ما هي طبقة الاوزون؟
تعرف على ما هو ، ما هي الغازات التي تؤثر ، ومتى يجب أن تتجدد طبقة الأوزون
ما هي طبقة الاوزون؟ هذا سؤال مهم جدًا لأي شخص مهتم بصحة كوكب الأرض ، وبالتالي صحة كوكبنا. ولكن للإجابة عليه ، عليك أولاً أن تفهم كيف تعمل بعض العمليات الأساسية في الغلاف الجوي.
واحدة من المشاكل البيئية الرئيسية المرتبطة بالكيمياء وتلوث الهواء هي استنفاد (أو تدهور) طبقة الأوزون. بالتأكيد سمعت بالفعل عن هذا الموضوع. طبقة الأوزون ، كما يوحي اسمها ، هي طبقة من الغلاف الجوي للأرض تحتوي على تركيزات عالية من الأوزون (O3). يقع أكبر تركيز في الستراتوسفير ، على بعد حوالي 20 كم إلى 25 كم من سطح الأرض. تصل هذه التركيزات إلى ذروتها عند خطوط العرض العليا (الأقطاب) ويحدث أدنى مستوى في المناطق المدارية (على الرغم من أن معدل إنتاج O3 أعلى في المناطق المدارية).
كما ذكرنا سابقًا في مقالتنا "الأوزون: رجل سيء أم رجل طيب؟" ، يمكن أن يكون هذا الغاز مهمًا للغاية وضروريًا للحياة على الأرض ، باعتباره ملوثًا شديد السمية. كل هذا يتوقف على طبقة الغلاف الجوي الموجودة فيها. إنه شرير في طبقة التروبوسفير. في الستراتوسفير ، رجل طيب. في هذه المقالة ، سوف نتحدث عن الأوزون الستراتوسفير ، ونشير إلى وظائفه وأهميته وكيفية تدهوره وكيفية منع استمرار حدوثه.
الأدوار
أوزون الستراتوسفير (الرجل الصالح) هو المسؤول عن تصفية الإشعاع الشمسي عند بعض الأطوال الموجية (يمتص جميع الأشعة فوق البنفسجية B ، والتي تسمى UV-B وجزء من أنواع الإشعاع الأخرى) القادرة على التسبب في أنواع معينة من السرطان ، وكونه من الأسوأ هو سرطان الجلد. كما أن لها وظيفة الحفاظ على دفء الأرض ، ومنع كل الحرارة المنبعثة على سطح الكوكب من التبدد.
ما هي طبقة الاوزون؟
طبقة الأوزون ، كما ذكرنا سابقًا ، هي طبقة تركز حوالي 90٪ من جزيئات O3. هذه الطبقة ضرورية للحياة على الأرض ، لأنها تحمي جميع الكائنات الحية عن طريق تصفية الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي من النوع B. يتصرف الأوزون بشكل مختلف حسب ارتفاعه. في عام 1930 ، وصف الفيزيائي الإنجليزي سيدني تشابمان عمليات إنتاج وتدهور أوزون الستراتوسفير بناءً على أربع خطوات: التحلل الضوئي للأكسجين. إنتاج الأوزون؛ استهلاك الأوزون استهلاك الأوزون II.
1. التحليل الضوئي للأكسجين
يضرب الإشعاع الشمسي جزيء O2 ، ويفصل بين ذرتين. بمعنى آخر ، هذه الخطوة الأولى تحصل على ذرتين من الأكسجين الحر (O) كمنتج.
2. إنتاج الأوزون
في هذه الخطوة ، يتفاعل كل من الأكسجين الحر (O) المنتج في التحلل الضوئي مع جزيء O2 ، ويحصل على جزيئات الأوزون (O3) كمنتج. يحدث هذا التفاعل بمساعدة ذرة أو جزيء محفز ، وهي مادة تسمح للتفاعل أن يحدث بسرعة أكبر ، ولكن دون التأثير الفعال ودون الارتباط بالمواد المتفاعلة (O و O2) أو بالمنتج (O3).
توضح الخطوتان 3 و 4 كيف يمكن أن يتحلل الأوزون بطرق مختلفة:
3. استهلاك الأوزون
ثم يتحلل الأوزون المتكون في خطوة الإنتاج مرة أخرى إلى جزيء O و O2 بفعل الإشعاع الشمسي (عند وجود أطوال موجية تتراوح من 400 نانومتر إلى 600 نانومتر).
4. استهلاك الأوزون II
الطريقة الأخرى التي يتحلل بها الأوزون (O3) هي التفاعل مع ذرات الأكسجين الحرة (O). بهذه الطريقة ، سوف تتحد كل ذرات الأكسجين هذه ، لتنتج جزيئين من الأكسجين (O2) كمنتج.
