چرا لایه ازن در قطب شمال و جنوب نازک تر می شود ؟
چرا لایه ازن در قطب شمال و جنوب نازک تر می شود ؟
ازن گازي است كه از 3 اتم اكسيژن تشكيل شده است.
اين گاز در فاصله 15 تا 40 كيلومتري سطح زمين لايه اي فيلتر مانند تشكيل مي دهد كه از ورود اشعه خطرناك ماوراي بنفش به درون جو زمين جلوگيري مي كند. ضخامت اين لايه در صورت فشرده شدن فقط 2 تا 3 ميلي متر است كه بر فراز استوا ضخيم تر از قطبين زمين است. گازهاي مخرب لايه ازن عمدتا از صنايع برودتي و سرد كننده ها، صنايع ابر و اسفنج سازي، بخش دفع آفات كشاورزي، سيستم هاي تهويه مطبوع، كپسول هاي اطفاي حريق و حلال اسپري هاي پاك كننده قطعات الكترونيكي متصاعد مي شوند و تا ارتفاع 40 كيلومتري صعود مي كنند. طول عمر ماندگاري گازهاي مخرب لايه ازن از 50 تا 150 سال است و تا حذف كامل اين گازها كه قبلا وارد جو شده اند حداقل نيم قرن لازم است. ايجاد حفره در لايه ازن باعث خطرات زيست محيطي و انساني بسياري مي شود و حيات بدون اين لايه روي كره زمين از بين خواهد رفت. براي آشنايي بيشتر با نقش حياتي لايه ازن و مشكلاتي كه تحت تاثير فعاليت هاي بشر براي آن به وجود آمده است. خبرنگار ما با »فريدون رستمي« مدير دفتر حفاظت از لايه ازن سازمان محيط زيست، گفتگويي انجام داده است كه در پي مي آيد.
لايه ازن چيست، چگونه تشكيل شده است و چه كاري انجام مي دهد
ازن يا O3، گاز آبي كمرنگي است كه هر ملكول آن از 3 اتم اكسيژن تشكيل شده است. بيشترين مقدار ازن و اتمسفر زمين در منطقه اي به نام استراتوسفر وجود دارد. لايه ازن كه در ارتفاع 15 تا 20 كيلومتري بالاي سطح زمين تشكيل شده است، اشعه خطرناك ماوراي بنفش (UV) را جذب و از رسيدن آن به سطح زمين جلوگيري مي كند به همين دليل وجود اين لايه براي ادامه حيات بر روي كره زمين ضروري است. ازن جو پايين چيست و چگونه به وجود مي آيد¬ ازن سطحي يا جو پايين در اثر تركيبات حاصل از سوخت هاي فسيلي، همچون اكسيدهاي نيتروژن و هيدروكربورهاي نسوخته اي به وجود مي آيد كه در مجاورت تشعشعات UV خورشيد قرار گرفته اند. ازن سطحي در لايه توپوسفر در سطح زمين به وجود مي آيد كه يكي از عوامل آلوده كننده هواست و سبب ايجاد مه، دود فتوشيميايي و نهايتا بيماري هاي تنفسي مي شود. گازهاي آلوده كننده هوا چه تاثيري بر لايه ازن دارند¬ برخي از اين گازها كه شامل CFCها، هالون ها، متيل برومايد و... مي باشند، پس از رسيدن به لايه ازن به علت داشتن ملكول هاي هالوژن باعث تخريب ملكول هاي ازن و تحليل رفتن اين لايه مي شوند. اما ساير مواد آلاينده هوا نظير اكثر هيدروكربورهاي حاصل از سوخت هاي فسيلي كه از دود اتومبيل و كارخانجات به وجود مي آيند پس از رسيدن به لايه ازن در مجاورت اشعه UV به عنوان سرعت دهنده واكنش تخريب ازن عمل مي كنند.
تاريخچه سوراخ شدن لايه اوزون :
ابتدا: جريان تاسف بار سوراخ شدن لايه اوزون در لايه زير استرا توسفر در بالاي منطقه انتاركتيكا اولين بار در دهه هفتاد (1970 تا 1979)توسط يك گروه تحقيقاتي به نام BAS كشف شد .اين گروه در مورد اتمسفر بالاي منطقه انتاركتيكا از يك ايستگاه تحقيقاتي كه بسيار شبيه اين عكس ميباشد مشاهده مي گردند. *اطلاعات ايستگاه تحقيقاتي هالي * ايستگاه تحقيقاتي BAS فالكر اولين بار در حالي تحقيقات را انجام داد كه اندازه گيري اوليه در سال1985براي اولين بار سوراخ شدن لايه اوزون آنچنان نگران كننده بود كه دانشمندان تصور ميكردند كه دستگاهاي اندازه گيري خراب است .آنها دستگاه هاي ديگري جانشين آن دستگاه ها كردند تا آنكه نتايج بدست آمده اندازه گيري هاي اوليه را تاييد كرد .چندماه بعد كه سوراخ شدن لايه اوزون قابل مشاهده بود،(پس از مشاهده سوراخ شدن لايه اوزون تحقيقات قبلي تاييد شد)از طرف ديگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لايه اوزون را نشان نمي داد ،بدين دليل كه نرم افزارهايي كه اطلاعاتي در مورد لايه اوزون ميداد به صورتي برنامه ريزي شده بود كه لا يه اوزون در منطقه كوچكي موردبررسي قرار مي گرفت .بررسي هاي بعدي ، اطلاعات بدست آمد هنگامي كه نتايج گروه BASمنتشر نشد،مورد تاييد قرار گرفت و بيانگر اين مطلب بود كه سوراخ شدن لايه اوزون به طور سريع ودر مقياس بزرگي بر بالاي منطقه انتاركتيكا انجام مي شود.
