لایه اوزون چیست و عوامل تشکیل و تخریب آن

تیم تحریریه پاکزی ۱۳۹۷/۷/۳

۱۶ دقیقه مطالعه

لایه اوزون

لایه اوزون چیست و عوامل تشکیل و تخریب آن کدامند؟

وقتی از زمین صحبت می کنیم، چه چیزی در ذهن تون شکل می گیره؟ شاید همه چیز رو ساده تر از اونی که هست تصور کنید و حیات روی این کره رو، مفهومی معمولی بدونید؛ اما واقعیت اینه که خیلی از عناصر ریز و درشت دست به دست هم دادن تا زمین به زیستگاهی امن برای ما تبدیل بشه و بتونیم هر لحظه طعم شیرین زندگی رو بچشیم. حتما راجع به لایه اوزون چیزهایی شنیدید؛

محیط زیست و اهمیتش در زندگی بشر، یکی از جدی ترین مسائل در جهان امروزه که انسان رو وادار کرده تا به محیط اطرافش توجه بیشتری داشته باشه؛ جالب اینکه این توجه و تمرکز فقط به محیط های قابل دسترس انسان محدود نشده و عملکردهای زیست محیطی در هوای مربوط به کره ی زمین هم، در حال بررسیه. یکی از عواملی که هیچ وقت به چشم ما نمی آد و در عین پنهان بودن تاثیری مهم در زندگی ما داره، لایه اوزونه که هر گونه آسیب به اون می تونه صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست مون وارد کنه. بهتره در شروع، به تقسیم بندی لایه های زمین بپردازیم:

لایه اوزون

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

لایه ی اوزون یکی از مهم ترین قسمت های مربوط به هوای کره زمینه و در لایه ی استراتوسفر قرار داره. حالا سوال اساسی اینه که ما چیزی در مورد لایه ی اوزون یا اهمیت اون در زندگی مون می دونیم یا نه؟!

آشنایی با لایه ی اوزون:

اوزون واژه ای یونانیه و علامت اختصاری اون O3 هست. ماده ای شیمیایی که از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش پذیره تشکیل شده. در مولکول اوزون پیوند بسیار ضعیفی بین مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن وجود داره و تقریباً با کوچکترین برخورد از هم جدا می شن و یا با دریافت کوچکترین انرژى به حالت اولیه شون برمی گردن. اوزون توانایی قابل توجهی در جذب برخی از فرکانس های اشعه فرابنفش داره و در جو زمین عموما توسط شکستن مولکول دو اتمی اکسیژن به دو اتم تنها، به وسیله نور فرابنفش به وجود میاد و بعد از این اتفاق، اکسیژن تک اتمی با اکسیژن نشکسته ترکیب می شه و لایه اوزون تشکیل می شه.

کشف لایه اوزون:

در سال 1913 دو فیزیک دان فرانسوی به نام های شارل فابری و آنری بویسون لایه اوزون رو کشف کردن؛ ضخامت این لایه که حدود 3 میلی متره و در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین قرار داره، بسته به شرایط فصلی و آب و هوایی تغییر می کنه. هرچند اوزون در لایه های نزدیک سطح زمین هم وجود داره اما در هر یک میلیون مولکول هوا، فقط یک مولکول اوزون وجود داره؛ این در حالیه که در ارتفاع 15 تا 25 کیلومتری بالای زمین، غلظت اوزون بیشتر و تا 6 مولکول در هر میلیون مولکول هوا هم می رسه. ضخامت لایه ی اوزون در شب ها به دلیل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشید، کمتر از ضخامت اون در طول روزه.

اهمیت لایه اوزون برای حیات بشر:

خورشید تنها ستاره منظومه شمسیه که زمین به دور اون می چرخه و از انرژیش استفاده مى کنه. نور خورشید 27 دقیقه و 8 ثانیه طول مى کشه که به زمین برسه. از 100% پرتوهای خورشیدی که به زمین می رسه 70% اون از لایه  های زمین عبور مى کنن و به زمین مى رسن. نور خورشید از میلیاردها میلیارد رنگ تشکیل شده که هر کدوم از این رنگ  ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خودشون هستن. یکی از این پرتوها، پرتوی ماورای بنفشه (UV).

