کاهش ازون

(تغییرمسیر از سوراخ لایه اوزون)

کاهش اُزون[۱] یا تخلیه اوزون به توصیف دو پدیده گفته می‌شود که طی آنها از دهه ۱۹۷۰ میلادی، حجم مولکول ازون در لایه استراتوسفر (لایه ازون) زمین در حدود ۴٪ در هر دهه کاهش یافته‌است. مهم‌تر از آن، کاهش استراتوسفر اوزون در طول سرزمین‌های قطبی بود.

نگاره بزرگترین سوراخ (بیشترین گرما) ثبت شده لایه ازون در جنوبگان در سال ۲۰۰۶

جزئیات این دو پدیده دارای تفاوت‌های کمی هستند. اما کاتالیزور هر دو پدیده تخریب ازون توسط اتم‌های هالوژنی است. منبع اصلی این اتم‌های هالوژنی دست‌ساخته‌های بشری هستند.[۲]

علت اصلی تخریب ازن و سوراخ ازن مواد شیمیایی تولید شده به ویژه مبردهای هالوکربن تولید شده، حلال‌ها، پیشرانه‌ها و عوامل دم کننده کف (کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCها)، HCFCها، هالون‌ها) است که به عنوان مواد تخریب کننده ازن (ODS) نامیده می‌شوند. این ترکیبات پس از انتشار از سطح، با اختلاط متلاطم به استراتوسفر منتقل می‌شوند و بسیار سریعتر از آنکه مولکول‌ها ته‌نشین شوند، مخلوط می‌شوند.[۳] هنگامی که در استراتوسفر قرار گرفتند، آن‌ها از طریق تجزیه نوری اتم‌های هالوژن آزاد می‌کنند که تجزیه ازن (O3) به اکسیژن (O2) را کاتالیز می‌کند. هر دو نوع کاهش ازن با افزایش انتشار هالوکربن‌ها افزایش می‌یابد.[۴]

کاهش اوزون و سوراخ ازن نگرانی جهانی را نسبت به افزایش خطرات سرطان و سایر اثرات منفی ایجاد کرده‌است. لایه ازن از عبور بیشتر طول موج‌های اشعه ماورا بنفش (UV) از جو زمین جلوگیری می‌کند. این طول موج‌ها باعث سرطان پوست، آفتاب سوختگی، نابینایی دائمی و آب مروارید می‌شود که پیش‌بینی می‌شود به دلیل نازک شدن ازن به میزان چشمگیری افزایش یابد و به گیاهان و حیوانات آسیب برساند. این نگرانی‌ها منجر به تصویب پیمان مونترال در سال ۱۹۸۷ شد که تولید CFC، هالون و سایر مواد شیمیایی تخریب کننده ازن را ممنوع می‌کند.

این ممنوعیت در سال ۱۹۸۹ اعمال شد. سطح اوزون در اواسط دهه ۱۹۹۰ تثبیت شد و در دهه ۲۰۰۰ شروع به بازیابی کرد، زیرا تغییر جریان جتی در نیمکره جنوبی به سمت قطب جنوب متوقف شده و حتی ممکن است تغییر کند.[۵] پیش‌بینی می‌شود بازیابی در قرن آینده ادامه داشته باشد و پیش‌بینی می‌شود سوراخ ازن تا حدود سال ۲۰۷۵ به سطح قبل از ۱۹۸۰ برسد.[۶] در سال ۲۰۱۹، ناسا گزارش داد که سوراخ ازن کوچکترین سوراخ از زمان کشف آن در سال ۱۹۸۲ است.[۷][۸][۹]

پروتکل مونترال موفق‌ترین توافقنامه بین‌المللی زیست‌محیطی تاکنون در نظر گرفته شده‌است.[۱۰][۱۱]

کشفویرایش

این پدیده، نخستین بار در سال ۱۹۸۵ دیده شد.[۱۲]

بررسی اجمالی چرخه ازنویرایش

سه شکل (یا آلوتروپ) اکسیژن در چرخه ازون-اکسیژن نقش دارد: اتم‌های اکسیژن (O یا اکسیژن اتمی)، گاز اکسیژن (O2 یا اکسیژن دیاتومیک) و گاز ازن (O3 یا اکسیژن سه‌گانه). هنگامی که مولکول‌های اکسیژن پس از جذب فوتون‌های ماورای بنفش، متلاشی می‌شوند، ازن در استراتوسفر تشکیل می‌شود. با این کار یک O2 واحد به دو رادیکال اکسیژن اتمی تبدیل می‌شود. رادیکالهای اکسیژن اتمی سپس با مولکول‌های O2 جداگانه ترکیب شده و دو مولکول O3 ایجاد می‌کنند. این مولکولهای ازن، نور ماورای بنفش (UV) را جذب می‌کنند و به دنبال آن ازن به مولکول O2 و یک اتم اکسیژن تقسیم می‌شود. سپس اتم اکسیژن با یک مولکول اکسیژن پیوند داده و ازن را بازسازی می‌کند. این یک روند مداوم است که هنگامی که اتم اکسیژن با یک مولکول ازن دوباره ترکیب می‌شود و دو مولکول O2 ایجاد می‌شود، خاتمه می‌یابد.

