لایه اوزون چیست؟ – اهمیت، دلایل تخریب و محافظت از آن

لایه اوزون ناحیه‌ای نازک در اطراف زمین است که با جذب پرتوهای فرابنفش زیان‌بار خورشید، از سطح زمین و جانداران محافظت می‌کند. در این لایه، که در لایه استراتوسفر اتمسفر زمین قرار دارد، غلظت اوزون $$O_3$$ نسبت به سایر اجزای جو بیشتر است. با این حال، ضخامت لایه اوزون در برخی از نقاط، به دلالیل طبیعی و انسانی افت یافته و تخریب شده است. در این گزارش از مجله فرادرس می‌آموزیم لایه اوزون چیست و چرا اهمیت دارد.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم لایه اوزون چیست و چرا اهمیت دارد. در ادامه، می‌آموزیم منبع اوزون در اتمسفر چیست، لایه اوزون کجا قرار دارد و ضخامت آن چقد است. سپس تخریب لایه اوزون، علت آن و اثرات آن را بر سلامت جانداران و محیط زیست تحلیل خواهیم کرد. در نهایت، درباره حفاظت از لایه اوزون و بازیابی آن در نواحی تخریب شده صحبت می‌کنیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی جامع بیاموزید لایه اوزون چیست.

لایه اوزون منطقه‌ای در اتمسفر بالایی زمین است که غلظت بالایی از مولکول‌های اوزون با فرمول شیمیایی $$O_3$$ در آن وجود دارد. این لایه مانند محافظی از تمامی سطح زمین در برابر خورشید و اشعه‌های مضر آن محافظت می‌کند. لایه اوزون در ارتفاع بین حدود ۱۴٫۵ تا ۳۵٫۴ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و از مولکول‌های دو اتمی اکسیژن به صورت طبیعی و با استفاده از انرژی پرتوهای فرابنفش خورشید در چرخه اوزون تولید و بازتولید می‌شود.

لایه اوزون در حیات روی زمین بسیار با اهمیت است زیرا در صورت وجود نداشتن آن، پرتوهای فرابنفش خورشید می‌توانند به موجودات آسیب جدی وارد کنند. با این وجود در طی دهه‌های اخیر، فعالیت‌های انسانی باعث کم شدن غلظت و ضخامت این لایه در اتمسفر، به ویژه در نواحی قطبی شده است.

در لایه اوزون، غلظت اوزون $$O_3$$ نسبت به سایر بخش‌های جو بیشتر است. با این حال، مقدار اوزون موجود در این لایه کمتر از ۱۰ قسمت در میلیون است، در حالی که میانگین غلظت اوزون در کل جو حدود ۰٫۳ قسمت در میلیون است.

بخش عمده لایه اوزون را همچنان گازهای نیتروژن $$N_2$$ و اکسیژن $$O_2$$ تشکیل می‌دهند و اوزون تنها بخش بسیار کوچکی از ترکیب آن را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، مقادیر اندکی از گازهایی مانند آرگون، دی‌اکسید کربن و بخار آب نیز در استراتوسفر وجود دارند، اما همین بیشتر شدن نسبی غلظت اوزون برای جذب پرتوهای فرابنفش و محافظت از زمین اهمیت اساسی دارد.

مولکول اوزون، مولکولی متشکل از سه اتم اکسیژن با فرمول شیمیایی $$O_3$$ است. فراوانی مولکول اوزون نسبت به مولکول اکسیژن کمتر است. اوزون گازی به رنگ آبی کم‌رنگ، سمی و تحریک‌کننده است و حتی در غلظت‌های پایین نیز می‌تواند خطرناک باشد. این ماده به‌طور طبیعی در مقادیر کمی در استراتوسفر زمین وجود دارد و با جذب پرتوهای فرابنفش خورشید، از رسیدن بخش زیادی از این پرتوهای آسیب‌زا به سطح زمین و واردشدن آسیب جدی به جانداران جلوگیری می‌کند.

اوزون در شرایط خاص می‌تواند در لایه‌های پایینی جو نیز تشکیل شود. واکنش‌های فتوشیمیایی میان اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن‌ها می‌توانند باعث تولید اوزون در غلظت‌های بالا شوند. این نوع اوزون می‌تواند چشم‌ها و غشاهای مخاطی را تحریک کند و به‌عنوان یکی از آلاینده‌های مهم هوا شناخته می‌شود.