پرتوهاى ماورای بنفش داراى طول موج کوتاه و انرژى زیادی هستن که براى تمام موجودات زنده خطرناکن و یکی از اثرات اون بر انسان سرطان پوست یا آفتاب سوختگى شدیده. خوشبختانه لایه ی اوزون در برابر این پرتوى خطرناک، از زمین محافظت می کنه اما چطور؟! وقتی پرتوهاى ماورای بنفش به مولکول های اوزون برخورد مى کنن، مقدار زیادى از انرژى شون رو از دست مى دن و به پرتو هاى فرو سرخ تبدیل مى شن و از طرف دیگه بر اثر این برخورد، مولکول اوزون به مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن تبدیل می شه که با تابش مجدد نور خورشید، مولکول اوزون دوباره پدیدار مى شه.

مزایای اوزون:

  1. اوزون %50 سریع تر از کلر از غشاء سلولی باکتری ها عبور می کنه.
  2. تعداد وسیعی از باکتری ها رو 3000 برابر سریع تر از کلر می کشه.
  3. حتی در غلظت کم، قدرت ضد عفونی بالایی داره.
  4. هنگام تبدیل شدن به اکسیژن، هیچ گونه محصول جانبی تولید نمی کنه.
  5. مورد تائید سازمان FDA جهت مجاورت مستقیم با مواد غذاییه.
  6. طول عمر بسیاری از مواد غذایی رو در انبارها افزایش می ده.
  7. بوی بد، مزه و رنگ را خنثی می کنه.
  8. تولید اون در محل مقرون به صرفه و موثره.
  9. تشخیص بوی اون توسط حس شامه انسان، بسیار راحته.

فرآیند تخریب لایه اوزون:

در اوایل دهه ۱۹۷۰ برای اولین بار در بالای منطقه انتارکتیکا (قطب جنوب) محققان فهمیدن که لایه اوزون در حال تخریبه. اول تصور می شد که عامل اصلی تخریب، اکسیدهای نیتروژن حاصل از پرواز هواپیماهای مافوق صوت در استراتوسفره تا این که در سال ۱۹۷۴ اعلام شد بعضی مواد شیمیایی ساخت بشر با نام کلروفلوئوروکربن ها (CFC) به لایه اوزون صدمه وارد می  کنن.

گازهاى CFC:

گازهاى CFC بعنوان گازهاى خنک کننده در یخچال، کولر و همچنین در مواد پلاستیکى مورد استفاده قرار مى گیرن. در CFC ها اتم هاى کلر ناپایدار و واکنش پذیرن و زمانی که به لایه هاى بالا مى رن، در اثر برخورد با نور خورشید، گازهاى کلر آزاد مى شن و اتم هاى کلر در لایه استراتوسفر با مولکول هاى اوزون واکنش مى دن. اتم کلر آزاد شده با ایجاد یک واکنش زنجیره ای می تونه مولکول های اوزون رو سریعا از بین ببره. به طوری که با آزادی هر اتم کلر قبل از رسیدن به زمین، 100 هزار مولکول اوزون از بین می رن. به علاوه ثبات گازهای CFC این امکان رو می ده که در اتمسفر باقی بمونن و تا مدت ها بعد از رها شدن اون ها به تخریب لایه اوزون ادامه بدن.

کاشف حفره ی لایه اوزون:

لایه اوزون

در سال 1985 دکتر جو فارمن، فیزیک دان انگلیسی، برای اولین بار، خبر شناسایی حفره ی لایه اوزون رو، به همراه دو همکارش در مجله نیچر منتشر کرد و بعد از این کشف، سفیر انرژی شد. آلن رادگر مدیر موقت سازمان بریتانیایی نقشه برداری قطب جنوب اظهار داشت: "جو" فیزیکدان برجسته ای بود و کارش، شیوه نگرش ما به جهان طبیعی رو تغییر داد. فارمن بعد از کشف حفره اوزون، به سفیر پرتکاپوی سیاره ما تبدیل شد. جو در بیست و پنجمین سالگرد کشف حفره اوزون گفت: محیط زیست هنوز هم از طرق بسیار درحال صدمه دیدنه و باید به فکر حفاظت از محیط زیست باشیم.