اوزون لايه اي را در استراتوسفر تشكيل ميدهد كه منطقه استوا باريكتر و در دو قطب پهن تر است .ميزان اوزون در بالاي سطح كره زمين به وسيله مقياسي به نام DU Dobson units اندازه گيري ميشود كه اين ميزان در منطقه استوايي در حدود 260DUاست و به ميزان بيشتري در جاهاي ديگر است . اين در حالي است تغييرات فصلي بسيار وسيعي اتفاق ميافتد واين در حالي شكل مي گيرد و اشعه ماوراي بنفش در لايه استراتوسفر نفوذ ميكند يا آن را مي شكافد.
علت ايجاد حفره در اين لايه چيست؟
در اوايل دهه 1970 براي اولين بار محققان دريافتند كه لايه ازن در حال تخريب است. در ابتدا تصور مي شد كه عامل اصلي تخريب، اكسيدهاي نيتروژن حاصل از پرواز هواپيماهاي مافوق صوت در استراتوسفر است تا اين كه در سال 1974 اعلام شد بعضي مواد شيميايي ساخت بشر با نام كلروفلوئوروكربن ها (CFCها) به لايه ازن صدمه وارد مي كنند. فرآيند تخريب بدين شكل رخ مي دهد كه پرتو خورشيد باعث شكسته شدن بسياري از گازهاي حاوي كلروبرم و توليد راديكال هاي آن ها در استراتوسفر مي شود. راديكال ها يك رشته واكنش هاي زنجيره اي تخريب كننده را تشديد مي كنند و باعث شكسته شدن گازهاي موجود در اتمسفر از جمله ازن مي شوند.
مواد شيميايي تخريب كننده لايه ازن كدامند؟
مهم ترين اين مواد (كلروفلوئوروكربن ها) CFCها هستند. تركيبات مشابهي كه به طور كامل هالوژنه نيستند و در تركيب آن ها هيدروژن هم وجود دارد مانند هيدرو كلروفلوئوروكربن ها (HCFCها)، اثر تخريبي كمتري نسبت به CFCها و هالون ها بر لايه ازن دارند زيرا هيدروژن باعث كاهش زمان حضور آن ها در اتمسفر مي شود. هالون ها كه در كپسول هاي آتش نشاني براي اطفاي حريق به كار مي روند هيدروكربن هاي هالوژنه هستند كه به جاي يك ياچند اتم هيدروژن، اتم هاي برم، كلروفلوئور دارند و قدرت تخريب لايه ازن آنها بسيار بالاست. كلروفلوئوروكربن ها (CFCها) بسيار پايدار، غير قابل اشتعال و غير سمي هستند و كار كردن با آنها آسيبي به انسان وارد نمي سازد. بنابراين از ديدگاه صنعتي، موادي ايده آل محسوب مي شوند در حالي كه پايداري آنها باعث دوام در اتمسفر و انتقال به استراتوسفر و در نهايت تخريب لايه ازن مي شود.
چرا با اين كه در نيمكره شمالي خشكي ها بيشتر هستند و در نتيجه آلودگي هاي صنعتي نيز بيشتر وجود دارد ولي در بخش قطب جنوب لايه ازن، حفره ايجاد شده است؟
دانشمندان دلايلي را براي آسيب پذيري بيشتر لايه ازن در قطب جنوب برشمرده اند. يكي از دلايل، حلقه قطبي، است كه فريون هاي رها شده در اثر فعاليت هاي صنعتي را جذب مي كند، ديگر اين كه به دليل هواي فوق العاده سرد و يخبندان شب در قطب جنوب، ابرهايي با كريستال هاي كوچك يخ در بالاترين لايه استراتوسفر ايجاد مي شود. اين كريستال ها نقش كاتاليست يا تسريع كننده واكنش را بازي مي كند و سبب مي شود تركيبات حاوي مواد مخرب لايه ازن در داخل ابرها شكسته و تبديل به كلرين فعال شود و زماني كه خورشيد پس از يك شب طولاني مي تابد، تابش پرتو و وجود منواكسيد كلر باعث تخريب ازن مي شود. عامل ديگري كه باعث شدت تخريب لايه ازن در قطب جنوب مي شود حركت و چرخش بادهاي قطبي بدون وجود هيچ مانعي در سراسر اين زمين پهناور و يخ زده مي باشد در حالي كه اين عامل در قطب شمال به دليل بالاتر بودن دما و تشكيل كمتر ابرهاي يخي، بسيار ضعيف است. كاهش و تخريب ازن در عرض هاي جغرافيايي متوسط يعني بالاي اروپا، آسيا و آمريكا بسيار سريع تر از حد پيش بيني شده است.