برای درک بهتر این محور که لایه اوزون چیست، ابتدا باید با مفاهیمی چون هواکره، زیست کره، اجزای تشکیل دهنده هوا، تروپوسفر، گاز اکسیژن، گازها، رفتار گازها، فشار و قوانین گازها آشنا شوید. برای درک بهتر این مفاهیم پیشنهاد می‌کنیم به مجموعه آموزش دروس پایه دهم، بخش شیمی فرادس مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به شرح این موارد می‌پردازد.

علاوه بر این، با مراجعه به فیلم های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است می‌توانید به آموزش‌های بیشتری درباره لایه اوزون دسترسی داشته باشید.

لایه اوزون ناحیه‌ای در بخش‌های بالایی جو است که غلظت زیادی از مولکول‌های اوزون $$O_3$$ دارد. این لایه با جذب پرتوهای فرابنفش زیان‌بار خورشید، از جانداران روی زمین محافظت می‌کند. بدون وجود لایه اوزون، ادامه حیات به شکل در روز جاریی روی زمین توانایی‌پذیر نبود.

صعود غلظت اکسیژن در جو در حدود دو میلیارد سال پیش، زمینه تشکیل و تجمع اوزون در جو زمین را فراهم کرد و این فرایند به‌تدریج به شکل‌گیری استراتوسفر انجامید. بعدها، یک پروتکل با هدف کنترل تولید و مصرف مواد شیمیایی مؤثر در تخریب لایه اوزون تصویب شد.

در ادامه، مهم‌ترین نکات مربوط به لایه اوزون که در امتحانات و کنکور مهم هستند، در قالب فلش‌کارت آورده شده‌اند. با کلیک بر روی هر تصویر، می‌توانید مفاهیم مربوط به آن را در پشت کارت مشاهده کنید.

اوزون در اتمسفر به صورت طبیعی در لایه اوزون در استراتوسفر تشکیل می‌شود. علاوه بر این، اوزون به عنوان یک گاز گلخانه‌ای توسط انسان و فعالیت‌های صنعتی تولید شده و یک نوع آلودگی هوا به شمار می‌رود. انواع اوزون در جو را در تصویر زیر نمایش داده‌ایم.

اوزون به صورت طبیعی در لایه استراتوسفر در اتمسفر زمین تشکیل می‌شود. در این محدوده، لایه ازن به صورت طبیعی با استفاده از انرژی پرتوهای فرابنفش خورشید و مولکول‌های دو اتمی اکسیژن طی چرخه‌ای به نام چرخه اوزون - اکسیژن تولید می‌شود. در ادامه این چرخه را بیان می‌دهیم.

پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با لایه‌های مختلف اتمسفر و نقش اوزون در آن‌ها، فیلمآموزش اتمسفر و لایه‌های آن در فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

چرخه اوزون - اکسیژن، چرخه‌ای است که طی آن، مولکول‌های دو اتمی اکسیژن توسط پرتوهای فرابنفش خورشید شکسته شده و اتم‌های تک اکسیژن آزاد می‌شوند. سپس این اتم‌های تک می‌توانند به مولکول‌های دواتمی اکسیژن دیگر پیوسته و اوزون تشکیل دهند. از سوی دیگر، این تک اتم‌ها مجددا می‌توانند از مولکول اوزون جدا شده و به مولکول دو اتمی اکسیژن تبدیل شوند. به این چرخه مداوم که در استراتوسفر به صورت طبیعی انجام می‌شود، چرخه اوزون - اکسیژن گفته می‌شود.

این چرخه را در شکل زیر بیان داده‌ایم.

اوزون تروپوسفری به اوزونی گفته می‌شود که در تروپوسفر، یعنی لایه نزدیک به سطح زمین، وجود دارد. برخلاف اوزون موجود در استراتوسفر که با جذب پرتوهای فرابنفش از زمین محافظت می‌کند، اوزون تروپوسفری یک آلاینده هوا و گاز گلخانه‌ای است. این گاز می‌تواند سلامت جانداران را تهدید کند و با به‌دام‌انداختن گرما در جو، در تحولات اقلیمی نقش داشته باشد.

مقدار کمی اوزون به‌طور طبیعی در نزدیکی سطح زمین وجود دارد. گیاهان و خاک مقداری اوزون تولید می‌کنند و بخشی از اوزون استراتوسفر نیز به لایه‌های پایین‌تر جو منتقل می‌شود. بااین‌حال، این منابع معمولا مقدار کافی اوزون برای ایجاد تهدید جدی برای سلامت انسان یا محیط زیست تولید نمی‌کنند. بیشتر اوزون تروپوسفری در اثر فعالیت‌های انسانی و واکنش آلاینده‌های موجود در هوا تشکیل می‌شود.

