Тақырып: 5.Газдар түрлері, оларды пайдалану

5.1Атмосфераның құрамы мен қасиеттері

5.2 Атмосферадағы газдар, оларды пайдалану

Атмосфера пайда болғаннан бері жүздеген миллион жылдар өтті, барлық

тіршілік иелері оның құрамы бойынша қалыптасқан. Газ қабаты барлық тірі организмдерді ультрафиолеттік, рентгенді және космостық сәулелерден қорғайды. Атмосфера жерді метеориттердің құлауынан қорғайды. Атмосферада күн сәулесі таралып, сүзілетін болғандықтан бірқалыпты жарық береді және де дыбыс таралатын орта болып есептеледі. Гравитациялық күштердің әсерінен атмосфера ғаламда таралмайдыда жермен бірге айналып жүреді. Атмосфераның құрамы мен қасиеті әртүрлі биіктікте әртүрлі келеді, сондықтан да оны тропо-, страто-, мезо-, термо- және экзосфера деп бөледі:

1. Трофосфера (полюстен 0-ден 7 км-ге дейін және экватордан 18 км-ге дейін). Трофосферада барлық атмосфераның 80%-ы болады, ол жерде бүкіл су буы болады. Трофосферада температура орта есеппен әр 100 м сайын 0,6⁰С өзгереді. Мұнда барлық ауа-райы дамиды. Жердегі ауа-райы мен климат атмосферадағы жылу, қысым мен су буының құрамына байланысты дамиды. Ауадағы барлық құбылыстар, яғни жаңбыр, бұлт, тұман, жел, дауыл, қар осы трофосферада болады. Су буы күн энергиясын жұтып алады, ауа тығыздығын арттырады және барлық шөгінділердің көзі болып табылады. Трофосфераның температурасы 10-12 км биіктікте азайып -55⁰С-ге дейін өзгереді. Трофосфераның шекарасында жіңішке жұқа қабатша – тропопауза орналасқан. Өзендер сияқты белгілі арнасы жоқ, желдің ыңғайымен жүретін тропопаузаның ұзындығы мыңдаған км-ге, ені жүздеген км-ге, биіктігі 1-ден 3-км-ге дейін созылып жатады. Мұнда үнемі қатты дауыл болып, желдің жылдамдығы секундына 80-100 метрге дейін жетеді.Содан соң стратосфера орналасқан.

2.Стратосфера (40км-ге дейін). Трофосфераның жоғарғы бөлігі 55 км

төңірегінде болады. Бұл ауаның бөлігінде ауа температурасы әрбір 100 м сайын 0,1-0,2⁰С шамасында өзгереді. Температура біртіндеп 00

С-қа дейін төмендейді. Стросферада ауаның шамамен 19 % болады, су буының шамасы азаяды. 22-24км биіктікте озон қабаты орналасқан. Оның көлемі аз, жалпы салмағы 3,29х10 тоннадай шамасында болады. Озон қабатын жер бетіндегі атмосфералық қысымға сай қысыммен алып қарайтын болсақ, онда оның қалыңдығы 3мм шамасында болады. Сондықтан да өте жұқа, жердегі түршілік үшін ерекше орын алатын осы 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 озонның 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. Стратосфера стратопаузамен аяқталынады.

3.Мезосфера (80 км-ге дейін). Онда температура – 60-800С-қа дейін төмендейді. Мұнда полярлық көріністердің пайда болуына себеп болатын газдар ионы жоғары екені байқалады. Мезосфера мезапаузамен бітеді.

4.Термосфера 800 км-ге дейінгі қашықтықта орналасқан. Жеңіл газдардың – сутегі мен гелийдің және зарядталған иондар саны көбееді. Термосферада газдар ионды жағдайда болған соң кейде ионосферада деп те атайды. Ауаның ионды болуы оның электрлік қасиетіне байланысты. Мұнда, мысалы, критон-85 (Кr) көп жинақталғандықтан жердің кедергі жасау күші азайып, тіпті өзгеруі де мүмкін.

