لایه اوزون چیست و کجاست؟
لایه اوزون چیست و کجاست: لایه اوزون (اُزُن) بخشی از لایه پوشنسپهر (استراتوسفر) در جو زمین است که مولکولهای اوزون آنجا تراکم بیشتری دارند. لایه اوزون مثل سپری نامرئی است که پروردگارمان آنرا دورتادور زمین کشیده است تا سیاره ما را از پرتوهای خطرناک فرابنفش خورشید محافظت کند. مولکولهای اوزون بخش زیادی از پرتوهای پرانرژیِ فرابنفش خورشید را جذب میکنند و جلوی رسیدن آنها به زمین را میگیرند. لایه پوشنسپهر همواره بهطور طبیعی اوزون تولید میکند و به همان نسبت نیز اوزون از دست میدهد و لذا مقدار اوزون موجود در لایه اوزون تقریبا همیشه ثابت است. نور خورشید مهمترین عامل تولید ازن در لایه ازن است. در ادامه با جزییات بیشتری توضیح میدهیم که لایه ازن چیست و کجاست. همچنین توضیح میدهیم که لایه ازن چه فوایدی دارد. همچنین نحوه تولید ازن در جو زمین را بیان میکنیم.
لایه اوزون چیست؟
مهمترین منطقه تجمع اوزون در سیاره ما، بخشی از جو زمین است که به آن لایه اوزون میگوییم. لایه اوزون بخشی از لایه پوشنسپهر (استراتوسفر) یعنی دومین لایه جَوّیِ نزدیک به سطح زمین است که تراکم مولکولهای اوزون آنجا بیش از سایر مناطق جو است. تقریبا ۹۰ درصد مولکولهای ازن موجود در اطراف سیاره ما درلایه اوزون جمع شدهاند.
مهمترین فایده لایه اوزون، سپر بودنش در برابر بعضی از پرتوهای مضر خورشید است. مولکولهای اوزون موجود در لایه اوزون، بیشتر پرتوهای مضر فرابنفش خورشید را جذب میکنند و جلوی برخوردشان با زمین را میگیرند. اگر لایه اوزون وجود نمیداشت، حیات روی زمین نیز تقریبا ناممکن میبود، زیرا پرتوهای پرانرژی فرابنفش بافتهای پوست انسان و سایر موجودات را میسوزانند و جلوی رشد گیاهان را میگیرند.
لایه اوزون کجاست؟
جو زمین ۵ لایه (یا از نظر برخی دیگر از دانشمندان ۴ لایه) دارد. اولین لایهی جَوّیِ نزدیک به زمین وردسپهر (تروپوسفر) و دومین لایه نزدیک به زمین پوشنسپهر (استراتوسفر) است. بخشی از پوشنسپهر همواره بهطور طبیعی مولکول اوزون بیشتری تولید میکند و لذا تعداد مولکولهای اوزون در آن ناحیه از پوشنسپهر بیش از سایر لایههای جو زمین است. به ناحیه مذکور اصطلاحا لایه اوزون یا لایه ازن میگویند. وجود لایه ازون برای سیاره ما بسیار مفید و حیاتی است زیرا جلوی بسیاری از پرتوهای خطرناک فرابنفش خورشید را میگیرد.
همانطور که قبلا هم گفتیم، حدود ۹۰ درصد مولکولهای اوزون زمین در همین ناحیه یعنی لایه ازن جمع شدهاند. حدود ۱۰ درصد باقیمانده نیز عمدتا در پایینترین لایه جو زمین یعنی در وردسپهر جمع شدهاند. اما اوزون موجود در وردسپهر طبیعی نیست بلکه تحت تاثیر گازهای آلایندهی شیمیایی به وجود آمده است و تنفس آن برای انسان مضر است.
فواید لایه اوزون چیست؟
طبق دانستههای فعلی بشر، مهمترین فایده لایه اوزون، جذب پرتوهای مضر فرابنفش خورشید است. وقتی مولکولهای اوزون پرتوهای پرانرژی و خطرناک فرابنفش را جذب میکنند، پرتوها دیگر به زمین نمیرسند و نمیتوانند حیات انسانها و سایر موجودات را به خطر بیاندازند. البته همه پرتوهای فرابنفش خورشید یکسان نیستند و برای مثال پرتوهای اصطلاحا UV-A که کمانرژیتر هستند و بسامد بیشتری دارند، برای ما بیخطرند.