اوزون در تروپوسفر به وسیله نیتروژن مونوکسید و نیتروژن دی اکسید تولید شده توسط فعالیت‌های صنعتی و سوخت هیدروکربن‌ها و ماشین‌ها تولید می‌شود و در لایه پایین جو (تروپوسفر) تجمع می‌کند. اوزون در این لایه به عنوان یک گاز کلخانه‌ای عمل کرده و یکی از عوامل گرمایش زمین و دگرگونی‌ها اقلیمی وآلودگی هوا به شمار می‌آید. واکنش‌های شیمیایی تولید اوزون در تروپوسفر را در ادامه آورده‌ایم.

$$NO_2 xrightarrow{text{UV}} NO + O$$

$$O + O_2 rightarrow O_3$$

$$NO_2 + O_2 xrightarrow{text{UV}} NO + O_3$$

پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با واکنش‌های این لایه و سایر لایه‌های اتمسفر، مطلب جمع بندی شیمی دهم فصل دوم مجله فرادرس را مطالعه کنید.

این واکنش‌ها به وسیله انرژی پرتوهای جذب شده فرابنفش از خورشید به صورت چرخه‌ای انجام می‌شوند. چرخه تولید اوزون در تروپوسفر را در تصویر زیر نشان داده‌ایم.

بخش زیادی از ترکیباتی که در تشکیل اوزون تروپوسفری نقش دارند، از گازهای خروجی خودروها و انتشار آلاینده‌ها از کارخانه‌ها، نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌ها وارد هوا می‌شوند. بیشتر شدن تعداد خودروها و گسترش فعالیت‌های صنعتی باعث شده است مقدار اوزون نزدیک سطح زمین از سال ۱۹۰۰ بیش از دو برابر شود.

برخلاف بسیاری از آلاینده‌های هوا، اوزون به‌طور مستقیم وارد جو نمی‌شود. اوزون تروپوسفری در اثر واکنش نور خورشید، به‌ویژه پرتوهای فرابنفش، با هیدروکربن‌ها و اکسیدهای نیتروژن تشکیل می‌شود. این ترکیبات عمدتا از اگزوز خودروها و دودکش‌های صنعتی وارد هوا می‌شوند.

در مناطق شهری، معمولا میزان اوزون در ماه‌های گرم تابستان بیشتر است. مقدار این گاز اغلب در اواسط تا اواخر بعدازظهر به بیشترین حد خود می‌رسد، زیرا آلاینده‌های منتشرشده در ساعات شلوغی صبح فرصت کافی برای واکنش با نور خورشید پیدا می‌کنند. روزهای گرم، آفتابی و بدون وزش باد نیز شرایط مناسبی برای تشکیل اوزون هستند. با غروب خورشید، تولید اوزون نزول پیدا می‌کند، زیرا تشکیل آن به نور خورشید برای پیش‌برد واکنش‌های شیمیایی نیاز دارد.

اوزون تروپوسفری می‌تواند هم بر سلامت انسان و هم بر محیط زیست اثر منفی بگذارد. رشد غلظت این گاز در هوا از سوی دیگر می‌تواند به برخی مواد مورد استفاده در صنایع آسیب برساند.

هنگامی که میزان اوزون در هوا رشد پیدا می‌کند، هشدارهای آلودگی هوا صادر می‌شوند و از افراد دارای مشکلات تنفسی خواسته می‌شود احتیاط بیشتری داشته باشند یا در خانه بمانند.

استنشاق اوزون می‌تواند به بافت ریه آسیب بزند و کارایی ورزشکاران را افت دهد. علاوه بر این ممکن است حملات آسم را در افراد مبتلا به این بیماری بیشتر کند و علائمی مانند تحریک چشم، درد قفسه سینه، سرفه، تهوع، سردرد و احساس گرفتگی در قفسه سینه ایجاد کند. اوزون در ادامه می‌تواند بیماری‌های قلبی، برونشیت و آمفیزم را تشدید کند.

اوزون می‌تواند به موادی مانند لاستیک، رنگ‌های مورد استفاده در منسوجات، الیاف و برخی رنگ‌ها آسیب بزند. تماس با اوزون ممکن است باعث ضعیف‌شدن یا تخریب این مواد شود.

برای مثال، برخی مواد کشسان در اثر تماس با اوزون شکننده می‌شوند و ترک می‌خورند. رنگ‌ها و رنگ‌دانه‌های موجود در پارچه نیز ممکن است با سرعت‌تر رنگ خود را از دست بدهند.

نزول انتشار آلاینده‌هایی که در تشکیل اوزون تروپوسفری نقش دارند، یکی از راه‌های اصلی افت این نوع آلودگی است. برخی از این راهکارها را در ادامه معرفی کرده‌ایم.