او سیاستمداران رو برای کوتاهی در اشاره به موضوعاتی مثل تغییرات جوی، مورد انتقاد قرار داد و اعتقاد داشت که افزایش انتشار دی اکسید کربن کاملا احمقانه ست. فارمن همچنین شیوه پرداختن به علوم جوی رو مورد انتقاد قرار داده بود. او در سال 1969 به عنوان رئیس واحد فیزیک سازمان نقشه برداری در دانشگاه ادینبورو منصوب شد و به عنوان رئیس کرسی فیزیک در سال 1976 به کمبریج برگشت. در اون زمان توجه او به نظارت کردن بر لایه اوزون برفراز قطب جنوب جلب شد و آخرین سفرش به قطب جنوب در سال 1990 درست پیش از بازنشستگی ش بود. فارمن، گاردینر و شانکلین مقاله اولیه شون رو در 16 می 1986 در مجله نیچر منتشر کرده بودن. به گفته ی اون ها اوزون در استراتوسفر، حدود 22 کیلومتری زمین بود و غلظت این لایه به سرعت داشت تحلیل می رفت!

آیا امیدی هست؟

لایه اوزون سالانه کوچک تر از پیش می شد؛ به طوری که آمار ناسا در 13 سپتامبر 2007 نشون داد که حفره اوزون به اوج خودش رسیده و فقط می تونه 25.1 میلیون کیلومتر مربع (یعنی تقریبا به اندازه آمریکای شمالی) رو پوشش بده. این حفره در قطب جنوب به بیشترین حد خودش رسیده و علت این پدیده هم ورود کلرهای موجود در مواد شیمیایی ساخته شده توسط انسان ها به استراتوسفره. محدودیت های سخت گیرانه برای تولید کلروفلوئوروکربن باعث شده که سازمان جهانی هواشناسی به این نتیجه برسه که حفره اوزون تا سال 2045 بهبود پیدا می کنه، اما ناسا می گه که این مشکل حداقل تا سال 2065 برطرف خواهد شد. بد نیست کمی هم، عوامل تخریب لایه اوزون رو با هم بررسی کنیم:

قاتلان اوزون:

  • CFC ها:

گازهایی که در یخچال ها به کار می رن، موادی شیمیایی به نام کلروفلوئور و کربن (CFC) هستن. این گازها در سطح زمین بی خطرن ولی در جو خطرناک میشن. وقتی که گازهای سی اف سی به استراتوسفر می رسن، ممکنه صد سال یا بیشتر عمر کنن و بعد نابود بشن. این گازها در این لایه بر اثر تابش پرتوی ماورای بنفش، به مواد شیمیایی دیگه ای تجزیه می شن. یکی از این مواد شیمیایی گاز کلره که لایه ی اوزن رو منهدم می کنه.

  • هالون ها:

هالون ها همون مواد اطفاء حریق هستن که در کپسول های دستی آتش نشانی و سیستم های ثابت در مکان های حساس استفاده می شن. هالون ها که حاوی برم هستن، برای تخریب لایه اوزون نه تنها دست کمی از گازهای کلردار ندارن بلکه به مراتب از کلر خطرناک تر بوده و سال ها در جو زمین باقی می مونن.

  • حلال ها:

عمدتا تحت عنوان پاک کننده و چربی زدا در صنایع مختلف فلزی، الکترونیک (برای پاک کردن بردهای الکترونیک) و صنایع خشک شویی کاربرد دارن مثل متیل کلروفرم (تری کلرواتان) و تتراکلرید کربن.

  • متیل بروماید:

در بخش کشاورزی از این ماده به عنوان آفت کش و ضدعفونی کننده استفاده می شه.