پرتوهای فرابنفش (UV) خورشید طولموجهای مختلفی دارند و لذا مقدار انرژی آنها نیز متفاوت است (تصویر ۲). هرچه طولموج پرتو کوتاهتر باشد، بسامد و انرژی آن بیشتر و برای انسان و سایر موجودات زنده خطرناکتر خواهدبود.
مولکولهای اوزون بیشتر پرتوهای پرانرژی فرابنفش موسوم به UV-C و UV-B را جذب میکنند و بدینسان جلوی رسیدن آنها به زمین را میگیرند. پرتوهای UV-B و UV-C برای موجودات زنده خطرناک هستند. مولکولهای اکسیژن نیز بخشهای دیگری از پرتو فرابنفش را جذب میکنند. لذا مولکولهای اکسیژن و اوزون با همراهی یکدیگر جلوی ۹۵ الی ۹۹.۹ درصد پرتوهای فرابنفش خورشید را میگیرند و مثل سپری طبیعی سیاره ما را محافظت میکنند.
منظور از سوراخ لایه اوزون چیست؟
پژوهشگران در دهه ۱۹۸۰ میلادی متوجه شدند که بعضی از گازهای آلاینده، در جو زمین بالا میروند و تدریجا لایه اوزون را از بین میبرند. دانشمندان دریافتند که غلظت اوزون در پوشنسپهر در حال کاهش است و در بخشی از لایه اوزون بر فراز قطب جنوب حفره بزرگی ایجاد شده است.
علت سوراخ شدن لایه اوزون، ترکیبات شیمیایی خاصی موسوم به کلروفلوروکربنها (CFC) هستند که در یخچالها، دستگاههای تهویه هوا، افشانههای خوشبوکننده و چندین محصول دیگر بهکار میروند. کلروفلوروکربنها پیوند بین اتمهای مولکول اوزون را از بین میبرند و سبب میشوند اوزون موجود در پوشنسپهر سریعتر تجزیه شود. بااینکه پوشنسپهر بهطور طبیعی اوزون تولید میکند، اما اگر نرخ تخریب اوزون بر نرخ تولید آن پیشی بگیرد، حجم اوزون در پوشنسپهر تدریجا کم میشود و سرانجام لایه اوزون کاملا از بین میرود.
اگر لایه اوزون نابود شود، پرتوهای خطرناک فرابنفش خورشید به زمین میرسند و آنگاه زندگی انسانها و سایر موجودات روی زمین نیز به خطر میافتد. برای مثال، پرتو فرابنفش موجب بروز بیماریهایی مثل سرطان پوست میشود و جلوی رشد گیاهان را میگیرد.
علت تخریب لایه اوزون چیست؟
گازهای آلاینده شیمیاییِ ناشی از فعالیتها و محصولات صنعتی بویژه اتمهای کلر و بروم مستقیما وارد لایه اول جو زمین یعنی وردسپهر (تروپوسفر) میشود و سپس تدریجا به لایه دوم یعنی پوشنسپهر (استراتوسفر) نفوذ میکند.
اتمهای کلر و بروم در صورت تماس با مولکول اوزون، با آن واکنش نشان میدهند و پیوند بین اتمهای مولکول اوزون را از بین میبرند. هر اتم کلر پیش از آنکه خودش در پوشنسپهر نابود شود، میتواند بیش از ۱۰۰.۰۰۰ مولکول اوزون را نابود کند!
چه موادی لایه اوزون را تخریب میکنند؟
گازهای ناشی از برخی فعالیتها و محصولات صنعتی، پس از رسیدن به لایه ازن، آنرا تدریجا تخریب میکنند. اشعه فرابنفش میتواند موجب بروز بیماریهایی مثل سرطان پوست و آبمروارید شوند، رشد گیاهان را مختل کند و به محیط زیست دریایی آسیب بزند. ترکیبات شیمیایی مختلفی لایه اوزون را تخریب میکنند که مهمترین آنها کلروفلوروکربنها (CFCs) هستند. کلروفلوروکربنها (CFC یا Chlorofluorocarbons) معمولا در سردکنندهها مثل یخچال و نیز در افشانهها مثل خوشبوکنندهها به کار میروند و حاوی مواد مختلف از جمله فلوئور، کربن، کلر و هیدروژن هستند. علاوه بر کلروفلوروکربنها ترکیبات شیمیایی دیگری هم اوزون را از بین میبرند. در کل، مولکول اوزون با اتمهای هیدروژن، نیتروژن، کلر و بروم واکنش نشان میدهد و از هم میپاشد.
