لایه ازون چگونه از ما در برابر پرتوهای فرابنفش خورشید محافظت می کند؟

تبلیغات

ازون ماده ای است که از جهات مختلف بر زندگی ما تاثیرگذار است. از این ماده به عنوان اکسید کننده ای موثر در فرآیندهای صنعتی و به عنوان ضدعفونی کننده ای قوی در محیط های بهداشتی استفاده می کنند. ازون، آلودگی هوای فصل تابستان و بخشی از مه دود فتوشیمیایی (یا همان ابر زرد رنگی) است که این روزها در برخی از کلان شهرها دیده می شود. در ارتفاعات بالاتر در لایه استراتوسفر جو زمین (لایه ای از جو که در ارتفاع ۱۰ تا ۵۰ کیلومتری سطح زمین قرار دارد) ازون پرتوهای فرابنفش خورشید را جذب می کند و با این کار میلیاردها جاندار این کره خاکی را از اثرات مضر این تابش ها محافظت می کند.

لایه ای که صحبت از ایجاد روزنه ای بزرگ در آن برای چندین دهه جزو بحث های مطرح مجامع علمی و بین المللی بوده است. در این مقاله شما می توانید با لایه ازون آشنا شوید.

برخورد صاعقه با سطح زمین، باعث به وجود آمدن بویی تند در اطراف محل برخورد می شود. بویی شبیه به بوی تمیزی، ضدعفونی یا آنطور که در قرن ۱۹ میلادی گفته می شود: «بوی الکتریکی». اولین بار در سال ۱۸۴۰ میلادی شونبین (Christian Friedrich Schönbein) دانشمند آلمانی متوجه شد که این بوی عجیب که هنگام ایجاد تخلیه الکتریکی در گاز اکسیژن نیز حس می شود، ناشی از به وجود آمدن ماده ای است که او آن را ازون (از ریشه واژه یونانی Ozein به معنی بوییدن) نامید.

این کشف، زنجیره ای از تحقیقات علمی در سال های بعد به راه انداخت. از جمله این موارد می توان به تحقیقات دانشمند فرانسوی به نام کورنو (Cornu) اشاره کرد که در سال ۱۸۷۹ با طیف سنجی پرتوهای خورشیدی در محدوده فرابنفش، متوجه وجود افت شدیدی در طول موج های کوچکتر از ۳۰۰ نانومتر شد. یکسال بعد، هارتلی (Hartley) دانشمند انگلیسی با انجام مطالعات آزمایشگاهی اعلام کرد که ماده جاذب تابش های فرابنفش در جو، همان ازون است. در کنار این کشفیات، شیمیدانان نیز در آزمایشگاه های خود مشغول به مطالعه خواص مولکول ازون بودند. تاثیر حضور گازهای کلر و هیدروژن در افزایش سرعت تجزیه مولکول های ازونی که در معرض پرتوهای فرابنفش قرار گرفته اند، از جمله نتایج این تحقیقات در اوایل قرن بیستم میلادی بود. مجموعه این مطالعات در کنار هم، پایه و اساس اکتشافات بعدی در مورد لایه ازون را فراهم آوردند.

سیدنی چاپمن (Sydney Chapman) ریاضیدان و ژئوفیزیکدان بریتانیایی در سال ۱۹۳۰ میلادی، مدل چرخه ازون – اکسیژن در جو زمین را ارائه کرد. بر این اساس، مولکول های اکسیژن (O۲) با جذب پرتوهای فرابنفش، به دو اتم اکسیژن (O) تبدیل می شوند. این اتم ها با اتصال به سایر مولکول های اکسیژن، مولکول ازون (O۳) را تشکیل می دهند. مولکول ازون بار دیگر با جذب پرتوهای فرابنفش خورشید، شکسته شده و به یک اتم و یک مولکول اکسیژن تبدیل می شود. اتم اکسیژن این چرخه را تا زمانی ادامه می دهد که با یافتن یک مولکول ازون و انجام واکنش، دو مولکول اکسیژن تولید شود. نظریه چاپمن پیش بینی کرد که پرتوهای فرابنفش مورد نیاز برای تولید ازون در این چرخه در لایه های بالایی جو زمین جذب شده و از نفوذ به لایه های پایین تر باز می ماند. در نتیجه غلظت ازون نیز در ارتفاع خاصی از جو (استراتوسفر) به حداکثر خود رسیده و در ارتفاعات پایین تر کاهش می یابد. این نظریه بعدها با تحقیق در خصوص نقش ترکیباتی چون هیدروکسیل (OH) و نیتروژن اکسید (NO) در این چرخه کامل تر شد.

اتفاق مهم بعدی با فرا رسیدن سال ۱۹۵۷ میلادی رخ داد. در این سال که به نام سال جهانی ژئوفیزیک نامگذاری شده بود، مرکز تحقیقاتی هالی (Halley) با هدف بررسی ویژگی های جو زمین توسط بریتانیا در قطب جنوب راه اندازی شد. مجموعه اندازه گیری هایی که در بلندمدت در این مرکز صورت پذیرفت، در نهایت منجر به کشف سوراخ لایه ازون در قطب جنوب شد.

