Атмосфералық ауа газдарының геохимиялық айналымы.

Азот

Азот N₂ мөлшері аммиакты-сутекті атмосфераның молекулалы оттегімен О₂ қышқылдануы нәтижесінде көбейді, ал оттегі 3 млрд жыл бұрын басталған фотосинтез процесі нәтижесінде пайда болды. Сондай-ақ азот N₂ атмосферада нитраттардың денитрификациясы және басқа да азо түзуші қосылыстар арқылы пайда болды.

Азот N₂ реакцияға тек кей жағдайларда ғана түседі (мысалы, найзағай разряды кезінде). Молекулярлы азоттың озонмен электрленген зарядтарда қышқылдануын азотты тыңайтқыштарды өндірісте дайындау кезінде аз мөлшерде қолданады.

Оттегі

Атмосфераның құрамы оттегіні бөліп, көмірқышқыл газды жұтып алатын фотосинтез процесі нәтижесінде Жерде тірі организмдердің пайда болуына байланысты тез өзгере бастады. Бастапқы кезде оттегі қосылыстардың қалпына келу реакцияларына — аммиактың, көмірсутегінің,мұхиттарда болатын темірдің және т.б. жұмсалды. Осы кезең біткен соң атмосферадағы оттегінің мөлшері тез көбее бастады. Біртіндеп қышқылдану қасиеті бар қазіргі атмосфера пайда болды. Бұл атмосферада, биосферада және литосферада жүретін көптеген реакциялардың өзгерісіне әкеліп соқтырып, Оттегілі катастрофа деген атаққа ие болды.

Көміртегі

Табиғаттта көміртек бірнеше түрде кездеседі:

- мантияда, юрада, атмосфера мен гидросферада метан немесе басқа көмірсутектер түрінде қайта қалыпқа келген түрінде;

- юра мен мантияда графит, алмас және карбид түрінде бейтарап түрінде;

- мантия силикатында, юрада, атмосфера мен гидросферада көмірқышқыл газ, карбонаттар немесе қоспалар түрінде қышқыл күйінде.

Атмосферада көміртек көмір қышқыл газ (СО₂), улы газ (СО), метан (СН₄) немесе басқа да көмірсутектердің құрамында кездеседі. Қазіргі уақытта СО₂ мөлшері – 0,04 % (индустриалды кезеңмен салыстырғанда 31 %-ға көбейген), метан – 1,7 ppm (149 %-ға өскен), оның мөлшері СО₂-мен салыстырғанда екі есе аз; СО мөлшері – 0,1 ppm. Метан және көмірқышқыл газ тұманды эффект туғызады, ал улы газ ондай әсер етпейді.

Атмосфералық газдар үшін атмосферадағы газдардың өмір сүру уақыты анықтамасы қолданылады, бұл атмосферадағы газдардың мөлшеріне дәл сондай мөлшерде газ қосылатын уақыт. Метанның өмір сүру уақыты 10-14 жылға бағаланады, ал көмірқышқыл газдікі-3-5 жыл.

Метан атмосфераға өсімдік қалдықтарының аэробты ыдырауы кезінде қосылады. Метанның атмосфераға қосылатын негізгі көзіне батпақтар мен трофикалық ормандар жатады.

Қазіргі кезде атмосферада оттегі көп, сондықтан метан онда жылдам қышқылданады. Осылайша қазіргі уақытта СО₂ айналымы басымдық танытуда. Атмосфераның көмір қышқыл газы гидросфераның жоғары қабаты үшін көміртек көзі болып табылады.

Мұхиттар көміртегінің негізгі резервуары болып табылады. Олардың жалпы мөлшері атмосферадағы мөлшерімен салыстырғанда 100 есе көп. Мұхит жоғарғы қабаты арқылы атмосферамен көмір қышқыл газды айырбастай алады және Жердің шөгінді жыныстарымен карбонаттардың шөгуі және еруі арқылы көмір қышқыл газды айырбастай алады. Мұхитта еріген көміртек негізгі 3 түрде кездеседі:

-органикалық емес көміртек;

- еріген СО₂;

- мұхиттардағы организмдерде кездесетін органикалық көміртек.