در استراتوسفر، اوزون زمانی تشکیل می‌شود که پرتو فرابنفش به مولکول‌های اکسیژن $$O_2$$ برخورد کرده و آن‌ها را به اتم‌های اکسیژن جداگانه تبدیل می‌کند.

$$O_2 xrightarrow{text{UV}} 2O$$

سپس اتم اکسیژن با مولکول $$O_2$$ واکنش می‌دهد و اوزون $$O_3$$ تشکیل می‌شود.

$$O + O_2 rightarrow O_3$$

مولکول‌های اوزون نیز در اثر برخورد با پرتو فرابنفش تجزیه می‌شوند و دوباره مولکول‌های اکسیژن و اتم‌های اکسیژن ایجاد می‌کنند. تکرار مداوم این فرایند، چرخه اوزون - اکسیژن نام دارد.

$$O_3 xrightarrow{text{UV}} O_2 + O$$

واکنش کلی تشکیل اوزون در استراتوسفر به شکل زیر است.

$$O+O_2rightarrow O_3$$

بیشترین غلظت اوزون در ارتفاع حدود ۲۰ تا ۴۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و می‌تواند به حدود ۲ تا ۸ قسمت در میلیون برسد.

پرتو فرابنفش بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که از انتهای بنفش طیف نور مرئی، یعنی ناحیه باطول موج کوتاه‌تر، تا ناحیه پرتو ایکس را دربرمی‌گیرد. این پرتوها با چشم انسان قابل مشاهده نیستند.

پرتو فرابنفش در محدوده‌ای از طول موج حدود ۴۰۰ نانومتر، در نزدیکی انتهای طیف نور مرئی، تا حدود ۱۰ نانومتر، در نزدیکی ناحیه پرتو ایکس، قرار دارد. طبق اثر پرتوهای فرابنفش بر مواد زیستی، این پرتوها به سه ناحیه تقسیم می‌شوند که در ادامه معرفی شده‌اند.

پرتوهای UVB بیشترین نقش را در ایجاد اثرات شناخته‌شده پرتو فرابنفش بر موجودات زنده دارند. پرتوهای UVC نیز به سطح زمین نمی‌رسند.

لایه اوزون به ناحیه‌ای از استراتوسفر گفته می‌شود که غلظت اوزون در آن بیشتر از سایر بخش‌های جو است. این لایه در ارتفاع حدود ۱۵ تا ۳۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و بخش عمده آن در قسمت پایینی استراتوسفر دیده می‌شود. ضخامت و میزان گسترش لایه اوزون نیز در مناطق مختلف و در فصل‌های گوناگون تغییر می‌کند.

حدود ۹۰ درصد اوزون موجود در جو در استراتوسفر قرار دارد. جذب پرتوهای خورشیدی توسط اوزون باعث می‌شود دمای استراتوسفر با رشد ارتفاع بیشتر شود. از سوی دیگر، لایه اوزون با جذب پرتوهای فرابنفش، از رسیدن بخش زیادی از تابش‌های زیان‌بار خورشید به سطح زمین جلوگیری می‌کند.

لایه اوزون حدود ۹۷ تا ۹۹ درصد از پرتوهای فرابنفش با طول موج ۲۰۰ تا ۳۱۵ نانومتر را جذب می‌کند. در ادامه، تقریبا تمام پرتوهای خورشیدی با طول موج کمتر از ۲۹۰ نانومتر را جذب کرده و مانع از رسیدن آن‌ها به سطح زمین می‌شود.

مقدار اوزون در لایه ازون کمتر از ۱۰ قسمت در میلیون است، درحالی‌که میانگین غلظت اوزون در کل جو حدود ۰٫۳ قسمت در میلیون است. مقدار اوزون در جو به‌طور طبیعی با عواملی مانند فعالیت خورشیدی، فصل و عرض جغرافیایی تغییر می‌کند. این دگرگونی‌ها طبیعی قابل پیش‌بینی هستند و هر دوره نزول طبیعی اوزون با صعود دوباره آن همراه می‌شود. بیشتر اوزون موجود در جو در بخشی از استراتوسفر و در ارتفاع حدود ۱۵ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین متمرکز است.

کم شدن ضخامت لایه اوزون یا تخریب لایه اوزون به فرایندی گفته می‌شود که طی آن غلظت اوزون در لایه استراتوسفر افت می‌یابد. این پدیده عمدتا در اثر ورود ترکیبات حاوی کلر و برم به جو و واکنش آن‌ها با اوزون رخ می‌دهد و در مناطق قطبی، به‌ویژه جنوبگان، شدت بیشتری دارد.