تحقیقات انجام شده در دهه هفتاد میلادی پیش بینی می کرد که استفاده از کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) در مقیاس صنعتی به عنوان ماده واسط در تهویه و چرخه های انتقال حرارت، موجب تجمع مقادیر قابل توجهی رادیکال آزاد کلر در استراتوسفر، ایجاد اخلال در چرخه ازون – اکسیژن و در نهایت باعث کاهش غلظت ازون در جو زمین شود. نظریه ارائه شده پیش بینی می کرد که این اتفاق تا اواسط دهه هشتاد میلادی رخ دهد. اگرچه انتظار می رفت به دلیل خطاهای موجود در برآورد میزان ازون در جو زمین، این کاهش قابل اندازه گیری نباشد.

اما در سال ۱۹۸۵ میلادی، جوزف فارمن (Joseph Farman) بریتانیایی و همکارانش موفق شدند با استفاده از داده هایی که در طی مدت ۳۰ سال در ایستگاه تحقیقاتی هالی ثبت شده بود، کاهش قابل توجه غلظت ازون در قاره جنوبگان را نشان دهند. پدیده کاهش غلظت ازون در استراتوسفر، به عنوان سوراخ لایه ازون شناخته می شود.

این کشف به حدی تکان دهنده بود که بلافاصله مجامع جهانی را به تکاپو انداخت. به فاصله تنها دو سال، پروتکل مونترال در خصوص کنترل موادی که موجب تخریب لایه ازون می شوند به تصویب رسید. جالب است بدانید که تا به امروز این پروتکل تنها معاهده ای است که به تصویب تمامی ۱۹۷ کشور عضو سازمان ملل متحد رسیده است. همچون سایر معاهدات زیست محیطی، این پروتکل نیز نقش تاریخی کشورهای صنعتی در تخریب محیط زیست را در نظر گرفته و میان تعهدات کشورهای در حال توسعه و کشورهای توسعه یافته تفاوت قائل می شود. بر اساس این پروتکل، تمامی اعضا موظف به کنترل میزان مصرف، صادرات و واردات مواد مخرب لایه ازون (بالغ بر ۱۰۰ ماده شیمیایی) و همچنین تهیه و ارائه گزارش سالانه از وضعیت این مواد هستند.

پروتکل مونترال همزمان با حصول پیشرفت های علمی، فنی و توسعه اقتصادی، تکامل یافته و تغییرات لازم در آن صورت می پذیرد. در آخرین تغییرات، کشورهای عضو پروتکل مونترال در سال ۲۰۱۶ در شهر کیگالی، روآندا برای کاهش میزان انتشار هیدروفلوئورکربن ها (HFCها) به توافق رسیدند. این توافق زمینه استفاده از فناوری هایی با اثرات مخرب کمتر بر گرمایش جهانی و بهره وری بالاتر انرژی را فراهم می کند. رویکرد اتخاذ شده در این توافق موجب می شود تا افزون بر تحقق اهداف مد نظر پروتکل مونترال در حذف مواد مخرب لایه ازون، بهینه سازی مصرف انرژی نیز انجام شده و میزان انتشار گاز دی اکسید کربن کاهش یابد.

سوراخ لایه ازون، این پدیده را در قطب جنوب بررسی می کند. با این حال در قطب شمال نیز مواردی از وجود سوراخ های کوچک به ثبت رسیده است. اما در ماه آوریل امسال، اتفاقی غیر منتظره رخ داد. دانشمندان مرکز هوافضای آلمان اعلام کردند که مشاهدات شان وجود بزرگترین سوراخ ثبت شده لایه ازون در منطقه قطب شمال را نشان می دهد. مساحت این سوراخ در حداکثر وسعت خود به بیش از یک میلیون و ۵۰۰ هزار کیلومتر مربع رسید. اگرچه این عدد در مقایسه با مساحت ۲۰ تا ۲۵ میلیون کیلومتر مربع سوراخ لایه ازون در قطب جنوب کوچک به نظر می رسد، اما برای قطب شمال بی سابقه بوده است.

مدتی بعد، محققان مرکز خدمات پایش اتمسفری کوپرنیک (CAMS) اعلام کردند که سوراخ به وجود آمده در قطب شمال ترمیم شده است. به گفته این محققان، علت پدید آمدن این سوراخ وجود یک گردابه قوی در جریانات آب و هوایی و در محدوده قطب شمال بوده است. به همین ترتیب، احتمالاً برخلاف تصور شما، ترمیم این سوراخ نیز به کاهش فعالیت های انسانی و انتشار آلودگی ناشی از همه گیری بیماری کرونا ربطی نداشته و بر اثر کاهش قدرت این گردابه و تقسیم آن به قطعات کوچکتر رخ داده است. وقوع چنین پدیده هایی نشان می دهد که با وجود انجام تحقیقات متعدد در دهه های گذشته، همچنان سوالات زیادی در خصوص لایه ازون وجود دارد که این موضوع را به زمینه ای جذاب برای دانشمندان تبدیل می کند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «لایه ازون چگونه از ما در برابر پرتوهای فرابنفش خورشید محافظت می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله محمدرحیم مقدس از مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.

برچسب ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

مطالب مشابه