آشنایی با لایه اوزون

• نویسنده:
• تاریخ:
• منبع:
• گروه: علوم تجربی

اوزون چیست؟

اوزون که علامت اختصاری آن O₃ می‌باشد ماده‌ای است شیمیایی که از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش پذیر می‌باشد تشکیل شده است. در مولکول اوزون پیوند بسیار ضعیفی بین مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن وجود دارد و تقریباً با کوچکترین برخورد از هم جدا و یا با دریافت کوچکترین انرژى به حالت اولیه خود برمی‌گردند.

لایه اوزون چیست؟

ابتدا باید بدانیم دانشمندان لایه‌های زمین را به چهار قسمت تقسیم مى‌کنند:

1. تروپوسفر
2. استراتوسفر
3. مزوسفر
4. تروموسفر(خارجى‌ترین لایه زمین)

اوزون که به صورت گاز می‌باشد به طور طبیعی در لایه‌های بالای جو زمین و در لایه استراتوسفر قرار دارد.

 

هرچند اوزون در لایه‌های نزدیک سطح زمین هم وجود دارد اما در هر یک میلیون مولکول هوا فقط یک مولکول اوزون وجود دارد در حالی که در ارتفاع ۱۵ تا ۲۵ کیلومتری بالای زمین غلظت اوزون بیشتر و تا ۶ مولکول در هر میلیون مولکول هوا می‌رسد. ضخامت این لایه که به لایه اوزون معروف است در شب‌ها به دلیل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشید، کمتر از ضخامت آن در روزها مى‌باشد.

اهمیت لایه ازون برای حیات بشر

خورشید تنها ستاره منظومه شمسى مى‌باشد که زمین به دور آن مى‌چرخند و از انرژى آن استفاده مى‌کند.

نور خورشید ۲۷ دقیقه و ۸ ثانیه طول مى‌کشد که به زمین برسد. از ۱۰۰% پرتوهای خورشیدی که به زمین می‌رسد ۷۰% آن از لایه‌های زمین عبور مى‌کنند و به زمین مى‌رسند. نور خورشید از میلیاردها میلیارد رنگ تشکیل شده است که هر کدام از این رنگ‌ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى‌باشند. یکی از این پرتوها، پرتوی فوق‌بفش یا ماورای بنفش (UV) است.

پرتوهاى فوق‌بنفش داراى طول موج کوتاه و دارای انرژى زیادی هستند که براى تمام موجودات زنده خطرناک مى‌باشند و یکی از اثرات آن بر انسان سرطان پوست یا آفتاب سوختگى است. خوشبختانه زمین در برابر این پرتوى خطرناک، محافظى بنام لایه اوزون دارد که از ورود پرتوهاى خطرناک به سطح زمین جلوگیرى مى‌کند. اما چطور؟

هنگامى که پرتوهاى فوق بنفش به مولکول‌های اوزون برخورد مى‌کنند، پرتوهاى فوق بنفش مقدار زیادى از انرژى خود را از دست مى‌دهند و به پرتو‌هاى فرو سرخ تبدیل مى‌شوند، و از طرفی دیگر بر اثر این برخورد، مولکول اوزون به مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن تبدیل مى‌شود و با تابش مجدد نور خورشید، مولکول اوزون دوباره پدیدار مى‌شود.

مولکول هاى اوزون هرچند که براى ما مفید هستند اما وجود آن‌ها در لایه تروپوسفر (لایه‌اى که ما در آن زندگى مى‌کنیم) بسیار خطرناک مى‌باشند. نیتروژن‌هاى پراکسید خارج شده از اگزوز موتورهاى دیزلى بر اثر تابش نور خورشید (عمل فتو شیمیایى) با مولکول‌هاى اکسیژن واکنش مى‌دهند و مولکول‌هاى اوزون را پدیدار مى‌کنند. چون در مولکول‌هاى اوزون اتم‌هاى اکسیژن فعال (رادیکالى) وجود دارد، تنفس آن، موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى‌شود.

فرایند تخریب لایه اوزون

در اوایل دهه ۱۹۷۰ برای اولین بار در بالای منطقه انتارکتیکا (قطب جنوب) محققان دریافتند که لایه ازن در حال تخریب است. در ابتدا تصور می‌شد که عامل اصلی تخریب، اکسیدهای نیتروژن حاصل از پرواز هواپیماهای مافوق صوت در استراتوسفر است تا این که در سال ۱۹۷۴ اعلام شد بعضی مواد شیمیایی ساخت بشر با نام کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) به لایه اوزون صدمه وارد می‌کنند.