5.Экзосфера (1500-2000 (3000) км-ге дейін.) Мұнда космостық кеңістікке

атмосфералық газдың сейілуі болады. Ол атмосфераның ең жоғарғы бөлігі болып есептелінеді. Ауаның ең жоғары, өте селдір, биіктей келе көрінбей кететін протондардан тұратын, 1000-1200 км-ден 1500 км-ге дейінгі аралықты Протоносфера деп атайды. Дәлірек айтқанда, протоносфера да жердің шегі емес, оны қоршап жатқан радиациялық белдеу деп аталатын қабат бар. Ондағы ауа күн сәулесімен келіп, жердің магнитті өрісі арнасына қосылған протон мен электроннан құралған.Олар жердің магнитті өрісінің күшімен шиыршық сым секілді айналып жүреді. Радиациялық белдеу (1500 км-ден 60000 км-ге дейінгі аралық) 3-ке бөлінеді:

-ішкі жағы- жерден 1500-4000 км аралығында, өте қуатты протондардан

тұрады;

- орта жағы-12000-20000 км аралығында, қуааты аз электрондардан тұрады;

-жоғарғы жағы - 50000-60000 км аралығында, қуаты аз электрондардан тұрады.

Осы қабатта қуаты 10 миллион амперге жететін қоршаулы тоқ жер шарын

айналып жүреді.

Жердің ғарыштық белбеуін бөлу қиын, өйткені ол магниттік өріспен тығыз байланысты. Бұл өріс жердің 15 радиусына дейін күшін жоймайды. Яғни бұл 6371х15=96,5 мың км-ге дейін созылады деген сөз. Бұл аралықты (60000-95000 км) магнитосфера деп атайды. Жердің жалғасы ретінде гравитациялық (материалдар арасындағы өзара әсер) өрісті айтуға болады. Дүниежүзіндегі барлық заттардың магниттік өрісі бар.

 

5.2 Атмосферадағы газдар, оларды пайдалану

Жер шарын қоршап тұрған, шаң-тозаң, бу мен газдан құралған атмосфера ауасы күн сәулесін жер бетіне жеткенше ұсақ бөлшектерге бөліп, жан-жаққа шашыратып жатады. Күн сәулесін жер бетіне өткізіп, жерден көтерілген жылуды әлем жүзіне жібермей ұстап тұрады. Егер атмосферада ауа болмаса көк 21 аспан қап-қараңғы болып, күн адамның көзін шағылыстыратын жарық сәуле шашып, жер беті кеуіп, жарылып, одан әрі қыза түсер еді. Бұлт пен жел, жауын-шашын болмай, жер бетіндегі температура күндіз +1000С-тан астам ыстық, түнде - 1000С-қа дейін төмендеп қақаған аяз болар еді. Сөйтіп бір тәулік ішінде температура 200⁰С-қа өзгеріп отырар еді. Атмосфералық ауа бардың өзінде ауа-райы Батыс Сібірде қыста -600С, ал жазда +300С болып, жыл бойы 900С-қа өзгеріп жатқанда әрине онда мекендеп жатқан тіршілік иелерінің өмір сүруіне қолайсыз жағдайлар туып жатады.Ал егер бұдан екі есе көп темрературалық өзреістер жыл бойы емес, тәулік ішінде болып жатса, онда жер бетінде ешқандай тіршілік болуы мүмкін емес. Атмосфералық ауа тым жеңіл, 1 м3-те 1300 грамм ауа болады. Соған қарамастан жер бетіне түсетін қысым (салмақ) әрбір 1 см2-ге 1 кг-нан келеді. Адам денесінің мөлшері орта есеппен 1,5 м2 болса, оған түсетін салмақ 1,5 тоннаға жетіп қалады. Егер адамның ішкі қысымы атмосфералық қысымнан қазіргідей тең болмай, аз болса, олар ауаның салмағынан жаншылып қалар еді. Жердің ең алғашқы ауасы сутектен, метаннан, аммиактан, су буларынан және оқшау, басқалармен қосылмайтын (инертті) гелий, неон сияқты газдардан тұрған.