O + O
3
→ 2 O
۲

مقدار کل ازن در استراتوسفر با تعادل بین تولید فتوشیمیایی و ترکیب مجدد تعیین می‌شود.

ازن می‌تواند توسط تعدادی کاتالیزور رادیکال آزاد از بین برود. مهم‌ترین آن‌ها رادیکال هیدروکسیل (OH·)، رادیکال اکسید نیتریک (NO·)، رادیکال کلر (Cl·) و رادیکال برم (Br·) هستند. نقطه یک علامت است که نشان می‌دهد هر گونه دارای الکترون جفت نشده‌است و بنابراین بسیار واکنش پذیر است. همه این‌ها هم منابع طبیعی دارند و هم منابع انسانی. در حال حاضر، بیشتر OH· و NO· در استراتوسفر به‌طور طبیعی اتفاق می‌افتد، اما فعالیت‌های انسانی سطح کلر و برم را به شدت افزایش داده‌است.[۱۳] این عناصر در ترکیبات آلی پایدار، به ویژه کلروفلوئورکربن‌ها یافت می‌شوند که به دلیل واکنش پذیری کم می‌توانند به استراتوسفر بروند بدون اینکه در تروپوسفر از بین بروند. هنگامی که در استراتوسفر قرار گرفتیم، اتم‌های Cl و Br از طریق ترکیب نور مأوای بنفش، از ترکیبات اصلی آزاد می‌شوند.

CFCl
3
+ تابش الکترومغناطیسی → Cl· +·CFCl
2

ازن یک مولکول بسیار واکنش پذیر است که به راحتی با کمک کاتالیزور به شکل اکسیژن پایدارتر کاهش می‌یابد. اتم‌های Cl و Br از طریق چرخه‌های مختلف کاتالیزوری، مولکول‌های ازن را از بین می‌برند. در ساده‌ترین مثال از چنین چرخه ای، یک اتم کلر با یک مولکول ازن (O 3) واکنش نشان می‌دهد،[۱۴] یک اتم اکسیژن می‌گیرد و مونوکسید کلر (ClO) تشکیل می‌دهد و یک مولکول اکسیژن (O 2) باقی می‌ماند. ClO می‌تواند با یک مولکول دوم ازن واکنش نشان دهد و اتم کلر را آزاد کند و دو مولکول اکسیژن تولید کند. خلاصه شیمیایی این واکنشهای فاز گاز عبارتند از:

  • Cl· + O
    3
    → ClO + O
    2

یک اتم کلر یک اتم اکسیژن را از یک مولکول ازن خارج کرده و یک مولکول ClO ایجاد می‌کند.

  • ClO + O
    3
    → Cl· + 2 O
    2

این ClO همچنین می‌تواند یک اتم اکسیژن را از یک مولکول دیگر ازن خارج کند. کلر برای تکرار این چرخه دو مرحله ای آزاد است.

اثر کلی کاهش مقدار ازن است، اگرچه سرعت این فرایندها را می‌توان با اثر چرخه‌های پوچ کاهش داد. مکانیسم‌های پیچیده تری نیز کشف شده‌است که منجر به تخریب ازن در استراتوسفر پایین می‌شود.

مشاهدات مربوط به کاهش لایه ازنویرایش

سوراخ ازن معمولاً با کاهش کل ازن ستون بالای نقطه ای از سطح زمین اندازه‌گیری می‌شود. این به‌طور معمول در دابسون (یکا) بیان می‌شود. مخفف آن "DU" است. بارزترین کاهش اوزون در استراتوسفر تحتانی بوده‌است. کاهش قابل توجهی در ازن ستون در بهار قطب جنوب و اوایل تابستان نسبت به اوایل دهه ۱۹۷۰ و قبل از آن با استفاده از ابزارهایی مانند طیف‌سنج نقشه‌برداری ازن (TOMS) مشاهده شده‌است.[۱۵]

