مقدمه
از نخستین سالهای دهه 1980شکاف ایجاد شده در لایه ازون بحث مشترک بین دانشمندان وسیاستمداران بوده است .
دلایل محکمی وجود دارد که ثابت می کند مواد شیمیایی ساخت دست انسان موجب تخریب لایه ازون شده اســـــت.
بنابراین انسان در تلاش است تا شکاف بوجود آ مده در لایه ازون را ترمیم کنند واز نابودی محیط زیست در آ ینــده جلوگیری کنند.
جو
جو از چهار لایه اضافی تشکیل شده است ،تروپوسفر که از زمین تا ارتفاع 11 کیلومتری ادامه دارد و حاوی هوای کمی از انرژی خورشید است دانشمندان درصدد پیدا کردن راههایی هستند که از انرژی خورشید برای تولید الکتریسیته ،گرم کردن یا خنک کردن ساختمانها ویا حتی به حرکت درآ وردن اتومبیلها استفاده کنند، پیش بینی می شود انرژی خورشیدی منبع اصلی انرژی در آینده باشد.
لایه ازون
لایه ازون در استراتوسفر در فاصله 22تا 50 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد تنها یک میلیونیم ازاستراتوسفر را گاز ازون تشکیل می دهد اما وجود همین میزان ازون بسیار ضروری است ، ازون موجود در این لایه مانند یک صا فی عمل می کندو قسمتی از اشعه فرا بنفش راکه موجب سوختگی می شود را جذب می کند .
اشعه فرابنفشی که جذب شده همزمان باعث شکسته شدن ازون به شکل دیگری از اکسیژن می شود 3 o+ اشعه فرابنفش =o + o2 واین واکنش بر گشت پذیر می باشد .این اتمهای شـــــــکسته یکــــی می شوند ودوباره ملـــکولهــای ازون رابوجود می آ ورند، تابش فروسرخ + o2+o=o3 در شرایـط طبیعی غلظت ازون در اســـتراتوسفریـــکسان بــاقـی می ماند .
ازون (o3)
ازون ؛اکسیژن سه اتمی است . شکل های مختلف مولکولی یا بلوری از یک عنصر یکسان ؛آلو تروپ نامیده می شوند . بنابراین ازون یک آلو تروپ اکسیژن است . این گاز درK3/161می جوشد ودر K4/80 ذوب می شود. ازون گازی آبی رنگ است و بوی تندی داردکه نشان دهنده ناپایداری این گاز است. این بوی تند در نزدیکی تجهیزات الکتریکی مانندموتور های برق وگاهی در هنگام رعد و برق به مشام می رسد . نام ازون از کلمه یونانی OZEIN می آیدکه به معنای بو کردن است . این گاز در حالت مایع ، آبی پررنگ ودر حالت جامد به رنگ بنفش تیره است اما هر دو شکل به طور خطرناکی قابل انفجارند وبه اکسیژن تجزیه می شوند . ازون را به چندین روش می توان تهیه کرد که مهم ترین وساده ترین روش ،تخلیه الکتریکی است .
اکسیژن را در فشا ر معمولی ، در فضای حلقوی وا قع میان دو لوله شیـــــــــشه ای متحدالمرکز تحت پتانسیل 10000تا 20000ولت قرار می دهند ، به این ترتیب تقریبا در حدود% 5 حجمی ، ازون تهیه می شود .
ازون یک گاز است .
ازون از ذرات ریزی به نام اتم تشکیل شده است .اشعه فرا بنفش در استراتوسفر باعث شکسته شدن مولکولها ی ازون وتبدیل آن به یک مولکول اکسیژن ( 2 o ) و یک اتم اکسیژن می شود .
هر یک از این اتمها به اتم سوم اکسیژن ملحق می شود وتشکیل ازون را می دهد .
ازون یک آلاینده ثانویه وحفاظی در برابر تابش فرا بنفش خورشید
یک بیلیون سال قبل ، اور گانیزم های آبی اولیه ، یعنی جلبک های سبز آبی استفاده از نور خورشید برای تجزیه مولکول های H2OوCO2 ونیز ترکیب مجدد آن ها برای ایجاد ترکیب های آ لی واکسیژن ( پدیده فوتوسنتز ) را آ غاز کردند . در مناطق بالایی هوا کره ، برخی مولکول های O2 ، انرژی فرا بنفش خورشید را جذب واز آ ن برای تجزیه مولکول های O2 وتشکیل اتم های O استفاده کردند . این اتم ها با اکسیژن های مولکولی با قیمانده ترکیب شدندومولکول های ازون (O3) را تشکیل دادند که در جذب اشعه UV بسیار موثر است .