ولكن بعد ذلك ، إذا تم إنتاج الأوزون وتلفه ، فما الذي يحافظ على طبقة الأوزون؟ للإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نأخذ في الاعتبار عاملين مهمين: معدل إنتاج / تدمير الجزيئات (السرعة التي يتم بها إنتاجها وتدميرها) ، ومتوسط عمرها (الوقت المطلوب لتقليل تركيز أي مركب إلى نصف وقتك الأولي. تركيز).
فيما يتعلق بمعدل إنتاج / تدمير الجزيئات ، وجد أن الخطوتين 1 و 4 أبطأ من الخطوتين 2 و 3 من العملية. ومع ذلك ، نظرًا لأن كل شيء يبدأ في خطوة التحلل الضوئي للأكسجين (الخطوة 1) ، يمكننا القول أن تركيز الأوزون الذي سيتم إنشاؤه يعتمد على ذلك. وهذا يفسر بعد ذلك سبب انحلال تركيز O3 على ارتفاعات تزيد عن 25 كم وعلى ارتفاعات أقل ؛ على ارتفاعات تزيد عن 25 كم ، ينخفض تركيز O2. في طبقات الغلاف الجوي السفلى ، تسود الأطوال الموجية الأطول ، والتي لديها طاقة أقل لتفكيك جزيئات الأكسجين ، مما يقلل من معدل التحلل الضوئي.
على الرغم من الاكتشاف العظيم لهذه الخطوات ، إذا أخذنا في الاعتبار عمليات التدمير هذه فقط ، فسنحصل على قيم تركيز O3 أعلى مرتين من تلك التي لوحظت في الواقع. هذا لا يحدث لأنه ، بالإضافة إلى الخطوات الموضحة ، هناك أيضًا دورات غير طبيعية من استنفاد الأوزون ، بسبب المواد المستنفدة للأوزون (ODS): منتجات مثل الهالون ورابع كلوريد الكربون (CTC) ، هيدروكلورو فلورو كربون (HCFC) ، كلورو فلورو كربون (CFC) ) وبروميد الميثيل (CH3Br). عندما يتم إطلاقها في الغلاف الجوي ، فإنها تنتقل إلى طبقة الستراتوسفير ، حيث تتحلل بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ، وتطلق ذرات الكلور الحرة ، والتي بدورها تكسر رابطة الأوزون ، وتشكل أول أكسيد الكلور وغاز الأكسجين. يتفاعل أول أكسيد الكلور المتكون مرة أخرى مع ذرات الأكسجين الحرة ، مكونًا المزيد من ذرات الكلور ، والتي ستتفاعل مع الأكسجين ، وهكذا. تشير التقديرات إلى أن كل ذرة كلور يمكن أن تتحلل حوالي 100000 جزيء أوزون في الستراتوسفير ولها عمر تخزيني 75 عامًا ، ولكن كان هناك بالفعل ما يكفي من التفريغ للتفاعل مع الأوزون لما يقرب من 100 عام. بالإضافة إلى التفاعلات مع أكاسيد الهيدروجين (HOx) وأكاسيد النيتروجين (NOx) ، والتي تتفاعل أيضًا مع الستراتوسفير O3 ، وتدمرها ، وتساهم في تدهور طبقة الأوزون.
يوضح الرسم البياني أدناه تاريخ استهلاك المواد المستنفدة للأوزون في البرازيل:
أين المواد المستنفدة لطبقة الأوزون وكيف يمكن تفاديها؟
مركبات الكلوروفلوروكربون
مركبات الكلوروفلوروكربونات عبارة عن مركبات مُصنَّعة مكونة من الكلور والفلور والكربون ، والتي تم تطبيقها على نطاق واسع في العديد من العمليات - يتم سرد العمليات الرئيسية أدناه:
- مركبات الكربون الكلورية فلورية -11: تستخدم في تصنيع رغاوي البولي يوريثان كعامل تمدد ، وفي الهباء الجوي والأدوية كمادة دافعة ، في التبريد المنزلي والتجاري والصناعي كسائل ؛
- CFC-12: يستخدم في جميع العمليات التي يستخدم فيها CFC-11 ويخلط أيضًا مع أكسيد الإيثيلين كمعقم ؛
- CFC-113: يستخدم في العناصر الإلكترونية الدقيقة ، مثل مذيبات التنظيف ؛
- CFC-114: يستخدم في الهباء الجوي والأدوية كمادة دافعة ؛
- CFC-115: يستخدم كسائل في التبريد التجاري.
تشير التقديرات إلى أن هذه المركبات أكثر ضررًا بطبقة الأوزون بحوالي 15 ألف مرة من ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون).