علت تخریب لایه ازن در قطب شمال و جنوب
آنچه نقش سپر حفاظت حیات در مقابل اشعه زیانبار خورشید را ایفا می‌کند و لایه ازن نامیده می‌شود، ازن ناحیه استراتوسفر است.
اول بار ، پژوهشگران انگلیسی از ایستگاه هالی‌بی در ساحل قاره قطب جنوب ، کاهش منظمی را در تراکم ازن ، هنگام بهار در ناحیه استرالیا اعلام کردند. تحقیقات نشان می‌دهد که غلظت منوکسید کلر در استراتوسفر در حال افزایش است.
در سال 1987، اندازه گیری‌هایی که با هواپیمای مخصوص پرواز در ارتفاع زیاد متعلق به ناسا و مجهز به وسایل آزمایشگاهی صورت گرفت، غلظت منوکسید کلر را در مدار جغرافیایی 7-0 درجه جنوبی و در ارتفاع 18 کیلومتر از سطح زمین حدود یک PPB نشان داد، در حالیکه غلظت معمولی آن 1,3 آن است.
99 درصد کلر استراتوسفر به صورت کلر نیترات و بخار اسید کلریدریک است. این ترکیبهای غیر فعال با دریافت انرژی خورشید و تحت شرایطی فیزیکی خاص به اتم کلر و مولکول منوکسیدکلر فعال تبدیل می‌شود که در تجزیه ازن دخالت دارد. طبق آمار تهیه شده به وسیله ماهواره ها ، کاهش ازن در فاصله سالهای 1978 و 1988 حدود 2 تا 3 درصد بوده است.
تحقیقات نشان داد که روندهایی مشابه آنچه در لایه ازن قطب جنوب اتفاق می‌افتد، در قطب شمال هم ممکن است روی دهد.
چرا لایه ازن در نواحی قطبی که آلایندها کمتر است سوراخ شده است ولی در مناطق دیگری که عملیاتهای صنعتی و آلایندهها وجود دارد سوراخ نشده است؟
مهمترین عامل وجود ابرهای استراتوسفری در نواحی قطبی است به دلیل سردتر بودن قطب جنوب این ابرها در آنجا پایدارترند تابش پرتوهای فرا بنفش خورشید در آغاز بهار باعث آزاد شدن رادیکالهای کلر در مجاورت بلورهای یخ موجود در این ابرها میگردد.
مولکولهای کلروفلوئورکربنها (CFCها) در از بین بردن لایه ازن موثرند. از این ترکیبات بطور گسترده در دستگاههای سرد کننده و در افشانه‌ها (اسپری‌ها) استفاده می‌شود.
این مولکولها به علت پایداری آنها به استراتوسفر راه می‌یابند و در آنجا بر اثر تابش خورشید پیوند C-Cl شکسته می‌شود. اتم کلر حاصل به مولکول ازن حمله می‌کند و مولکول CLO را می‌دهد. این مولکول بنوبه خود با اکسیژن ترکیب شده ، مولکول O2 و اتم Cl آزاد می‌شود که مجددا در چرخه تخریب اوزون شرکت می‌کند. از این روست، در عهدنامه سال 1978 مونترال قرار این شده که از مصرف کلروفلوئوروکربنها به تدریج کاسته شود و مواد دیگری به عنوان جانشین برای آنها یافت شود و یافتن چنین ترکیباتی بطور مسلم کار شیمیدانان است.