  • گازهای گلخانه ای:

افزایش مقدار گازهای گلخانه ای در جو، یعنی نازک تر شدن بیشتر لایه اوزون؛ به طورکلی بیشترین حجم گازهای گلخانه ای رو بخار آب، دی اکسید نیتروژن، دی اکسیدکربن و متان تشکیل می دن.

  • گرمایش جهانی:

دانشمندان هشدار دادن که پدیده گرم شدن زمین می تونه تلاش ها برای ترمیم حفره اوزون رو که قراره تا سال 2050 انجام بشه، حدود 30سال به تعویق بندازه.

تاثیرات نامطلوب تخریب لایه اوزون:

حالا تصور کنید اگر لایه ی اوزون از بین بره، چه اتفاقی می افته؟ زندگی روی کره ی زمین به سرعت رو به نابودی می ره و با از بین رفتن لایه ی حیاتی اوزون، نسل بشر، پوشش گیاهی و حیات جانوری، ظرف مدت کوتاهی به بدترین شکل ممکن، منقرض میشن. در حال حاضر که این لایه آسیب دیده، تشعشعات ماورای بنفش که به زمین می رسه شدت بیشتری پیدا کرده و این مسئله باعث ایجاد آفتاب سوختگی، سرطان های پوست، تضعیف مکانیزم دفاعی و ایمنی بدن انسان و آب مروارید می شه. علاوه بر اون به علت آسیب دیدن لایه اوزون، کل نظام زیست محیطی (اکوسیستم) در سراسر جهان دچار ناهماهنگی و عدم تواوزون جدی شده.

علاوه بر این، پرتو ماورای بنفش می تونه باعث کندی رشد گیاهان و صدمه به ساختار ژنتیکی موجودات زنده بشه و در مزارع برنج با از بین بردن باکتری های تثبیت کننده نیتروژن، منجر به کاهش محصول شه.

پرتو فرابنفش نوع A توسط لایه اوزون جذب نمی شه و در نتیجه به طور عمقی وارد پوست بدن و ایجاد پیری زودرس می شه.

پرتو ماورای بنفش نوعB، خطرناک ترین نوع این پرتوهاست که تا حد زیادی در اعماق آب نفوذ می کنه و می تونه فیتوپلانکتون ها و سخت پوستان شناور در سطح دریاها رو نابود کنه. این موجودات که در آب های قطب جنوب زندگی می کنن، اجزای اولیه زنجیره غذایی دریاها رو تشکیل می دن. با نابودی این موجودات که غذای اصلی ماهی های بزرگ تر هستن، نه تنها زنجیره غذایی دریاها ازبین می ره بلکه انسان هم، با کمبود غذاهای دریایی مواجه می شه.

مطالعات نشان داده که ۲۵ درصد کاهش و تخریب لایه اوزون، 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 تونه از این نابودی جلوگیری کنه.

تمهیدات انجام شده توسط کشورها:

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

طبق پروتکل مونترال، کشورهای توسعه یافته تعهد کردن که به تولید مصرف مواد مخرب لایه اوزون (CFCها، هالون ها و تتراکلرید کربن) در سال ۲۰۰۰ میلادی پایان بدن و کشورهای در حال توسعه رو از نظر مالی و تکنیکی حمایت کنن. همچنین طبق این پروتکل مقرر شده، کشورهای در حال توسعه هم با ۱۰ سال تاخیر یعنی در سال ۲۰۱۰ میلادی به مصرف این مواد خاتمه بدن.

ایران در سال ۱۳۶۹ به کنوانسیون وین و پروتکل مونترال مرکزی ملحق شد. دفتر حفاظت لایه اوزون 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؛ از جمله اقداماتی که این دفتر انجام داده می شه به موارد زیر اشاره کرد:

  • اجبار برای ۴۰ واحد اسفنج سازی برای جایگزین کردن موادی سازگار با لایه اوزون.
  • تجهیز ۴۰۰ واحد تعمیرگاه کولر خودرو و یخچال به امکانات و تجهیزات سازگار با لایه اوزون.
  • به طوری که عمده مواد مخرب لایه اوزون از سال ۱۳۷۷ در دیگر کشورها تولید و مصرف نمی شه.
  • حذف متیل بروماید (ماده مخرب لایه اوزون) در بخش کشاورزی.
  • آگاهی رسانی از طریق ایجاد کارگاه های آموزشی.