في عام 1985 ، تم التصديق على اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون في 28 دولة. مع وعود التعاون في البحث والرصد وإنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية ، قدمت الاتفاقية فكرة مواجهة مشكلة بيئية على المستوى العالمي قبل الشعور بآثارها أو إثباتها علميًا. لهذا السبب ، تعتبر اتفاقية فيينا واحدة من أعظم الأمثلة على تطبيق مبدأ التحوط في المفاوضات الدولية الكبرى.
في عام 1987 ، ذهبت مجموعة مكونة من 150 عالمًا من أربعة بلدان إلى القارة القطبية الجنوبية وأكدوا أن تركيز أول أكسيد الكلور في تلك المنطقة أعلى بنحو مائة مرة من أي مكان آخر على هذا الكوكب. ثم ، في 16 سبتمبر من نفس العام ، أقر بروتوكول مونتريال الحاجة إلى الحظر التدريجي لمركبات الكربون الكلورية فلورية واستبدالها بغازات غير ضارة بطبقة الأوزون. وبفضل هذا البروتوكول ، يعتبر يوم 16 سبتمبر اليوم العالمي لحماية طبقة الأوزون.
تم التصديق على اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون وبروتوكول مونتريال في البرازيل في 19 مارس 1990 ، وتم إصدارها في البلاد في 6 يونيو من نفس العام ، بموجب المرسوم رقم 99.280.
في البرازيل ، توقف استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية تمامًا في عام 2010 ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه:
مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية
مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية هي مواد صناعية تستوردها البرازيل ، في البداية ، بكميات صغيرة. ومع ذلك ، بسبب الحظر المفروض على مركبات الكربون الكلورية فلورية ، يتزايد استخدامها. التطبيقات الرئيسية هي:
قطاع التصنيع
- HCFC-22: تكييف الهواء وتبريد الرغوة ؛
- HCFC-123: طفايات حريق ؛
- HCFC-141b: الرغاوي والمذيبات والهباء الجوي ؛
- HCFC-142b: رغوة.
قطاع الخدمات
- HCFC-22: تبريد تكييف الهواء ؛
- HCFC-123: آلات التبريد (المبردات);
- HCFC-141b: تنظيف الدوائر الكهربائية ؛
- مخاليط HCFC: مبردات تكييف الهواء.
وفقًا لوزارة البيئة (MMA) ، من المقدر أنه بحلول عام 2040 ، سيتم القضاء على استهلاك مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية في البرازيل. يوضح الرسم البياني أدناه التطور في استخدام مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية:
بروميد الميثيل
هو مركب عضوي مهلجن وهو ، تحت الضغط ، غاز مسال ، قد يكون له أصل طبيعي أو اصطناعي. بروميد الميثيل مادة شديدة السمية وقاتلة للكائنات الحية. كان يستخدم على نطاق واسع في الزراعة وحماية البضائع المخزنة وتطهير المستودعات والمطاحن.
البرازيل قد جمدت بالفعل كميات وارداتها من بروميد الميثيل منذ منتصف التسعينيات.في عام 2005 ، خفضت البلاد 30٪ من الواردات.
يوضح الجدول أدناه الجدول الزمني الذي حددته البرازيل للتخلص من استخدام بروميد الميثيل:
الجدول الزمني الذي حددته البرازيل للقضاء على استخدام بروميد الميثيل | |
|---|---|
| الموعد النهائي | الثقافات / الاستخدامات |
| 11/09/02 | عمليات التطهير في الحبوب والحبوب المخزنة ومعالجة ما بعد الحصاد لمحاصيل:
|
| 31/12/04 | دخان |
| 31/12/06 | بذر الخضر والزهور والمبيدات |
| 31/12/15 | الحجر الصحي ومعالجة الصحة النباتية لأغراض الاستيراد والتصدير:
|
| المصدر: MAPA / ANVISA / IBAMA Joint Standard Instruction nº. 01/2002. | |
وفقًا لـ MMA ، يُسمح باستخدام بروميد الميثيل فقط في الحجر الصحي ومعالجات ما قبل الشحن المخصصة للواردات والصادرات.
يظهر الرسم البياني أدناه تاريخ استهلاك بروميد الميثيل في البرازيل:
الهالونات
مادة الهالون تنتج صناعيا وتستوردها البرازيل. يتكون من البروم والكلور أو الفلور والكربون. تم استخدام هذه المادة على نطاق واسع في طفايات الحريق لجميع أنواع الحرائق. وفقًا لبروتوكول مونتريال ، في عام 2002 ، سيسمح باستيراد الهالون الذي يشير إلى متوسط الواردات البرازيلية بين 1995 و 1997 ، مما يقلل بنسبة 50 ٪ في عام 2005 ، وفي عام 2010 ، سيكون الاستيراد محظورًا تمامًا. ومع ذلك ، ذهب قرار كوناما رقم 267 ، المؤرخ 14 ديسمبر 2000 ، إلى أبعد من ذلك ، حيث حظر استيراد الهالونات الجديدة من عام 2001 ، مما يسمح باستيراد الهالونات المتجددة فقط ، لأنها ليست جزءًا من جدول التخلص من البروتوكول.
