Oras yra dujų mišinys, kuris supa Žemę ir sudaro jos atmosferą. Oras yra nematomas, beskonis ir dažniausiai bekvapis. Oras turi svorį, jis gali būti išplėstas arba suspaustas, o esant ekstremaliai žemos temperatūros galima paversti skystu ar net kietas. Judantį orą vadiname vėju. Jis turi pakankamai galios sukti malūno ašmenis ir perkelti laivus per jūrą.

Oro sudėtis yra gana sudėtinga, nors pagrindiniai jo komponentai yra azotas - apie 78% ir deguonis - apie 21%. Ore taip pat yra argono, anglies dioksido, vandens garų, neono, helio, metano, kriptono ir ozono.

Ore esantis deguonis yra gyvybiškai svarbus visiems žemės gyvūnams ir augalams. Kvėpuodami gyvūnai ir augalai gauna deguonies ir naudoja jį energijai gauti iš maisto ir anglies dioksido išskyrimui. Anglies dioksidą augalai naudoja fotosintezei, kurios metu augalai gauna energijos ir išskiria deguonį.

Anglies dioksidas sudaro tik 0,03% oro tūrio. Jis susidaro ne tik degimo, bet ir organinių medžiagų degimo bei irimo metu.

Ore taip pat yra dujinio vandens pavidalo. Vandens procentas ore vadinamas drėgme. Drėgmė gali skirtis priklausomai nuo aukščio ir temperatūros.

Ore taip pat paprastai yra daug smulkių kietųjų dalelių, tokių kaip vulkaninės dulkės, žiedadulkės, pelėsių ir dumblių sporos, bakterijos, suodžiai ir dulkės. Pavyzdžiui, saulės apšviestame kambaryje galima pamatyti dulkių daleles. Saulės šviesos sklaida lemia saulės spalvą saulėtekio ir saulėlydžio metu.

Oras turi tankį ir slėgį. Jūros lygyje atmosferos tankis yra maždaug 1,3 kg/m3. Atmosferos slėgis jūros lygyje yra 101,3 kPa. Šis slėgis yra „viena atmosfera“ – slėgio vienetas, matuojamas, pavyzdžiui, automobilių padangose. Didėjant aukščiui, slėgis mažėja. 6 km aukštyje oro slėgis jau 2 kartus mažesnis (apie 50 kPa). Oro slėgis matuojamas specialiu prietaisu – barometru.

Suslėgtas oras jau seniai naudojamas įvairiose srityse, pavyzdžiui, kėbulams, domkratams, gervėms, liejimo mašinoms, kniedijimo įtaisams ir medicinos instrumentams valdyti. Suslėgtas oras taip pat naudojamas smėliavimo mašinose detalėms valyti, taip pat gręžti stiklą, metalą ir betoną. Dar šeštojo dešimtmečio pabaigoje pirmasis transporto priemonė ant oro pagalvės, kuri juda išilgai sukurto suspausto oro sluoksniu.

Iš karto padarykime rezervaciją: ore esantis azotas pasisavina dauguma, tačiau cheminė sudėtis likusi dalis yra labai įdomi ir įvairi. Trumpai tariant, pagrindinių elementų sąrašas yra toks.

Tačiau mes taip pat pateiksime keletą paaiškinimų apie šių cheminių elementų funkcijas.

1. Azotas

Azoto kiekis ore yra 78% tūrio ir 75% masės, tai yra, šis elementas dominuoja atmosferoje, turi vieno iš labiausiai paplitusių Žemėje titulą ir, be to, randamas už žmonių gyvenamosios vietos ribų. zona – Urane, Neptūne ir tarpžvaigždinėse erdvėse. Taigi, mes jau išsiaiškinome, kiek azoto yra ore, tačiau lieka klausimas dėl jo funkcijos. Azotas yra būtinas gyvų būtybių egzistavimui, jis yra dalis:

• baltymai;
• amino rūgštys;
• nukleino rūgštys;
• chlorofilas;
• hemoglobinas ir kt.