کاهش تا ۷۰ درصد در ستون ازن مشاهده شده در استرالیا (نیم کره جنوبی) بر روی قطب جنوب و اولین بار در سال ۱۹۸۵ گزارش شد (فرمان و دیگران) همچنان ادامه دارد. ازن کل ستون قطب جنوب در سپتامبر و اکتبر از دهه ۱۹۹۰ به بعد ۴۰–۵۰ درصد کمتر از مقدار سوراخ قبل ازن بوده‌است. روند تدریجی به سمت «بهبودی» در سال ۲۰۱۶ گزارش شده‌است.[۱۶] در سال ۲۰۱۷، ناسا اعلام کرد که سوراخ ازن از سال ۱۹۸۸ به دلیل شرایط گرم استراتوسفر، ضعیف‌ترین سوراخ است. پیش‌بینی می‌شود حدود ۲۰۷۰ بهبود یابد.[۱۷]

مقدار از دست رفته سال به سال در قطب شمال متغیرتر از قطب جنوب است. بیشترین افت قطب شمال در زمستان و بهار است که در سردترین استراتوسفر به ۳۰ درصد می‌رسد.

واکنشهایی که روی ابرهای استراتوسفر قطبی (PSC) اتفاق می‌افتند نقش مهمی در افزایش تخریب ازن دارند.[۱۸] PSCها در سرمای شدید استراتوسفر قطب شمال و قطب جنوب با سهولت بیشتری تشکیل می‌شوند. به همین دلیل است که سوراخ‌های ازن ابتدا در قطب جنوب شکل گرفته و عمیق ترند. مدل‌های اولیه نتوانستند PSCها را در نظر بگیرند و تخریب تدریجی جهانی را پیش‌بینی می‌کنند، به همین دلیل سوراخ ناگهانی ازن قطب جنوب برای بسیاری از دانشمندان بسیار تعجب آور بود.[۱۹][۲۰][۲۱]

صحبت از کاهش اوزون در عرض‌های میانی به جای سوراخ دقیق تر است. ازن کل ستون بین ۱۹۸۰ و ۱۹۹۶ برای عرض‌های میانی کمتر از مقادیر قبل از ۱۹۸۰ بود. در عرض‌های میانه شمالی شمالی، از سال ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۹ با اعمال مقررات و کاهش مقدار کلر در استراتوسفر، از حداقل مقدار حدود دو درصد افزایش یافت. در اواسط عرض جغرافیایی نیمکره جنوبی، ازن کل در آن دوره زمانی ثابت مانده‌است. روند قابل توجهی در مناطق استوایی وجود ندارد، بیشتر به این دلیل که ترکیبات حاوی هالوژن فرصت نکرده‌اند تا در عرض‌های گرمسیری اتمهای کلر و برم را تجزیه و آزاد کنند.[۲۲][۲۳]

نشان داده شده‌است که فوران‌های بزرگ آتشفشانی اثرات قابل توجهی هر چند نابرابر از بین برنده ازن دارند، همان‌طور که با فوران کوه از سال 1991 Pinatubo در فیلیپین مشاهده شد.[۲۴]

کاهش اوزون همچنین بسیاری از کاهش مشاهده شده در درجه حرارت استراتوسفر و فوقانی تروپوسفریک را توضیح می‌دهد.[۲۵][۲۶][۲۷] منبع گرمای استراتوسفر جذب اشعه ماورا بنفش توسط ازن است، از این رو کاهش ازن منجر به خنک شدن می‌شود. برخی از خنک‌کننده‌های استراتوسفر نیز از افزایش گازهای گلخانه ای مانند CO2 و CFC خود پیش‌بینی می‌شوند. با این حال، به نظر می‌رسد خنک‌کننده ناشی از ازن غالب است.[۲۸]

پیش‌بینی سطح ازن دشوار است، اما دقت پیش‌بینی مدل‌ها از مقادیر مشاهده شده و توافق بین تکنیک‌های مختلف مدل‌سازی به‌طور پیوسته افزایش یافته‌است. [۱] پروژه جهانی تحقیق و پایش اوزون توسط سازمان جهانی هواشناسی - گزارش شماره ۴۴ کاملاً به نفع پروتکل مونترال است، اما خاطرنشان می‌کند که ارزیابی UNEP در سال ۱۹۹۴ بیش از حد تخریب ازن را برای دوره ۱۹۹۴–۱۹۹۷ بیش از حد ارزیابی کرده‌است.[۲۹]

ماهیتویرایش

سوراخ اوزون به معنای وجود سوراخ در جو زمین نیست. بلکه به معنی کاهش مقدار مولکول گاز اوزون در جو زمین است که این کاهش، در سرزمین‌های قطبی بیشتر است.[۱۲]

