Су топырақ және атмосфералық ауа

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О

       Қазіргі кезде атмосферадағы көмірқышқыл газы концнетрациясының көбеюіне үлкен әсерін тигізетін антропогендік көздер:

- орман алқаптарының азаюы;

- сүректі жағу.

       Жыл сайын табиғи жанармай қазбаларын (көмір, мұнай, табиғи газ) қолдану көлемі 15 млрд тоннаны құрайды. Табиғи газ 90 пайыз  метанннан тұрады:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Көмірдің жануы кезінде келесі реакция жүзеге асады:

С + О2 = СО2

 

       Егер әлемдік әлемдік климат 2-5 градусқа жылыса, келесідей зардаптардың пайда болуы мүмкін:

1) Дала және орманды  дала зоналарында қысқы жауын-шашын  мөлшерінің азаюы, субтропиктерде  оның мөлшерінің көбеюі, яғни  географиялық зоналардың солтүстік  бағытқа ығысуы көрініс алады;

2) Батыс Антарктиданың жамылғы мұздықтары ериді, Солтүстік Мұзды мұхитының мұздары жазда жойылып қыста қайта қалпына келіп отырады. Салдарынан, мұхит деңгейі 5-7 м көтеріледі, Африка континентінің конфигурациясы өзгереді (Ливия, Египет, Кения, Мозамбик, Нигерия, Піл сүйегінің жағалауы және т. б.);

3) кейбір елдер мәдени  жерлерінен айырылады, басқа елдерде  ең жақсы ауылшаруашалақ аудандар  орналасуын өзгертеді;

4) көптеген жануарлар  мен өсімдіктердің таралу шекарасы  өзгереді;

5) су тұтыну деңгейі  өседі, оңтүстікке тән аурулар солтүстікте таралады [1].

 

1.2 Атмосфера ластануының деңгейіне метеорологиялық факторлардың әсері

        Атмосфера ластануының деңгейі жерге жақын ауа қабатындағы (жер бетінен, 5-2,0 м) қосындылардың концентрациясымен анықталады және технологиялық және метеорологиялық факторларға байланысты болады.

        Технологиялық факторларға газауа қосындыларының шығыны, оның температурасықалдықтардағы қосылыстардың концентрациясы, көздердің биіктігі және т.б. Қосындылардың жер бетіндегі концентрациясының көлемін анықтайтын метеорологиялық факторларға қалдық немесе шығарынды көздерінің орналасуын, желдің бағытын, оның жылдамдығын, атмосфералық ауаның температурасы мен ылғалдылығын, инверсие, тұман, жауын-шашынның болуын және т.б жатқызуға болады. Ластағыш көздердің орналасуы жердің ұзындығымен еніне байланысты географиялық орналасу жағдайымен анықталады, сонымен қатар, теңіз деңгейінен биіктігі және жер рельефіне байланысты аймақтылықпен анықталады. Атмосфераның жерге жақын қабатында желдің жылдамдығы мен бағыты Жердің күнді айналуымен, жер рельефі, атмосфералық қысым және температуралық градиентпен қалыптасады. Соның нәтижесінде Жердің солтүстік жарты шары үшін оңтүстік-батыс және солтүстік-шығыс жел, ал оңтүстік жарты шар үшін солтүстік-батыс және оңтүстік-шығыс жел тән. Желдің жылдамдығы атмосфералық қысымның төмендеуінің жоғарлауымен көтеріледі (өседі). Европаның көптеген бөлігінде желдің күші күздің аяғында және қыс мезгілінің басында бәсеңдейді. Ауа ағысының жылдамдығы жердің бетінде 500-1000 м биіктікпен салыстырғанда әлдеқайда төмен, оның себебі ауа массасының үйкелісінде. Жел жылдамдығының профилі тәулік аралығында өзгереді. Күндіз жел, жылулық конвекциялық ағыстармен жоғары ығысса, ал түнде конвекция күндізгіге қарағанда әлсіз болады, сондықтан жер бетінде желдің жылдамдығы күндіз жоғары болады да, ал түнде-биіктікте болады.  Атмосфера термодинамикалық жүйе болып табылады, онда белгілі жағдайда ауа массасының көлденең ығысуы адиабатикалық процесс түрінде қарастырылуы мүмкін, яғни жылу алмасуы (жылуды алмайды немесе бермейді) жүрмейтін процесс. Осындай жағдайда жоғары көтерілетін ауа -суытылады, ал төмен түсетін ауа- жылынады. Оынң себебі, ауа жоғары көтерілгенде оның көлемі атмосфералық қысымның төмендеуінің нәтижесінде жоғарылауы мүмкін, ал температура төмендейді. Ал төмен түскенде керісінше, көлем азаяды, ал температура –жоғарылайды. Онда, ауаның тік бағанындағы әрбір 100 м температура шамамен 0,6 - 1°С өзгеріске ұшырайды. Бұл жағдайдағы атмосфераның жағдайын бейтарапты деп атайды. Ол ашық құрғақ ауа-райына тән. Егер ауа температурасы биіктеген сайын төмендесе, төменнен қозғалатын ауа көлемі жылдамдай түседі. Жылынған конвекциялық ағымдар жоғары көтеріледі, ал төмен қарай ауаның суық ағысы алмасады. Ондай жағдайды тұрақсыз конвекция деп атайды. Егер ауаның көлденең температулық градиенті нөлге жақын немесе теріс (жоғарылаған сайын температура жоғарылайды) болса, онда тігінен көтерілетін ауа көлемі қоршаған массадан суығырақ болады және оның қозғалысы бәсеңдейді. Ондай жағдайды тұрақты инверсиялық деп атайды.

