طبقة الأوزون وتدميرها

ما هي طبقة الأوزون ؟

تقع طبقة الأوزون بالقرب من الأرض وهي منطقة الغلاف الجوي العلوي وهي ملوث للهواء يُسبب تلف الرئة ونوبات الربو، تقع على بعد 10 إلى 30 ميلًا فوق سطح الأرض (16-48 كم)، حيث تحتوي على تركيزات عالية نسبيًا من جزيئات الأوزون (O3)، تحمي جزيئات الأوزون الحياة على الأرض فهي تساعد في حماية كوكبنا من الإشعاع الشمسي الضار.
طبقة الأوزون توجد في الستراتوسفير وهي المكان الذي يوجد فيه حوالي 90٪ من الأوزون في نظام الأرض، لكن الأوزون يشكل واحد إلى عشرة فقط من كل مليون جزيء في طبقة الأوزون، كما أن بقية الجزيئات هي في الغالب عبارة عن النيتروجين والأكسجين مثل الهواء الذي نتنفسه.
يمتص الأوزون أطوال موجية للأشعة تُعرف بالأشعة فوق البنفسجية وهي عبارة عن أطوال موجية تضر بالأحياء، تمتص جزيئات الأكسجين شكل من أشكال الأشعة فوق البنفسجية أيضًا، جزيئات الأوزون والأكسجين قادرة على امتصاص 95 إلى 99.9٪ من الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى كوكبنا، عندما يمتص الأكسجين والأوزون ضوء الأشعة فوق البنفسجية يتم توليد الحرارة وهذا هو السبب في ارتفاع درجة حرارة الستراتوسفير.

موقع طبقة الأوزون في الغلاف الجوي:

طبقة الأوزون هي جزء من الغلاف الجوي يحتوي على مستويات عالية من جزيء الأكسجين، يلعب هذا الجزيء دورًا مهمًا كدرع للأشعة فوق البنفسجية الطبيعية للأرض، تقع طبقة الأوزون بالفعل في الستراتوسفير في منطقة تقع على ارتفاع 10 إلى 50 كم فوق الأرض.
يمكن للأوزون أن يكون موجود بـ طبقتين في الغلاف الجوي وهي كما يلي:

• الأوزون في الستراتوسفير: يوجد غاز الأكسجين في الغلاف الجوي حيث يتصادم ضوء الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة مع جزيء الأكسجين مما يتسبب في انقسامه إلى ذرتين من الأكسجين، هذه الذرات غير مستقرة وتفضل الارتباط بشيء آخر، ثم تحطم ذرات الأكسجين الحرة في جزيئات أخرى من الأكسجين وبهذا يتشكل الأوزون.
  يتم تدمير الأوزون في نفس العملية التي تحمينا من الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس، فعندما يمتص الأوزون (O3) ضوء الأشعة فوق البنفسجية فإنه يقسم الجزيء إلى ذرة أكسجين حرة (O1) وجزيء واحد من غاز الأكسجين (O2).
  
• الأوزون في التروبوسفير: حيث أن هذه الطبقة سيئة للتنفس وذلك بسبب المساهمة في الضباب الدخاني وغازات الدفيئة الناتجة عن الأنشطة البشرية، حيث يمكن للأوزون أيضًا أن يعمل كمؤكسد كيميائي عن طريق تمزيق ذرات الأكسجين من المركبات الأخرى، لا يوجد الأوزون بالقرب من السطح بتركيزات عالية بما يكفي لحمايتنا من الأشعة فوق البنفسجية عند هذا المستوى لذا فإن فوائد الأوزون لا تظهر إلّا في طبقة الستراتوسفير.
  

