لایه اوزون

اجزای سازنده لایه اوزون چیست؟ چگونه تشکیل شده است ؟ چه کاری انجام می دهد؟ چرا لایه اوزون ضروری است؟ اهمیت لایه اوزون چیست ؟ و علل تخریب لایه اوزون چیست ؟

برای درک لایه اوزون، شناخت لایه های مختلف اتمسفر می تواند کمک کننده باشد. اتمسفر زمین شامل لایه‌های زیادی است که هر کدام نقش مهمی را ایفا می کنند. لایه اول تقریبا تا 10 کیلومتر بالای سطح زمین کشیده شده است و نام آن تروپوسفر است. اکثر فعالیت های انسان نظیر بالن های گازی، کوهنوردی و پرواز هواپیماهای کوچک در این ناحیه انجام می شود. استراتوسفر لایه بعد از تروپوسفر است که تقریبا 15 تا 60 کیلومتر اندازه آن است. لایه اوزون در ناحیه پایینی استراتوسفر و حدود 20 تا 30 کیلومتر بالای سطح زمین قرار دارد. ضخامت لایه اوزون حدود 3 تا 5 میلی‌متر است اما با توجه به فصل و مکان، این مقدار دچار نوسان می شود.

لایه اوزون یک لایه عمیق در اتمسفر زمین است که حاوی اوزون می باشد که مولکول های دارای سه اتم اکسیژن هستند که به طور طبیعی ایجاد می شوند. این مولکول ها یک لایه گازی در اتمسفر بالایی زمین به نام استراتوسفر به وجود می آورند. این ناحیه پایینی استراتوسفر که حاوی غلظت نسبتا بالای اوزون است، ازنسفر نام دارد. ازنسفر 15 تا 35 کیلومتر بالای سطح زمین یافت می شود. غلظت اوزون در لایه ازن معمولا 10 ppm است در حالی که غلظت متوسط اوزون در اتمسفر حدودا 0.3 ppm است. ضخامت لایه اوزون بر حسب فصل و مکان تغییر می کند. بالاترین غلظت اوزون در ارتفاع 26 تا 28 کیلومتر در نواحی گرمسیری و در ارتفاع 12 تا 20 کیلومتر در قطب‌ها وجود دارد.

لایه اوزون، لایه‌ای ضخیم را در استراتوسفر به وجود می آورد که زمین را دربرمی‌گیرد و ازن زیادی را در خود جا می‌دهد. لایه ازن از مین در مقابل اشعه ماورای بنفش قدرتمندی که از خورشید می آید محافظت می کند. اشعه ماورای بنفش اشعه مضری است که ریسک ناهنجاری های کشنده نظیر سرطان پوست، آب مروارید و تخریب سیستم ایمنی بدن را افزایش می دهد. اشعه ماورای بنفش همچنین قادر به تخریب ارگانیزم تک‌سلولی‌ها، حیات گیاهان و اکوسیستم جانداران آبزی است. لایه اوزون در سال 1913 توسط فیزیکدانان فرانسوی، چارلز فابری و هنری بوسون کشف شد. این لایه قادر به جذب 97 تا 99% از اشعه مضر ماورای بنفش است که از خورشید می‌تابد و می تواند اثرات مخرب طولانی مدت بر انسان‌ها، گیاهان و حیوانات داشته باشد.

 

 

اجزای سازنده لایه اوزون

باعث شگفتی است که اشعه ماورای بنفش، حجم عمده لایه اوزون را تشکیل می دهد. ازن نوع خارق‌العاده اکسیژن است که از 3 اتم اکسیژن تشکیل شده است. لایه ازن معمولا زمانی توسعه می یابد که تخلیه بار الکتریکی یا تابش منجر به جداسازی 2 اتم در مولکول اکسیژن شود و سپس به صورت مستقل با سایر مولکول ها واکنش داده و اوزون را شکل دهد. لایه ازن برای میلیون ها سال از حیات بر روی کره زمین محافظت کرده است اما امروز توسط فعالیت‌های انسان دچار ضعف شده است. زمانی که محققان یافته های تحقیقی را منتشر کردند که نشان می داد یک نوع ماده شیمیایی ساخته دست بشر به نام کلروفلوروکربن به استراتوسفر رفته و ازن را از طریق رشته ای از واکنش های شیمایی از بین می برد، مردم به اهمیت لایه ازن پی بردند. نتایج این تحقیق منجر به امضای یک معاهده بین المللی به نام پروتکل مونترال در سال 1973 شد. این معاهده به کاهش تولید این ماده شیمیایی کمک کرد.