کم شدن اوزون باعث می‌شود مقدار بیشتری از پرتو فرابنفش خورشید به سطح زمین برسد و خطر آسیب‌های پوستی، آب‌مروارید و برخی آسیب‌های سلولی را بیشتر شدن دهد. برای مقابله با این مشکل، تولید و مصرف بسیاری از مواد مخرب لایه اوزون با توافق‌نامه‌های بین‌المللی، محدود شده است.

برخی فرایندهای طبیعی، مانند فوران‌های آتشفشانی بزرگ، می‌توانند به‌طور غیرمستقیم بر میزان اوزون اثر بگذارند. برای مثال، فوران کوه پیناتوبو در سال ۱۹۹۱ مقدار زیادی ذرات بسیار ریز به نام آئروسل وارد استراتوسفر کرد. این ذرات سطحی برای انجام واکنش‌های شیمیایی فراهم می‌کنند و باعث بیشتر شدن توانایی کلر در تجزیه اوزون می‌شوند. البته اثر آتشفشان‌ها بر تخریب اوزون معمولا کوتاه‌مدت است.

علاوه بر فرایندهای طبیعی، فعالیت‌های انسانی نیز می‌توانند در تخریب لایه اوزون نقش داشته باشند. انتشار برخی ترکیبات شیمیایی و گازها در اثر فعالیت‌های صنعتی و فناوری‌های مختلف، می‌تواند فرایندهای شیمیایی موجود در استراتوسفر را تغییر دهد و باعث کم شدن اوزون شود. در ادامه، مهم‌ترین عوامل انسانی موثر بر تخریب لایه اوزون را ارزیابی می‌کنیم.

اتم‌های کلر و برم در استراتوسفر می‌توانند با مولکول‌های اوزون واکنش دهند و آن‌ها را تجزیه کنند. یک اتم کلر پیش از خروج از استراتوسفر می‌تواند بیش از ۱۰۰ هزار مولکول اوزون را از بین ببرد. در حاصل، سرعت تخریب اوزون می‌تواند از سرعت تشکیل طبیعی آن بیشتر شود.

برخی ترکیبات در اثر تابش شدید پرتو فرابنفش در استراتوسفر، اتم‌های کلر یا برم آزاد می‌کنند. به این ترکیبات، مواد مخرب لایه اوزون یا ODS گفته می‌شود. مواد آزادکننده کلر را در ادامه معرفی کرده‌ایم.

مواد آزادکننده برم نیز در ادامه معرفی شده است.

این مواد در سطح زمین منتشر می‌شوند، اما به‌تدریج وارد استراتوسفر می‌شوند و انتقال آن‌ها ممکن است حدود ۲ تا ۵ سال طول بکشد.

نازک‌شدن یا تخریب لایه اوزون عمدتا در اثر فعالیت‌های انسانی و انتشار مواد شیمیایی حاوی کلر و برم، مانند CFCها، ایجاد می‌شود. هنگامی که این ترکیبات به استراتوسفر می‌رسند، پرتوهای فرابنفش آن‌ها را تجزیه کرده و اتم‌های کلر آزاد می‌شوند. این اتم‌های کلر با اوزون واکنش می‌دهند و آن را به اکسیژن مولکولی تبدیل می‌کنند.

در این فرایند، کلر دوباره بازتولید می‌شود و می‌تواند بارها در واکنش تخریب اوزون شرکت کند. به همین دلیل، یک اتم کلر می‌تواند پیش از خروج از چرخه واکنش، هزاران مولکول اوزون را تجزیه کند. واکنش تخریب اوزون به وسیله کلر به شکل زیر است.

$$Cl + O_3 rightarrow ClO + O_2$$

$$ClO + O rightarrow Cl + O_2$$

$$O_3 + O rightarrow 2O_2$$

بر پایه پژوهش‌های اخیر، صعود پرتاب موشک‌ها در سراسر جهان می‌تواند در آینده به لایه ازون در استراتوسفر آسیب بزند. به همین دلیل، کنترل و قانون‌گذاری درباره این پرتاب‌ها می‌تواند به کم شدن آسیب‌های احتمالی به لایه اوزون کمک کند. انتشار برخی ترکیبات واکنش‌پذیر در اثر پرتاب موشک‌ها ممکن است روند تخریب اوزون را نیز تشدید کند.