گازهاى cfc بعنوان گازهاى خنک کننده در یخچال‌ها، کولرها و همچنین در مواد پلاستیکى مورد استفاده قرار مى‌گیرند. در cfc ها اتم‌هاى کلر ناپایدار و واکنش پذیر مى‌باشند و هنگامى که گاز‌هاى cfc به لایه‌هاى بالا مى‌روند، در لایه‌هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشید، گازهاى کلر آزاد مى‌شوند و اتم‌هاى کلر در لایه استراتوسفر با مولکول‌هاى اوزون واکنش مى‌دهند.

اتم‌ کلر آزاد شده با ایجا د یک واکنش زنجیره‌ای قادر است مولکول‌های اوزون را سریعا از بین ببرد. بطوریکه با آزادی هر اتم ‌کلر، قبل از رسیدن به زمین ۱۰۰ هزار مولکول اوزون از بین می‌رود. به علاوه ثبات گازهای cfc این امکان را می دهدکه در اتمسفر باقی مانده و تا مدت‌ها پس از رها شدن آن‌ها به تخریب لایه ازن ادامه دهند.

حفره لایه اوزن

طبق تحقیقات انجام شده حفره یا سوراخ لایه اوزون برای اولین بار در سال ۱۹۸۵ میلادی در قطب جنوب با چشم قابل مشاهده بود است اما بزرگترین و شدید‌ترین آنها در سال ۲۰۰۶ میلادی رخ داده است.

ایجاد و تخریب لایه اوزون طی ۳۹ سال گذشته – از ۱۹۷۹ تا ۲۰۰۸

اما فاجعه آمیزتر از همه گزارش سازمان ملی هوانوردی و فضایی آمریکا (ناسا) است که اظهار دارد دو سوم لایهٔ اوزون تا سال ۲۰۶۵ نه تنها بر فراز قطب جنوب، بلکه در همه جای زمین نابود خواهدشد.

مهم‌ترین عوامل تخریب لایه ازن

• cfcها (کلروفلوروکربن‌ها)

در صنایع سرماساز (یخچال و فریزرهای خانگی و صنعتی، آب سردکن‌ها و…) تهویه مطبوع و کولر خودروها و صنایع اسفنج‌سازی به عنوان عامل پف دهنده و اسپری‌ها استفاده می‌شوند. در حال حاضر دو جایگزین آزمایشی برای cfcها به نام هیدروفلوروکربن‌ها (HFC) و هیدروکلروفلوروکربن (HCFC) در نظر گرفته شده‌اند که در حال حاضر تحت بررسی می‌باشند.

• هالون‌ها

هالون‌ها مواد اطفاء حریق می‌باشند که در کپسول‌های دستی آتش‌نشانی و سیستم‌های ثابت در مکان‌های حساس استفاده می‌شوند. هالون‌ها که حاوی برم هستند، برای تخریب لایه ازن نه تنها دست کمی از گازهای کلردار ندارند بلکه از کلر به مراتب مؤثرتر بوده و سال‌ها در جو زمین باقی می‌مانند.

• حلال‌ها

عمدتاً تحت عنوان پاک‌کننده و چربی‌زدا در صنایع مختلف فلزی، الکترونیک (برای پاک کردن بردهای الکترونیک) و صنایع خشکشویی کاربرد دارند که از جمله می‌توان به متیل کلروفرم (تری‌کلرواتان) و تتراکلرید کربن اشاره نمود.

• متیل بروماید

در بخش کشاورزی از این ماده به عنوان آفت‌کش و ضدعفونی کننده استفاده می‌شود.

• گازهای گلخانه‌ای

افزایش مقدار گازهای گلخانه‌ای در جو یعنی هرچه نازک‌تر شدن لایه اوزون به‌طورکلی بیشترین حجم گازهای گلخانه‌ای را بخار آب، دی‌اکسید نیتروژن، دی‌اکسیدکربن و متان تشکیل می‌دهد.

• گرمایش جهانی

دانشمندان هشدار داده‌اند پدیده گرم شدن زمین می‌تواند تلاش‌ها برای ترمیم حفره اوزون را که قرار است تا سال ۲۰۵۰ انجام گیرد، حدود ۳۰سال به تعویق می‌اندازد.