این تلاش های هدف گذاری شده منجر به بازیابی لایه ازن در سال‌های اخیر شده است. ضخامت این لایه به طور گسترده در هر روز و مکان تغییر می کند. به علت گردش عمودی هوای اتمسفر در استراتوسفر و تروپوسفر، مقدار لایه اوزونی که از انسان در برابر اشعه ماورای بنفش محافظت می کند می تواند کمتر یا بیشتر شود. به علاوه، ساکنان مناطق مرتفع در مقایسه با ساکنین مناطق با ارتفاع پایین در معرض ریسک مواجهه با اشعه ماورای بنفش هستند. اوزون استراتوسفری نقش بزرگی در محافظت انسان ها در مقابل مضرات خورشید ایفا می کند. اگرچه، نوع دیگری از اوزون نیز وجود دارد که به عنوان نتیجه تماس اشعه خورشید با آلودگی موجود در اتمسفر در سطح زمین به وجود می آید که برای سلامت انسان مضر است. این ازن در برخی افراد می تواند منجر به تنگی نفس شود و غالبا در تابستان در زمانی که به علت ساکن بودن هوا آلودگی حکمرانی می کند، رخ می دهد.

چرا لایه اوزون ضروری است؟

خاصیت حیاتی مولکول اوزون، توانایی آن برای مسدود کردن اشعه‌های خورشیدی با طول موج کمتر از 290 نانومتر در مسیر رسیدن به سطح زمین است. اوزون در این فرایند اشعه ماورای بنفش را نیز که برای حیات جانداران مضر است، جذب می کند. اشعه ماورای بنفش می تواند باعث مرگ یا صدمه موجودات در زمین شود. اگرچه جذب اشعه ماورای بنفش، استراتوسفر را گرم می کند اما برای حیات سیاره زمین مهم است. محققان پیش‌بینی کرده‌اند که به علت از بین رفتن لایه اوزون، اکوسیستم های آبی و خاکی مستعد از بین می روند. اشعه ماورای بنفش می تواند مواد زنده را از بین ببرد. گیاهان و پلانکتون‌ها که غذای جانواران خشکی و دریا هستند نمی توانند دوام بیاورند. تابش بیش از حد اشعه ماورای بنفش به انسان منجر به افزایش ریسک سرطان (مخصوصا سرطان پوست) و آب مروارید می شود. محاسبه شده است که با هر 1% کاهش در لایه ازن، 2 تا 5% وقوع سرطان پوست افزایش می یابد. سایر اثرات کاهش لایه محافظتی اوزون شامل افزایش موارد آب مروارید، آفتاب‌سوختگی و سرکوب سیستم ایمنی بدن است.

دلایل زوال لایه ازن

مطالعات علمی معتبر نشان داده است که علت زوال لایه ازن، فعالیت انسان مخصوصا مواد شیمیایی دست‌ساز حاوی کلر یا برم است. این مواد شیمیایی با نام ODS شناخته می شوند که مخفف مواد زایل کننده اوزون است. محققان کاهش اوزون استراتوسفری را از اوایل دهه 70 میلادی مشاهده کرده‌اند. دیده شد که این مشکل در نواحی قطبی بیشتر است. ثابت شده است که مواد زایل کننده اوزون، دوست‌دار محیط زیست، بسیار پایدار و غیر سمی هستند، به این دلیل در طول سالیان مورد اقبال قرار گرفتند. اگرچه پایداری آنها بهایی دارد؛ آنها می توانند در استراتوسفر، به صورت ساکن باقی بمانند.

ODS زمانی که به آنجا می رسد به راحتی توسط اشعه قدرتمند ماورای بنفش شکسته می شود و برم و کلر حاصل می شود. کلر و برم عامل از بین رفتن لایه اوزون با سرعتی سرسام‌آور هستند. آنها این کار را به سادگی و با جدا کردن یک اتم از مولکول ازن انجام می دهند. یک مولکول کلر قادر به شکستن هزاران مولکول اوزون است. مواد زایل کننده اوزون سالیان طولانی در اتمسفر مانده‌اند و خواهند ماند. این امر دلالت بر آن دارد که بسیاری از مواد زایل کننده ازن که انسان آنها را در 90 سال گذشته در جو رها کرده است، هنوز در مسیر خود در حال حرکت هستند. مواد اصلی زایل کننده ازن شامل کلروفلوروکربن، کربن تتراکلرید، هیدروکلروفلوروکربن و متیل کلروفرم است. هالون‌ها که گاهی اوقات با نام فلوروکربن‌های برم‌دار از آنها یاد می شود نیز با قدرت در جهت تخریب اوزون عمل می‌کنند. اگرچه، از زمانی که در خاموش‌کننده‌های خاص مورد استفاده قرار گرفته‌اند، مصرف آنها به شدت محدود شده است. جنبه منفی هالون‌ها این است که با توجه به قدرت بالای آنها، درجه تخریب لایه اوزون توسط آنها 10 برابر بیشتر از مواد زایل کننده اوزون است.

دانشمندان در این عصر در حال کار بر روی توسعه هیدروفلوروکربن‌ها هستند تا جایگزین هیدروکلروفلوروکربن‌ها و کلروفلوروکربن‌ها در تجهیزات تهویه هوا کنند. هیدروکلروفلوروکربن‌ها گازهای گلخانه‌ای قدرتمند هستند اما نمی توانند اوزون را از بین ببرند. کلروفلوروکربن‌ها از سوی دیگر به شدت در تغییرات آب و هوایی مشارکت می‌کنند که بدان معنا است که هیدروفلوروکربن‌ها بهترین جایگزین موجود هستند تا زمانی که جایگزین ایمن‌تری ایجاد شود.

دو ناحیه وجود دارد که در آنها لایه اوزون دچار نقصان شده است:

در عرض‌های جغرافیایی میانی برای مثال در بالای استرالیا، لایه اوزون نازک شده است. این امر منجر به این شده است که اشعه ماورای بنفش بیشتری به زمین برسد. تخمین زده شده است که حدود 5 تا 9% از ضخامت لایه اوزون کاهش یافته است که باعث افزایش خطر قرارگیری انسان در معرض اشعه ماورای بنفش می شود.
لایه اوزون در نواحی جوی بالای قطب جنوب و به خصوص در فصل بهار بسیار نازک است. این امر منجر به تشکیل چیزی شده است که به آن سوراخ لایه اوزون می گویند. سوراخ لایه اوزون به آن نواحی اشاره دارد که لایه اوزون در آنجا به شدت کاهش یافته است. معمولا سوراخ لایه اوزون در طول فصل بهار در قطب‌ها به وجود می آید. یکی از بزرگترین سوراخ ها هرسال در بین ماه های سپتامبر و نوامبر در قطب جنوب به وجود می آید.

 

 

علل طبیعی زوال لایه اوزون

لایه اوزون تحت تاثیر پدیده های طبیعی خاصی نظیر لکه خورشیدی و باد استراتوسفری قرار می گیرد. اما این پدیده‌ها بیش از 1 تا 2% از لایه اوزون را از بین نمی برند و اثرات آنها نیز موقتی است. باور بر این است که فوران عظیم آتشفشانی (ال چیچون در سال 1983 و پیناتوبو در 1991) نیز در زوال اوزون نقش داشته است.

عوامل انسانی زوال لایه اوزون

دلیل اصلی زوال اوزون، آزادسازی بیش از حد کلر و برم حاصل از ترکیباتی نظیر کلروفلوروکربن (CFC) است. CFC، هالون، متیل کلروفرم، کربن تتراکلرید، هیدروکلروفلوروکربن، هیدرو برموفلوروکربن و متیل برمید اثر مستقیم بر زوال لایه اوزون دارند. اینها تحت نام مواد زایل کننده اوزون (ODS) دسته بندی شده‌اند.

مشکل این مواد این است که آنها با باران شسته نمی شوند و برای مدتی طولانی در جو باقی می مانند. آنها با چنین پایداری زیادی وارد استراتوسفر می شوند. انتشار ODS مسئول 90% از زوال لایه اوزون در استراتوسفر است. این گازها به لایه استراتوسفر می روند و اشعه ماورای بنفش خورشید آنها را به کلر (از CFC) و برم (از متیل‌برمید و هالون) تجزیه می کند.

رادیکال های آزاد کلر و برم با مولکول اوزون واکنش داده و ساختار مولکولی آن را می شکنند و بنابراین موجب زوال لایه اوزون می گردند. یک اتم کلر، بیش از یک میلیون مولکول اوزون را تجزیه می کند. قدرت تخریب اتم برم 40 برابر بیشتر از مولکول کلر است.

مواد اصلی زایل کننده اوزون

کلروفلوروکربن‌ها (CFC)

مانور زیادی بر روی عدم استفاده گسترده از این ماده صورت گرفته است زیرا بیش از 80% زوال اوزون بر عهده آن است. این ماده به عنوان خنک کننده در لوازم خانگی نظیر فریزر، یخچال و تهویه هوای داخل ساختمان و اتومبیل که پیش از سال 1955 ساخته شده‌اند، استفاده می‌شده است. این ماده معمولا در عوامل خشک‌شویی، استریل‌کننده‌های بیمارستانی و حلال های صنعتی وجود دارد. این ماده همچنین در محصولات فومی نظیر تشک، کوسن و عایق خانگی نیز استفاده شده است.

هیدروکلروفلوروکربن‌ها (HCFC)

هیدروکلروفلوروکربن‌ها در طول سالیان به جای کلروفلوروکربن‌ها استفاده شده‌اند. آنها به اندازه CFCها برای لایه اوزون مضر نیستند.