 
مقایسه حرارت ثبت شده در شمالگان در سال ۱۹۸۴ و ۱۹۹۷

نظارتویرایش

اداره کل ملی هوانوردی و فضای آمریکا (ناسا) در سپتامبر هر سال اقدام به بررسی مقدار اوزون موجود در استراتوسفر می‌کند.[۱۲]

سوراخ ازن و دلایل آنویرایش

سوراخ ازن قطب جنوب منطقه ای از استراتوسفر قطب جنوب است که در آن سطح ازن اخیر به ۳۳ درصد از مقدار قبل از ۱۹۷۵ در آن کاهش یافته‌است. سوراخ ازن در هنگام بهار قطب جنوب، از سپتامبر تا اوایل دسامبر، هنگامی که بادهای شدید غربی در اطراف قاره شروع به گردش می‌کنند و یک ظرف جوی ایجاد می‌کنند، رخ می‌دهد. در این گرداب قطبی، بیش از ۵۰ درصد ازن استراتوسفر پایین در طول چشمه قطب جنوب از بین می‌رود.[۳۰]

همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، علت اصلی کاهش اوزون وجود گازهای منبع حاوی کلر (در درجه اول CFCها و هالوکربن‌های مربوطه) است. در حضور نور ماورا بنفش، این گازها جدا می‌شوند و اتمهای کلر آزاد می‌کنند و سپس کاتالیز می‌کنند تا تخریب ازن انجام شود. تخریب ازن کاتالیز شده با Cl می‌تواند در فاز گاز اتفاق بیفتد، اما در حضور ابرهای استراتوسفر قطبی (PSC) به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.[۳۱]

ترمیمویرایش

در سال ۱۹۸۷، کشورهای جهان با پیوستن به پروتکل‌هایی مانند پروتکل مونترآل سعی در کاهش گازهایی چون کلروفلوئوروکربن و حفاظت از لایه اوزون داشته‌اند. بر اساس اعلام ناسا در نوامبر ۲۰۱۷، مقدار اوزون در استراتوسفر، به بیشترین مقدار خود از سال ۱۹۸۸ رسید. اما به مقدار موجو در دهه ۱۹۸۰ میلادی بازنگشت. این نتیجه‌گیری بر اساس مشاهده حلقه گرمای بزرگتر و ناپایدار نسبت به گذشته در بالای جنوبگان بدست آمد.[۱۲]

گستردگیویرایش

در پاییز ۲۰۱۹ ناسا اعلام کرد اندازه متوسط این سوراخ به ۹.۳ میلیون کیلومتر مربع رسیده است که این نشان‌دهنده کاهش شدیدی از بزرگترین اندازه آن در سال ۲۰۰۶، یعنی ۲۶.۶ میلیون کیلومتر مربع، است. علت این کوچک شدن نه تلاش برای کاهش آلودگی هوا، که تغییرات آب و هوایی شگفت‌انگیز این ناحیه است.[۳۲]

آیندهویرایش

به خاطر همکاری‌های جهانی در کاهش گازهای گلخانه‌ای، پیش‌بینی می‌شود که در آینده، مشکل کاهش اوزون، کمتر شود.[۱۲]