رادیکال‌ها گروهی از مولکول‌ها و اتم‌های بسیار واکنش‌پذیر هستند که حتی در مقدار کم می‌توانند نقش مهمی در تخریب اوزون داشته باشند. این مواد در واکنش‌های زنجیره‌ای شرکت می‌کنند و می‌توانند بدون مصرف‌شدن شتابان، تعداد زیادی مولکول اوزون را تجزیه کنند. برای مثال، یک رادیکال در استراتوسفر می‌تواند پیش از غیرفعال‌شدن و حذف از این ناحیه، نزدیک به ۱۰ هزار مولکول اوزون را تجزیه کند.

هر منبع کلر و برمی به استراتوسفر نمی‌رسد و بنابراین همه آن‌ها در تخریب لایه اوزون نقش ندارند. برای مثال، کلر موجود در استخرهای شنا، کارخانه‌های صنعتی، نمک دریا و آتشفشان‌ها معمولا به استراتوسفر نمی‌رسد. در مقابل، مواد مخرب اوزون مانند CFCها بسیار پایدار بوده و در آب باران حل نمی‌شوند. به همین دلیل، فرایندهای طبیعی موجود در لایه‌های پایینی جو نمی‌توانند این مواد را به‌سرعت از جو حذف کنند.

سوراخ لایه اوزون به ناحیه‌ای از استراتوسفر گفته می‌شود که در آن غلظت اوزون به‌شدت نزول یافته است. این اصطلاح به معنای وجود یک حفره واقعی و خالی از اوزون نیست، بلکه به نازک‌شدن شدید لایه ازون اشاره دارد. این پدیده در اثر واکنش‌های شیمیایی ترکیبات کلر و بروم با اوزون ایجاد می‌شود و میزان کم شدن اوزون در آن در فصل‌های مختلف تغییر می‌کند.

بیشترین و شدیدترین کم شدن اوزون در ناحیه قطب جنوب و در استراتوسفر بالای قطب جنوب رخ می‌دهد. سوراخ لایه اوزون معمولا در اواخر زمستان و اوایل بهار نیمکره جنوبی شکل می‌گیرد و بیشترین میزان گسترش آن در حدود سپتامبر و اوایل اکتبر مشاهده می‌شود. افت اوزون در قطب شمال نیز گاهی رخ می‌دهد، اما معمولا شدت آن بسیار کمتر از قطب جنوب است. تصویر زیر، تصویر ماهواره‌ای غلظت لایه اوزون (سوراخ لایه ازن) را در جنوبگان نمایش می‌دهد.

تخریب لایه اوزون باعث نزول نقش محافظتی آن در برابر پرتوهای فرابنفش، به‌ویژه UV-B، می‌شود. در برآیند، میزان بیشتری از این پرتوها به سطح زمین می‌رسد و می‌تواند سلامت انسان، جانوران و گیاهان را تحت تاثیر قرار دهد. تخریب لایه اوزون و تحولات اقلیمی نیز با یکدیگر ارتباط دارند، اما صعود پرتوهای UV-B را نمی‌توان به‌طور مستقیم عامل اصلی گرم‌شدن زمین دانست.

در ادامه، مهم‌ترین اثرات تخریب لایه ازن بر سلامت جانداران، حیات آبزی، گیاهان و اقلیم را ارزیابی خواهیم کرد.

صعود میزان پرتوهای فرابنفش نوع B یا UV-B ناشی از کم شدن لایه اوزون می‌تواند سلامت موجودات زنده روی زمین را تحت تأثیر قرار دهد و خطر ابتلا به سرطان پوست، بیماری‌های چشمی و برخی بیماری‌های عفونی را بیشتر شدن دهد. پرتوهای فرابنفش مضر می‌توانند به عدسی و قرنیه چشم آسیب بزنند. قرارگیری طولانی‌مدت در معرض UV-B احتمال ابتلا به آب‌مروارید را رشد می‌دهد. علاوه بر این، این پرتوها می‌توانند کارایی دستگاه ایمنی را تحت تاثیر قرار دهند و احتمال بروز برخی بیماری‌های عفونی را بیشتر شدن دهند.

افراد دارای پوست روشن نیز بیشتر در معرض ابتلا به سرطان‌های پوستی قرار دارند. پژوهش‌های انجام‌شده روی جانوران نشان داده‌اند که قرارگیری در معرض پرتو فرابنفش می‌تواند پاسخ ایمنی بدن در برابر سرطان‌های پوستی و عوامل عفونی را نزول دهد.

صعود میزان پرتوهای فرابنفش می‌تواند بهره‌وری اکوسیستم‌های آبی را به‌شدت افت دهد. بیش از ۳۰ درصد پروتئین حیوانی مورد استفاده انسان در جهان از منابع دریایی تأمین می‌شود، بنابراین هرگونه تغییر در این اکوسیستم‌ها می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای داشته باشد.