بعضی از مواد مخرب لایه اوزون چنین هستند:
- کلروفلوروکربنها (CFCs)
- هیدروکلروفلوروکربنها (HCFCs)
- هیدروبروموفلوروکربنها (HBFCs)
- هالونها (حاوی برومین هستند و ۴۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از کلرین لایه اوزون را تخریب میکنند.
- متیل برومید
- تتراکلرید کربن
- متیل کلروفورم
ترکیبات مخرب لایه اوزون در محصولات مختلف به کار میروند از جمله در:
- خنککنندههایی مثل یخچالهای خانگی و تجاری و سامانههای تهویه مطبوع
- دمندههای کف
- قطعات تجهیزات الکتریکی
- حلّالهای صنعتی
- حلّالهای تمیزکننده
- پیشرانه افشانهها
- بخورها
خطر تخریب لایه اوزون
لایه پوشنسپهر در جو زمین مرتبا اوزون تولید میکند و به همان نسبت نیز اوزون از دست میدهد و لذا مقدار اوزون موجود در پوشنسپهر تقریبا همیشه ثابت است. البته فعالیتهای بیرویه صنعتی و انتشار گازهای آلاینده در جو زمین طی دهههای اخیر، تعادل اوزون را به هم زده و غلظت آن را در لایه ازن کاهش داده است. در حال حاضر نیز روشی وجود ندارد که بتوان مقدار اوزون موجود در پوشنسپهر را افزایش داد. زیرا تولید مصنوعی اوزون و ارسال آن به پوشنسپهر انرژی زیادی لازم دارد که تامین آن از عهده انسان خارج است. شاید بپرسید پس پوشنسپهر انرژی مورد نیازش برای تولید اوزون طبیعی را از کجا بهدست میآورد؟ پوشنسپهر انرژی لازم برای تولید اوزون را از نور خورشید تامین میکند. در بخش بعدی، این موضوع را بیشتر توضیح میدهیم.
ما فعلا برای ارسال اوزون به پوشنسپهر (استراتوسفر) راهکاری نداریم، پس ناچاریم جلوی نابودی لایه اوزون را بگیریم تا میزان تولید و تخلیه اوزون در لایه اوزون دوباره عادی و متعادل شود. برای این منظور فقط یک گزینه داریم: باید استفاده از مواد و ترکیبات شیمیایی نابودکننده اوزون را متوقف یا حداقل محدود کنیم.
نحوه تولید اوزون در لایه اوزون
تولید طبیعی اوزون در لایه اوزون دو مرحله دارد:
- در مرحله نخست، پرتو فرابنفش خورشید پیوند بین اتمهای مولکول اکسیژن را از بین میبرد و آنها را به دو اتم جدا از هم تجزیه میکند. اتمهای منفردِ اکسیژن بسیار واکنشپذیر هستند یعنی تمایل زیادی دارند که با مولکول دیگری پیوند بخورند.
- در مرحله دوم، هر اتم مجزا با مولکول اکسیژن برخورد میکند و با آن پیوند میخورد و نتیجتا مولکولی با سه اتم اکسیژن پدید میآید که همان مولکول اوزون است.
وقتی که هر بخش از زمین بهعلت حرکت وضعی زمین در تاریکی فرومیرود، بخشی از مولکولهای اوزون با ترکیبات شیمیایی دیگر وارد واکنش میشوند و درنتیجه حدود ۵ درصد مولکولهای اوزون از بین میروند. روز بعد با تابش مجدد خورشید به جو زمین، مجددا حدود ۵ درصد مولکول جدید اوزون تولید میشود و بدینسان، حجم اوزون در پوشنسپهر همواره متعادل میماند. اما همانطور که اشاره کردیم، طی چند دهه اخیر، فعالیتهای صنعتی انسان، تعادل بین تولید و تخریب اوزون را به هم زده و لذا در بخشهایی از لایه اوزون بویژه بر فراز قطب جنوب، در لایه اوزون شکاف پدید آمده است.
تفاوت ازن پوشنسپهر با ازن وردسپهر
همانطور که قبلا نیز اشاره کردیم، نزدیکترین لایه جو به زمین یعنی وردسپهر (تروپوسفر) نیز حاوی ازن است، اما ازن موجود در وردسپهر طبیعی نیست بلکه مصنوعی است و توسط انسان تولید و در جو منتشر میشود. برخلاف ازن موجود در پوشنسپهر که طبیعی و مفید است، ازن موجود در وردسپهر برای سلامتی انسان و سایر موجودات مضر است و به بروز یا تشدید بیماریهای تنفسی یا ناراحتیهایی مثل سردرد منجر میشود.