Жер қойнауындағы көміртек мөлшері – 0,27 %. Адамзаттың индустриялық кезеңі басталғаннан бері бұл резервуардан көміртекті пайдалан бастады және олардың атмосфераға шығуына мүмкіндік берді.Академик Вернадский бұл процесті эрозия немесе вулканға ұқсас қуатты геологиялық процеске теңеген.

 

Кесте 3- Әртүрлі геологиялық резервуарлардағы көміртектердің салыстырмалы мөлшері (1750-ға дейін).

Индустриялық кезеңге дейінгі әртүрлі геологиялық резервуарлардағы көміртектердің салыстырмалы мөлшері (1750-ға дейін).
Резервуар	Көміртектер мөлшері С
Атмосфера
Мұхит	(3,71—3,9)×104
Су беті, органикалық емес көміртек	700—900
Терең сулар, органикалық емес көміртек	35 600—38 000
Мұхиттардың барлық биологиялық көміртектері	685—700
Тұщы су биотасы	1—3
құрлық биотасы және топырақ	2000—2300
Өсімдіктер	500—600
Топырақ	1500—1700
Мұхит суымен көміртекпен айырбастауға бейім теңіз шөгінділері
Органикалық емес, бастысы карбонаттты шөгінділер
Органикалық шөгінділер
Жер қойнауы	(7,78—9,0)×107
Шөгінді карбонаттар	6,53×107
Органикалық көміртек	1,25×107
Мантияда	3,24×108
Ресурстар және қазба жанар-жағар май резервуарлары	(7,78—9,0)×107
Мұнайда	636—842
Табиғи газда	483—564
Көмірде	(3,10—4,27)×103

 

Көміртек циклын талдауды әртүрлі жер қойнауындағы резервуарларда жинақталған көміртектер мөлшерін бағалаудан бастаған жөн. Сондықтанда пайдалы қазбалар өнімдерін жандыру арқылу атмосфераға көп мөлшерде лақтырылыстар басталған индустриялық кезең басталғанға дейінгі кезеңді, яғни 1850 жылғы жүйені қарастырамыз. Атмосферада мұхит пен жер қойнауына қарағанда көміртектің мөлшері аз, алайда атмосфераның көмір қышқыл газы өте әрекетті, ол жер биосферасы үшін құрылыс материалы болып табылады.

Көмірқышқыл газы

Жер атмосферасындағы көмір қышқыл газдың мөлшері 2011 жыл бойынша 392 ppm немесе 0,0392 %. Биосферадағы көмір қышқыл газдың ролі өсімдіктерде болатын фотосинтез процесіне қатысуы. Дымқылды газ болып саналатын ауадағы көміртек қышқылы планетамыздың қоршаған ортамен жылу алмасуына әсер етеді, планетамыздың климатының қалыптасуына қатысады.

Пайдалы қазбаларды жағу нәтижеснде атмосферада соы газдың мөлшері қазіргі кезде көбейіп келеді. Көміртек қышқылының концентрациясына антропогенді әсер ету XIX ғасырдың ортасынан бастап белгілі болды. Осы уақыттан бастап оның өсу қарқыны 2000-шы жылға дейін 2,20±ppm/жыл жылдамдықпен немесе жылына 1,7 %-ға өсті.

Көмір қышқыл газ СО₂ жер атмосферасының маңызды компоненті болып табылады, өйткені ол әртүрлі ұзындықтардағы толқындардың қою қошқыл сәулесін жұтып алады немесе кері қайтарады. Дымқылды эффектісінен басқа көмір қышқыл газ ауамен салыстырғанда ауыр газ болып саналады. Оның салыстырмалы молярлық салмағы 28,98 г/мольге, ал молярлық салмағы – 44,01 г/мольге тең. Сондықтанда оның мөлшерінің өсуі ауаның тығыздығының артуына әкеліп соқтырады, сәйкесінше, биіктікке байланысты оның қысымының өзгеріне әкеледі. Мұндай өзгеріс жер бетінде орташа температураның жоғарылауына себепші болады.