بیشتر شدن تابش فرابنفش در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری می‌تواند پراکنش فیتوپلانکتون‌ها را تغییر دهد. فیتوپلانکتون‌ها پایه بسیاری از زنجیره‌های غذایی در اکوسیستم‌های آبی هستند. پرتو UV-B علاوه بر این می‌تواند مراحل اولیه رشد برخی آبزیان مانند خرچنگ‌ها و میگوها را تحت تاثیر قرار دهد. از پیامدهای احتمالی آن می‌توان به اختلال در رشد لاروها و نزول توانایی تولیدمثل اشاره کرد.

پرتو UV-B می‌تواند روی رشد و نحوه عملکرد طبیعی گیاهان اثر بگذارد. رشد این پرتوها ممکن است استفاده از ارقام مقاوم‌تر به UV-B را در کشاورزی ضروری کند و نیاز به پرورش گونه‌های مقاوم‌تر را رشد دهد. در علفزارها و جنگل‌ها، بیشتر شدن تابش UV-B می‌تواند ترکیب گونه‌های گیاهی را تغییر دهد و بر تنوع زیستی اثر بگذارد. علاوه بر این ممکن است رشد و شکل گیاهان را تغییر دهد و بر بیماری‌های گیاهی، رقابت میان گونه‌ها و چرخه‌های طبیعی مواد در اکوسیستم تأثیر بگذارد.

تخریب لایه اوزون و تحولات اقلیمی با یکدیگر ارتباط دارند، اما تخریب اوزون عامل اصلی اصلاحات اقلیمی به شمار نمی‌آید. اوزون موجود در استراتوسفر با جذب پرتوهای فرابنفش خورشید به گرم‌شدن این لایه کمک می‌کند. از سوی دیگر، تحولات دما و شرایط جوی می‌توانند بر غلظت و پراکنش اوزون در ارتفاعات مختلف جو اثر بگذارند.

بخش مهمی از نزول اوزون در استراتوسفر پایینی به حضور گازهای حاوی کلر و برم مربوط می‌شود که در اثر فعالیت‌های انسانی وارد جو شده‌اند. در مقابل، صعود اوزون در تروپوسفر که در اثر واکنش گازهای آلاینده منتشرشده از سطح زمین ایجاد می‌شود، می‌تواند اثر گرمایشی داشته باشد و به تشدید اثر گلخانه‌ای کمک کند.

پرتو UVB می‌تواند به پلیمرهای مصنوعی، زیست‌پلیمرهای طبیعی و برخی مواد مورد استفاده در صنایع مختلف آسیب بزند. اگرچه در روز جاریه افزودنی‌های ویژه‌ای برای محافظت از این مواد در برابر UVB استفاده می‌شود، بیشتر شدن میزان این پرتوها می‌تواند سرعت تخریب مواد را بیشتر کند. در حاصل، عمر مفید موادی که در فضای باز استفاده می‌شوند نزول پیدا می‌کند.

فعالیت‌های انسانی باعث بیشتر شدن ترکیبات حاوی کلر و برم در جو شده‌اند که به تخریب لایه اوزون منجر می‌شوند. این ترکیبات به‌تدریج از استراتوسفر خارج می‌شوند و در صورت ادامه روند فعلی، انتظار می‌رود مقدار آن‌ها تا اواسط قرن بیست‌ویکم کم شدن پیدا کند. این روند خروجی همکاری کشورها برای نزول تولید و مصرف مواد مخرب لایه اوزون است و ادامه این همکاری برای جامع‌شدن روند بازیابی لایه اوزون اهمیت زیادی دارد.

پروتکل مونترال نقش مهمی در کم شدن انتشار مواد مخرب لایه اوزون دارد. بدون اجرای این پروتکل و اصلاحیه‌های آن، استفاده از CFCها و سایر مواد مخرب اوزون می‌تواند مقدار کلر و برم موجود در استراتوسفر را تا دهه ۲۰۵۰ به چند برابر میزان آن در دهه ۱۹۸۰ برساند و باعث کم شدن شدیدتر اوزون شود. در مقابل، با ادامه اقدامات جهانی برای کم شدن انتشار این مواد، غلظت ترکیبات حاوی کلر و برم در تروپوسفر از سال ۱۹۹۵ روند افتی پیدا می‌کند. بر پایه پیش‌بینی‌های علمی، در صورت ادامه این روند، لایه ازن می‌تواند در میانه قرن بیست‌ویکم به شرایط نزدیک به گذشته بازگردد.