حضور ازون ، اور گانیزم را قادر ساخت که زندگی روی سطح زمین را گسترش دهندونقش قابل توجهی در تکامل زندگی روی زمین بازی کرد . هم چنین اجازه داد تا زندگی به صورتی که می شناسیم در زمین به وجود آ ید .
لایه ازون در فاصله 16تا 48 کیلو متری از سطح زمین قرار دارد . اگر ضخامت آ نرا در دمای 0Cو فشار1اتمسفر اندازه بگیریم ، در حدود 3MM است . ضخامت 0/01M لایه ازون در 0C و1ATM فشار به عنوان 1 واحد دابسون (DU) در نظر گرفته می شود . بنابر این بیشترین ضخامت میانگین لایه ازون در حدود 300 دابسون است .
ازون در نزدیکی سطح زمین مخرب ومضر است . به عبارتی ، ازون در تروپوسفر پایینی ، یک آ لاینده ثانویه است که در نتیجه تشکیل مه دود فتو شیمیایی به وجود می آ ید . اما ازون یک محافظ نیز است بدون این حفاظ وپوشش ، سلول های بدن ما مستعد سرطان پوست ، آ ب مروارید وهمچنین ایمنی ضعیف و معیوب می شوند . نسبت میان این دو نوع ازون در هواکره به تعادل میان فرایند هایی که ازون را ایجاد می کنند وآ ن هایی که ازون را نابود می کنند ، بستگی دارد .
در قسمت های بالایی استراتوسفر هوا بسیار رقیق و غلظت مولکول های اکسیژن به قدری کم است که اکسیژن بیش تر به صورت اتمی ودر نتیجه ، تفکیک مولکول ها توسط اشعه UV خورشید به وجود آ مده است . اما در قسمت میانی و زیرین استرا توسفر قسمت عمده اکسیژن به صورت مولکول های دو اتمی O2 است ، زیرا شدت انرژی UV خورشید در این بخش ها کم تر است . به علت زیاد بودن غلظت مولکول های اکسیژن در این ناحیه ، واکنش زیر اتفاق می افتد :
گرما O3+ تابش UVبا طول موج های کم تر از NM240 O+O2
در واقع ، این واکنش منبع تمام ازون موجود در استراتوسفر است . به علاوه ساز وکــــــار هایی نیز وجود دارند که در تخریب ازون شرکت می کنند . به ویژه تعدادی گونــــــــــه های اتمی و مولکی وجود دارند که آ نها را با حرف X مشخص می کنیم وبا حذف یک اتم اکسیژن از ازون ، با آ ن وارد واکنش می شوند .
X+O3=XO+O2
در قسمت های بالایی استراتوسفر که غلظت اکسیژن اتمی بیش تر است ، واکنش زیر نیز اتفاق می افتد: XO+O=X+O2
نتیجه نهایی این واکنش ها ، تخریب ازون تحت واکنش زیر است :
O3+O=2O2
در این واکنش ها ، گونه های X نقش کاتالیز گر دارند ، زیرا سرعت واکنش را افزایش می دهند وخود دست آ خر از نو به وجود می آ یند . به این ترتیب ، می توانند چرخه واکنش را از نو شروع کنند و موجب تخریب بیشتر ازون شوند .
زندگی برروی سپر محافظ
جو اطراف زمین را می توانیم به لحافی تشبیه کنیم که دار ای گاز های خاصی است ودمای زمین را در حد مناسبی نگه می دارد ، بدون این گازهای گلخانه ای سیاره ما آنقدر سرد خواهد شد که هیچ موجود زنده ای نخواهد توانست برروی آن زندگی کند. بخشی از
گرمایی که از خورشید به زمین می رسد زمانی که مجددا منعکس شده وبه جو باز می گردد توسط این گازها محبوس می شود در گلخانه ها نیز به همین شیوه دمای مناسب برای گیاهان تامین مـــی می شود.
سپر خورشید
عمل لایه ازون مشابه یک چتر آ فتابی است این لایه زمین را در برابر تابش اشعه پر قدرت خورشیدمصون نگه می دارد .