Vidutiniškai apie 2% gyvos ląstelės sudaro azoto atomai, o tai paaiškina, kodėl ore yra tiek daug azoto tūrio ir masės procentais.
Azotas taip pat yra viena iš inertinių dujų, išgaunamų iš atmosferos oro. Iš jo sintetinamas amoniakas ir naudojamas aušinimui bei kitiems tikslams.

2. Deguonis

Deguonies kiekis ore yra vienas iš populiariausių klausimų. Išlaikydami intrigą, atitraukime save viena Linksmas faktas: Deguonis buvo atrastas du kartus – 1771 ir 1774 m., tačiau dėl atradimo publikacijų skirtumų garbė atrasti elementą atiteko anglų chemikui Josephui Priestley, kuris iš tikrųjų išskyrė deguonį antras. Taigi, deguonies dalis ore svyruoja apie 21% tūrio ir 23% masės. Kartu su azotu šios dvi dujos sudaro 99% viso žemės oro. Tačiau deguonies procentas ore yra mažesnis nei azoto, tačiau mes nepatiriame kvėpavimo problemų. Faktas yra tas, kad deguonies kiekis ore yra optimaliai apskaičiuojamas specialiai normaliam kvėpavimui gryna formašios dujos veikia organizmą kaip nuodai ir sukelia sunkumų dirbant nervų sistema, kvėpavimo ir kraujotakos sutrikimai. Tuo pačiu metu deguonies trūkumas taip pat neigiamai veikia sveikatą, sukelia deguonies badą ir visa tai nemalonūs simptomai. Taigi, kiek deguonies yra ore, reikia sveikam, pilnavertiškam kvėpavimui.

3. Argonas

Argonas ore užima trečią vietą; jis yra bekvapis, bespalvis ir beskonis. Reikšmingas biologinis vaidmuoŠių dujų neaptikta, tačiau jos turi narkotinį poveikį ir netgi laikomos dopingu. Iš atmosferos išgaunamas argonas naudojamas pramonėje, medicinoje, dirbtinei atmosferai sukurti, cheminė sintezė, gaisro gesinimas, lazerių kūrimas ir kt.

4. Anglies dioksidas

Anglies dioksidas sudaro Veneros ir Marso atmosferą, jo procentas žemės ore yra daug mažesnis. Tuo pačiu metu vandenyne yra didžiulis anglies dioksido kiekis, jį reguliariai tiekia visi kvėpuojantys organizmai ir išsiskiria dėl pramonės darbo. Žmogaus gyvenime anglies dioksidas naudojamas gesinant gaisrus, maisto pramonėje kaip dujos ir kaip maisto papildas E290 – konservantas ir raugiklis. Kieto pavidalo anglies dioksidas yra vienas iš labiausiai žinomų šaltnešių, „sausasis ledas“.

5. Neonas

Ta pati paslaptinga disko šviesų, ryškių ženklų ir modernių priekinių žibintų šviesa yra penkta pagal dažnumą cheminis elementas, kurį įkvepia ir žmonės – neonas. Kaip ir daugelis inertinių dujų, esant tam tikram slėgiui, neonas turi narkotinį poveikį žmogui, tačiau būtent šios dujos yra naudojamos narų ir kitų žmonių, dirbančių pagal slėgį, mokymuose. aukštas kraujo spaudimas. Taip pat neoninio helio mišiniai naudojami medicinoje nuo kvėpavimo sutrikimų, pats neonas naudojamas vėsinimui, signalinių šviesų ir tų pačių neoninių lempų gamyboje. Tačiau, priešingai nei stereotipas, neoninė šviesa yra ne mėlyna, o raudona. Visas kitas spalvas gamina lempos su kitomis dujomis.

6. Metanas

Metanas ir oras turi labai senovės istorija: pirminėje atmosferoje, net iki žmogaus atsiradimo, metano buvo daug didesni kiekiai. Dabar išgaunamos ir naudojamos kaip kuras bei žaliava gamyboje, šios dujos nėra taip plačiai paplitusios atmosferoje, bet vis tiek išsiskiria iš Žemės. Šiuolaikiniai tyrimai patvirtina metano vaidmenį žmogaus organizmo kvėpavime ir gyvybinėje funkcijoje, tačiau apie tai kol kas nėra patikimų duomenų.

7. Helis

Pažiūrėjęs, kiek helio yra ore, kiekvienas supras, kad šios dujos nėra vienos svarbiausių. Tiesą sakant, sunku nustatyti biologinė reikšmėšios dujos. Neskaitant juokingo balso iškraipymo įkvepiant helio iš baliono :) Tačiau helis plačiai naudojamas pramonėje: metalurgijoje, maisto pramonėje, lėktuvų ir oro balionų užpildymui, lazeriuose, branduoliniuose reaktoriuose ir t.t.

8. Kriptonas

Mes nekalbame apie Supermeno tėvynę :) Kriptonas yra tris kartus sunkesnės už orą inertinės dujos, chemiškai inertiškos, išgaunamos iš oro, naudojamos kaitrinėse lempose, lazeriuose ir vis dar aktyviai tiriamos. Tarp įdomių kriptono savybių verta paminėti, kad esant 3,5 atmosferos slėgiui jis turi narkotinį poveikį žmonėms, o esant 6 atmosferoms įgauna aštrų kvapą.

9. Vandenilis

Vandenilis ore užima 0,00005 % tūrio ir 0,00008 % masės, tačiau tuo pat metu jis yra labiausiai paplitęs elementas Visatoje. Visiškai įmanoma parašyti atskirą straipsnį apie jo istoriją, gamybą ir pritaikymą, todėl dabar apsiribosime nedideliu pramonės šakų sąrašu: chemija, kuras, maisto pramonė, aviacija, meteorologija, elektros energetika.

10. Ksenonas

Pastarasis yra oro komponentas, kuris iš pradžių buvo laikomas tik kriptono priedu. Jo pavadinimas verčiamas kaip „svetimas“, o turinio procentas tiek Žemėje, tiek už jos ribų yra minimalus, todėl jo kaina buvo didelė. Šiais laikais be ksenono neapsieina: didelės galios ir impulsinių šviesos šaltinių gamyba, diagnostika ir anestezija medicinoje, erdvėlaivių varikliai, raketų kuras. Be to, įkvėptas ksenonas žymiai sumažina balsą (priešingas helio poveikis), o pastaruoju metu šių dujų įkvėpimas buvo įtrauktas į dopingo medžiagų sąrašą.

Karštų, saulėtų pietų ir atšiaurios, šaltos šiaurės ore yra tiek pat deguonies.

Viename litre oro visada yra 210 kubinių centimetrų deguonies, tai yra 21 tūrio procentas.

Daugiausia azoto ore yra 780 kubinių centimetrų litre, arba 78 tūrio procentai. Taip pat ore yra nedidelis kiekis inertinių dujų. Šios dujos vadinamos inertinėmis, nes beveik nesijungia su kitais elementais.

Iš inertinių dujų ore daugiausiai yra argono – litre yra apie 9 kubinius centimetrus. Neono ore randama daug mažesniais kiekiais: litre oro yra 0,02 kubinio centimetro. Helio yra dar mažiau – tik 0,005 kubinio centimetro. Kriptono yra 5 kartus mažiau nei helio – 0,001 kubinio centimetro, o ksenono labai maža – 0,00008 kubinio centimetro.

Ore taip pat yra dujinių cheminių junginių, pavyzdžiui, anglies dioksido arba anglies dioksido (CO 2). Kiekis anglies dioksidas ore svyruoja nuo 0,3 iki 0,4 kubinio centimetro litre. Vandens garų kiekis ore taip pat kinta. Sausu ir karštu oru jų būna mažiau, o lietingu – daugiau.

Oro sudėtis taip pat gali būti išreikšta masės procentais. Žinant 1 litro oro svorį ir kiekvienos sudėties dujų savitąjį svorį, lengva pereiti nuo tūrinių verčių prie svorio. Azoto ore yra apie 75,5, deguonies - 23,1, argono - 1,3 ir anglies dioksido (anglies dioksido) -0,04 masės proc.

Svorio ir tūrio procentų skirtumas atsiranda dėl skirtingo azoto, deguonies, argono ir anglies dioksido savitojo svorio.

Pavyzdžiui, deguonis lengvai oksiduoja varį aukštos temperatūros. Todėl, jei leisite orą per vamzdelį, užpildytą karštomis vario drožlėmis, kai jis išeina iš vamzdžio, jame nebus deguonies. Deguonį iš oro taip pat galite pašalinti su fosforu. Degimo metu fosforas godžiai jungiasi su deguonimi, sudarydamas fosforo anhidridą (P 2 O 5).

Oro sudėtį 1775 m. nustatė Lavoisier.

Šildydamas nedidelį metalinio gyvsidabrio kiekį stiklinėje retortoje, Lavuazjė siaurą retortos galą patraukė po stikliniu varpeliu, kuris buvo įmestas į gyvsidabrio pripildytą indą. Šis eksperimentas truko dvylika dienų. Beveik iki virimo įkaitintoje retortoje esantis gyvsidabris vis labiau pasidengė raudonuoju oksidu. Tuo pačiu metu gyvsidabrio lygis apverstame dangtelyje pradėjo pastebimai kilti virš gyvsidabrio lygio inde, kuriame buvo dangtelis. Retortoje esantis gyvsidabris oksiduodamasis paimdavo iš oro vis daugiau deguonies, slėgis retortoje ir varpe nukrito, o vietoj sunaudoto deguonies į varpą buvo siurbiamas gyvsidabris.

Kai buvo sunaudotas visas deguonis ir sustojo gyvsidabrio oksidacija, gyvsidabrio absorbcija į varpą taip pat nutrūko. Buvo išmatuotas gyvsidabrio tūris varpe. Paaiškėjo, kad tai sudarė V 5 viso varpo ir retortos tūrio dalį.

Dujos, likusios varpe ir retortoje, nepalaikė degimo ar gyvybės. Ši oro dalis, kuri užėmė beveik 4/6 tūrio, buvo vadinama azoto.

Tikslesni eksperimentai XVIII amžiaus pabaigoje parodė, kad ore yra 21 procentas deguonies ir 79 procentai azoto.

Tik XIX amžiaus pabaigoje tapo žinoma, kad ore yra argono, helio ir kitų inertinių dujų.

Pateikta lentelėje. 1.1 uždarose patalpose atmosferos oro sudėtis įvairiai kinta. Pirma, keičiasi atskirų reikalingų komponentų procentas, antra, atsiranda papildomų, kurie nėra tipiški švarus oras priemaišų. Šioje pastraipoje kalbėsime apie dujų sudėties pokyčius ir leistinus nuokrypius nuo normos.

Svarbiausios žmogaus gyvybei dujos yra deguonis ir anglies dioksidas, dalyvaujantys dujų mainuose tarp žmonių ir aplinką. Šie dujų mainai daugiausia vyksta žmogaus plaučiuose kvėpuojant. Dujų apykaita, vykstanti per odos paviršių, yra maždaug 100 kartų mažesnė nei per plaučius, nes suaugusio žmogaus kūno paviršius yra apie 1,75 m2, o plaučių alveolių – apie 200 m2. Kvėpavimo procesą lydi šilumos susidarymas žmogaus kūne, kurio kiekis yra nuo 4,69 iki 5,047 (vidutiniškai 4,879) kcal 1 litrui absorbuoto deguonies (paverčiamo anglies dioksidu). Pažymėtina, kad tik nedidelė dalis deguonies, esančio įkvėptame ore, yra absorbuojama (apie 20%). Taigi, jei atmosferos ore yra apie 21% deguonies, tai žmogaus iškvėptame ore bus apie 17%. Paprastai iškvepiamo anglies dioksido kiekis yra mažesnis nei sugerto deguonies kiekis. Žmogaus išskiriamo anglies dioksido tūrių ir sugerto deguonies santykis vadinamas kvėpavimo koeficientu (RQ), kuris dažniausiai svyruoja nuo 0,71 iki 1. Tačiau jei žmogus yra stipriai susijaudinęs arba dirba labai sunkų darbą. , RQ gali būti net didesnis nei vienas.

Deguonies kiekis, kurio žmogui reikia normalioms gyvenimo funkcijoms palaikyti, daugiausia priklauso nuo jo atliekamo darbo intensyvumo ir priklauso nuo nervų ir raumenų įtampos laipsnio. Geriausiai deguonies pasisavinimas kraujyje vyksta, kai dalinis slėgis yra apie 160 mmHg. Art., kad at Atmosferos slėgis 760 mmHg Art. atitinka normalų deguonies procentą atmosferos ore, t.y 21%.

Dėl žmogaus organizmo gebėjimo prisitaikyti normalų kvėpavimą galima stebėti net ir esant mažesniam deguonies kiekiui.

Jei deguonies kiekis ore sumažėja dėl inertinių dujų (pavyzdžiui, azoto), tai galimas reikšmingas deguonies kiekio sumažėjimas - iki 12%.

Tačiau uždarose patalpose deguonies kiekio sumažėjimą lydi ne inertinių dujų koncentracijos padidėjimas, o anglies dioksido kaupimasis. Tokiomis sąlygomis didžiausias leistinas minimalus deguonies kiekis ore turėtų būti daug didesnis. Paprastai šios koncentracijos norma yra 17 % tūrio. Paprastai tariant, uždarose patalpose deguonies procentas niekada nesumažėja iki šios normos, nes anglies dioksido koncentracija ribinę vertę pasiekia daug anksčiau. Todėl praktiškai svarbiau yra nustatyti maksimalius leistinus anglies dvideginio, o ne deguonies, kiekio standartus uždarose patalpose.

Anglies dioksidas CO2 yra bespalvės dujos, turinčios silpną rūgštų skonį ir kvapą; jis yra 1,52 karto sunkesnis už orą ir šiek tiek nuodingas. Anglies dioksido kaupimasis uždarų patalpų ore sukelia galvos skausmą, galvos svaigimą, silpnumą, jautrumo praradimą ir net sąmonės netekimą.

Manoma, kad anglies dioksido kiekis atmosferos ore yra 0,03 tūrio proc. Tai galioja kaimo vietovėms. Didelių pramonės centrų ore jo kiekis paprastai būna didesnis. Skaičiavimams imama 0,04 % koncentracija. Žmonių iškvepiamame ore yra apie 4% anglies dioksido.

Be jokių žalingų pasekmių žmogaus organizmui, uždarų patalpų ore gali būti toleruojama žymiai didesnė nei 0,04 % anglies dioksido koncentracija.

Didžiausia leistina anglies dioksido koncentracija priklauso nuo žmonių buvimo konkrečioje uždaroje erdvėje trukmės ir nuo jų užimtumo. Pavyzdžiui, sandarioms pastogėms, kai jose dedama sveikų žmonių ne ilgesniam kaip 8 valandų laikotarpiui, kaip didžiausia leistina CO2 koncentracija gali būti priimta 2 proc. Trumpalaikės viešnagės atveju ši norma gali būti padidinta. Galimybė žmogui būti aplinkoje su padidintos koncentracijos anglies dvideginio yra dėl gebėjimo Žmogaus kūnas prisitaikyti prie skirtingų sąlygų. Kai CO2 koncentracija yra didesnė nei 1%, žmogus pradeda įkvėpti žymiai daugiau oro. Taigi, esant 3% CO2 koncentracijai, kvėpavimas padvigubėja net ramybėje, o tai savaime nesukelia pastebimų neigiamų pasekmių santykinai trumpam žmogui būnant tokiame ore. Jeigu žmogus pakankamai ilgai (3 ir daugiau dienų) būna patalpoje, kurioje CO2 koncentracija yra 3 proc., jam gresia sąmonės netekimas.

Žmonėms ilgai būnant sandariose patalpose ir žmonėms atliekant tą ar kitą darbą, didžiausia leistina anglies dvideginio koncentracija turėtų būti gerokai mažesnė nei 2 proc. Leidžiama svyruoti nuo 0,1 iki 1%. Įprastoms nesandarioms įvairios paskirties pastatų ir konstrukcijų patalpoms galima laikyti 0,1% anglies dvideginio kiekį. Mažesnė anglies dvideginio koncentracija (apie 0,07-0,08) turėtų būti skiriama tik gydymo ir vaikų įstaigų patalpoms.