آیا حفره های لایه اوزون قابل ترمیم است؟

اگر کشورهای عضو کنوانسیون وین و پروتکل مونترال به تعهدات خود عمل کنن و مصرف مواد مخرب لایه اوزون رو طبق برنامه زمان بندی شده حذف کنن، چرخه طبیعی تشکیل اوزون به حالت طبیعی خودش بر می گرده و سوراخ های لایه اوزون ترمیم می شن، البته در شرایط مناسب و مساعد دست کم ۵۰ سال طول می کشه تا این حفره ها ترمیم بشن.

چه کارخانه هایى بر روى اوزون تأثیرگذارند؟

کارخانه های مصرف کننده عمده گازهاى مخرب لایه اوزون در ایران، عبارتند از: صنایع برودتى و سردکننده ها، سازندگان یخچال ها و فریزرهاى خانگى، صنعتى و تجارى، صنایع ابر و اسفنج سازى، بخش دفع آفات کشاورزى، سیستم هاى تهویه مطبوع، کپسول هاى اطفاى حریق، حلال اسپری هاى پاک کننده قطعات الکترونیکى و در ساخت کولر اتومبیل ها.

تغییر عادات برای حفظ لایه اوزون:

  • کمتر از اتومبیل شخصی استفاده کنیم: اکسید ازت مهم ترین منبع تخریب لایه اوزون به حساب می آد. در شهرها، قسمت اعظم اون حاصل احتراق داخلی موتورهای بنزینی و گازوییلی وسایل نقلیه موتوریه.
  • کاهش مصرف گوشت: با افزایش مصرف گوشت بر میزان فعالیت های دامداری ها افزوده و همچنین تجزیه فضولات در دامداری ها، باعث تولید اکسیدهای ازت می شه.
  • از فروشگاه های محلی خرید کنید؛ این امر باعث تردد کمتر و استفاده کمتر از وسایل نقلیه موتوری در داخل شهر می شه.
  • استفاده از حساب ها و سیستم های الکترونیک نوین؛ این امر موجب می شه تمام فعالیت های بانکی ما در منزل یا محل کار انجام بشه و نیاز به تردد در داخل شهر نداشته باشیم.
  • در خیابان ها و سربالایی ها کمتر پدال گاز ماشین رو فشار بدیم چون تاثیر خاصی بر سرعت اتومبیل نداره جز این که باعث احتراق بیشتر سوخت داخل موتور اتومبیل می شه.
  • کاهش مصرف سوخت در وسایل گرمایشی کمک بزرگی به لایه اوزون به شمار می ره. با کم کردن درجه بخاری و یا آبگرمکن می تونیم به نتیجه ی دلخواه برسیم.
  • از سوزوندن زباله در محیط زیست خودداری کنیم. این کار موجب آزاد شدن گازهای گلخانه ای می شه. کاهش تولید زباله یکی از بهترین راه هاست؛ پس از اسراف جلوگیری کنیم.

نانو تکنولوژی و حفاظت از لایه اوزون:

محققین دانشگاه اولم آلمان در حین آزمایش با نانوکره ها و پرفلوئورودکالین، ماده ای که در تولید خون مصنوعی به کار می ره، با پدیده ای برخورد کردن که احتمالا می تونه به حذف مواد شیمیایی مخرب لایه اوزون کمک کنه. محققین این پدیده رو این طور توجیه می کنن که قطرات نانوسکوپی پرفلوئورودکالین به وسیله نانوکره های خوسامان پلی استایرن احاطه می شن. خواص پرفلوئورودکالین بسیار شبیه کلروفلوئوروکربن(CFC)هاست؛ این مواد، مایعات بی اثری هستن که موجب تخریب لایه اوزون می شن. محققین این دانشگاه احتمال می دن که قطرات آب یا بلورهای یخ در ابرها ممکنه با چنین روشی قادر به جمع آوری کلروفلوئوروکربنها و برگردوندن اون ها به زمین، به صورت باران، برف و تگرگ باشن. نتایج این کار تحقیقاتی در مجله NANO LETTERS منتشر شده.