نازک شدن تدریجی لایه ازون ، بزرگترین بحران دنیای معاصر
هر مقدار کاهش قابل ملاحظه در لایه ازون تهدیدی برای حیات خواهد بود ، زیرا این لایه ، پرتو فرا بنفش (UVB) مضر نور خور شید را پیش از این که به سطح زمین برسد و به انسان هاوسایر شکل های حیات صدمه بزند ، می گیرد و صاف می کند . بنابر این ظاهر شدن حفره ای بزرگ در لایه ازون در قطب جنوب ، یک بحران زیست محیطی به شمـــــ-ار می رود .به علت باد های استرا توسفری ، ازون از مناطق گرمسیری به سمت مناطق قطبی منتقل می شود .
بنابر این هر قدر که به خط استوا نزدیک تر می شویم ،مقدار کل ازون محافظ کم تر می شود . همچنین با تغییر فصول به طور طبیعی غلظت ازون تغییر می کند . حفره ازون در قطب جنوب توسط دکتر فارمن وهمکارا نش در گروه انگلیسی بررسی قطب جنوب کشف شد. این افراد سطح ازون را در بالای این منطقه از سال 1957ثبت کرده بودند . داده هـــــــای آنهانشان می دادکه مقدار کل ازون در اکتب هر سال به تدریج در حال کم شدن بود کاهش تند در اوایل سال های دهه 1970 شروع شد . فاصله ماه های سپتامبر تا نوامبر با فصل بهار در قطب جنوب مطابقت می کند وبه دنبال آ ن،یک دوره بسیار سرد با تاریکی 24 ساعته که برای زمستان های قطبی متداول است ، سرمی رسد . تا اواسط دهه سال های 1980 اتلاف بهاره ازون در بعضی ارتفاعات باللیقطب جنوب ظاهر شد که به مدت چند ماه ادامه داشت . در سال 1993 غلظت ازون به کم ترین مقدار ثبت شده آ ن در اوایل اکتبر رسید . برای چندین سال پس از کشف این موضوع هنوز روشن نبود که آ یا این حفره به علت پدیده های طبیعی شامل نیرو های جوی است یا این که علت آن یک ساز وکار شیمیایی مربوط به آلاینده ها هواست . در مورد دوم ،ماده مشکوک کلر بود .
این ماده به طور عمده از CFC ها ناشی می شد . دانشمندان پیش بینی کرده بودندکه وجود کلر تنها حدود چند درصد موجب تخریب ازون می شود ، اما با گذشت چندین دهه وکشف حفره ازون در قطب جنوب ،همه تعجب کردند .در نتیجه پژوهش هایی که صورت گرفت معلوم شد حفره مذ کور در واقع به علت آ لودگی کلر به وجود می آ ید . افزون بر این پیش بینی شد که ممکن است روزی حفره مشابهی هم در بالای منطقه قطب شمال ظاهر شود اما در چند سال گذشته معلوم شد که لایه ازون نه تنها در قطب جنوب ، بلکه در سرتاسر دنیا در حال نازک شدن است واین مسئله به صورت یک نگرانی زیست محیطی عمده در آ مده است . غلظت ازون موجود در لایه ازون با استفاده از ماهواره کنتزل وسپس داده های بدست آمده توسط ناسا پردازش می شود .
حفره
دانشمندان نازک شدن ضخامت ازون بر فراز قطب جنوب را حفره می نامند . درواقع هیچ حفره واقعی درازون وجود ندارد اما زمانیکه نیمی از آ ن از بین می رود دانشمندان از پیدایش حفره در لایه ازون صحبت به میان می آ ورند . اما بررسی وضعیت لایه ازون به دلیل تاثیرات مستقیم آ ب وهوادر آ ن کار دشواری است .
پرواز در ازون
برخی از هواپیماها در لایه استراتوسفر جو (یعنی لایه ای که ازون در آ ن قرار دارد) پرواز می کنند . دانشمندان بر این باورند که گازهای خروجی از موتور آ نها باعث نابودی لایه ازون می شود وبا افزایش پرواز های هوایی احتمال تخریب لایه ازون روزبروز افزایش پیدا می کند .
ازون چگونه از بین می رود؟
یکی از دلایل به وجود آمدن حفره در ازون وجود نوعی ماده شیمیایی مصنوعی در جو به نام کلروفلوئورکربن( که پایداراست) می باشد . نور خورشید ودر واقع اشعه فرابنفش باعث شکسته شدن مولکول های این ماده می شود ودر نتیجه اتمهای کلر آزاد می شود وامهای کلر به مولکولهای ازون حمله می کنند ویک اتم کلر می تواند 100000مولکول ازون را از بین ببرد .