Температура инверсиясы жер бетінен немесе біраз биіктікте басталуы мүмкін .осындай немесе басқа да жағдайларда олар ауа алмасуына кедергі жасайды және жердің беткі қабатында қосылыстардың (ауадағы ылғал конденсациясының өнімдері, тұманның түзілуі және т.б) жиналуына себеп болады. Сонымен, инверсиядағы ауа ластануының қауіпті деңгейі үнемі тұманмен және түтінмен жалғасуы мүмкін.

Атмосфераның тұрақтылық жағдайын сандық көрстеу үшін тік температуралық градиентпен желдің жылдамдығының қатынасын қолданады, оны атмосфераның стратификация критериі деп атайды. Бұл критерий атмосферадағы қосындалардың таралуын есептейтін барлық әдістерде қолданылады. 

а – жердегі инверсиядағы;

б – көтеріңкі инвер¬сиядағы;             

в- атмосфераның инверсиясыз жағдайында [2].

 

 

2. АТМОСФЕРАНЫҢ ҚҰРАМЫ МЕН САПАСЫНА АНТРОПОГЕНДІК ӘСЕР

 

2.1. Атмосфераның құрамы

      Жер шарын қоршап тұрған, шаң-тозаң, бу мен газдан құралған атмосфера ауасы күн сәулесін жер бетіне жеткенше ұсақ-түйек бөлшектерге бөліп, жан-жаққа шашыратып жатады. Күн сәулесін жер бетіне өткізіп, жерден көтерілген жылуды дүние жүзіне жібермей, шыны жабылған парниктей әсер етеді. Егер атмосферада ауа болмаса көк аспан қап-қараңғы болып, күн адамның көзін шағылыстыратын жарық сәуле шашып, жет беті кеуіп, жарылып, одан әрі қыза түсер еді. Бұлт пен жел, жауын-шашын болмай, жер бетіндегі температура күндіз +100оС-тан астам ыстық, түнде -100оС-қа дейін төмендеп қақыраған аяз болар еді. Сөйтіп бір тәулік ішінде температура 200оС-қа өзгеріп отырар еді. Атмосфералық ауа тым жеңіл, 1метр кубта 1300грамм ауа болады. Соған қарамастан жет бетіне түсетін қысым (салмақ) әрбір 1 квадрат см-ге 1кг-нан келеді. Адам денесінің мөлшері орта есеппен 1,5 квадрат метр болса, оған түсетін салмақ 1,5 тоннаға жетіп қалады. Егер адамның ішкі атмосфералық қысымы қазіргідей тең болмай, аз болса, олар ауа 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 алғашқы ауасына жер қойнауының және өсімдіктерден бөлінген күкіртті сутек пен көмір қышқылгаздары қосыла бастады. Алғашқы, көзге көрінбейтін ұсақ организмдер ауадағы сутек, метан, аммиак, күкіртті сутек газдарын біртіндеп азайта берді. Мысалы, сутек бактериялары ауадағы сутекті, күкірт бактериалары ауадағы сутекті, күкірт бактериалары жанар таулардан бөлінген күкіртті сутекті тотықтырып, қара қошқыл, көк және көкжасыл балдырлар көмірқышқыл газды пайдаланып, ауаға оттек газын бөле бастады. 80 км биіктіктен 1000-1200 км-ге дейінгі аралық Ионосфера болып табылады. Мұнда ауа өте сирек, молекулалар қаншама жылдам қозғалса да адамдары да жәй термометрді де жылытпайды. Ауаның ионды болуы оның электрлік қасиетіне байланысты. Мұнда мысалы криптон – 85 көп жиналғандықтан жердің кедергі күші азайып, тіпті өзгеруі де мүмкін.