Kaip bus aišku iš to, kas išdėstyta toliau, anglies dioksido kiekio antžeminių pastatų ore reikalavimai paprastai yra nesunkiai įvykdomi, jei jo emisijos šaltiniai yra žmonės. Priešingu atveju kyla klausimas, kada anglies dioksidas kaupiasi gamybinės patalpos dėl vienokio ar kitokio technologiniai procesai, atsirandančių, pavyzdžiui, mielių, alaus gamybos, hidrolizės dirbtuvėse. Šiuo atveju didžiausia leistina anglies dioksido koncentracija laikoma 0,5%.

Dujų sudėtis atmosferos oras

Oro, kuriuo kvėpuojame, dujų sudėtis atrodo taip: 78% yra azotas, 21% yra deguonis ir 1% yra kitos dujos. Tačiau didelių pramonės miestų atmosferoje šis santykis dažnai pažeidžiamas. Didelę dalį sudaro kenksmingos priemaišos, kurias sukelia įmonių ir transporto priemonių išmetami teršalai. Autotransportu į atmosferą patenka daug priemaišų: nežinomos sudėties angliavandenilių, benzo(a)pireno, anglies dioksido, sieros ir azoto junginių, švino, anglies monoksido.

Atmosfera susideda iš kelių dujų mišinio – oro, kuriame yra suspenduotos koloidinės priemaišos – dulkės, lašeliai, kristalai ir kt. Atmosferos oro sudėtis kintant aukščiui mažai kinta. Tačiau pradedant nuo maždaug 100 km aukščio, kartu su molekuliniu deguonimi ir azotu, dėl molekulių disociacijos atsiranda ir atominis deguonis, prasideda gravitacinis dujų atskyrimas. Virš 300 km atmosferoje vyrauja atominis deguonis, virš 1000 km – helis, o vėliau atominis vandenilis. Atmosferos slėgis ir tankis mažėja didėjant aukščiui; apie pusė visos atmosferos masės yra sutelkta apatiniame 5 km, 9/10 – 20 km, o 99,5% – apatiniame 80 km. Maždaug 750 km aukštyje oro tankis nukrenta iki 10-10 g/m3 (tuo tarpu žemės paviršiaus tai yra apie 103 g/m3), bet ir tokio mažo tankio vis tiek pakanka aurorai atsirasti. Atmosfera neturi aštrios viršutinės ribos; jį sudarančių dujų tankis

Atmosferos oro, kuriuo kiekvienas iš mūsų kvėpuojame, sudėtį sudaro kelios dujos, iš kurių pagrindinės yra: azotas (78,09%), deguonis (20,95%), vandenilis (0,01%), anglies dioksidas (anglies dioksidas) (0,03%) ir inertinių dujų (0,93%). Be to, ore visada yra tam tikras vandens garų kiekis, kurio kiekis visada kinta keičiantis temperatūrai: kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis garų kiekis ir atvirkščiai. Dėl vandens garų kiekio ore svyravimų jame esančių dujų procentas taip pat nėra pastovus. Visos dujos, sudarančios orą, yra bespalvės ir bekvapės. Oro svoris kinta priklausomai ne tik nuo temperatūros, bet ir nuo vandens garų kiekio jame. Esant tokiai pat temperatūrai, sauso oro svoris yra didesnis nei drėgno, nes vandens garai yra daug lengvesni už oro garus.

Lentelėje parodyta atmosferos dujų sudėtis tūrio masės santykiu, taip pat pagrindinių komponentų tarnavimo laikas:

Keičiasi dujų, sudarančių atmosferos orą esant slėgiui, savybės.

Pavyzdžiui: deguonis, esant didesniam nei 2 atmosferų slėgiui, turi toksinį poveikį organizmui.