تا سال 1980ميلادى از سوراخى لايه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازك شدن لايه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقيقات انجام شده علت نابودى مولكول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (كلر و فلوئور و كربن) مى دانستند. گاز هاى cfc بعنوان گاز هاى خنك كننده در يخچال ها ،كولرها و همچنين در مواد پلاستيكى مورد استفاده قرار مى گيرند . در cfc ها اتم هاى كلر ناپايدار و واكنش پذير مى باشند و هنگامى كه گاز هاى cfc به لايه هاى بالا مى روند ، در لايه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشيد ،گاز هاى كلر آزاد مى شوند. اتم هاى كلر در لايه استراتوسفر با مولكول هاى اوزون واكنش مى دهند. هر اتم كلر به تنهايى مى تواند 100.000 مولكول اوزون را از بين ببرد . به همين دليل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال كشورها متعهد شدند كه از توليد و فروش گاز هاى cfc خوددارى كنند ،و همچنين به كشور هاى فقير اين امكان را بدهند كه بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنك كننده ديگرى استفاده كنند. ما مى دانيم كه بيشترين كشور هاى صنعتى در نيم كره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لايه اوزون سوراخ شده است ؟! براي پاسخ به اين سوال ، پژوهش هاي زيادي انجام شده است كه بعضي از اين پژوهش ها تاكنون در دست تحقيق است . اخيراً دانشمندان علت ايجاد حفره در لايه اوزون را گرداب هاي سنگين ، كه در قطب جنوب جريان دارند ، مي دانند در زمستان در طول شبهاي قطبي، نور خورشيد درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نيست ، به همين دليل در اين قطب در لايه استراتوسفر طوفان هاى سنگيني گسترش مى يابند كه به آن ها "گرداب قطبي"(polar vortex) مى گويند . گرداب قطبي مي تواند ذرات سازنده هوا را تجزيه كند .اين گرداب ها باعث ايجاد ابرهاى سردي مي شوند كه بر فراز قطب جنوب جريان مي يابند. كه به اين ابرها "ابر استراتوسفر قطبي" (polar stratosphere cloud) مي گويند.اختصار آن psc است. Pscها بسيار سرد هستند و دماي آن ها حدود 80- سيلسيوس است.* Psc از نيتريك اسيد تري هيدرات (nitric acid trihydrate) تشكيل شده است و با ابرهايي كه ما آن ها را در آسمان مي بينيم كاملاً متفاوتند. پس اين ابرهاي اسيدي مي توانند لايه اوزون را تخريب كنند. "بنايراين با استناد به تحقيقات انجام يافته ،موارد زير را مي توان از عوامل موثر در تخريب لايه اوزون دانست:
1)محور زمين به گونه اى مى باشد كه نور خورشيد به قطب شمال بيشتر از قطب جنوب مى تابد به همين دليل ضخامت لايه اوزون در قطب شمال بيشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد (زيرا ما گفتيم كه پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى مانند انرژى تابشى خورشيد به حالت اوليه خود برگردند.)
2)از مورد دوم نتيجه مى گيريم كه هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراين هواى گرم هنگامى كه بر اثر جريان هايى به قطب جنوب مى روند ، چون سبك مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لايه هاى اوزون برفراز قطب جنوب می شوند.
3)در زمستان نور خورشيد كاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمي باشد، واين امر باعث كاهش دما و تشكيل ابرهاي psc مي شود
4) ابرهاي psc اسيدي هستند و به همين دليل آن ها به لايه اوزون آسيب مي رسانند.
سوراخی به بزرگی قطب جنوب
دانشمندان به تازگی متوجه شده اند كه سوراخ لایه ازن در قطب جنوب بار دیگر در حال گسترش است؛ آن هم درست زمانی كه طرفداران محیط زیست در دنیا داشتند نسبت به آینده لایه ازن امیدوار می شدند. تلاش های بسیاری كه در سال های اخیر برای كاهش مصرف گازهای cfc به عنوان عامل اصلی تخریب لایه ازن صورت گرفته بود، به علاوه افزایش غیر عادی دما در لایه های بالای جو در قطب جنوب باعث شد كه در سال 2002 سوراخ لایه ازن به طور قابل توجهی بهبود یابد، به طوری كه وسعت آن به كمترین مقدار از سال 1988 رسید، اما امسال زمستان زودرس در قطب جنوب بار دیگر وسعت سوراخ لایه ازن را افزایش داد. این سوراخ امسال به قدری وسیع شده است كه تقریبا تمام قطب جنوب یعنی منطقه ای به وسعت 3 برابر كشور استرالیا را در بر می گیرد. همان طور كه می دانید لایه ازن انسان و دیگر موجودات زنده را در برابر اشعه فرابنفش خورشید حفظ می كند. از میان رفتن لایه ازن سبب می شود این پرتوهای خطرناك به سطح زمین برسند و بیماری های خطرناكی را مثل سرطان پوست و آب مروارید در انسان ایجاد كنند؛ اما آن چه باعث می شود تغییرات دما در لایه های بالایی جو یا همان استراتسفر تا این حد در گسترش لایه ازن تاثیر گذار باشد تشكیل ابرهایی است كه گازهای cfc را به مواد مخرب برای لایه ازن تبدیل می كنند. در استراتسفر چون رطوبت بسیار كم است به طور معمول ابر وجود ندارد، اما در شرایط خاص با كاهش شدید دما در فصل زمستان ابرهایی تشكیل می شود كه در از میان بردن لایه ازن بسیار موثرند.
منابع:
support@aftab.ir
ozoneprotect.persianblog.com
Iran news.ir
ازن گازي است كه از 3 اتم اكسيژن تشكيل شده است.