       Ауаның  ең жоғарғы, өте селдір, биіктей  келе көрінбей кететін, протондардан  құралған, 1000-1200 км-ден 1500 км-ге дейінгі  аралығын Протоносфера деп атайды.

 

Атмосфералық ауа таусылмайтын табиғи қорға жатады. Оның жалпы салмағы 500 трлн тонна, оның ішінде оттек 105 трлн тонна. Жыл сайын 10 млрд тонна оттек жұмсалып, осыншама ауаға қосылып жатады:

Табиғи ластаушылар:

Радиоактивті ластау;

Жанартаулар;

Орман және жер өрттері;

Шаң, тұз көшкіндері;

Ғарыш шаңы;

Анторпогендік ластаушылар:

• өнеркәсіп, оның ішінде үлес салмағы бойынша электроэнергетика, отын өндірісі, машина жасау, тау-кен өндірісі;
• көлік (автомобиль, темір жол, су, әуе транспорттары);
• тұрғын үй – коммуналдық шаруашылық (орталық және жеке жылу орталықтары, қоқыстарды өртеу, олардың шіруі);
• ауыл шаруашылығы (мал, құс өсіру кешендері, химиялық заттар қолдану, ауыл шаруашылығы заттарын өңдеу, ағаш өңдеу).

      Ауаны ластаушыларды бұлай сұрыптау әр сала бойынша ластау мөлшерін анықтап, атмосфераны қорғау шараларын жоспарлауға ыңғайлы. Сонымен қатар, ластаушы заттар құрамы, түрі бойынша, оларды шығаратын кәсіпорындарды топтастырып сұрыптау да қолданылады. Бұл табиғат қорғау шараларын аймақтық жоспарлауға пайдалы.

      Өнеркәсіп салалары ішінен ауаны ластаушылар қатарына жылу электростанциялары, қара және түсті металлургия, мұнай өңдеу мен мұнай-химия өнеркәсібі мен құрылыс материалдар өңдіру кәсіпорындары жатады.

Жылу электр станцияларының қалдықтары жағатын отынға, оның химиялық құрамына және жағу әдістеріне байланысты болады. Көмір жаққанда ауаға күл, күйе, шаң-тозаң қосылады. Мысалы, Қарағанды көмірімен салыстырғанда Екібастұз көмірінің күлі көп. Қуаты орташа жылу электр станциялары ауаға сағат сайын 5 тонна күкіртті түтін мен 16-17 тонна күл қосады.

