پروژه

لایه اوزون

لایه اوزون  

مقدمه

خورشید تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد که کرات وسیارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى کنند.زمین نیز یکى از کراتى است که در أطراف خورشید در حال حرکت است .

فاصله میان زمین و خورشید حدود 149.800.000کیلومتر مى باشد ، که در این فاصله،زمین حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشید دریافت مى کند که ما تنها کسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى کنیم . نور خورشید 27/8 دقیقه طول مى کشد که به زمین برسد.از صد در صد نورى که به زمین مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولکول هاى موجود در لایه هاى بالایى منعکس مى شوند بقیّه آن ها از لایه ها زمین عبور مى کنند و به زمین مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت که حدود99%انرژى که به زمین مى رسد از خورشید وبقیه آن از ماه و کرات دیگر مى باشد.

نور سفید خورشید از میلیاردها میلیارد رنگ تشکیل شده است که هر کدام از این رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى که این نور را تفکیک مى کنیم به هفت رنگ تجزیه مى شوند که هر کدام از این رنگ ها از میلیاردها رنگ تشکیل شده اند...

پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج کوتاه و انرژى زیاد مى باشند .پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زیادى که دارند براى تمام موجودات زنده خطرناک مى باشند وموجب سرطان پوست یا آفتاب سوختگى مى شوند .

خوشبختانه زمین در برابر این پرتوى خطرناک، محافظى بنام لایه اوزون دارد که از ورود پرتوهاى خطرناک به سطح زمین جلوگیرى مى کند. قبل از آنکه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولکول ها اوزون بپردازیم ابتدا به اطلاعاتى درمورد اوزون مى پردازیم.

·       اوزون چیست؟ *

دانشمندان لایه ها زمین را به چهار قسمت تقسیم مى کنند :

 1) تروپوسفر (که نسبت به سطح دریا 12تا15 کیلومترارتفاع دارد)

 2) استراتوسفر

 3) مزوسفر

 4) تروموسفر(خارجى ترین لایه زمین)

مولکول اوزون (o3)از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش پذیر مى باشد، تشکیل شده است . پیوند میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول اوزون بسیار ضعیف مى باشد و ممکن است با کوچکترین برخورد از هم جدا ویا با دریافت کوچکترین انرژى به حالت اولیه خود برگردند . لایه اوزون در لایه استراتوسفر زمین قرار دارد .در شب ها به دلیل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشید، ضخامت لایه اوزون کمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى که پرتوهاى فوق بنفش به مولکول ها اوزون برخورد مى کنند، پرتو هاى فوق ـ بنفش مقدار زیادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبدیل مى شوند ، و همچنین بر اثر این برخورد ، مولکول اوزون به مولکول اکسیژن واتم اکسیژن تبدیل مى شود و با تابش مجدد نور خورشید ، مولکول اوزون دوباره پدیدار مى شود.

مولکول هاى اوزون هرچند که براى ما مفید هستند اما وجود آن ها در لایه تروپوسفر (لایه اى که ما در آن زندگى مى کنیم) بسیار خطرناک مى باشند.

نیتروژن هاى پراکسید خارج شده از اگزوز موتورهاى دیزلى بر اثر تابش نور خورشید (عمل فتو شیمیایى) با مولکول هاى اکسیژن واکنش مى دهند و مولکول هاى اوزون را پدیدار مى کنند . چون در مولکول هاى اوزون اتم هاى اکسیژن فعال (رادیکالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .

 

*حفره اوزون*

تا سال 1980میلادى از سوراخى لایه اوزون خبرى نبود ؛ اما در سال 1985م ، دانشمندان از نازک شدن لایه اوزون در قطب جنوب خبر دادند. در آن زمان با تحقیقات انجام شده علت نابودى مولکول هاى اوزون را ،گاز هاى cfc (کلر و فلوئور و کربن) مى دانستند. گاز هاى cfc بعنوان گاز هاى خنک کننده در یخچال ها ،کولرها و همچنین در مواد پلاستیکى مورد استفاده قرار مى گیرند . در cfc ها اتم هاى کلر ناپایدار و واکنش پذیر مى باشند و هنگامى که گاز هاى cfc به لایه هاى بالا مى روند ، در لایه هاى بالا بر اثر برخورد با نور خورشید ،گاز هاى کلر آزاد مى شوند. اتم هاى کلر در لایه استراتوسفر با مولکول هاى اوزون واکنش مى دهند. هر اتم کلر به تنهایى مى تواند 100.000 مولکول اوزون را از بین ببرد . به همین دلیل در گستره جهانى ،در سازمان ملل متحد ،در معاهده اى بنام معاهده مونترال کشورها متعهد شدند که از تولید و فروش گاز هاى cfc خوددارى کنند ،و همچنین به کشور هاى فقیر این امکان را بدهند که بجاى استفاده از گاز هاى cfc ، از گاز هاى خنک کننده دیگرى استفاده کنند. ما مى دانیم که بیشترین کشور هاى صنعتى در نیم کره شمالى قرار دارند ، پس چرا در قطب جنوب لایه اوزون سوراخ شده است ؟! برای پاسخ به این سوال ، پژوهش های زیادی انجام شده است که بعضی از این پژوهش ها تاکنون در دست تحقیق است .

اخیراً دانشمندان علت ایجاد حفره در لایه اوزون را گرداب های سنگین ، که در قطب جنوب جریان دارند ، می دانند . در زمستان در طول شبهای قطبی، نور خورشید درتمام سطح قطب جنوب در دسترس نیست ، به همین دلیل در این قطب در لایه استراتوسفر طوفان هاى سنگینی گسترش مى یابند که به آن ها "گرداب قطبی"(polar vortex) مى گویند . گرداب قطبی می تواند ذرات سازنده هوا را تجزیه کند .

این گرداب ها باعث ایجاد ابرهاى سردی می شوند که بر فراز قطب جنوب جریان می یابند. که به این ابرها "ابر استراتوسفر قطبی" (polar stratosphere cloud) می گویند.اختصار آن psc است. Pscها بسیار سرد هستند و دمای آن ها حدود 80- سیلسیوس است.* Psc از نیتریک اسید تری هیدرات (nitric acid trihydrate) تشکیل شده است و با ابرهایی که ما آن ها را در آسمان می بینیم کاملاً متفاوتند. پس این ابرهای اسیدی می توانند لایه اوزون را تخریب کنند. "بنایراین با استناد به تحقیقات انجام یافته ،موارد زیر را می توان از عوامل موثر در تخریب لایه اوزون دانست:

 1) محور زمین به گونه اى مى باشد که نور خورشید به قطب شمال بیشتر از قطب جنوب مى تابد به همین دلیل ضخامت لایه اوزون در قطب شمال بیشتراز ضخامت آن در قطب جنوب مى باشد ( زیرا ما گفتیم که پیوند میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول اوزون بسیار ضعیف مى باشد و ممکن است با کوچکترین برخورد از هم جدا ویا با دریافت کوچکترین انرژى(مانند انرژى تابشى خورشید ) به حالت اولیه خود برگردند)

 2)از مورد دوم نتیجه مى گیریم که هواى قطب جنوب سردتر از هواى قطب شمال مى باشد ، بنابراین هواى گرم هنگامى که بر اثر جریان هایى به قطب جنوب مى روند ، چون سبک مى باشند ،به سمت بالا مى روند و موجب نابودى لایه هاى اوزون برفراز قطب جنوب مىشوند.

 3) در زمستان نور خورشید کاملاً در تمام سطح قطب جنوب در دسترس نمی باشد، واین امر باعث کاهش دما و تشکیل ابرهای psc می شود .

4) ابرهای psc اسیدی هستند و به همین دلیل آن ها به لایه اوزون آسیب می رسانند."

ازن گازی است که از 3 اتم اکسیژن تشکیل شده است.
این گاز در فاصله 15 تا 40 کیلومتری سطح زمین لایه ای فیلتر مانند تشکیل می دهد که از ورود اشعه خطرناک ماورای بنفش به درون جو زمین جلوگیری می کند. ضخامت این لایه در صورت فشرده شدن فقط 2 تا 3 میلی متر است که بر فراز استوا ضخیم تر از قطبین زمین است. گازهای مخرب لایه ازن عمدتا از صنایع برودتی و سرد کننده ها، صنایع ابر و اسفنج سازی، بخش دفع آفات کشاورزی، سیستم های تهویه مطبوع، کپسول های اطفای حریق و حلال اسپری های پاک کننده قطعات الکترونیکی متصاعد می شوند و تا ارتفاع 40 کیلومتری صعود می کنند. طول عمر ماندگاری گازهای مخرب لایه ازن از 50 تا 150 سال است و تا حذف کامل این گازها که قبلا وارد جو شده اند حداقل نیم قرن لازم است. ایجاد حفره در لایه ازن باعث خطرات زیست محیطی و انسانی بسیاری می شود و حیات بدون این لایه روی کره زمین از بین خواهد رفت. برای آشنایی بیشتر با نقش حیاتی لایه ازن و مشکلاتی که تحت تاثیر فعالیت های بشر برای آن به وجود آمده است. خبرنگار ما با »فریدون رستمی« مدیر دفتر حفاظت از لایه ازن سازمان محیط زیست، گفتگویی انجام داده است که در پی می آید.

لایه ازن چیست، چگونه تشکیل شده است و چه کاری انجام می دهد

¬ ازن یا O3، گاز آبی کمرنگی است که هر ملکول آن از 3 اتم اکسیژن تشکیل شده است. بیشترین مقدار ازن و اتمسفر زمین در منطقه ای به نام استراتوسفر وجود دارد. لایه ازن که در ارتفاع 15 تا 20 کیلومتری بالای سطح زمین تشکیل شده است، اشعه خطرناک ماورای بنفش (UV) را جذب و از رسیدن آن به سطح زمین جلوگیری می کند به همین دلیل وجود این لایه برای ادامه حیات بر روی کره زمین ضروری است. ازن جو پایین چیست و چگونه به وجود می آید¬ ازن سطحی یا جو پایین در اثر ترکیبات حاصل از سوخت های فسیلی، همچون اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربورهای نسوخته ای به وجود می آید که در مجاورت تشعشعات UV خورشید قرار گرفته اند. ازن سطحی در لایه توپوسفر در سطح زمین به وجود می آید که یکی از عوامل آلوده کننده هواست و سبب ایجاد مه، دود فتوشیمیایی و نهایتا بیماری های تنفسی می شود. گازهای آلوده کننده هوا چه تاثیری بر لایه ازن دارند¬ برخی از این گازها که شامل CFCها، هالون ها، متیل بروماید و... می باشند، پس از رسیدن به لایه ازن به علت داشتن ملکول های هالوژن باعث تخریب ملکول های ازن و تحلیل رفتن این لایه می شوند. اما سایر مواد آلاینده هوا نظیر اکثر هیدروکربورهای حاصل از سوخت های فسیلی که از دود اتومبیل و کارخانجات به وجود می آیند پس از رسیدن به لایه ازن در مجاورت اشعه UV به عنوان سرعت دهنده واکنش تخریب ازن عمل می کنند.

علت ایجاد حفره در این لایه چیست

¬ در اوایل دهه 1970 برای اولین بار محققان دریافتند که لایه ازن در حال تخریب است. در ابتدا تصور می شد که عامل اصلی تخریب، اکسیدهای نیتروژن حاصل از پرواز هواپیماهای مافوق صوت در استراتوسفر است تا این که در سال 1974 اعلام شد بعضی مواد شیمیایی ساخت بشر با نام کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) به لایه ازن صدمه وارد می کنند. فرآیند تخریب بدین شکل رخ می دهد که پرتو خورشید باعث شکسته شدن بسیاری از گازهای حاوی کلروبرم و تولید رادیکال های آن ها در استراتوسفر می شود. رادیکال ها یک رشته واکنش های زنجیره ای تخریب کننده را تشدید می کنند و باعث شکسته شدن گازهای موجود در اتمسفر از جمله ازن می شوند.

 

مواد شیمیایی تخریب کننده لایه ازن کدامند

¬ مهم ترین این مواد (کلروفلوئوروکربن ها) CFCها هستند. ترکیبات مشابهی که به طور کامل هالوژنه نیستند و در ترکیب آن ها هیدروژن هم وجود دارد مانند هیدرو کلروفلوئوروکربن ها (HCFCها)، اثر تخریبی کمتری نسبت به CFCها و هالون ها بر لایه ازن دارند زیرا هیدروژن باعث کاهش زمان حضور آن ها در اتمسفر می شود. هالون ها که در کپسول های آتش نشانی برای اطفای حریق به کار می روند هیدروکربن های هالوژنه هستند که به جای یک یاچند اتم هیدروژن، اتم های برم، کلروفلوئور دارند و قدرت تخریب لایه ازن آنها بسیار بالاست. کلروفلوئوروکربن ها (CFCها) بسیار پایدار، غیر قابل اشتعال و غیر سمی هستند و کار کردن با آنها آسیبی به انسان وارد نمی سازد. بنابراین از دیدگاه صنعتی، موادی ایده آل محسوب می شوند در حالی که پایداری آنها باعث دوام در اتمسفر و انتقال به استراتوسفر و در نهایت تخریب لایه ازن می شود.

چرا با این که در نیمکره شمالی خشکی ها بیشتر هستند و در نتیجه آلودگی های صنعتی نیز بیشتر وجود دارد ولی در بخش قطب جنوب لایه ازن، حفره ایجاد شده است

¬ دانشمندان دلایلی را برای آسیب پذیری بیشتر لایه ازن در قطب جنوب برشمرده اند. یکی از دلایل، حلقه قطبی، است که فریون های رها شده در اثر فعالیت های صنعتی را جذب می کند، دیگر این که به دلیل هوای فوق العاده سرد و یخبندان شب در قطب جنوب، ابرهایی با کریستال های کوچک یخ در بالاترین لایه استراتوسفر ایجاد می شود. این کریستال ها نقش کاتالیست یا تسریع کننده واکنش را بازی می کند و سبب می شود ترکیبات حاوی مواد مخرب لایه ازن در داخل ابرها شکسته و تبدیل به کلرین فعال شود و زمانی که خورشید پس از یک شب طولانی می تابد، تابش پرتو و وجود منواکسید کلر باعث تخریب ازن می شود. عامل دیگری که باعث شدت تخریب لایه ازن در قطب جنوب می شود حرکت و چرخش بادهای قطبی بدون وجود هیچ مانعی در سراسر این زمین پهناور و یخ زده می باشد در حالی که این عامل در قطب شمال به دلیل بالاتر بودن دما و تشکیل کمتر ابرهای یخی، بسیار ضعیف است. کاهش و تخریب ازن در عرض های جغرافیایی متوسط یعنی بالای اروپا، آسیا و آمریکا بسیار سریع تر از حد پیش بینی شده است.

آیا حفره های لایه ازن قابل ترمیم است

¬ اگر کشورهای عضو کنوانسیون وین و پروتکل مونترال به تعهدات خود عمل کنند و مصرف مواد مخرب لایه ازن را طبق برنامه زمان بندی شده حذف کنند. چرخه طبیعی تشکیل ازن به حالت طبیعی خود بر می گردد و حفرات لایه ازن ترمیم می شود، البته در شرایط مناسب و مساعد دست کم 50 سال طول می کشد تا این حفره ها ترمیم شوند. تخریب لایه ازن و ایجاد حفره در آن، چه تاثیری بر افزایش برخی بیماری ها دارد¬ این لایه به عنوان سپر محافظ گیاهان، حیوانات و انسان ها در برابر تابش پرتو ماورای بنفش خورشید عمل می کند و از برخورد طول موج های کشنده آن به زمین جلوگیری می کند، اگر این تشعشعات توسط ازن جذب نشود و یا از حفرات ایجاد شده عبور کند، باعث آفتاب سوختگی، سرطان پوست و آب مروارید می شود و می تواند با تضعیف سیستم ایمنی بدن انسان، مقاومت آن را در برابر بیماری ها کاهش دهد و یا با تغییر DNA، باعث بروز سرطان پوست شود. علاوه بر این، پرتو ماورای بنفش می تواند باعث کندی رشد گیاهان و صدمه به ساختار ژنتیکی موجودات زنده شود و در مزارع برنج با از بین بردن باکتری های تثبیت کننده نیتروژن باعث کاهش محصول شود. پرتو فرابنفش A توسط لایه ازن جذب نمی شود و در نتیجه به طور عمقی وارد پوست بدن و ایجاد پیری زودرس می شود. پرتو ماورای بنفش B، خطرناک ترین نوع این پرتوها می باشد که تا حد زیادی در اعماق آب نفوذ می کند و بنابراین 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 می شود بلکه انسان نیز به عنوان مصرف کننده نهایی، با کمبود غذاهای دریایی مواجه می شود. مطالعات نشان داده است 25 درصد کاهش و تخریب لایه ازن، باعث نابودی 10 درصد آبزیان طبقه فوقانی دریا و 25 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.

در این راستا، کشورهای صنعتی و نیمه صنعتی چه برنامه هایی دارند

¬ در حال حاضر اکثر کشورهای صنعتی و نیمه صنعتی، ازمتعهدان کنوانسیون وین و پروتکل مونترال می باشند. طبق پروتکل مونترال، کشورهای توسعه یافته تعهد کرده اند که به تولید مصرف مواد مخرب لایه ازن (CFCها، هالون ها و تتراکلرید کربن) در سال 2000 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 10 سال تاخیر یعنی در سال 2010 به مصرف مواد مذکور خاتمه دهند.

آیا ایران هم به این کنوانسیون و پروتکل پیوسته است

¬ ایران در سال 1369 به کنوانسیون وین و پروتکل مونترال مرکزی ملحق شد. دفتر حفاظت لایه ازن در سال 1372 با همکاری سازمان حفاظت محیط زیست برنامه عمران سازمان ملل متحد تشکیل شد و به طور رسمی کار خود را از سال 1373 آغاز کرد. کنوانسیون وین در سال 1985 برای حفاظت از لایه ازن توسط سازمان ملل متحد و دیگر کشورها تدوین شد و در سال 1987 پروتکل مونترال توسط 46 کشور پذیرفته شد.

مرکز شما به عنوان دفتر حفاظت لایه ازن تاکنون چه کارهایی انجام داده است

¬ ما کارهای بسیار زیادی در این راستا انجام داده ایم به طوری که عمده مواد مخرب لایه ازن از سال 1377 در دیگر کشورها تولید و مصرف نمی شود به عنوان مثال 175 واحد یخچال سازی مجهز به فناوری سازگار با لایه ازن موسوم به »134 R« شده است در صورتی که قبلا از R12 (مخرب لایه ازن) استفاده می شد. 40 واحد اسفنج سازی موظف به جایگزین کردن موادی سازگار با لایه ازن و 400 واحد تعمیرگاه کولر خودرو و یخچال نیز مجهز به امکانات و تجهیزات سازگار با لایه ازن شده اند. در بخش کشاورزی، متیل بروماید حذف شده است. این ماده مخرب لایه ازن بود و برای ضد عفونی کردن خاک و محصولات کشاورزی استفاده می شد. آگاهی رسانی از طریق ایجاد کارگاه های آموزشی نیز از دیگر کارهای دفتر حفاظت لایه ازن بوده است. اگر پرتوهای ماورای بنفش خورشید توسط لایه ازن جذب نشود و یا از حفره های ایجاد شده عبور کند، باعث بروز بیماری هایی همچون سرطان پوست، آب مروارید و آفتاب سوختگی می شود در صورت حذف مواد مخرب لایه ازن و پایبندی کشورها به تعهدات خود، دست کم نیم قرن طول می کشد تا حفره های لایه ازن ترمیم شود



JavaScript Codes


Javascripts