پروتکل مونترال یک توافق بین‌المللی برای کنترل تولید و مصرف مواد شیمیایی مخرب لایه اوزون بود که در ۱۶ سپتامبر ۱۹۸۷ در شهر مونترال به تصویب رسید. هدف اصلی این توافق، نزول تولید و مصرف موادی بود که به لایه اوزون آسیب می‌زدند. این پروتکل در ابتدا با مشارکت حدود ۴۶ کشور شکل گرفت و به‌تدریج کشورهای بیشتری به آن پیوستند و تعداد اعضای آن به نزدیک ۲۰۰ کشور (از جمله ایران) رسید.

اجرای پروتکل مونترال به کم شدن مواد مخرب اوزون در جو و بهبود تدریجی وضعیت لایه اوزون کمک کرد. حفره اوزون بر فراز جنوبگان نیز به‌تدریج نشانه‌هایی از بهبود نشان داد. بر پایه پیش‌بینی‌های علمی، اگر اقدامات کنترلی ادامه پیدا کند، لایه اوزون در بیشتر نقاط جهان می‌تواند بین سال‌های ۲۰۵۰ تا ۲۰۷۰ به شرایطی نزدیک به وضعیت آن در دهه ۱۹۸۰ بازگردد.

در این گزارش از مجله فرادرس آموختیم لایه اوزون چیست و چرا ضخامت آن تغییر کرده است. شناخت نقش کلر و بروم در تخریب لایه اوزون، به شکل‌گیری تلاش‌های بین‌المللی برای افت تولید و مصرف کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCها) و سایر هالوکربن‌ها منجر شد. در سال ۱۹۸۷، پروتکل مونترال با هدف کنترل و حذف تدریجی این مواد تصویب شد. در حاصل اجرای این توافق، تا سال ۲۰۰۵ مصرف مواد شیمیایی تخریب‌کننده اوزون در کشورهای عضو حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد افت یافت.

افت تدریجی ترکیبات کلر و بروم در استراتوسفر به بهبود لایه ازن و نزول اندازه سوراخ اوزون در قطب جنوب کمک کرده است. برای نمونه، مساحت سوراخ لایه ازون در قطب جنوب که در سال ۲۰۰۰ حدود ۲۹٫۹ میلیون کیلومتر مربع بود، در سال ۲۰۲۱ به حدود ۲۴٫۸ میلیون کیلومتر مربع افت یافت. از سوی دیگر در سپتامبر ۲۰۱۹، کوچک‌ترین سوراخ لایه اوزون از سال ۱۹۸۲ با مساحتی حدود ۱۶٫۳ میلیون کیلومتر مربع ثبت شد.

بر پایه گزارش‌های علمی، در صورت ادامه نزول مواد تخریب‌کننده اوزون طبق برنامه پروتکل مونترال، انتظار می‌رود غلظت اوزون در مناطق قطبی در دهه‌های آینده به سطح سال ۱۹۸۰ نزدیک شود. برآوردهای سال ۲۰۲۳ سازمان ملل حاکی از آن است که لایه اوزون قطب شمال و قطب جنوب احتمالا به‌ترتیب تا سال‌های ۲۰۴۵ و ۲۰۶۶ بهبود می‌یابد. از آنجا که اوزون یک گاز گلخانه‌ای است، بازیابی تدریجی لایه اوزون می‌تواند بر اثر خنک‌کننده ناشی از نزول اوزون استراتوسفری نیز تاثیر بگذارد.

برای درک بهتر آنچه در این گزارش از مجله فرادرس درباره لایه اوزون آموختید، به سوالات زیر پاسخ دهید. درنهایت، پس از پاسخدهی به تمامی سوالات می‌توانید با کلیک بر روی گزینه «دریافت خروجی آزمون» تعداد پاسخ‌های صحیح خود را مشاهده کنید.

۱. فرمول شیمیایی اوزون چیست؟

$$O$$

$$O_2$$

$$O_3$$

$$O_4$$

شرح پاسخ

سوالات متداول

لایه اوزون چیست؟ – اهمیت، دلایل تخریب و محافظت از آن چیست؟

در این مطلب اطلاعات، جزئیات و نکات مرتبط با لایه اوزون چیست؟ – اهمیت، دلایل تخریب و محافظت از آن بررسی شده است.

چرا لایه اوزون چیست؟ – اهمیت، دلایل تخریب و محافظت از آن اهمیت دارد؟

این موضوع به دلیل اطلاعات و کاربردهای مرتبط، مورد توجه کاربران قرار گرفته است.

مهم‌ترین نکات درباره type چیست؟

جزئیات مهم و نکات قابل توجه درباره type در متن مقاله بررسی شده است.