تستخدم الهالون 1211 والهالون 1301 بشكل أساسي في القضاء على الحرائق البحرية ، في الملاحة الجوية ، في ناقلات النفط ومنصات استخراج النفط ، في المجموعات الثقافية والفنية وفي محطات توليد الطاقة الكهربائية والنووية ، بالإضافة إلى استخدامها العسكري. . في هذه الحالات يسمح بالاستخدام نظرا لكفاءته في إطفاء بؤر الحريق دون ترك مخلفات وبدون إتلاف الأنظمة.
وفقًا للرسم البياني أدناه ، تخلصت البرازيل بالفعل من استهلاك الهالونات.
الكلور
ينبعث الكلور في الغلاف الجوي بطريقة بشرية (عن طريق النشاط البشري) ، وبشكل رئيسي من خلال استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية (مركبات الكربون الكلورية فلورية) ، والتي سبق أن رأيناها أعلاه. إنها مركبات صناعية غازية ، تستخدم على نطاق واسع في صناعة البخاخات وفي الثلاجات والمجمدات القديمة.
أكاسيد النيتروجين
بعض مصادر الانبعاث الطبيعية هي التحولات الجرثومية والتفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي (البرق). كما تتولد من مصادر بشرية المنشأ. العامل الرئيسي هو حرق الوقود الأحفوري في درجات حرارة عالية. لهذا السبب ، يحدث انبعاث هذه الغازات في طبقة التروبوسفير ، وهي طبقة الغلاف الجوي التي نعيش فيها ، ولكن يتم نقلها بسهولة إلى الستراتوسفير من خلال آلية الحمل الحراري ، ومن ثم يمكن أن تصل إلى طبقة الأوزون ، مما يؤدي إلى تدهورها.
إحدى طرق تجنب انبعاثات أكاسيد النيتروجين وأكسيد النيتروجين هي استخدام المحفزات. تؤدي المحفزات في الصناعات والسيارات إلى تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحول الملوثات إلى منتجات أقل ضررًا على صحة الإنسان والبيئة قبل إطلاقها في الغلاف الجوي.
أكاسيد الهيدروجين
المصدر الرئيسي لـ HOx في الستراتوسفير هو تكوين OH من التحلل الضوئي للأوزون ، والذي ينتج ذرات أكسجين متحمس ، والتي تتفاعل مع أبخرة الماء.
ثقب الاوزون
الصورة: ناسا
في عام 1985 ، تم اكتشاف انخفاض كبير في أوزون الستراتوسفير بنحو 50٪ بين سبتمبر ونوفمبر ، وهو ما يتوافق مع فترة الربيع في نصف الكرة الجنوبي. ونُسبت المسؤولية إلى عمل الكلور من مركبات الكربون الكلورية فلورية. أشارت العديد من الدراسات إلى أن العملية مستمرة منذ عام 1979.
يقع الثقب الوحيد في طبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية - في مكان آخر ، ما حدث هو الاستنفاد البطيء والتدريجي لطبقة الأوزون.
ومع ذلك ، هناك اتجاه حالي كبير لعكس الضرر الذي لحق بطبقة الأوزون ، بسبب التدابير المعتمدة في بروتوكول مونتريال ، كما أفاد برنامج الأمم المتحدة الإنمائي. ومن المتوقع أنه ، في حوالي عام 2050 ، ستتم استعادة الطبقة إلى مستويات ما قبل 1980.
الفضول: لماذا فقط في القطب الجنوبي؟
يمكن إعطاء تفسير الثقب الذي يحدث فوق القارة القطبية الجنوبية فقط من خلال الظروف الخاصة للقطب الجنوبي ، مثل درجات الحرارة المنخفضة وأنظمة الدوران الجوية المعزولة.
بسبب تيارات الحمل الحراري ، تدور الكتل الهوائية دون انقطاع ، ولكن في القارة القطبية الجنوبية ، بسبب الشتاء شديد القسوة ، لا يحدث دوران الهواء ، مما ينتج عنه دوائر الحمل الحراري المقيدة بالمنطقة ، والتي تسمى الدوامة القطبية أو الدوامة.
انظر أيضًا هذا الفيديو الموجز الذي أنتجه المعهد الوطني لأبحاث الفضاء (Inpe) حول تدهور طبقة الأوزون بواسطة مركبات الكربون الكلورية فلورية:
