مقاله در مورد لایه ازون

بخشی از مقاله

مقدمه
از نخستين سالهاي دهه 1980شكاف ايجاد شده در لايه ازون بحث مشترك بين دانشمندان وسياستمداران بوده است .
دلايل محكمي وجود دارد كه ثابت مي كند مواد شيميايي ساخت دست انسان موجب تخريب لايه ازون شده اســـــت.
بنابراين انسان در تلاش است تا شكاف بوجود آ مده در لايه ازون را ترميم كنند واز نابودي محيط زيست در آ ينــده جلوگيري كنند.

جو
جو از چهار لايه اضافي تشكيل شده است ،تروپوسفر كه از زمين تا ارتفاع 11 كيلومتري ادامه دارد و حاوي هواي كمي از انرژي خورشيد است دانشمندان درصدد پيدا كردن راههايي هستند كه از انرژي خورشيد براي توليد الكتريسيته ،گرم كردن يا خنك كردن ساختمانها ويا حتي به حركت درآ وردن اتومبيلها استفاده كنند، پيش بيني مي شود انرژي خورشيدي منبع اصلي انرژي در آينده باشد.

لايه ازون
لايه ازون در استراتوسفر در فاصله 22تا 50 كيلومتري از سطح دريا قرار دارد تنها يك ميليونيم ازاستراتوسفر را گاز ازون تشكيل مي دهد اما وجود همين ميزان ازون بسيار ضروري است ، ازون موجود در اين لايه مانند يك صا في عمل مي كندو قسمتي از اشعه فرا بنفش راكه موجب سوختگي مي شود را جذب مي كند .

اشعه فرابنفشي كه جذب شده همزمان باعث شكسته شدن ازون به شكل ديگري از اكسيژن مي شود 3 o+ اشعه فرابنفش =o + o2 واين واكنش بر گشت پذير مي باشد .اين اتمهاي شـــــــكسته يكــــي مي شوند ودوباره ملـــكولهــاي ازون رابوجود مي آ ورند، تابش فروسرخ + o2+o=o3 در شرايـط طبيعي غلظت ازون در اســـتراتوسفريـــكسان بــاقـي مي ماند .
ازون (o3)

ازون ؛اكسيژن سه اتمي است . شكل هاي مختلف مولكولي يا بلوري از يك عنصر يكسان ؛آلو تروپ ناميده مي شوند . بنابراين ازون يك آلو تروپ اكسيژن است . اين گاز درK3/161مي جوشد ودر K4/80 ذوب مي شود. ازون گازي آبي رنگ است و بوي تندي داردكه نشان دهنده ناپايداري اين گاز است. اين بوي تند در نزديكي تجهيزات الكتريكي مانندموتور هاي برق وگاهي در هنگام رعد و برق

به مشام مي رسد . نام ازون از كلمه يوناني OZEIN مي آيدكه به معناي بو كردن است . اين گاز در حالت مايع ، آبي پررنگ ودر حالت جامد به رنگ بنفش تيره است اما هر دو شكل به طور خطرناكي قابل انفجارند وبه اكسيژن تجزيه مي شوند . ازون را به چندين روش مي توان ته

يه كرد كه مهم ترين وساده ترين روش ،تخليه الكتريكي است .
اكسيژن را در فشا ر معمولي ، در فضاي حلقوي وا قع ميان دو لوله شيـــــــــشه اي متحدالمركز تحت پتانسيل 10000تا 20000ولت قرار مي دهند ، به اين ترتيب تقريبا در حدود% 5 حجمي ، ازون تهيه مي شود .
ازون يك گاز است .
ازون از ذرات ريزي به نام اتم تشكيل شده است .اشعه فرا بنفش در استراتوسفر باعث شكسته شدن مولكولها ي ازون وتبديل آن به يك مولكول اكسيژن ( 2 o ) و يك اتم اكسيژن مي شود .
هر يك از اين اتمها به اتم سوم اكسيژن ملحق مي شود وتشكيل ازون را مي دهد .
ازون يك آلاينده ثانويه وحفاظي در برابر تابش فرا بنفش خورشيد

يك بيليون سال قبل ، اور گانيزم هاي آبي اوليه ، يعني جلبك هاي سبز آبي استفاده از نور خورشيد براي تجزيه مولكول هاي H2OوCO2 ونيز تركيب مجدد آن ها براي ايجاد تركيب هاي آ لي واكسيژن ( پديده فوتوسنتز ) را آ غاز كردند . در مناطق بالايي هوا كره ، برخي مولكول هاي O2 ، انرژي فرا بنفش خورشيد را جذب واز آ ن براي تجزيه مولكول هاي O2 وتشكيل اتم هاي O استفاده كردند . اين اتم ها با اكسيژن هاي مولكولي با قيمانده تركيب شدندومولكول هاي ازون (O3) را تشكيل دادند كه در جذب اشعه UV بسيار موثر است .

حضور ازون ، اور گانيزم را قادر ساخت كه زندگي روي سطح زمين را گسترش دهندونقش قابل توجهي در تكامل زندگي روي زمين بازي كرد . هم چنين اجازه داد تا زندگي به صورتي كه مي شناسيم در زمين به وجود آ يد .
لايه ازون در فاصله 16تا 48 كيلو متري از سطح زمين قرار دارد . اگر ضخامت آ نرا در دماي 0Cو فشار1اتمسفر اندازه بگيريم ، در حدود 3MM است . ضخامت 0/01M لايه ازون در 0C و1ATM فشار به عنوان 1 واحد دابسون (DU) در نظر گرفته مي شود . بنابر اين بيشترين ضخامت ميانگين لايه ازون در حدود 300 دابسون است .

ازون در نزديكي سطح زمين مخرب ومضر است . به عبارتي ، ازون در تروپوسفر پاييني ، يك آ لاينده ثانويه است كه در نتيجه تشكيل مه دود فتو شيميايي به وجود مي آ يد . اما ازون يك محافظ نيز است بدون اين حفاظ وپوشش ، سلول هاي بدن ما مستعد سرطان پوست ، آ ب مرواريد وهمچنين ايمني ضعيف و معيوب مي شوند . نسبت ميان اين دو نوع ازون در هواكره به تعادل ميان فرايند هايي كه ازون را ايجاد مي كنند وآ ن هايي كه ازون را نابود مي كنند ، بستگي دارد .

در قسمت هاي بالايي استراتوسفر هوا بسيار رقيق و غلظت مولكول هاي اكسيژن به قدري كم است كه اكسيژن بيش تر به صورت اتمي ودر نتيجه ، تفكيك مولكول ها توسط اشعه UV خورشيد به وجود آ مده است . اما در قسمت مياني و زيرين استرا توسفر قسمت عمده اكسيژن به صورت مولكول هاي دو اتمي O2 است ، زيرا شدت انرژي UV خورشيد در اين بخش ها كم تر است . به علت زياد بودن غلظت مولكول هاي اكسيژن در اين ناحيه ، واكنش زير اتفاق مي افتد :
گرما O3+ تابش UVبا طول موج هاي كم تر از NM240 O+O2

در واقع ، اين واكنش منبع تمام ازون موجود در استراتوسفر است . به علاوه ساز وكــــــار هايي نيز وجود دارند كه در تخريب ازون شركت مي كنند . به ويژه تعدادي گونــــــــــه هاي اتمي و مولكي وجود دارند كه آ نها را با حرف X مشخص مي كنيم وبا حذف يك اتم اكسيژن از ازون ، با آ ن وارد واكنش مي شوند .
X+O3=XO+O2
در قسمت هاي بالايي استراتوسفر كه غلظت اكسيژن اتمي بيش تر است ، واكنش زير نيز اتفاق مي افتد: XO+O=X+O2

نتيجه نهايي اين واكنش ها ، تخريب ازون تحت واكنش زير است :
O3+O=2O2
در اين واكنش ها ، گونه هاي X نقش كاتاليز گر دارند ، زيرا سرعت واكنش را افزايش مي دهند وخود دست آ خر از نو به وجود مي آ يند . به اين ترتيب ، مي توانند چرخه واكنش را از نو شروع كنند و موجب تخريب بيشتر ازون شوند .
زندگي برروي سپر محافظ
جو اطراف زمين را مي توانيم به لحافي تشبيه كنيم كه دار اي گاز هاي خاصي است ودماي زمين را در حد مناسبي نگه مي دارد ، بدون اين گازهاي گلخانه اي سياره ما آنقدر سرد خواهد شد كه هيچ موجود زنده اي نخواهد توانست برروي آن زندگي كند. بخشي از

گرمايي كه از خورشيد به زمين مي رسد زماني كه مجددا منعكس شده وبه جو باز مي گردد توسط اين گازها محبوس مي شود در گلخانه ها نيز به همين شيوه دماي مناسب براي گياهان تامين مـــي مي شود.
سپر خورشيد
عمل لايه ازون مشابه يك چتر آ فتابي است اين لايه زمين را در برابر تابش اشعه پر قدرت خورشيدمصون نگه مي دارد .
نازك شدن تدريجي لايه ازون ، بزرگترين بحران دنياي معاصر
هر مقدار كاهش قابل ملاحظه در لايه ازون تهديدي براي حيات خواهد بود ، زيرا اين لايه ، پرتو فرا بنفش (UVB) مضر نور خور شيد را پيش از اين كه به سطح زمين برسد و به انسان هاوساير شكل هاي حيات صدمه بزند ، مي گيرد و صاف مي كند . بنابر اين ظاهر شدن حفره اي بزرگ در لايه ازون در قطب جنوب ، يك بحران زيست محيطي به شمـــــ-ار مي رود .به علت باد ها

ي استرا توسفري ، ازون از مناطق گرمسيري به سمت مناطق قطبي منتقل مي شود .
بنابر اين هر قدر كه به خط استوا نزديك تر مي شويم ،مقدار كل ازون محافظ كم تر مي شود . همچنين با تغيير فصول به طور طبيعي غلظت ازون تغيير مي كند . حفره ازون در قطب جنوب توسط دكتر فارمن وهمكارا نش در گروه انگليسي بررسي قطب جنوب كشف شد. اين افراد سطح ازون را در بالاي اين منطقه از سال 1957ثبت كرده بودند . داده هـــــــاي آنهانشان مي دادكه مقدار كل ازون در اكتب هر سال به تدريج در حال كم شدن بود كاهش تند در اوايل سال هاي دهه 1970 شروع شد . فاصله ماه هاي سپتامبر تا نوامبر با فصل بهار در قطب جنوب مطابقت مي كند وبه

دنبال آ ن،يك دوره بسيار سرد با تاريكي 24 ساعته كه براي زمستان هاي قطبي متداول است ، سرمي رسد . تا اواسط دهه سال هاي 1980 اتلاف بهاره ازون در بعضي ارتفاعات بالليقطب جنوب ظاهر شد كه به مدت چند ماه ادامه داشت . در سال 1993 غلظت ازون به كم ترين مقدار ثبت شده آ ن در اوايل اكتبر رسيد . براي چندين سال پس از كشف اين موضوع هنوز روشن نبود كه آ يا اين حفره به علت پديده هاي طبيعي شامل نيرو هاي جوي است يا اين كه علت آن يك ساز وكار شيميايي مربوط به آلاينده ها هواست . در مورد دوم ،ماده مشكوك كلر بود .

اين ماده به طور عمده از CFC ها ناشي مي شد . دانشمندان پيش بيني كرده بودندكه وجود كلر تنها حدود چند درصد موجب تخريب ازون مي شود ، اما با گذشت چندين دهه وكشف حفره ازون در قطب جنوب ،همه تعجب كردند .در نتيجه پژوهش هايي كه صورت گرفت معلوم شد حفره مذ كور در واقع به علت آ لودگي كلر به وجود مي آ يد . افزون بر اين پيش بيني شد كه ممكن است روزي

حفره مشابهي هم در بالاي منطقه قطب شمال ظاهر شود اما در چند سال گذشته معلوم شد كه لايه ازون نه تنها در قطب جنوب ، بلكه در سرتاسر دنيا در حال نازك شدن است واين مسئله به صورت يك نگراني زيست محيطي عمده در آ مده است . غلظت ازون موجود در لايه ازون با استفاده از ماهواره كنتزل وسپس داده هاي بدست آمده توسط ناسا پردازش مي شود .

حفره
دانشمندان نازك شدن ضخامت ازون بر فراز قطب جنوب را حفره مي نامند . درواقع هيچ حفره واقعي درازون وجود ندارد اما زمانيكه نيمي از آ ن از بين مي رود دانشمندان از پيدايش حفره در لايه ازون صحبت به ميان مي آ ورند . اما بررسي وضعيت لايه ازون به دليل تاثيرات مستقيم آ ب وهوادر آ ن كار دشواري است .

پرواز در ازون
برخي از هواپيماها در لايه استراتوسفر جو (يعني لايه اي كه ازون در آ ن قرار دارد) پرواز مي كنند . دانشمندان بر اين باورند كه گازهاي خروجي از موتور آ نها باعث نابودي لايه ازون مي شود وبا افزايش پرواز هاي هوايي احتمال تخريب لايه ازون روزبروز افزايش پيدا مي كند .
ازون چگونه از بين مي رود؟

يكي از دلايل به وجود آمدن حفره در ازون وجود نوعي ماده شيميايي مصنوعي در جو به نام كلروفلوئوركربن( كه پايداراست) مي باشد . نور خورشيد ودر واقع اشعه فرابنفش باعث شكسته شدن مولكول هاي اين ماده مي شود ودر نتيجه اتمهاي كلر آزاد مي شود وامهاي كلر به مولكولهاي ازون حمله مي كنند ويك اتم كلر مي تواند 100000مولكول ازون را از بين ببرد .

اين تركيب ها در ميان گاز هاي كم مقدار ، بيشترين قابليت را براي گرم كردن كره زمين دارند . CFC ها را به عنوان سخت توصيف مي كنند ؛زيرا هيچ فرايند طبيعي (براي مثال، حل شدن در باران ) موجب از بين رفتن آن ها نمي شود وپس از چند سال به استرا توسفر صعود مي كند ودر اثر تابش فرابنفش خورشيد ، پس از رسيدن به مناطق بالايي استرا توسفر طي سال ها تجزيه مي شوند واتم هاي كلر آ زاد مي كنند .

ازون در تروپوسفر
مي دانيد كه ازون موجود در لايه استراتوسفر سطح زمين را از تابش خطرناك فرابنفش در امان نگه ميدارد. اما وجود ازون در لايه ترو پوسفر (بخشي از هوا كره كه ما در آن تنفس مي كنيم ) بسيار زيان آ ور است . ازون ترو پوسفري آلاينده اي سمي وخطرناك به شمار مي آيد .پراكنده شدن مقادير كمي ازون در اين لايه ،باعث سوزش چشمان م

افزون بر آثار زيانباري كه ازون بر سلامتي مي گذارد ،خسارتهاي اقتصادي بسياري نيز به وجود مي آورد. سخت شدن وترك برداشتن تاير خودروها وقطعات لاستيكي ديگر ،همچنين كاهش ميزان فرآورده هاي كشاورزي به ويژه گوجه فرنگي از ديگر ويژگي هاي بد ازون موجود در تر و پوسفر است .
ازون تروپوســـفري براثر تابش پرتوهاي خورشيدي مولكول هاي 2 NO به وجـــود مي آيد.
بررسي هاي دقيق در قطب جنوب
10سال پيش زمانيكه حفره اي در لايه ازون بر فراز قطب جنوب مشاهده شد ،دانشمندان با تاسيس ايستگاهي در اين ناحيه به بررسي آن پرداختند .آنها پس از تحقيقات خود پي بردند كه ميزان ازون در اين ناحيه نسبت به 30 سال گذشته 40% كاهش پيدا كرده است .
در سال 1985 دانشمنداني كه در ايستگاه مستقر بودند براي اولين بار وجود حفره اي رابر فراز قطب جنوب كه در فصل بهار بيشتر آشكار است ،اعلام كردند ودر 10سال بعد در1995 دانشمندان خبر تخريب هرچه بيشتر لايه ازون در تابستان را دادند.

آيابر فرازقطب شمال نيز حفره وجود دارد؟
در قطب شمال به علت شرايط آ ب وهوايي متفاوت هنوز حفره اي به وجوذ نيامده است اما ضخامت لايه ازون در اين قسمت نيز رو به كاهش است .
چرا قطب جنوب؟
جوقطب جنوب از شرايط آ ب وهوايي مناسبي براي تخريب لايه ازون برخوردار است در زمستان هاي سرد و تاريك در ابر ها واكنش هاي شيميايي روي مي دهد. اين واكنش ها باعث ازبين رفتن ازون درفصل بهار مي شوند . ( يعني زماني كه تابش خورشيد از سر گرفته مي شود .)

آ يا ما مي توانيم آ ن را ببينيم ؟چشم انسان قادر به ديدن حفره ازون نيست ،دانشمندان براي مشاهده آ ن به تجهيزات خاصي مانند ماهواره ها احتياج دارند، اگرشما در قطب جنوب زندگي مي كرديدويا در كنار يك كلبه اسكيموها در قطب شمال مي نشستيد وبه آسمان نگاه مي كرديد عملا هيچ تغييري در ظاهر آسمان مشاهده نمي كرديد .

گاز هاي گلخانه اي
كربن دي اكسيد،بخارآ ب، متان بخشي از گازهاي گلخانه اي را تشكيل مي دهد، در شرايط عادي،ميزان طبيعي اين گازها براي حيات لازم است ،زيراانرژي گرمايي را پيوسته از زمين گرفته وباز به آن پس ميدهد. اين پديده يعني به دام انداختن و برگرداندن انرژي خورشيدي بوسيله مولكول هاي گازهاي گلخانه اي را اثر گلخانه اي مي نامند .همين طور گازهاي گلخانه اي باعث گرم شدن زمين مي شود.

پروسه فوق براي اين، اثر گلخانه اي ناميده مي شودكه در گلخانه نور خورشيداز راه شيشه وارد شده وسپس گياهان وخاك آن را جذب نموده پرتو هايي به طول موج بلند وانرژي كم به نام فروسرخ باز مي تاباند، اين پرتوها نمي تواننداز شيشه عبور كنند، بنابراين در آن جا به دام مي افتندوداخل آ ن گرم مي شوند .
تهديد سلامتي انسان
ميزان ازون موجود در سطح زمين و نازك شدن لايه ازون در استراتوسفر دو معضل كاملامتفاوت هستند . در شهرهاي بزرگ كه تردد خودروها بيشتر است مه غليظي كه در اثرفرايندهاي شيميايي در بخارات ودودهاي سمي به وجود مي آيدبر فراز شهر ديده مي شود،اين بخارات شيميايي و آلوده باعث مشكلات تنفسي ،خارش چشم وآسيب ديدن ريه ها مي شود.
حفره ايجاد شده در لايه ازون باعث مي شود تا اشعه خطرناك فرابنفش – بي به زمين برسد ، اين اشعه تاثيرات زيانبار مختلفي داردكه تعدادي از آنها هنوز كشف نشده وخيلي سريع بر روي سلامتي انسان مخصوصا پوست بدن تاثير مي گذارد ، بنابر اين توصيه مي شود از نور آفتاب دوري كنيد .

اشعه فرابنفش در شرايط متعارف نه تنها مضر نيست بلكه براي بدن ما بسيار مفيد نيز هست وباعث توليد ويتامين دي مي شود ، اما قرارگرفتن بيش از حد ضروري در معرض آفتاب مي تواند موجب سوختگي وفرسودگي پوست وحتي سرطان پوست شود. كارشناسان بر اين باورند كه با كم شدن حتي 1% از لايه ازون ، 3% احتمال ابتلا به سرطان پوست وحتي خطر ابتلا به ملانوم كه نوع خطرناكي از سرطان پوست است ،افزايش پيدا مي كند.

دوستداران خورشيد
عده اي از ا فراد دوست دارند پوست برنزه ودر عين حال سالم داشته باشند ، آنها از تخت هاي مخصوص كه نور مصنوعي خورشيد را توليد مي كند، استفاده مي كنند . اين تختها مانند خورشيد از اشــعه فرابنفش براي تيره كردن پوست بهره مي گيـــرد واز طرف ديگر مي توانند به همان ميزان خطرناك باشد .