اين گاز در فاصله 15 تا 40 كيلومتري سطح زمين لايه اي فيلتر مانند تشكيل مي دهد كه از ورود اشعه خطرناك ماوراي بنفش به درون جو زمين جلوگيري مي كند. ضخامت اين لايه در صورت فشرده شدن فقط 2 تا 3 ميلي متر است كه بر فراز استوا ضخيم تر از قطبين زمين است. گازهاي مخرب لايه ازن عمدتا از صنايع برودتي و سرد كننده ها، صنايع ابر و اسفنج سازي، بخش دفع آفات كشاورزي، سيستم هاي تهويه مطبوع، كپسول هاي اطفاي حريق و حلال اسپري هاي پاك كننده قطعات الكترونيكي متصاعد مي شوند و تا ارتفاع 40 كيلومتري صعود مي كنند. طول عمر ماندگاري گازهاي مخرب لايه ازن از 50 تا 150 سال است و تا حذف كامل اين گازها كه قبلا وارد جو شده اند حداقل نيم قرن لازم است. ايجاد حفره در لايه ازن باعث خطرات زيست محيطي و انساني بسياري مي شود و حيات بدون اين لايه روي كره زمين از بين خواهد رفت. براي آشنايي بيشتر با نقش حياتي لايه ازن و مشكلاتي كه تحت تاثير فعاليت هاي بشر براي آن به وجود آمده است. خبرنگار ما با »فريدون رستمي« مدير دفتر حفاظت از لايه ازن سازمان محيط زيست، گفتگويي انجام داده است كه در پي مي آيد.
لايه ازن چيست، چگونه تشكيل شده است و چه كاري انجام مي دهد
ازن يا O3، گاز آبي كمرنگي است كه هر ملكول آن از 3 اتم اكسيژن تشكيل شده است. بيشترين مقدار ازن و اتمسفر زمين در منطقه اي به نام استراتوسفر وجود دارد. لايه ازن كه در ارتفاع 15 تا 20 كيلومتري بالاي سطح زمين تشكيل شده است، اشعه خطرناك ماوراي بنفش (UV) را جذب و از رسيدن آن به سطح زمين جلوگيري مي كند به همين دليل وجود اين لايه براي ادامه حيات بر روي كره زمين ضروري است. ازن جو پايين چيست و چگونه به وجود مي آيد¬ ازن سطحي يا جو پايين در اثر تركيبات حاصل از سوخت هاي فسيلي، همچون اكسيدهاي نيتروژن و هيدروكربورهاي نسوخته اي به وجود مي آيد كه در مجاورت تشعشعات UV خورشيد قرار گرفته اند. ازن سطحي در لايه توپوسفر در سطح زمين به وجود مي آيد كه يكي از عوامل آلوده كننده هواست و سبب ايجاد مه، دود فتوشيميايي و نهايتا بيماري هاي تنفسي مي شود. گازهاي آلوده كننده هوا چه تاثيري بر لايه ازن دارند¬ برخي از اين گازها كه شامل CFCها، هالون ها، متيل برومايد و... مي باشند، پس از رسيدن به لايه ازن به علت داشتن ملكول هاي هالوژن باعث تخريب ملكول هاي ازن و تحليل رفتن اين لايه مي شوند. اما ساير مواد آلاينده هوا نظير اكثر هيدروكربورهاي حاصل از سوخت هاي فسيلي كه از دود اتومبيل و كارخانجات به وجود مي آيند پس از رسيدن به لايه ازن در مجاورت اشعه UV به عنوان سرعت دهنده واكنش تخريب ازن عمل مي كنند.
تاريخچه سوراخ شدن لايه اوزون :
ابتدا: جريان تاسف بار سوراخ شدن لايه اوزون در لايه زير استرا توسفر در بالاي منطقه انتاركتيكا اولين بار در دهه هفتاد (1970 تا 1979)توسط يك گروه تحقيقاتي به نام BAS كشف شد .اين گروه در مورد اتمسفر بالاي منطقه انتاركتيكا از يك ايستگاه تحقيقاتي كه بسيار شبيه اين عكس ميباشد مشاهده مي گردند. *اطلاعات ايستگاه تحقيقاتي هالي * ايستگاه تحقيقاتي BAS فالكر اولين بار در حالي تحقيقات را انجام داد كه اندازه گيري اوليه در سال1985براي اولين بار سوراخ شدن لايه اوزون آنچنان نگران كننده بود كه دانشمندان تصور ميكردند كه دستگاهاي اندازه گيري خراب است .آنها دستگاه هاي ديگري جانشين آن دستگاه ها كردند تا آنكه نتايج بدست آمده اندازه گيري هاي اوليه را تاييد كرد .چندماه بعد كه سوراخ شدن لايه اوزون قابل مشاهده بود،(پس از مشاهده سوراخ شدن لايه اوزون تحقيقات قبلي تاييد شد)از طرف ديگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لايه اوزون را نشان نمي داد ،بدين دليل كه نرم افزارهايي كه اطلاعاتي در مورد لايه اوزون ميداد به صورتي برنامه ريزي شده بود كه لا يه اوزون در منطقه كوچكي موردبررسي قرار مي گرفت .بررسي هاي بعدي ، اطلاعات بدست آمد هنگامي كه نتايج گروه BASمنتشر نشد،مورد تاييد قرار گرفت و بيانگر اين مطلب بود كه سوراخ شدن لايه اوزون به طور سريع ودر مقياس بزرگي بر بالاي منطقه انتاركتيكا انجام مي شود.