هالون‌ها

این مواد به طور خاص در برخی از لوازم اطفاء حریق در جایی که تجهیزات یا مواد می تواند توسط آب یا خاموش‌کننده‌های شیمیایی مورد آسیب قرار گیرند، استفاده می شوند.

کربن تتراکلرید

در لوازم اطفا حریق و حلال ها استفاده می شود.

متیل کلروفرم

استفاده از آنها در صنایع برای تمیزکاری سرد، زدودن روغن با بخار، فرایند شیمیایی، چسب و برخی از هواویزها متداول است.

اثرات جدی زوال اوزون

آسیب به سلامت انسان

اگر لایه اوزون از بین برود، انسان به طور کامل در معرض اشعه قوی ماورای بنفش قرار خواهد گرفت. این امر منجر به سرطان پوست، آب مروارید، آفتاب سوختگی، تضعیف سیستم ایمنی بدن و پیری زودرس می شود.

نابودی محیط زیست

بسیاری از گونه‌های گیاهی در مقابل اشعه قوی ماورای بنفش آسیب‌پذیر هستند و تابش بیش از حد منجر به حداقل شدن رشد، فتوسنتز و ثمردهی خواهد شد. برخی از این گونه ها عبارتند از جو، گندم، ذرت، جو صحرایی، برنج، گل‌کلم، گوجه فرنگی. جنگل ها نیز به همین میزان از زوال ازن ضربه می خورند.

تهدید حیات موجودات دریایی

موجودات دریایی مخصوصا پلانکتون ها در معرض اشعه قوی ماورای بنفش، به شدت تحت تاثیر قرار می گیرند. در زنجیره غذایی دریایی، پلانکتون ها بیشترین ارزش را دارند. اگر تعداد پلانکتون ها به علت نابودی لایه اوزون کاهش یابد، زنجیره غذایی دریایی به طرق مختلف مختل می شود. همچنین، تابش بیش از حد اشعه های خورشیدی می تواند بر زندگی ماهیگیران نیز اثر بگذارد. فراتر از اینها، گونه های خاصی از موجودات دریایی در ابتدای حیات خود به شدت تحت تاثیر اشعه ماورای بنفش قرار می گیرند.

تاثیر بر جانوران

اشعه ماورای بنفش بسیار زیاد در جانواران اهلی می تواند منجر به سرطان پوست و چشم شود.

اثر بر مواد خاص

موادی مانند پلاستیک، چوب، پارچه، لاستیک به وسیله اشعه ماورای بنفش بسیار زیاد به شدت شکننده می‌شوند.

راه حل زوال اوزون

1 – دست کشیدن از آفت‌کش‌ها

آفت کش ها مواد شیمیایی قدرتمندی هستند که شما را از شر آفات دور نگه می دارند اما به طور قابل ملاحظه‌ای نیز در زوال لایه ازن مشارکت می کنند. راه حل نتیجه بخش برای رهایی از آفات استفاده از روش های طبیعی است. علف های هرز مزرعه را به طور دستی از بین ببرید و از مواد شیمیایی جایگزین دوست‌دار محیط زیست برای نابودی آفات استفاده کنید.

2 – کاهش خودروهای شخصی

راحت ترین تکنیک برای حداقل کردن زوال اوزون، محدود کردن تعداد وسایل نقلیه است. این وسایل، گازهای گلخانه ای زیادی را منتشر می کنند که منجر به تشکیل مه و دود می شود که کاتالیزوری برای زوال لایه اوزون است.

3 – استفاده از محصولات نظافتی دوست‌دار محیط زیست

اکثر محصولات نظافتی خانگی مملو از مواد شیمیایی سنگینی هستند که راه خود را در اتمسفر پیدا کرده و در نهایت در زوال لایه اوزون مشارکت می کنند. از محصولات نظافتی طبیعی و دوست‌دار محیط زیست برای کنترل این وضعیت استفاده کنید.

4 – ممنوعیت استفاده از نیتروژن مونوکسید

پروتکل مونترال که در سال 1989 شکل گرفت کمک زیادی به محدودسازی کلروفلوروکربن‌ها کرد. اگرچه، این پروتکل هیچ‌گاه نیتروژن مونوکسید را پوشش نداد که ترکیب شیمیایی خطرناکی است که می تواند لایه اوزون را تخریب کند. نیتروژن مونوکسید امروزه همچنان در حال استفاده است. دولت ها باید هم‌اکنون اقدام کنند و استفاده از نیتروژن مونوکسید را برای کاهش آهنگ زوال لایه اوزون، ممنوع نمایند.

گاردینا (تامین محصولات و تجهیزات ازن و اوزون تراپی)