙ ч/м2) және тропиктік (3600 Вт ∙ ч/м2) дейін  өзгереді.

   Ультаркүлгін сәулелер адам, жануар және құстардың D3 витаминін, сіңіруіне көмектеседі. Бұл сәуле әсерінен өсімдіктердің ауыл шаруашылық өнімдері  артады.

   Алайда оның көп дозасы  керісінше әсер бараді. Адамдардың  Ультаркүлгін сәулелерді көп сіңіруі күюіне және тері рагына соқтырады.

 «Парникті эффект» 

1 суретте күн сәулесінің жартысы көрінетіні және жақын инфрақызыл спектр аймағында атмосферадан жақсы өтіп және Жер бетіне түседі. Бұдан басқа жер  беті ішкі жылу көздері есебінен, атмосфера есебінен жылуды ұстайды.

   Атмосфера жылуды  λ=10мкм аймағында жақсы сіңіреді жердің жылуды сіңіруін «парникті» әрекетті атмосфераның құрамдас бөліктерін сіңіру

-49-

әсерінен яғни азот және оттегі атмосферада қоспалардың аз мөлшері есебінен, су буы, көмірқышқыл газы және озон есебінен түзіледі.

   Бұл газдарды сіңіру 7 суретте көрсетілген. Бір кездерде судың «парникті» әрекеті айтылған еді. Алайда ол олай болған жоқ. Судың тек аз сіңіру қабілетіне ие болғандығы анықталды.

   Алайда әңгіме көмірқышқыл  газында болды. Адам әрекетімен  биологиялық процестердің нәтижесінде көмірқышқыл газының мөлшері атмосферада шамамен 0,3% - ке (жылына) артады. Бұл уақытта есеп мынаны көрсетеді. Көмірқышқыл газының орташа өсуі атмосферадағы температураны 20-қа арттырады.

   Алайда 7-суретте көрсетілгендей  көмірқышқыл газының әрекеті шамамен озондалған «парникті» эффектісінен 2 есе төмен болады, озон 9,7∙104 Å инфрақызыл сәулелену аймағында сіңіреді. Көмірқышқыл газы, озон және судың жалпы әрекеттері әртүрлі аймақтарда түрліше, эффективті болады.

 

3.2. Озонның қолданылуы.

  

   Озон өзінің ерекше тотықтырғыш қабілеті бойынша фтор және тұрақсыз радикалдардан кейінгі орынды алады. Оның ыңғайлылығы сол, озонды – ауадағы оттегінен алады, оның өндіріске шикізатпен реагентті тасымалдаудың қажеті жоқ. Тағы бір ерекшелігі озон тотығуға түгелдей жұмсалып, ешқандай қосымша өнімдердің қажеті болмайды, қысқа уақыт аралығында оттегі түзіледі.

   Озон арзан зат, оның өндірісіне  аз заттар қолданылады, ал басқа  тотықтырғаштарға, мысалы: хлорлы ізбес  сутектің асқын тотығы және  т.б. көп заттар шығындалады. Қазір озонды қолдану аумағы өте үлкен: ауыз суды зарарсыздандыру, сарқынды суды тазалау, әртүрлі өндірістерден шығатын газдарды тазалау, әртүрлі өндіріс қоймаларының ауасын зарарсыздандыру, тамақ өнімдерін сақтау, химия, мұнай, дәрі, тігін өндірістері, пластмасса өндірістер, қара, түсті және сирек металдар өндірісі, әртүрлі аурулардан емдеу және т.б. қолдану.

-51-

   Суды зарарсыздандыру озонды  бірінші рет Батыс Европада  ХІХғ. аяғында пайдаланды. Қазіргі  кезде озон ауыз суды дайындау  үшін көптеген әлем елдерінде: Франция, АҚШ, ФРГ, Канада, Швейцария және т.б. елдерде қолданылады. Совет елінде озон ауыз суды пайдалану үшін Москва, Киев, Минск, Горкий, Томск, Часов-Яр(Донбасс) қалаларында қолданылады. Озон суды тез әрі сенімді тазалауды қамтамасыз етеді.

   Ол судың дәмін, иісін, түсін  реттейді, яғни суды тазалаудың  универсальды тәсілі болып табылады.

   Жоғары тотықтырғыш қабілетіне  және бактерицидтік әсері бойынша  озон басқа агенттерден күштірек болып саналады. Озон спораларымен вирустарды жою қабілетіне ие. Әсіресе полиомилит вирусын, сонымен қатар патогенді микробтарды құртады. Ішек таяқшаларын жою үшін озондардың тек бірнеше минуты ғана жеткілікті. Озон іш сүзегі мен холера қоздырғыштарына эффективті әсер етіп, саңырауқұлақтардың да әр түрлерін құрта алады. Ол өсімдік  және жануар плангтондарын жоюға қабілетті. Озон мен хлордың зарарсыздандыру әрекетін салыстарғанда біріншісінің бірқатар жетістіктері бар, өйткені ол бактерияға он, жүз және оданда тез әсер ете алады.

   Су озондалғаннан кейін сапалық өзгерістерге ұшырайды. Онда еріген оттегінің мөлшері артады, бұлақ суына тән ол көгілдір түске ие болады.

   Судың органолептикалық  қасиеті күшейеді. Озондардық нәтижесінде  ешқандай иіс болмайды.

   Озондардың тағы бір ерекшелігі, суда еріген минералды заттар өзін қоректік қасиетін анықтап, ешқандай өзгеріске түспейді, әрі қосымша зат түзілмейді.

    Сарқынды суларға түсетін  токсинді қосылыстардың ішінде  ең улысы- фенолдар болып саналады. Көбіне фенолдармен коксохимия және мұнай өңдеу зауыттарынан және кинофотоматериалдар дайындайтын өндірістерден шығатын сарқынды сулар ластанады.

    Бұндай сарқынды суларды  биохимиялық экстракциялық тазалау әдістері өте тиімсіз, сондықтан озонды пайдалану өте маңызды болып саналады. Озонмен өңделген су мөлдір әрі түссіз болады.

-52-

    Озон суда еріген цианидтерді  цианаттарға дейін, содан соң  азот және көмір қышқыл газына  дейін тотықтырады.

    Цианның комплексті қосылыстарына озонды сәтті пайдаланатындықтан алтын, кадмий, сирек кездесетін элементтер өндірістерінде де сол мақсатқа озонды қолданады.

    Әсіресе, құрамында пестицидтер- улы химикаттары бар сарқынды  суларды пайдалануда озонды қолдану  өте маңызды. Сонымен қатар нашар  иісі бар сүт және целлюлоза-қағаз  өндірісінен шығатын сарқынды  суларды дезодорациялау мен зарарсыздандыруда ластанғыштар мөлшерін 99 % -ке және иіс интенсивтілігін 40-200 ретке дейін төмендетеді.

     Күмісі бар сарқынды  суларды озондауда тек күмісті  толықтай бөліп алу үшін қолданады.

    Озонның көмегімен сонымен  бірге вискоза талшығы өндірісінен шығатын сарқынды суларды зарарсыздандыруға қолданады.