اوزون لايه اي را در استراتوسفر تشكيل ميدهد كه منطقه استوا باريكتر و در دو قطب پهن تر است .ميزان اوزون در بالاي سطح كره زمين به وسيله مقياسي به نام DU Dobson units اندازه گيري ميشود كه اين ميزان در منطقه استوايي در حدود 260DUاست و به ميزان بيشتري در جاهاي ديگر است . اين در حالي است تغييرات فصلي بسيار وسيعي اتفاق ميافتد واين در حالي شكل مي گيرد و اشعه ماوراي بنفش در لايه استراتوسفر نفوذ ميكند يا آن را مي شكافد.
علت ايجاد حفره در اين لايه چيست؟
در اوايل دهه 1970 براي اولين بار محققان دريافتند كه لايه ازن در حال تخريب است. در ابتدا تصور مي شد كه عامل اصلي تخريب، اكسيدهاي نيتروژن حاصل از پرواز هواپيماهاي مافوق صوت در استراتوسفر است تا اين كه در سال 1974 اعلام شد بعضي مواد شيميايي ساخت بشر با نام كلروفلوئوروكربن ها (CFCها) به لايه ازن صدمه وارد مي كنند. فرآيند تخريب بدين شكل رخ مي دهد كه پرتو خورشيد باعث شكسته شدن بسياري از گازهاي حاوي كلروبرم و توليد راديكال هاي آن ها در استراتوسفر مي شود. راديكال ها يك رشته واكنش هاي زنجيره اي تخريب كننده را تشديد مي كنند و باعث شكسته شدن گازهاي موجود در اتمسفر از جمله ازن مي شوند.
مواد شيميايي تخريب كننده لايه ازن كدامند؟
مهم ترين اين مواد (كلروفلوئوروكربن ها) CFCها هستند. تركيبات مشابهي كه به طور كامل هالوژنه نيستند و در تركيب آن ها هيدروژن هم وجود دارد مانند هيدرو كلروفلوئوروكربن ها (HCFCها)، اثر تخريبي كمتري نسبت به CFCها و هالون ها بر لايه ازن دارند زيرا هيدروژن باعث كاهش زمان حضور آن ها در اتمسفر مي شود. هالون ها كه در كپسول هاي آتش نشاني براي اطفاي حريق به كار مي روند هيدروكربن هاي هالوژنه هستند كه به جاي يك ياچند اتم هيدروژن، اتم هاي برم، كلروفلوئور دارند و قدرت تخريب لايه ازن آنها بسيار بالاست. كلروفلوئوروكربن ها (CFCها) بسيار پايدار، غير قابل اشتعال و غير سمي هستند و كار كردن با آنها آسيبي به انسان وارد نمي سازد. بنابراين از ديدگاه صنعتي، موادي ايده آل محسوب مي شوند در حالي كه پايداري آنها باعث دوام در اتمسفر و انتقال به استراتوسفر و در نهايت تخريب لايه ازن مي شود.
چرا با اين كه در نيمكره شمالي خشكي ها بيشتر هستند و در نتيجه آلودگي هاي صنعتي نيز بيشتر وجود دارد ولي در بخش قطب جنوب لايه ازن، حفره ايجاد شده است؟
دانشمندان دلايلي را براي آسيب پذيري بيشتر لايه ازن در قطب جنوب برشمرده اند. يكي از دلايل، حلقه قطبي، است كه فريون هاي رها شده در اثر فعاليت هاي صنعتي را جذب مي كند، ديگر اين كه به دليل هواي فوق العاده سرد و يخبندان شب در قطب جنوب، ابرهايي با كريستال هاي كوچك يخ در بالاترين لايه استراتوسفر ايجاد مي شود. اين كريستال ها نقش كاتاليست يا تسريع كننده واكنش را بازي مي كند و سبب مي شود تركيبات حاوي مواد مخرب لايه ازن در داخل ابرها شكسته و تبديل به كلرين فعال شود و زماني كه خورشيد پس از يك شب طولاني مي تابد، تابش پرتو و وجود منواكسيد كلر باعث تخريب ازن مي شود. عامل ديگري كه باعث شدت تخريب لايه ازن در قطب جنوب مي شود حركت و چرخش بادهاي قطبي بدون وجود هيچ مانعي در سراسر اين زمين پهناور و يخ زده مي باشد در حالي كه اين عامل در قطب شمال به دليل بالاتر بودن دما و تشكيل كمتر ابرهاي يخي، بسيار ضعيف است. كاهش و تخريب ازن در عرض هاي جغرافيايي متوسط يعني بالاي اروپا، آسيا و آمريكا بسيار سريع تر از حد پيش بيني شده است.