Azotas, esant slėgiui virš 5 atmosferų, turi narkotinį poveikį (intoksikacija azotu). Spartus kilimas iš gelmių sukelia dekompresinę ligą dėl greito azoto burbuliukų išsiskyrimo iš kraujo, tarsi jį putojant.

Daugiau nei 3% anglies dioksido padidėjimas kvėpavimo takų mišinyje sukelia mirtį.

Kiekvienas komponentas, sudarantis orą, padidėjus slėgiui iki tam tikrų ribų, tampa nuodu, galinčiu apnuodyti kūną.

Atmosferos dujų sudėties tyrimai. Atmosferos chemija

Palyginti jaunos mokslo šakos, vadinamos atmosferos chemija, spartaus vystymosi istorijai labiausiai tinka greitųjų sporte vartojamas terminas „spurtas“ (metimas). Pradinis pistoletas tikriausiai buvo iššautos dviem straipsniais, paskelbtais aštuntojo dešimtmečio pradžioje. Jie kalbėjo apie galimą stratosferos ozono sunaikinimą azoto oksidais – NO ir NO 2. Pirmasis priklausė ateičiai Nobelio premijos laureatas, o vėliau – Stokholmo universiteto darbuotojui P. Crutzenui, kuris tikėtinu azoto oksidų šaltiniu stratosferoje laikė natūraliai susidarantį azoto oksidą N2O, kuris suyra veikiamas saulės spindulių. Antrojo straipsnio autorius, chemikas iš Kalifornijos universiteto Berkeley G. Johnstonas, pasiūlė, kad azoto oksidai stratosferoje atsiranda dėl žmogaus veiklos, būtent degimo produktų išmetimo iš didelio aukščio orlaivių reaktyvinių variklių.

Žinoma, minėtos hipotezės atsirado ne iš niekur. Santykis pagal bent jau pagrindiniai atmosferos ore esantys komponentai – azoto, deguonies, vandens garų ir kt. molekulės – buvo žinomi daug anksčiau. Jau antroje XIX a. Europoje buvo atlikti ozono koncentracijų paviršiaus ore matavimai. Ketvirtajame dešimtmetyje anglų mokslininkas S. Chapmanas atrado ozono susidarymo mechanizmą grynai deguonies atmosferoje, rodantį deguonies atomų ir molekulių, taip pat ozono sąveikų rinkinį, kai nėra jokių kitų oro komponentų. Tačiau šeštojo dešimtmečio pabaigoje matavimai naudojant oro raketas parodė, kad stratosferoje buvo daug mažiau ozono, nei turėtų būti pagal Chapmano reakcijos ciklą. Nors šis mechanizmas išlieka esminis iki šių dienų, tapo aišku, kad yra ir kitų procesų, kurie taip pat aktyviai dalyvauja formuojant atmosferos ozoną.

Verta paminėti, kad aštuntojo dešimtmečio pradžioje žinios atmosferos chemijos srityje daugiausia buvo įgytos pavienių mokslininkų pastangomis, kurių tyrimų nejungė jokia socialiai reikšminga koncepcija ir dažniausiai buvo grynai akademinio pobūdžio. Johnstono darbas yra kitas dalykas: jo skaičiavimais, 500 lėktuvų, skrendančių 7 valandas per dieną, galėtų sumažinti stratosferos ozono kiekį ne mažiau nei 10%! Ir jei šie vertinimai buvo teisingi, tada problema iš karto tapo socialine ir ekonomine, nes tokiu atveju visos viršgarsinės transporto aviacijos ir su ja susijusios infrastruktūros plėtros programos turėtų būti gerokai pakoreguotos, o gal net uždarytos. Be to, tada pirmą kartą tikrai iškilo klausimas, kad antropogeninė veikla gali sukelti ne lokalų, o pasaulinį kataklizmą. Natūralu, kad dabartinėje situacijoje teorijai reikėjo labai griežto ir tuo pačiu operatyvaus patikrinimo.