       Сұйық отын (мұнай және оның өнімдері) жаққанда күл аз болады да, күкірт пен көміртек қалдықтары көп қосылады. Газ (табиғаттың немесе қолдан сұйытылған) жаққанда ауаға тек азот тотығы қосылады. Шым тезекті, ағашты, қамысты отын ретінде пайдаланғанда ауаға күл, күйе, шайыр, күкірт, көміртек тотығы, шаң-тозаң қосылады. Отынның барлық түрінің химиялық құрамында көміртек, сутек, күкірт, азот және оттек болады. Олардан бөлінген газдар адамдар мен қоршаған ортаға зиянды. Отынды жағу әдісі де ауаның ластануына әсерін тигізеді. Шаң-тозаң, газ қалдықтарын ұстайтын қондырғылары бар кәсіпорындардың атмосфераға зияны аз, ал ондай қондырғылары жоқтардың келтіретін зияны көп болады. Өйткені қондырғылардың көмегімен қалдықтардың 90-95 пайызын ауаға жібермей, ұстап қалуға болады.

      Әр саладағы кәсіпорындардың ауаға тигізетін зияны әртүрлі. Металлургия кәсіпорындары ауаны металл қалдықтары және қосындыларымен ластайды, олардың ішінде темір, қорғасын, мыс, мырыш, қалайы, никель, көмір, күкіртті түтін, глинозем (алюминий тотығы) т.б. қалдықтары бар. Машиналар жасайтын кәсіпорындардан бөлінген газ бен шаң-тозаң кремний тотығы (құю цехтары), күйе (темір соғатын цех), қорғасын мен көміртек тотығы (балқыту цехтары) бар.

      Ауа газдары бар құрамының өзгеруі, ауада оттектің көбеюі жер бітендегі тіршіліктің – өсімдіктер және жануарлар болып екіге бөлінуіне себепші болды. Бүгінгі атмосфералық ауадағы газдар құрамы биосфераның көп жылдар бойы дамуының нәтижесі. Тірі организмдер осы құрамға үйренген, көндіккен, егер ол өзгере қалса тіршіліктің осы күнгі қалыптасқан жағдайы да, түрі де өзгеруі мүмкін.

       Жаратылыстағы атмосфералық ауа құрамы мынадай газдардан тұрады (пайыз есебімен) азот – 78,08; оттек – 20,95; аргон – 0,93; көмір қышқыл – 0,03; неон, гелий, ксенон, родрн, тағы басқалары – 0,01. Бұлардан басқа ауа құрамында қалқып жүрген шаң-тозаң атмосферада өтіп жататын процестер үшін қажет. Олар буларды сұйық түрге айналдыруға, күн сәулесін азайтып жерді өте ысып кетуден сақтауға, жер бетіндегі жылудың әлемге тарап кетпеуіне, жауын-шашын әкелетін бұлттарды жинауға қатысады. Жер бетінен көтерілген жылы шаң-тозаң ауаның араласуына әсерін тигізеді. Әрине, шаң-тозаң млн жылдар бойы қалып қалыптасқан мөлшерде болса ғана пайдалы. Егер өте көп болса келтіретін зияны да аз емес.

      Адамдар ауасыз күн көре алмайды, таңдауға мұршасы болмай, қандай ауа болса да дем алуға мәжбүр. Егер тамақсыз 5 апта, сусыз 5 күн өмір сүруге болса, ауасыз 4-5 минуттан артық тұра алмайды. Тәулігіне адамдар өкпесі арқылы 25кг немесе 10-15 мың литр ауа жұтса, қойға-20 мың, жылқыға-86 мың литр ауа керек. Жоғарыда көрсетілген атмосфералық газдардың құрамы жер бетіне жақын кеңістікте болады да, биіктеген сайын өзгеріп отырады. 1000км биіктіктен әрі ауа негізінен Гелий газынан, 2000км-ден әрі сутектен тұрады.

       Ең төменгі жер бетіне жақын атмосфера қабатын ТРОПОСФЕРА деп атайды. Мұнда атмосферада бар ауаның 84 пайызы жиналған. Бұлт пен тұман, жел мен дауыл, жаңбыр мен қар, басқаша айтқанда ауадағы барлық құбылыстар осы қабатта өтіп жатады. Тропосферадан жоғары қабатты тропауза дейді. Өзендер сияқты белгілі арнасы жоқ, желдің ыңғайыменжүретін тропаузаның ұзындығы мыңдаған км-ге, биіктігі 1-3 км-ге дейін созылып жатады. Мұнда үнемі қатты дауыл болып, желдің жылдамдығы секундына 80-100 метрге жетеді.