تاثیرات نامطلوب تخریب لایه اوزون

این لایه به عنوان سپر محافظ گیاهان، حیوانات و انسان ها در برابر تابش پرتو ماورای بنفش خورشید عمل می‌کند و از برخورد طول موج های کشنده آن به زمین جلوگیری می‌کند، اگر این تشعشعات توسط اوزون جذب نشود و یا از حفره‌های ایجاد شده عبور کند، باعث آفتاب سوختگی، سرطان پوست و آب مرواریدمی‌شود و می‌تواند با تضعیف سیستم ایمنی بدن انسان، مقاومت آن را در برابر بیماری‌ها کاهش دهد و یا با تغییر DNA، باعث بروز سرطان پوست شود.

علاوه بر این، پرتو ماورای بنفش می‌تواند باعث کندی رشد گیاهان و صدمه به ساختار ژنتیکی موجودات زنده شود و در مزارع برنج با از بین بردن باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن باعث کاهش محصول شود.

پرتو فرابنفش نوع A توسط لایه ازن جذب نمی‌شود و در نتیجه به طور عمقی وارد پوست بدن و ایجاد پیری زودرس می‌شود.

پرتو ماورای بنفش نوع B، خطرناک ترین نوع این پرتوها است که تا حد زیادی در اعماق آب نفوذ می‌کند و می تواند فینوپلانکتون ها و سخت پوستان شناور در سطح دریاها را نابود کند. این موجودات اجزای اولیه زنجیره غذایی دریاها را تشکیل می دهند و به طور عمده در آب های قطب جنوب زندگی می کنند. با نابودی این موجودات که غذای اصلی ماهی های بزرگ تر هستند، نه تنها زنجیزه غذایی دریاها گسسته می‌شود بلکه انسان نیز به عنوان مصرف کننده نهایی، با کمبود غذاهای دریایی مواجه می‌شود.

مطالعات نشان داده است ۲۵ درصد کاهش و تخریب لایه ازن، باعث نابودی ۱۰ درصد آبزیان طبقه فوقانی دریا و ۲۵ درصد آبزیان سطحی خواهد شد. بالا رفتن میزان جذب اشعه UV از طریق ازدیاد سلول های رنگی در گیاهان و جانوران هم نمی تواند از این نابودی جلوگیری کند.

تمهیدات انجام شده توسط کشورها

ابتدا در سال ۱۹۸۵ کنوانسیون وین برای حفاظت از لایه ازن توسط سازمان ملل متحد و دیگر کشورها تدوین شد و سپس در سال ۱۹۸۷ پروتکل مونترال در سازمان ملل متحد توسط ۴۶ کشور پذیرفته شد.

طبق پروتکل مونترال، کشورهای توسعه یافته تعهد کرده‌اند که به تولید مصرف مواد مخرب لایه ازن (cfcها، هالون‌ها و تتراکلرید کربن) در سال ۲۰۰۰ میلادی خاتمه دهند و کشورهای در حال توسعه را از نظر مالی و تکنیکی حمایت کنند. همچنین طبق این پروتکل مقرر شده است، کشورهای در حال توسعه نیز با ۱۰ سال تاخیر یعنی در سال ۲۰۱۰ میلادی به مصرف مواد مذکور خاتمه دهند.

ایران در سال ۱۳۶۹ به کنوانسیون وین و پروتکل مونترال مرکزی ملحق شد. دفتر حفاظت لایه ازن در سال ۱۳۷۲ با همکاری سازمان حفاظت محیط زیست برنامه عمران سازمان ملل متحد تشکیل شد و به طور رسمی کار خود را از سال ۱۳۷۳ آغاز کرد.

آیا حفره‌های لایه اوزون قابل ترمیم است؟

اگر کشورهای عضو کنوانسیون وین و پروتکل مونترال به تعهدات خود عمل کنند و مصرف مواد مخرب لایه اوزون را طبق برنامه زمان‌بندی شده حذف کنند، چرخه طبیعی تشکیل اوزون به حالت طبیعی خود بر می‌گردد و سوراخ‌های لایه اوزون ترمیم می‌شود، البته در شرایط مناسب و مساعد دست کم ۵۰ سال طول می‌کشد تا این حفره‌ها ترمیم شوند.

اوزون (Ozone) واژه‌ای یونانی است که به معنی بو و بطور خاص به بو تند اطلاق می‌شود.