در ادامه، تفاوت ازن طبیعی و مفید در لایه پوشنسپهر یا ازن مصنوعی و مضر در لایه وردسپهر را خلاصهوار توضیح میدهیم.
اوزون پوشنسپهری (استراتوسفری) چیست؟
دومین لایه جو نزدیک به سطح زمین، پوشنسپهر (استراتوسفر) نام دارد. حدود ۹۰ درصد مولکولهای اوزون موجود در جو سیاره ما، در بخشی از همین لایه یعنی پوشنسپهر هستند و به همین سبب ناحیه مذکور را لایه اوزون مینامیم.
جالب است بدانیم که غلظت مولکولهای اوزون در لایه اوزون، ۱۰ در یکمیلیون است؛ یعنی بین هر یکمیلیون مولکول موجود در لایه اوزون تنها ۱۰ مولکول اوزون (O۳) وجود دارد و مابقی عمدتا مولکولهای نیتروژن (N۲) و اکسیژن (O۲) هستند. اما اوزون مولکول قدرتمندی است و همین مقدار اوزون میتواند بیشتر پرتوهای مضر خورشید را به خود جذب کند و جلوی رسیدن آنها به زمین را بگیرد.
پرتوهای فرابنفش (UV) خورشید طولموجهای مختلفی دارند و لذا مقدار انرژی آنها نیز متفاوت است. هرچه طولموج پرتو کوتاهتر باشد، بسامد و انرژی آن بیشتر و برای انسان و سایر موجودات زنده خطرناکتر خواهدبود.
مولکولهای اوزون بیشتر پرتوهای پرانرژی فرابنفش موسوم به UV-C و UV-B را جذب میکنند و بدینسان جلوی رسیدن آنها به زمین را میگیرند. پرتوهای UV-B و UV-C برای موجودات زنده خطرناک هستند. مولکولهای اکسیژن نیز بخشهای دیگری از پرتو فرابنفش را جذب میکنند. لذا مولکولهای اکسیژن و اوزون با همراهی یکدیگر جلوی ۹۵ الی ۹۹.۹ درصد پرتوهای فرابنفش خورشید را میگیرند و مثل سپری طبیعی سیاره ما را محافظت میکنند.
وقتی اوزون و اکسیژن نور فرابنفش را جذب میکنند، تحت تاثیر انرژی پرتوهای فرابنفش، گرم میشوند و به همین علت هرچه در لایه پوشنسپهر زمین بالاتر بروید، دما نسبتا بیشتر میشود و از ۵۱- درجه سانتیگراد به ۱۵- درجه سانتیگراد افزایش مییابد.
اوزون وردسپهری (تروپوسفری) چیست؟
در پایینترین لایه جو زمین موسوم به تروپوسفر، یعنی همان هوایی که تنفس میکنیم نیز اوزون وجود دارد. بیشتر اوزون موجود در این ناحیه ناشی از آلودگیهای صنعتی است. اوزون موجود در تروپوسفر چون همراه هوا وارد دستگاه تنفسی ما میشود، برایمان مضر است. اوزون وردسپهری در اثر واکنشهای شیمیایی بین اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ترکیبات ارگانیک فرّار (VOC) پدید میآید.
جمعبندی: لایه اوزون چیست و کجاست؟
در مقاله پیشِ رو توضیح دادیم که لایه اوزون چیست و کجاست. لایه اوزون بخشی از لایه پوشنسپهر در جو زمین است که حدود ۹۰ درصد مولکولهای اوزون در جو سیاره ما آنجا تجمع دارند. لذا آن بخش را لایه اوزون (لایه ازن) مینامیم.
درباره فواید لایه اوزون نیز توضیح دادیم که چون مولکولهای اوزون با جذب پرتوهای مضر فرابنفش خورشید جلوی رسیدن آنها را به زمین میگیرند، لایه اوزون در محافظت از حیات در سیاره ما نقش مهمی دارد.
متاسفانه، فعالیتهای بیقاعده صنعتی و مصرف و انتشار زیاد گازهای آلاینده بویژه فلوروبروموکربنها در جو زمین، بخشهایی از لایه اوزون را تخریب کرده است. فعلا تنها راه برای جلوگیری از تخریب لایه اوزون، متوقف کردن یا دستکم محدود کردن استفاده از گازهای آلاینده و انتشارشان در جو زمین است.