       Одан жоғары қабатты стратосфера деп атайды. Биіктігі 55км шамасында. Стратосфераның ішінде 25-30км биіктікте ОЗОН қабаты болады. (Озон – балауса иіс, найзағай ойнап, қысқа жаңбырдан кейін қарағайлы орманда болатын иіс) Озонның тіршілік үшін маңызы өте зор. Ол күн сәулесіндегі өте күшті ультракүлгін сәулелерді ұстап, организмдерді өлімнен сақтайды. Озонның көлемі өте аз, жалпы салмағы 3,29*10 тоннадай. Озон қабатын жер бетіндегі атмосфералық қысыммен бірдей қысымға алса, оның қалыңдығы 3мм шамасында ғана болар еді. Сондықтан – өте жұқа, жердегі тіршілік үшін маңызы зор озон қабатын сақтауға аса көңіл бөлу қажет.

       Озонның тез бұзылып, жоғалуына адамдар кінәлі. Халық шаруашылық

салаларында түрлі азольдарды шашуға, бояуларды сұйылтуға, сырдың жылтыр түрін кетіруге қолданылатын хлорофторметандар атмосфераға зиянсыз газ ретінде қосылады да, 30км биіктікке көтерілгеннен кейін күннің ультракүлгін түстес сәулесінің әсерімен хлорға, фторға бөлініп, бұл екеуі де озонды бұзуға тікелей қатынасады.

      Соңғы 10-20 жылда озон қабатының бұзылу қарқыны күшеюіне байланысты   1985 жылы наурыз айында 37 мемлекет және Еуропалық экономикалық одақ озон қабатын қорғау жөніндегі халықаралық Вена конвенциясына қол қойды. Онда озон қабатын үнемі бақылау, зиянды заттарды қолдануға тыйым салу немесе оларды шектеу, озон үшін зиянды заттардың тізімін бекіту, хлорфторметан қалдықтарын атмосфераға шығармау туралы келісті.

       Ауаның 55-75км аралығындағы қабатын Мезосфера деп атайды. Онда

ауаның қозғалысы тек тіке, жоғары қарай болып, температура қайтадан төмен түседі.

Экологтар есебі бойынша ауаны ластайтын ластағыш заттектер агрегаттық күйіне байланысты қатты, сұйық және газ тәрізді бөлінеді. Газ тәрізді заттектер атмосфераға шығарылатын ластағыштардың шамамен 90%-ын құрайды. Ғалымдардың есептеуі бойынша әлемде жыл сайын адамның іс-әрекетінің салдарынан атмосфераға 25,5 млрд.т көміртек оксиді, 190 млн. Тонна күкірт оксиді 65 млн.тонна азот оксиді, 1,4 млн.тонна (хлорфторкөміртек), қорғасынның органикалық қосылыстары, көмірсутектер, соның ішінде канцерогенді ауру туғызатын көмірсутектер таралады.  Қазіргі кезде өнеркәсіп өндірістері ауаны газ тәрізді және қатты қоспалардан басқа жылу шығарындыларымен, электр магнитті өрістермен, ультракүлгін, инфрақызыл, жарық және радиоактивті сәулелермен, басқа да көптеген физикалық факторлармен ластайды. Кейбір ластағыштардың ортатәуліктің концентрациялары мен атмосфераның улылық жағдайының арасындағы әсерлік байланыс 8-ші кестеде келтірілген.

        Атмосфераны ластайтын заттарды классификациялау. Агрегаттық күйлеріне қарай, атмосфераны ластайтын заттарды 4 топқа бөледі: қатты, сұйық, газ және аралас. Сонымен қатар, өндіріс қалдықтарының атмосфераға тарайтын бөлігін төмендегідей етіп те топтайды:

• Шығару және бақылау жүйелерін үйлестіру бойынша;
• Ластаушы заттарды шығару режимі бойынша;
• Температура бойынша;
• Шоғырландыру бойынша;
• Тазалау сипаты немесе тәсілдері бойынша [3].

 

2.2. Атмосфералық  ауаны ластаушы көздер