لايه ازن (2)

[Borna66]

لايه اوزون
حقيقت امر لايه ازن چيست؟

لايه ازون در قسمت شمالي زمين در سال 1980 بين 15تا20 درصد كاهش پيدا كرده است. براي رفع اين مشكل جمعي ازبهترين متخصصان زمين شناسي هر سال براي تحقيق وجستجو دور يكديگر جمع مي شوند .در سال 1992 پروكتيل مونترئال درباره` لايه اوزون مطالعه و تحقيقي داشت كه فهميد بزرگ شدن سوراخ لايه اوزون بستگي به آلودگي هوا و توليد مواد سمّي دارد.در همان سال سازمان ملل متحد و حفاظت از محيط زيست برنامه اي را طرّاحي كرد كه اين برنامه جهت محافظت و حمايت از محيط زيست و مخصوصا لايه اوزون به نام برنامهUNEPطراحي كرد كه اين برنامه جهت جلوگيري از توليد مواد سمّي و مواد شيميايي آلوده كننده،است.مولكولهاي اكسيژن(O2) به اكسيژن اتميك (O) تبديل مي -شوند .اكسيژن اتميك به سرعت با مو لكولهاي بيشتري تركيب شده و به شكل اوزون مي شود .ان پوشش حرارتي كه در سطح بالا رشد كرده و سلامتي لايه اوزون را به خطر انداخته است و اين مورد باعث شده است كه اگر استراتوسفر نباشد ما نتوانيم بدون آن زنده بمانيم . بالاي استراتوسفر مقداري از آلودگي مضّر اشعه مادون بنفش را و همچنين تشعشعاتي از خورشيد (امواج بين 320 تا 240) را كه باعث مي شود لايه اوزون آسيب ببيند و همچنين جان گياهان به خطر بيفتد را جذب ميكند.اشعه مادون بنفش با تابيدن نور مولكولهاي اوزون را ميشكافد ولي اوزون مي تواند تغيير شكل بدهد و عكس العمل زير ازآن حاصل ميشود:

O + O2 è مادون قرمز + O3

O2 + O è O3

همچنين اوزون در اثر عكس العمل زير نابود ميشود :

O3 + O è O2 + O2

عكس العمل دوم با افزايش پيدا كردن ارتفاع آهسته انجام مي شود امّا عكس العمل سوم سريعتر انجام مي شود. دربين همكاري عكس العمل ها تمركز اوزون درحال تعا دل است. دربالاي اتمسفر اكسيژن اتميك هنگا مي كه اشعه مادون بنفش در سطح بالايي است، پيدا مي شود. در اثر حركت استراتوسفر هواي متراكم تري بدست مي آيد وجذب اشعه ي مادون بنفش افزايش مي يابد و سطح اوزون به حد اكثر و تخمينا" km20مي رسد.همراه با تئوري كمپمن يك مشكل نيز وجود داشت كه اين مشكل در سال 1960 تشخيص داده شد وحقيقت اين بود كه اوزون به وسيله عكس العمل 4 آهسته حركت مي كرد و ديده نمي شود. گرم شدن زمين ترميم حفره اوزون را به تعويق مي اندازد دانشمندان هشدار داده اند :پديده گرم شدن زمين مي تواند تلاشها براي ترميم حفره اوزون را كه قرار بود تا سال 2050 انجام گيرد،حدود30سال به تعويق اندازد .اين مو ضوع به رقم پيشرفتهايي است كه باي از رده خارج كردن مواد شيميايي مخرّب اوزون انجام شده است.

طبق گزارشي كاهش فراواني در مصرف گازهاي ساخته دست انسان بنام (كلروفلورو كربن) پديد آمده است .اينها گازهايي هستندكه لايه محافظ زمين را مي خورند .دانشمندان گفتند:اگر كشورها مصمم به دنبال نمودن اين روند باشند ،(حفره داخل لايه اوزون به آغاز به جمع شدن و كوچك شدن خواهد نمودتا اينكه ظرف 50 سال ترميم خواهد شد . ) اين جمع بندي و نتيجه گيري توسط (مجمع بررسي فرايند هاي استراتوسفر و نقش آن در آب و هوا SPARC به عمل آمد .اين مجمع از صد ها كارشناس اقليمي كه دسامبر سال 1999در آرژانتين گرد هم آمدندو در سايه توجهات سازمان هواشناسي جهاني تشكيل جلسه دادند،شكل گرفته است. اين دانشمندان هشدار دادند: حتّي اگر كاهش مصرف گازهايCFC برآورده شود،پديده گرم شدن زمين_كه نتيجه تولييد گازهاي گلخانه اي با وجود كربن به عنوان عنصر اصلي آن است و از سوختهاي سنگواره اي بدست مي آيد _ميتواند محلت ترميم حفره اوزون را چند دهه به تعويق اندازد.به عنوان يك تناقض ، گرم شدن زمين ،جو را در نزديكي سطح زمين حرارت ميدهد اما لايه پاييني (استراتوسفر) يعني جايي را كه اوزون قرار دارد همچنان سرد نگه ميدارد . اين دماهاي پايين به ويژه درزمستان مسبب جمع شدن ابرهاي استراتوسفر در نواحي قطبي ميشود . اين پديده آغازگر واكنشهاي نابود كننده اوزون توسط مولكولهاي كلري استكه توسط كلروفلورو كربن ها آزاد ميشوند. پيش بيني هاي داير بر اين كه حفره اوزون كه بالاي قطب جنوب قرار دارد، به زودي كوچك خواهد شد با آخرين اطلا عات مغايرت دارد كه نشان ميدهد كه اين حفره درحال گسترش است وبه طور بي سابقه اي در چند سال اخير بزرگ شده است.