این ترکیب ها در میان گاز های کم مقدار ، بیشترین قابلیت را برای گرم کردن کره زمین دارند . CFC ها را به عنوان سخت توصیف می کنند ؛زیرا هیچ فرایند طبیعی (برای مثال، حل شدن در باران ) موجب از بین رفتن آن ها نمی شود وپس از چند سال به استرا توسفر صعود می کند ودر اثر تابش فرابنفش خورشید ، پس از رسیدن به مناطق بالایی استرا توسفر طی سال ها تجزیه می شوند واتم های کلر آ زاد می کنند .
ازون در تروپوسفر
می دانید که ازون موجود در لایه استراتوسفر سطح زمین را از تابش خطرناک فرابنفش در امان نگه میدارد. اما وجود ازون در لایه ترو پوسفر (بخشی از هوا کره که ما در آن تنفس می کنیم ) بسیار زیان آ ور است . ازون ترو پوسفری آلاینده ای سمی وخطرناک به شمار می آید .پراکنده شدن مقادیر کمی ازون در این لایه ،باعث سوزش چشمان می شودولی مقادیر زیاد آن می تواندتورم ریوی ،خونریزی وحتی مرگ را در پی داشته باشد .
افزون بر آثار زیانباری که ازون بر سلامتی می گذارد ،خسارتهای اقتصادی بسیاری نیز به وجود می آورد. سخت شدن وترک برداشتن تایر خودروها وقطعات لاستیکی دیگر ،همچنین کاهش میزان فرآورده های کشاورزی به ویژه گوجه فرنگی از دیگر ویژگی های بد ازون موجود در تر و پوسفر است .
ازون تروپوســـفری براثر تابش پرتوهای خورشیدی مولکول های 2 NO به وجـــود می آید.
بررسی های دقیق در قطب جنوب
10سال پیش زمانیکه حفره ای در لایه ازون بر فراز قطب جنوب مشاهده شد ،دانشمندان با تاسیس ایستگاهی در این ناحیه به بررسی آن پرداختند .آنها پس از تحقیقات خود پی بردند که میزان ازون در این ناحیه نسبت به 30 سال گذشته 40% کاهش پیدا کرده است .
در سال 1985 دانشمندانی که در ایستگاه مستقر بودند برای اولین بار وجود حفره ای رابر فراز قطب جنوب که در فصل بهار بیشتر آشکار است ،اعلام کردند ودر 10سال بعد در1995 دانشمندان خبر تخریب هرچه بیشتر لایه ازون در تابستان را دادند.
آیابر فرازقطب شمال نیز حفره وجود دارد؟
در قطب شمال به علت شرایط آ ب وهوایی متفاوت هنوز حفره ای به وجوذ نیامده است اما ضخامت لایه ازون در این قسمت نیز رو به کاهش است .
چرا قطب جنوب؟
جوقطب جنوب از شرایط آ ب وهوایی مناسبی برای تخریب لایه ازون برخوردار است در زمستان های سرد و تاریک در ابر ها واکنش های شیمیایی روی می دهد. این واکنش ها باعث ازبین رفتن ازون درفصل بهار می شوند . ( یعنی زمانی که تابش خورشید از سر گرفته می شود .)
آ یا ما می توانیم آ ن را ببینیم ؟چشم انسان قادر به دیدن حفره ازون نیست ،دانشمندان برای مشاهده آ ن به تجهیزات خاصی مانند ماهواره ها احتیاج دارند، اگرشما در قطب جنوب زندگی می کردیدویا در کنار یک کلبه اسکیموها در قطب شمال می نشستید وبه آسمان نگاه می کردید عملا هیچ تغییری در ظاهر آسمان مشاهده نمی کردید .
گاز های گلخانه ای
کربن دی اکسید،بخارآ ب، متان بخشی از گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهد، در شرایط عادی،میزان طبیعی این گازها برای حیات لازم است ،زیراانرژی گرمایی را پیوسته از زمین گرفته وباز به آن پس میدهد. این پدیده یعنی به دام انداختن و برگرداندن انرژی خورشیدی بوسیله مولکول های گازهای گلخانه ای را اثر گلخانه ای می نامند .همین طور گازهای گلخانه ای باعث گرم شدن زمین می شود.
پروسه فوق برای این، اثر گلخانه ای نامیده می شودکه در گلخانه نور خورشیداز راه شیشه وارد شده وسپس گیاهان وخاک آن را جذب نموده پرتو هایی به طول موج بلند وانرژی کم به نام فروسرخ باز می تاباند، این پرتوها نمی تواننداز شیشه عبور کنند، بنابراین در آن جا به دام می افتندوداخل آ ن گرم می شوند .