پانویسویرایش

  1. کاهش اُزون واژهٔ مصوب فرهنگستان زبان و ادب فارسی برای واژه ozone depletion است. «فرهنگ واژه‌های مصوّب فرهنگستان ـ جستجوی واژه». وبگاه رسمی فرهنگستان زبان و ادب فارسی. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۶ ژوئن ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۵ اسفند ۱۳۹۱.
  2. مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Ozone depletion». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۵ اکتبر ۲۰۱۱.
  3. Andino, Jean M. (October 21, 1999). "Chlorofluorocarbons (CFCs) are heavier than air, so how do scientists suppose that these chemicals reach the altitude of the ozone layer to adversely affect it ?". Scientific American. 264: 68.
  4. "Part III. The Science of the Ozone Hole". Retrieved March 5, 2007.
  5. Antara Banerjee; et al. (2020). "A pause in Southern Hemisphere circulation trends due to the Montreal Protocol". 579. Nature. pp. 544–548. doi:10.1038/s41586-020-2120-4.
  6. "The Antarctic Ozone Hole Will Recover". NASA. June 4, 2015. Retrieved 2017-08-05.
  7. Bowden, John (2019-10-21). "Ozone hole shrinks to lowest size since 1982, unrelated to climate change: NASA". TheHill. Retrieved 2019-10-22.
  8. Ansari, Talal (October 23, 2019). "Ozone Hole Above Antarctica Shrinks to Smallest Size on Record" – via www.wsj.com.
  9. Ciaccia, Chris; News, Fox (October 22, 2019). "Antarctic ozone hole shrinks to smallest size on record due to 'rare event'".
  10. "The Ozone Hole-The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer". Theozonehole.com. 16 September 1987. Retrieved 2019-05-15.
  11. "Background for International Day for the Preservation of the Ozone Layer - 16 September". www.un.org. Retrieved 2019-05-15.
  12. ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ ۱۲٫۲ ۱۲٫۳ ۱۲٫۴ Eleanor Imster (7 November 2017). "2017 ozone hole smallest since 1988". earthsky.org.
  13. "World of Change: Antarctic Ozone Hole". earthobservatory.nasa.gov. 2009-06-01. Retrieved 2020-06-26.
  14. Newman, Paul A. "Chapter 5: Stratospheric Photochemistry Section 4.2.8 ClX catalytic reactions". In Todaro, Richard M. Stratospheric ozone: an electronic textbook. NASA Goddard Space Flight Center Atmospheric Chemistry and Dynamics Branch. Retrieved May 28, 2016.
  15. "The Ozone Hole Tour: Part II. Recent Ozone Depletion". University of Cambridge. Retrieved March 28, 2011.
  16. Solomon, S.; Ivy, D. J.; Kinnison, D.; Mills, M. J.; Neely Rr, 3rd; Schmidt, A. (June 30, 2016). "Emergence of healing in the Antarctic ozone layer". Science. 353 (6296): 269–74. Bibcode:2016Sci...353..269S. doi:10.1126/science.aae0061. PMID 27365314.
  17. Mersmann, Katy; Stein, Theo (November 2, 2017). "Warm Air Helped Make 2017 Ozone Hole Smallest Since 1988". nasa.gov. Retrieved December 31, 2017.
  18. U.S. EPA: Ozone Depletion. epa.gov
  19. Zafar, A. Mannan; Müller, Rolf; Grooss, Jens-Uwe; Robrecht, Sabine; Vogel, Bärbel; Lehmann, Ralph (January 2018). "The relevance of reactions of the methyl peroxy radical (CH3O2) and methylhypochlorite (CH3OCl) for Antarctic chlorine activation and ozone loss" (PDF). Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 70 (1): 1507391. Bibcode:2018TellB..7007391Z. doi:10.1080/16000889.2018.1507391. ISSN 1600-0889. S2CID 106298119.
  20. Son, Seok-Woo; Han, Bo-Reum; Garfinkel, Chaim I.; Kim, Seo-Yeon; Park, Rokjin; Abraham, N. Luke; Hideharu Akiyoshi; Archibald, Alexander T.; Butchart, N. (2018). "Tropospheric jet response to Antarctic ozone depletion: An update with Chemistry-Climate Model Initiative (CCMI) models". Environmental Research Letters. 13 (5): 054024. Bibcode:2018ERL....13e4024S. doi:10.1088/1748-9326/aabf21. ISSN 1748-9326.
  21. "Largest-ever Ozone Hole over Antarctica". earthobservatory.nasa.gov. 2000-09-11. Retrieved 2018-11-26.
  22. "Twenty Questions and Answers About the Ozone Layer" (PDF). Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010. World Meteorological Organization. 2011. Retrieved March 13, 2015.
  23. "Myth: Ozone Depletion Occurs Only In Antarctica". EPA. June 28, 2006. Retrieved March 28, 2011.
  24. Self, Stephen, et al. (1996). "The Atmospheric Impact of the 1991 Mount Pinatubo Eruption". USGS. Retrieved May 28, 2016.
  25. خطای یادکرد: خطای یادکرد:برچسب <ref>‎ غیرمجاز؛ متنی برای یادکردهای با نام wg1_223 وارد نشده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  26. 2008 News, Briefs, and Features. NASA
  27. 2008 News, Briefs, and Features. NASA
  28. "Climate Change 2013: The Physical Science Basis". UNEP. Retrieved May 28, 2016.
  29. "Scientific Assessment of Ozone Depletion 1998 – Preface". US National Oceanic & Atmospheric Administration. Retrieved 21 December 2012.
  30. Sparling, Brien (June 26, 2001). "Antarctic Ozone Hole". NASA Advanced Supercomputing Department. Archived from the original on April 3, 2009. Retrieved April 16, 2011.
  31. Parson, Robert (December 16, 1997). "Antarctic ozone-depletion FAQ, section 7". Faqs.org. Retrieved April 16, 2011.
  32. سوراخ لایه ازون در قطب جنوب به کوچکترین اندازه از زمان کشف آن رسید؛ آیا آلودگی‌ها کم شده است؟ صدای آمریکا

منابعویرایش