إنشاء وتدمير طبقة الأوزون:

يُنتج الأوزون في طبقة تسمى بالستراتوسفير عن طريق كسر الروابط الكيميائية، هذه الجزيئات عبارة عن جزيئات من الأكسجين (O2) عن طريق شي يسمى بالفوتونات الشمسية التي تتميز بعالية الطاقة، تؤدي هذه العملية المسماة التفكك الضوئي إلى إطلاق ذرات أكسجين مفردة والتي تنضم لاحقًا إلى جزيئات الأكسجين السليمة لتكوين الأوزون، سمح ارتفاع تركيزات الأكسجين في الغلاف الجوي قبل نحو ملياري سنة للأوزون بالتراكم في الغلاف الجوي للأرض وهي عملية أدت تدريجياً إلى تكوين الستراتوسفير.
تتفاوت كميات الأوزون في طبقة الستراتوسفير بشكل معتاد على مدار العام نتيجة لبعض العمليات الكيميائية التي تولد جزيئات الأوزون وتدمرها، ونتيجة لعامل الرياح تنقل هذه الجزيئات حول الكوكب، على مدار عدة عقود غيرت الأنشطة البشرية بشكل كبير طبقة الأوزون، كما أن استنفاد الأوزون وهو الانخفاض العالمي في الأوزون الستراتوسفيري الذي لوحظ منذ السبعينيات هو الأكثر وضوحًا في المناطق القطبية وهو مرتبط جيدًا بزيادة الكلور والبروم في الستراتوسفير.
تلك المواد الكيميائية بمجرد تحريرها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية من مركبات الكربون الكلورية التي تحتوي عليها طبقة الأوزون تعمل على تدمر الأوزون عن طريق نزع ذرات الأكسجين الفردية من جزيئات الأوزون، الاستنفاد واسع النطاق لدرجة أن ما يسمى بثقوب الأوزون (مناطق ذات تغطية الأوزون منخفضة بشدة) تتشكل فوق القطبين خلال بداية مواسم الربيع الخاصة بكل منهما، تظهر أكبر حفرة من هذا النوع، والتي امتدت على أكثر من 20.7 مليون كيلومتر مربع (8 مليون ميل مربع) على أساس ثابت منذ عام 1992، سنويًا فوق القارة القطبية الجنوبية بين سبتمبر ونوفمبر.
في عام 1976 كشفت أبحاث الغلاف الجوي أن طبقة الأوزون كانت تستنفد بسبب المواد الكيميائية التي تطلقها الصناعة وبشكل رئيسي مركبات الكربون الكلورية فلورية، المخاوف من أن زيادة الأشعة فوق البنفسجية بسبب استنفاد الأوزون تهدد الحياة على الأرض بما في ذلك زيادة سرطان الجلد لدى البشر والمشاكل البيئية الأخرى أدت إلى حظر المواد الكيميائية وأحدث دليل على أن استنفاد الأوزون قد تباطأ أو توقف.
مع انخفاض كمية الأوزون الاستراتوسفيري يصل المزيد من الأشعة فوق البنفسجية إلى سطح الأرض ويخشى العلماء من أن مثل هذه الزيادات يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على النظم البيئية وصحة الإنسان، كان القلق بشأن التعرض لمستويات ضارة بيولوجيًا من الأشعة فوق البنفسجية وهي المحرك الرئيسي لإنشاء معاهدات دولية مثل بروتوكول مونتريال بشأن المواد المستنفدة لطبقة الأوزون وتعديلاته المصممة لحماية طبقة الأوزون على الأرض.
الامتثال للمعاهدات الدولية التي أنهت تدريجياً إنتاج وتسليم العديد من المواد الكيميائية المستنفدة للأوزون إلى جانب تبريد الستراتوسفير العلوي بسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون، يُعتقد أنه ساهم في تقلص فتحات الأوزون فوق القطبين وإلى مستويات أعلى قليلاً من الأوزون الستراتوسفيري بشكل عام.
من المتوقع أن تؤدي التخفيضات المستمرة في تحميل الكلور إلى ثقوب أوزون أصغر ومع ذلك لاحظ بعض العلماء أن المكاسب التي تحققت في مستويات الأوزون الستراتوسفيري لم تحدث إلّا في الستراتوسفير العلوي مع انخفاض في تركيزات الأوزون في الطبقة الستراتوسفيرية السفلى تزيد عن الزيادات في الستراتوسفير العلوي.