تهدید سلامتی انسان
میزان ازون موجود در سطح زمین و نازک شدن لایه ازون در استراتوسفر دو معضل کاملامتفاوت هستند . در شهرهای بزرگ که تردد خودروها بیشتر است مه غلیظی که در اثرفرایندهای شیمیایی در بخارات ودودهای سمی به وجود می آیدبر فراز شهر دیده می شود،این بخارات شیمیایی و آلوده باعث مشکلات تنفسی ،خارش چشم وآسیب دیدن ریه ها می شود.
حفره ایجاد شده در لایه ازون باعث می شود تا اشعه خطرناک فرابنفش – بی به زمین برسد ، این اشعه تاثیرات زیانبار مختلفی داردکه تعدادی از آنها هنوز کشف نشده وخیلی سریع بر روی سلامتی انسان مخصوصا پوست بدن تاثیر می گذارد ، بنابر این توصیه می شود از نور آفتاب دوری کنید .
اشعه فرابنفش در شرایط متعارف نه تنها مضر نیست بلکه برای بدن ما بسیار مفید نیز هست وباعث تولید ویتامین دی می شود ، اما قرارگرفتن بیش از حد ضروری در معرض آفتاب می تواند موجب سوختگی وفرسودگی پوست وحتی سرطان پوست شود. کارشناسان بر این باورند که با کم شدن حتی 1% از لایه ازون ، 3% احتمال ابتلا به سرطان پوست وحتی خطر ابتلا به ملانوم که نوع خطرناکی از سرطان پوست است ،افزایش پیدا می کند.
دوستداران خورشید
عده ای از ا فراد دوست دارند پوست برنزه ودر عین حال سالم داشته باشند ، آنها از تخت های مخصوص که نور مصنوعی خورشید را تولید می کند، استفاده می کنند . این تختها مانند خورشید از اشــعه فرابنفش برای تیره کردن پوست بهره می گیـــرد واز طرف دیگر می توانند به همان میزان خطرناک باشد .
مشکلات دیگر
با افزایش اشعه فرابنفش- بی که از جو عبور کرده وبه زمین می رسد، میزان ابتلا به بیماریهای چشم مانند آ ب مروارید افزایش پیدا کرده است . آ ب مروارید باعث کور شدن عدسی چشم ودر نتیجه تار شدن دید می شود .
عده ای نیز عقیده دارند ، اشعه فرابنفش- بی باعث ضعـــیف شدن سیــستم ایمنی بدن می شود .سیستم ایمنی به ما کمک می کند که در برابر بیماری ها مقاوم باشیم وضعف آ ن باعث آ سیب پذیر شدن ما در برا بر بیماری ها خوا هدشد .
خورشید حیات بخش
در روز های گرم می توانیم پرتوهای خورشید را حس کنیم ، گیاهان نیازمند نور خورشید هستند ، انرژی خورشید باعث رشد آنها می شود و بدون گیاهان ، دیگر موجودات برروی زمین حیاتی نخواهند داشت ، زیرا که اکسیژن وهمین طور غذاهای مورد نیاز ما توسط گیاهان تولید می شود وما چه به طور مستقیم از خود گیاهان وچه به طور غیر مستقیم یعنی از طریق حیوانات تغذیه می کنیم .
تشعشعات خورشیدی
انرژی تابشی خورشید برای رسیدن به زمین مسیر بسیار طولانی را طی می کند ، دراین مسیر طولانی مقدار زیادی از این انرژی تلف شده ومقداری نیز توسط جو جذب شده ومقداری هم منعکس می گردد. آ نچه که باقی می ماندبه زمین می رسد وپس از رسیدن به زمین مقداری ازآ ن جذب ویا منعکس می شود ( برروی سطح های صاف وصیقلی مانند اقیانوس ها وسنگ ها و دریاها ) ودر نتیجه فقط مقدار خیلی کمی از آن به ما می رسد .
CFC ها
عواملی هستند که در چرخه تولید دوباره ازون ایجا د خلل می کنند، از جمله :
فعالیت های غلط انسان ها ، خصوصا در عصر حاضر بطور مثال :تولید دسته ای از ترکیب های شیمیایی به نام کلرو فلوئور کربن ها یاCFC ها .
مورد استفاده این مواد پیشران ها در افشانه ها یا گاز سرما زا در یخچال ها وکولر های گازی می باشند.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 27 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله لایه ازون