Жер бетінде тіршілік пайда болған кезден бастап жердің бастапқы ауасына жер қойнауының және өсімдіктерден бөлінген күкіртті сутек пен көмір қышқыл газдары қосыла бастады. Алғашқы көзге көрінбейтін ұсақ организмдер ауадағы метан, аммиак, күкіртті сутек газдарды бәрте-бірте азайта берді. Мысалы, сутек бактериялары ауадағы сутекті, күкірт бактериялары жанар таулардан бөлінген күкіртті сутекті толықтырып, қара қошқыл, көк және көк жасыл балдырлар көмірқышқыл газды пайдаланып, ауаға оттек газын бөле бастады. Ауа газдары құрамының өзгеруі, ауада оттектің көбеюі жер бетіндегі тіршіліктің - өсімдіктер және жануарлар болып екіге бөлінуіне себепші болды. Бүгінгі атмосфералық ауадағы газдар құрамы биосфераның көп жылдар бойы дамуының нәтижесі. Тірі организмдер осы құрамға әбден үйренген, көндіккен, егер ол өзгере қалса, тіршіліктің осы күні қалыптасқан жағдайы мен түрі өзгеруі мүмкін.

Атмосферадағы ауа құрамы келесідей түрде болады: азот (N) – 78,08, оттегі (O2) – 20,95, аргон (Ar) – 0,93, көмір қышқылы (CO2)-0,03, неон (Ne), гелий (He), ксенон (Хе), родон (Rn) эәне т.б.-ы 0,01. Бұлардан басқа ауа құрамында қалқып жүрген шаң-тозаң және су булары бар. Ауадағы қалыптасқан мөлшерде болатын шаң-тозаң атмосферада болып жататын процестер үшін қажет. Олар буларды сұйық күйге айналдыруға, күн сәулесін азайтып жерді өте ысып кетуден сақтауға, жер бетіндегі жылудың ғарышқа тарап кетпеуіне, жауын-шашын әкелетін бұлттарды жинауға қатысады. Жер бетінен көтерілген жылы шаң-тозаң ауаның араласуына әсерін тигізеді. Алайда осы шаң-тозаңның ауада болуы миллиондаған жылдар бойы қалыптасқан мөлшерде болса ғана пайдалы. Егер өз қалпынан көбеетін болса, онда келтіретін зияны да аз емес. Адамдар ауа болмаса өмір сүре алмайды, ауа болмаған жағдайда қандай ауа болса да дем алуға мәжбүр болады. Егер тамақсыз 7 күн, сусыз 5 күн өмір сүруге болатын болса, ал ауасыз 5 минут та өмір сүре алмайды.

Тәулігіне адамдар өкпесі арқылы 25 кг немесе 10-11 мың литр ауа өтсе, оның мөлшері қой үшін 20000, жылқыға 86000 литр ауа қажет екен. Ауаның негізгі компонентіне азот атады. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында оның болуы 78,09 %-ды құрайды. Газ күйінде ол инертті түрде келеді, ал нитрат сияқты қосылыс түрінде кездессе затардың биологиялық зат алмасуында жоғры рол атқарады.

Бисофералық процестер кезінде ең әреткеттілеуі оттегі. Оның атмосферадағы мөлшері 20,94 % құрайды. Атмосфераның тағы бір негізгі құраушысы – көміртегі диоксиді – СО2, ол 0,03 % құрайды. Ол жердегі ауа мен климатқа тікелей әсер етеді. Оның мөлшері әртүрлі келеді. Өйткені ол вулкан, орман өртенгенде пайда болады. Бүгінгі атмосфералық ауадағы газдар құрамы биосфераның көп жылдар бойы дамуының нәтижесі. Тірі организмдер осы құрамға әбден үйренген, көндіккен, егер ол өзгере қалса тіршіліктің осы күні қалыптасқан жағдайы да, түрінде өзгеруі мүмкін.

Атмосфералық ауа таусылмайтын табиғи қорға жатады. Оның жалпы салмағы 500 триллион (5х10) тонна, оның ішінде оттек 105 триллион тонна. Жыл сайын 10 миллиард тонна оттек жұмсалып, осыншама ауаға қосылып жатады. Ауаның таза болуы, қалыптасқан құрамының сақталуы адамдар мен басқа организмдердің өмір сүруінің негізгі талабы. Таза ауа өнеркәсіпке де керек. Әсіресе вакцина (жұқпалы ауруларға қарсы егілетін әлсіз микробтар), антибиотиктер (пинициллин, стрептомицин және т.б. дәрілер), жартылай өткізгіштер, дәл өлшейтін аспаптар және т.б.-ды шығару үшін керек.

 

Лекция №6