حل مشكلة تدمير الأوزون:

تم التوقيع على بروتوكول مونتريال وهو اتفاقية دولية لمعالجة المشكلة العالمية لتدمير الأوزون من قبل أكثر من 70 دولة في عام 1986 وقد وضع أهدافًا لخفض إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية بنسبة 20٪ بحلول عام 1993 و 50٪ بحلول عام 1998 ومنذ التوقيع على الاتفاقية تم تعزيز الأهداف للدعوة إلى القضاء على أخطر مركبات الكربون الكلورية فلورية بحلول عام 1996 وتنظيم المواد الكيميائية الأخرى المستنفدة للأوزون.
اكتشف العلماء مشكلة طبقة الأوزون وحددوا سبب هذه المشكلة، حيث أقنعت أدلتهم الحكومات حول العالم باتخاذ إجراءات للمساعدة في وقف المشكلة، سيستغرق القضاء العالمي على المواد الكيميائية المستنفدة للأوزون عقوداً من الغلاف الجوي لكننا أحرزنا تقدماً في ملء الحفرة، لقد كانت المرة الأولى في التاريخ التي عالجنا فيها قضية بيئية عالمية بالتعاون العالمي.

ثقوب الأوزون:

يعتقد العلماء البريطانيون في خليج هالي أن أدواتهم كانت معطلة عندما بدأوا في تسجيل كميات منخفضة من الأوزون في طبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية في عام 1976، كانوا يقيسون الأوزون في الغلاف الجوي في القطب الجنوبي منذ عام 1957 ولم يشهدوا من قبل انخفاضًا كبيرًا في المستويات.
اكتشف العلماء انخفاضًا بنسبة 10٪ في مستويات الأوزون خلال فترة وجيزة من الزمن، وهذه نسبة مرعبة بالنسبة للعالم؛ نظرًا لأن تركيزات الأوزون في هذه المنطقة غالبًا ما تختلف من موسم لآخر، لم يكن الباحثون قلقين لكن تسجيل مستويات الأوزون المنخفضة ظل يحدث تقريبًا كل ربيع.
كان أول من وجد ثقبًا للأوزون وسيتم تحديده، لاحقًا على أنه أكبر ثقب للأوزون في العالم، ثقب الأوزون ليس في الواقع ثقبًا بل هو طبقة رقيقة من طبقة الأوزون في الستراتوسفير تتغير بشكل موسمي، في بعض الأوقات من السنة يكون “الحفرة” أكبر وفي أوقات أخرى يكون أصغر.
في عام 1985 كان العلماء على يقين من أن هذه مشكلة كبيرة وأنها من صنع الإنسان، كان الجاني عبارة عن مركبات كيميائية تسمى مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) والتي بدأ استخدامها في الستينيات في مكيفات الهواء وعلب رش الأيروسول ومنتجات التنظيف الصناعية، كما تم استخدامها لصنع الستايروفوم وكانت قادرة على تحطيم جزيئات الأوزون، مما تسبب في حدوث انهيار الأوزون في الستراتوسفير بشكل أسرع مما يمكن بناؤه مرة أخرى.
مرة واحدة في الغلاف الجوي تنجرف مركبات الكربون الكلورية فلورية ببطء إلى أعلى طبقة الستراتوسفير، حيث يتم تفكيكها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية وتطلق ذرات الكلور التي يمكنها تدمير جزيئات الأوزون، المواسم لها تأثير على ثقب الأوزون في القطب الجنوبي، خلال فصل الشتاء المظلم يدور الهواء في دوامة ذات درجات حرارة منخفضة جدًا تتسبب في تشكل السحب الجليدية، تتسبب التفاعلات على سطح جسيمات السحب الجليدية في إطلاق الكلور من المركبات الكيميائية مثل مركبات الكربون الكلورفلورية في شكل يتفاعل مع الأوزون، عندما يعود ضوء الشمس في الربيع يبدأ الكلور في تدمير الأوزون.
لا يوجد الكثير من استنفاد الأوزون في القطب الشمالي؛ لأن الغيوم الجليدية أقل شيوعًا وعادة ما تتعطل الدوامة قبل عدة أسابيع من عودة ضوء الشمس في الربيع.