علت تخریب لایه ازن در قطب شمال و جنوب
آنچه نقش سپر حفاظت حیات در مقابل اشعه زیانبار خورشید را ایفا می‌کند و لایه ازن نامیده می‌شود، ازن ناحیه استراتوسفر است.
اول بار ، پژوهشگران انگلیسی از ایستگاه هالی‌بی در ساحل قاره قطب جنوب ، کاهش منظمی را در تراکم ازن ، هنگام بهار در ناحیه استرالیا اعلام کردند. تحقیقات نشان می‌دهد که غلظت منوکسید کلر در استراتوسفر در حال افزایش است.
در سال 1987، اندازه گیری‌هایی که با هواپیمای مخصوص پرواز در ارتفاع زیاد متعلق به ناسا و مجهز به وسایل آزمایشگاهی صورت گرفت، غلظت منوکسید کلر را در مدار جغرافیایی 7-0 درجه جنوبی و در ارتفاع 18 کیلومتر از سطح زمین حدود یک PPB نشان داد، در حالیکه غلظت معمولی آن 1,3 آن است.
99 درصد کلر استراتوسفر به صورت کلر نیترات و بخار اسید کلریدریک است. این ترکیبهای غیر فعال با دریافت انرژی خورشید و تحت شرایطی فیزیکی خاص به اتم کلر و مولکول منوکسیدکلر فعال تبدیل می‌شود که در تجزیه ازن دخالت دارد. طبق آمار تهیه شده به وسیله ماهواره ها ، کاهش ازن در فاصله سالهای 1978 و 1988 حدود 2 تا 3 درصد بوده است.
تحقیقات نشان داد که روندهایی مشابه آنچه در لایه ازن قطب جنوب اتفاق می‌افتد، در قطب شمال هم ممکن است روی دهد.
چرا لایه ازن در نواحی قطبی که آلایندها کمتر است سوراخ شده است ولی در مناطق دیگری که عملیاتهای صنعتی و آلایندهها وجود دارد سوراخ نشده است؟
مهمترین عامل وجود ابرهای استراتوسفری در نواحی قطبی است به دلیل سردتر بودن قطب جنوب این ابرها در آنجا پایدارترند تابش پرتوهای فرا بنفش خورشید در آغاز بهار باعث آزاد شدن رادیکالهای کلر در مجاورت بلورهای یخ موجود در این ابرها میگردد.
مولکولهای کلروفلوئورکربنها (CFCها) در از بین بردن لایه ازن موثرند. از این ترکیبات بطور گسترده در دستگاههای سرد کننده و در افشانه‌ها (اسپری‌ها) استفاده می‌شود.
این مولکولها به علت پایداری آنها به استراتوسفر راه می‌یابند و در آنجا بر اثر تابش خورشید پیوند C-Cl شکسته می‌شود. اتم کلر حاصل به مولکول ازن حمله می‌کند و مولکول CLO را می‌دهد. این مولکول بنوبه خود با اکسیژن ترکیب شده ، مولکول O2 و اتم Cl آزاد می‌شود که مجددا در چرخه تخریب اوزون شرکت می‌کند. از این روست، در عهدنامه سال 1978 مونترال قرار این شده که از مصرف کلروفلوئوروکربنها به تدریج کاسته شود و مواد دیگری به عنوان جانشین برای آنها یافت شود و یافتن چنین ترکیباتی بطور مسلم کار شیمیدانان است.