СО₂-ның негізгі көздері табиғи болып келеді. Өлген өсімдіктер және ағаштардың шіруі нәтижесінде жыл сайын 220 млрд тоннаға жуық көмір қышқыл газы атмосфераға бөлінеді, жер мұхиттары – 330 млрд. Вулкандар жылына орташа 130-230 млн тонна бөледі, бұл антропогенді эмиссияның 1 %-ынан да төмен мөлшерді құрайды.Әдеттегі жағдайда бұл табиғи көздер физикалық және биологиялық процестермен тең жүреді, яғни көмір қышқыл газдың бір бөлігі мұхиттарда ериді, бір бөлігі фотосинтез процесіне қатады. 2000-ші жылдың ортасына қарай оның бөліну мөлшері биосфераның жұтуына қарағанда 17 млрд тонна артқан. Осының салдарынан көмір қышқыл газдың балансы бұзылды, қазірге кезде оның жалпы мөлшерінің тек 57 % шамасында ғана мұхиттар мен өсімдіктер қолданады.

2008 жылы мұнайды, газды және көмірді жағу нәтижесінде көміртектің атмосфераға шығарылу мөлшері – 8,67 млрд тоннаны (31,8 млрд тонна СО₂) құраған (график 1). Осылайша, 2011 жыл бойынша СО₂-нің жалпы антропогендік лақтырылысы оның табиғи мөлшерінен артуы 8%-дан артық емес, оның концентрациясының өсуі антропогенді лақтырылыстардың өсуінен емес, уақытқа байланысты лақтырылыстардың деңгейінің артуына байланысты болып отыр.

 

 

График 1 – Атмосфераға лақтырылатын лақтырылыстар мөлшері

 

Озонның маңызы.

Озон қабатын жер бетіндегі атмосфералық қысымға сай қысыммен алып қарайтын болсақ, онда оның қалыңдығы 3 мм шамасында болады. Сондықтан да осы өте жұқа, жердегі түршілік үшін ерекше орын алатын озон қабатын сақтауға аса көңіл бөлген жөн.

Озонның екінші қасиеті - өте тұрақсыз. Ол тез бұзылып жоғалып кетеді. Секунд сайын 100 тонна озон қабаты пайда болып, соншасы жоғалып кетіп жатады. Ауада озон бір жылдан артық сақталмайды. Озон қабаты күннің ультракүлгін сәулесінің әсерімен ауадағы оттегі мен азот қостотығы және басқа да газдардың қосылуы нәтижесінде пайда болады. Стросферада ауа төменнен жоғарыға қарай жылжитын болғандықтан озон қабатын 25-50 км биіктікке дейін табуға болады, алайда қалыңдау тараған қабаты 25-30 км аралығында.

Озон қабаты ұзындығы 200-300 нанометр шамасындағы ультракүлгін түстес күн сәулесін толықтай ұстап, жер бетіне жібермейді. Соның нәтижесінде 30-60 км биіктіктегі ауа 30⁰С-қа дейін жылынса, одан төменгі қабаттарда өте салқын – 60-70⁰С шамасында болады.

Озонның тез бұзылып, жоғалуына адамдар кінәлі. Халықшаруашылық салаларында түрлі аэрозолдарды шашуға, бояуларды сұйылтуға, сырдың жылтыр түрін кетіруге қолданылатын хлорфторметандар атмосфераға зиянсыз газ ретінде қосылады да 30 км биіктікке көтерілген соң күннің ультракүлгін түстес сәулесінің әсерімен хлорға, фторға бөлініп, кейін осы екеуінің септігінен озон қабаты бұзылады.

Атмосферада атом бомбаларын сынау, ғарышқа ракетамен жерсеріктерін ұшыру, жоғары биіктікке ұшатын ұшақтар да озон қабатына өз зиянын тигізеді.

Соңғы 10-12 жылда озон қабатының бұзылу қарқынының күшеюіне байланысты 1985 жылы наурыз айында 37 мемлекет және Еуропалық экономикалық одақ озон қабатын қорғау жөнінде халықаралық Вена конвенциясына қол қойды. Онда озон қабатын үнемі бақылау, зиянды заттардың тізімін бекіту, хлорфторметан қалдықтарын атмосфераға шығармау туралы келісті.

Озон қабатының бұзылуы Дүниежүзілiк метеорологиялық ұйымның деректерi бойынша соңғы 25 жылда озон қабатының бұзылуы 10% құрайды. Қазақстандағы бес станцияда 1973 жылдан берi жүргізілген озонның жалпы құрамын бақылау мәліметі бойынша Қазақстанның үстiнде озон қабатының қалыңдығы 5-7%-ға қысқарған.

Ші тақырып.