ترمیم لایه اوزون به کمک رعد و برق:

شاید براتون جالب باشه که بدونید در برخی مناطق زمین، گاهی در هر ثانیه، بیش از 100 رعد و برق در آسمان می زنه که بعد از هر رعد و برق حجم قابل توجهی از گاز اوزون در جو آزاد می شه. این در حالیه که فعالیت انسان های ساکن این کره، لایه اوزون رو در معرض خطر نابودی قرار داده. از اواسط قرن 20 میلادی محققان متوجه شدن که انتشار برخی آلاینده ها در سطح زمین، موجب از بین رفتن لایه اوزون و سپر محافظتی انسان ها در برابر تابش امواج نور خورشید می شه. در سال های اخیر با انتشار مواد شیمیایی آلوده، مثل CFC ها، مقدار زیادی از این لایه محافظ از بین رفته و تراکم اون در استراتوسفر زمین به شدت کم شده؛ وقوع بسیاری از پدیده های طبیعی مثل رعد و برق، می تونه عامل مهمی در افزایش غلظت اوزون موجود در جو زمین باشه.

شاید براتون پیش اومده باشه که بعد از وقوع رعد و برق یهو احساس کنید که می تونید راحت تر نفس بکشید یا این که احساس کنید هوایی که استنشاق می کنید خیلی تازه و تمیزه! علت اینه که وقوع رعد و برق موجب انتشار گاز اوزون در جو زمین شده و افزایش غلظت گاز اوزون در جو زمین باعث طراوت و تازگی هوا می شه. براساس تحقیقات انجام شده توسط گروهی از محققان ناسا، رعد و برق، آلودگی ناشی از انجام عملیات کشاورزی و همین طور گازهای آزادشده در نتیجه سوختن منابع سوختی فسیلی، از جمله عوامل متعددی هستن که می تونن در تشکیل اوزون تاثیرگذار باشن. سوختن منابع فسیلی، موجب انتشار دود و گاز منواکسیدکربن و وقوع رعد و برق، موجب انتشار گاز اکسیدنیتروژن خواهد شد. از ترکیب این گازها و دیگر ترکیب های ناپایدار شیمیایی و همچنین تابش نور خورشید، گاز اوزون تشکیل می شه.

انتخاب ۱۶ سپتامبر برای توجه به لایه اوزون:

 در نوزدهم دسامبر سال ۱۹۹۴، سازمان ملل متحد با توجه به اهمیت روز ۱۶ سپتامبر در حفاظت از لایه اوزون و آغاز اتحاد کشورها در این زمینه، این روز رو با عنوان روز بین المللی حفاظت از لایه اوزون نام گذاری کرد تا هر سال در این روز، اهمیت خاص این موضوع به کشورها یادآوری بشه.

برنامه های این روز در سراسر جهان:

نشست ها، سمینارها و گردهمایی هایی در این روز با موضوعات مختلف برگزار می شه و دانشمندان با حضور در اون ها تلاش دارن تا آخرین راهکارها و دستاوردهای خود رو در زمینه حفاظت از لایه ی حیاتی اوزون باهم به اشتراک بگذارن و گامی در راستای کمک به حفظ اوزون بردارن. 

وقتش نیست برای این همه آسیبی که به محیط زیست وارد کردیم، قدمی برداریم؟ پاکزی به عنوان حامی محیط زیست از شما می خواد که همراهی تون رو از ما دریغ نکنید تا دست به دست هم بتونیم حافظان خوبی برای محیط زیست باشیم.

پاکزی

تیم تحریریه پاکزی ۱۳۹۷/۷/۳

پاکزی را در شبکه های اجتماعی:
لینک فیسبوک پاکزی
لینک لینکدین پاکزی
لینک اینستاگرام پاکزی
لینک تلگرام پاکزی
لینک توییتر پاکزی

کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به شرکت اکسون ویژن سیستم میباشد.