تا سال 1980ميلادى از سوراخى لايه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازك شدن لايه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقيقات انجام شده علت نابودى مولكول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (كلر و فلوئور و كربن) مى دانستند. گاز هاى cfc بعنوان گاز هاى خنك كننده در يخچال ها ،كولرها و همچنين در مواد پلاستيكى مورد استفاده قرار مى گيرند . در cfc ها اتم هاى كلر ناپايدار و واكنش پذير مى باشند و هنگامى كه گاز هاى cfc به لايه هاى بالا مى روند ، در لايه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشيد ،گاز هاى كلر آزاد مى شوند. اتم هاى كلر در لايه استراتوسفر با مولكول هاى اوزون واكنش مى دهند. هر اتم كلر به تنهايى مى تواند 100.000 مولكول اوزون را از بين ببرد . به همين دليل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال كشورها متعهد شدند كه از توليد و فروش گاز هاى cfc خوددارى كنند ،و همچنين به كشور هاى فقير اين امكان را بدهند كه بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنك كننده ديگرى استفاده كنند. ما مى دانيم كه بيشترين كشور هاى صنعتى در نيم كره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لايه اوزون سوراخ شده است ؟! براي پاسخ به اين سوال ، پژوهش هاي زيادي انجام شده است كه بعضي از اين پژوهش ها تاكنون در دست تحقيق است . اخيراً دانشمندان علت ايجاد حفره در لايه اوزون را گرداب هاي سنگين ، كه در قطب جنوب جريان دارند ، مي دانند در زمستان در طول شبهاي قطبي، نور خورشيد درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نيست ، به همين دليل در اين قطب در لايه استراتوسفر طوفان هاى سنگيني گسترش مى يابند كه به آن ها "گرداب قطبي"(polar vortex) مى گويند . گرداب قطبي مي تواند ذرات سازنده هوا را تجزيه كند .اين گرداب ها باعث ايجاد ابرهاى سردي مي شوند كه بر فراز قطب جنوب جريان مي يابند. كه به اين ابرها "ابر استراتوسفر قطبي" (polar stratosphere cloud) مي گويند.اختصار آن psc است. Pscها بسيار سرد هستند و دماي آن ها حدود 80- سيلسيوس است.* Psc از نيتريك اسيد تري هيدرات (nitric acid trihydrate) تشكيل شده است و با ابرهايي كه ما آن ها را در آسمان مي بينيم كاملاً متفاوتند. پس اين ابرهاي اسيدي مي توانند لايه اوزون را تخريب كنند. "بنايراين با استناد به تحقيقات انجام يافته ،موارد زير را مي توان از عوامل موثر در تخريب لايه اوزون دانست:
1)محور زمين به گونه اى مى باشد كه نور خورشيد به قطب شمال بيشتر از قطب جنوب مى تابد به همين دليل ضخامت لايه اوزون در قطب شمال بيشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد (زيرا ما گفتيم كه پيوند ميان مولكول اكسيژن و اتم اكسيژن در مولكول اوزون بسيار ضعيف مى باشد و ممكن است با كوچكترين برخورد از هم جدا ويا با دريافت كوچكترين انرژى مانند انرژى تابشى خورشيد به حالت اوليه خود برگردند.)
2)از مورد دوم نتيجه مى گيريم كه هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراين هواى گرم هنگامى كه بر اثر جريان هايى به قطب جنوب مى روند ، چون سبك مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لايه هاى اوزون برفراز قطب جنوب می شوند.
3)در زمستان نور خورشيد كاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمي باشد، واين امر باعث كاهش دما و تشكيل ابرهاي psc مي شود
4) ابرهاي psc اسيدي هستند و به همين دليل آن ها به لايه اوزون آسيب مي رسانند.
سوراخی به بزرگی قطب جنوب
دانشمندان به تازگی متوجه شده اند كه سوراخ لایه ازن در قطب جنوب بار دیگر در حال گسترش است؛ آن هم درست زمانی كه طرفداران محیط زیست در دنیا داشتند نسبت به آینده لایه ازن امیدوار می شدند. تلاش های بسیاری كه در سال های اخیر برای كاهش مصرف گازهای cfc به عنوان عامل اصلی تخریب لایه ازن صورت گرفته بود، به علاوه افزایش غیر عادی دما در لایه های بالای جو در قطب جنوب باعث شد كه در سال 2002 سوراخ لایه ازن به طور قابل توجهی بهبود یابد، به طوری كه وسعت آن به كمترین مقدار از سال 1988 رسید، اما امسال زمستان زودرس در قطب جنوب بار دیگر وسعت سوراخ لایه ازن را افزایش داد. این سوراخ امسال به قدری وسیع شده است كه تقریبا تمام قطب جنوب یعنی منطقه ای به وسعت 3 برابر كشور استرالیا را در بر می گیرد. همان طور كه می دانید لایه ازن انسان و دیگر موجودات زنده را در برابر اشعه فرابنفش خورشید حفظ می كند. از میان رفتن لایه ازن سبب می شود این پرتوهای خطرناك به سطح زمین برسند و بیماری های خطرناكی را مثل سرطان پوست و آب مروارید در انسان ایجاد كنند؛ اما آن چه باعث می شود تغییرات دما در لایه های بالایی جو یا همان استراتسفر تا این حد در گسترش لایه ازن تاثیر گذار باشد تشكیل ابرهایی است كه گازهای cfc را به مواد مخرب برای لایه ازن تبدیل می كنند. در استراتسفر چون رطوبت بسیار كم است به طور معمول ابر وجود ندارد، اما در شرایط خاص با كاهش شدید دما در فصل زمستان ابرهایی تشكیل می شود كه در از میان بردن لایه ازن بسیار موثرند.
منابع:
support@aftab.ir
ozoneprotect.persianblog.com
Iran news.ir
- مشخصات
- دانلود
نظرات خود را اینجا بنویسید