Prisiminkime, kad minėtos hipotezės esmė buvo ta, kad azoto oksidas reaguoja su ozonu NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2 , tada šioje reakcijoje susidaręs azoto dioksidas reaguoja su deguonies atomu NO 2 + O ® NO + O 2, taip atkuriant NO buvimą atmosferoje, o ozono molekulė prarandama visam laikui. Šiuo atveju tokia reakcijų pora, kuri sudaro azoto katalizinį ozono sunaikinimo ciklą, kartojasi tol, kol dėl kokių nors cheminių ar fizinių procesų iš atmosferos pašalinami azoto oksidai. Pavyzdžiui, NO 2 oksiduojasi iki azoto rūgšties HNO 3, kuri gerai tirpsta vandenyje, todėl iš atmosferos pašalinama debesimis ir krituliais. Azoto katalizinis ciklas yra labai efektyvus: viena NO molekulė, būdama atmosferoje, sugeba sunaikinti dešimtis tūkstančių ozono molekulių.

Tačiau, kaip žinote, bėdos ateina ne viena. Netrukus JAV universitetų – Mičigano (R. Stolarskis ir R. Cicerone) ir Harvardo (S. Wofsey ir M. McElroy) ekspertai išsiaiškino, kad ozonas gali turėti dar negailestingesnį priešą – chloro junginius. Chloro katalizinis ozono ardymo ciklas (reakcijos Cl + O 3 ® ClO + O 2 ir ClO + O ® Cl + O 2), jų vertinimais, buvo kelis kartus efektyvesnis už azotinį. Vienintelė atsargaus optimizmo priežastis buvo tai, kad atmosferoje natūraliai susidarančio chloro kiekis yra palyginti mažas, o tai reiškia, kad bendras jo poveikio ozonui poveikis gali būti ne per stiprus. Tačiau situacija kardinaliai pasikeitė, kai 1974 metais Kalifornijos universiteto Irvine darbuotojai S. Rowland ir M. Molina nustatė, kad chloro šaltinis stratosferoje yra chlorfluorangliavandenilių junginiai (CFC), plačiai naudojami šaldymo įrenginiuose, aerozolių pakuotėse, ir tt Šios medžiagos, būdamos nedegios, netoksiškos ir chemiškai pasyvios, kylančios oro srovės lėtai pernešamos nuo žemės paviršiaus į stratosferą, kur jų molekules sunaikina saulės šviesa, todėl išsiskiria laisvieji chloro atomai. Pramoninė gamyba CFC, prasidėjusios 30-aisiais, ir jų išmetimas į atmosferą visais vėlesniais metais, ypač 70-aisiais ir 80-aisiais, nuolat didėjo. Taigi, per labai trumpas laikotarpis Nuo tada teoretikai nustatė dvi atmosferos chemijos problemas, kurias sukelia intensyvi antropogeninė tarša.

Tačiau norint patikrinti iškeltų hipotezių pagrįstumą, reikėjo atlikti daugybę užduočių.

Pirma, išplėsti laboratoriniai tyrimai, kurio metu būtų galima nustatyti arba patikslinti fotocheminių reakcijų tarp įvairių atmosferos oro komponentų greičius. Reikia pasakyti, kad tuo metu buvę labai menki duomenys apie šiuos greičius taip pat turėjo nemažą paklaidą (iki kelių šimtų procentų). Be to, sąlygos, kuriomis buvo atlikti matavimai, paprastai neatitiko atmosferos tikrovės, o tai labai padidino klaidą, nes daugumos reakcijų intensyvumas priklausė nuo temperatūros, o kartais ir nuo slėgio ar atmosferos tankio. oro.

Antra, intensyviai tirti daugelio mažų atmosferos dujų spinduliuotės optines savybes laboratorines sąlygas. Daugelio atmosferos oro komponentų molekules sunaikina Saulės ultravioletinė spinduliuotė (fotolizės reakcijose), tarp jų ne tik aukščiau paminėti CFC, bet ir molekulinis deguonis, ozonas, azoto oksidai ir daugelis kitų. Todėl kiekvienos fotolizės reakcijos parametrų įvertinimai buvo tokie pat reikalingi ir svarbūs teisingam atmosferos cheminių procesų atkūrimui, kaip ir skirtingų molekulių reakcijų greičiai.