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.

[Borna66]

لايه اوزون *انرژي هاي خورشيدى :*
خورشيد تنها ستاره منظومه شمسى مى باشد كه كرات وسيارات در اطراف آن مى چرخند و از انرژى آن استفاده مى كنند.زمين نيز يكى از كراتى است كه در أطراف خورشيد در حال حركت است .
فاصله ميان زمين و خورشيد حدود 149.800.000كيلومتر مى باشد ، كه در اين فاصله،زمين حدود 9^10×95/1 وات انرژى ازخورشيد دريافت مى كند كه ما تنها كسرى از آن (0000002/0) را استفاده مى كنيم . نور خورشيد 27/8 دقيقه طول مى كشد كه به زمين برسد.از صد در صد نورى كه به زمين مى تابد تنها 30% آن بر اثر ذرات و مولكول هاى موجود در لايه هاى بالايى منعكس مى شوند بقيّه آن ها از لايه ها زمين عبور مى كنند و به زمين مى رسند.در واقع مى توان به جرأت گفت كه حدود99%انرژى كه به زمين مى رسد از خورشيد وبقيه آن از ماه و كرات ديگر مى باشد.
نور سفيد خورشيد از ميلياردها ميليارد رنگ تشكيل شده است كه هر كدام از اين رنگ ها داراى طول موج و انرژى مخصوص به خود مى باشند، وما هنگامى كه اين نور را تفكيك مى كنيم به هفت رنگ تجزيه مى شوند كه هر كدام از اين رنگ ها از ميلياردها رنگ تشكيل شده اند...
پرتوهاى فوق بنفش داراى طول موج كوتاه و انرژى زياد مى باشند .پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زيادى كه دارند براى تمام موجودات زنده خطرناك مى باشند وموجب سرطان پوست يا آفتاب سوختگى مى شوند .
خوشبختانه زمين در برابر اين پرتوى خطرناك، محافظى بنام لايه اوزون دارد كه از ورود پرتوهاى خطرناك به سطح زمين جلوگيرى مى كند. قبل از آنكه به بحث درباره برخورد پرتوهاى فوق بنفش و مولكول ها اوزون بپردازيم ابتدا به اطلاعاتى درمورد اوزون مى پردازيم.

* اوزون چيست؟ * دانشمندان لايه ها زمين را به چهار قسمت تقسيم مى كنند :
1)تروپوسفر (كه نسبت به سطح دريا 12تا15 كيلومترارتفاع دارد)
2)استراتوسفر
3)مزوسفر
4)تروموسفر(خارجى ترين لايه زمين)

مولكول اوزون (o3)از يك مولكول اكسيژن و يك اتم اكسيژن كه ناپايدار و واكنش پذير مى باشد، تشكيل شده است . 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 به حالت اوليه خود برگردند . لايه اوزون در لايه استراتوسفر زمين قرار دارد .در شب ها به دليل عدم دسترسى به انرژى تابشى خورشيد، ضخامت لايه اوزون كمتر از ضخامت آن در روز ها مى باشد. هنگامى كه پرتوهاى فوق بنفش به مولكول ها اوزون برخورد مى كنند، پرتو هاى فوق ـ بنفش مقدار زيادى از انرژى خود را از دست مى دهند وبه پرتو هاى فرو سرخ تبديل مى شوند ، و همچنين بر اثر اين برخورد ، مولكول اوزون به مولكول اكسيژن واتم اكسيژن تبديل مى شود و با تابش مجدد نور خورشيد ، مولكول اوزون دوباره پديدار مى شود.
مولكول هاى اوزون هرچند كه براى ما مفيد هستند اما وجود آن ها در لايه تروپوسفر (لايه اى كه ما در آن زندگى مى كنيم) بسيار خطرناك مى باشند.
نيتروژن هاى پراكسيد خارج شده از اگزوز موتورهاى ديزلى بر اثر تابش نور خورشيد (عمل فتو شيميايى) با مولكول هاى اكسيژن واكنش مى دهند و مولكول هاى اوزون را پديدار مى كنند . چون در مولكول هاى اوزون اتم هاى اكسيژن فعال (راديكالى) وجود دارد ، تنفس آن ،موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى شود .

*حفره اوزون* 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 (nitricacid 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 مىشوند.
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."