اوزون: سپر نامرئی کرهٔ زمین
اوزون چیست و کجا قرار دارد؟
همه ما با گاز اکسیژن ($O_2$) که برای تنفس لازم است آشنا هستیم. اوزون شکل دیگری از اکسیژن است که به جای دو اتم، از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. فرمول شیمیایی آن $O_3$ است. این تفاوت کوچک، ویژگیهای کاملاً متفاوتی به آن میدهد.
اوزون در دو منطقهٔ اصلی جو زمین یافت میشود:
| نام | محل قرارگیری | نقش و تأثیر | وضعیت |
|---|---|---|---|
| اوزون خوب | لایه استراتوسفر (ارتفاع ۱۵ تا ۳۵ کیلومتری) | جذب پرتوهای فرابنفش مضر خورشید و محافظت از حیات روی زمین | مفید |
| اوزون بد | لایه تروپوسفر (سطح زمین تا ارتفاع حدود ۱۰ کیلومتر) | ایجاد دود فتوشیمیایی و آلودگی هوا که برای تنفس مضر است | مضر |
وقتی از "لایه اوزون" صحبت میکنیم، منظورمان همان اوزون مفید در استراتوسفر است. ضخامت این لایه اگر در سطح زمین فشرده شود، تنها به اندازهی ۳ میلیمتر خواهد بود! اما همین لایهی نازک، نقش حیاتی در ادامهٔ حیات روی زمین دارد.
لایه اوزون چگونه از ما محافظت میکند؟
خورشید علاوه بر نور و گرما، پرتوهای نامرئی و پرانرژیای به نام پرتو فرابنفش (UV) میفرستد. این پرتوها بر سه نوع اصلی هستند: UVA، UVB و UVC.
لایه اوزون مانند یک صافی عمل میکند:
- پرتو UVC: کاملاً توسط لایه اوزون و اتمسفر جذب میشود و به زمین نمیرسد.
- پرتو UVB: بخش عمدهی آن جذب میشود. همان قسمتی که میتواند به زمین برسد، عامل اصلی آفتابسوختگی، سرطان پوست و آسیب به سیستم ایمنی بدن است.
- پرتو UVA: بخش زیادی از آن از لایه اوزون عبور میکند و باعث پیری زودرس پوست میشود.
تصور کنید یک روز آفتابی در ساحل هستید. اگر لایه اوزون نبود، پرتوهای خورشید به قدری قوی بودند که در مدت کوتاهی دچار سوختگی بسیار شدید میشدیم و امکان زندگی در فضای باز تقریباً غیرممکن بود.
تهدیدکنندههای لایه اوزون چه هستند؟
در دهههای ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی، دانشمندان متوجه شدند که لایه اوزون در حال نازک شدن است، به ویژه بر فراز قطب جنوب که به آن "حفره اوزون"4 میگویند. مقصر اصلی این رویداد، گروهی از گازهای ساختدست بشر به نام CFCها5 بودند.
CFCها در گذشته به طور گسترده در موارد زیر استفاده میشدند:
- گاز مبرد در کولرهای گازی و یخچالها (مانند فرئون)
- قوطیهای اسپری (مانند خوشبوکنندهها و ضدعرقها)
- حلالهای پاککننده در صنعت الکترونیک
مشکل این بود که این گازها بسیار پایدار بودند و به آرامی به سمت استراتوسفر بالا میرفتند. آنجا پرتو فرابنفش باعث میشد آنها تجزیه شده و اتم کلر آزاد کنند. یک اتم کلر میتواند دهها هزار مولکول اوزون را قبل از غیرفعال شدن، از بین ببرد! این فرآیند شیمیایی مخرب، باعث نازک شدن لایه محافظ میشد.
ما چگونه به ترمیم لایه اوزون کمک کردیم؟
این یک نمونه موفق از همکاری جهانی برای حل یک مشکل محیط زیستی است. کشورهای جهان در سال ۱۹۸۷ پیمانی به نام پروتکل مونترال6 را امضا کردند. بر اساس این توافق، تولید و مصرف گازهای مخرب لایه اوزون (مثل CFCها) به تدریج متوقف شد.
نتیجه چه بود؟ لایه اوزون شروع به ترمیم کرد! دانشمندان پیشبینی میکنند که تا میانههای قرن جاری، حفره اوزون بر فراز قطب جنوب به طور کامل بسته خواهد شد. این داستان نشان میدهد که وقتی جامعه جهانی با علم پشت یک هدف متحد شود، میتواند مشکلات بزرگ را حل کند.
امروزه به جای CFCها از گازهای جایگزین استفاده میشود که آسیب کمتری به لایه اوزون میزنند. وقتی برچسب "بدون CFC" روی یک قوطی اسپری یا دستگاه خنککننده میبینید، بدانید که آن محصول دوستدار لایه اوزون است.
از سپر زمین در زندگی روزمره چه استفادهای میبریم؟
ما هر روز از فواید لایه اوزون بهره میبریم، حتی اگر مستقیماً آن را نبینیم:
- امنیت در فضای باز: بازی فوتبال، رفتوآمد به مدرسه، پارکروی خانوادهها و کشاورزی همگی به لطف وجود این لایه محافظ امکانپذیر است.
- سلامت پوست و چشم: لایه اوزون شدت پرتوهای سرطانزا و خطرناک را کاهش میدهد.
- حفاظت از اکوسیستم: پرتوهای UV زیاد میتوانند به فیتوپلانکتونها7 (ریزجلبکهای اقیانوسی که پایه زنجیره غذایی هستند) آسیب بزنند و همچنین رشد گیاهان را مختل کنند. لایه اوزون از این موجودات ریز اما حیاتی محافظت میکند.
با این حال، حتی با وجود لایه اوزون، بخشی از پرتو UV به زمین میرسد. بنابراین ما از کرم ضد آفتاب، عینک آفتابی دارای فیلتر UV و کلاه استفاده میکنیم. این وسایل مانند یک لایه اوزون شخصی برای ما عمل میکنند!
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. اوزونی که در لایه بالایی جو (استراتوسفر) قرار دارد، مفید است و ارتباط مستقیمی با گرمایش زمین ندارد. گازهای گلخانهای مثل دیاکسید کربن ($CO_2$) و متان ($CH_4$) هستند که در لایه پایینی جو (تروپوسفر) جمع شده و مانند یک پتو، گرمای زمین را به دام میاندازند و باعث گرمایش جهانی میشوند.
پاسخ: خیر، دقیقاً برعکس! نازک شدن لایه اوزون در استراتوسفر میتواند باعث سردتر شدن آن لایه از جو شود. مشکل گرمایش زمین ناشی از گازهای گلخانهای در لایه پایینی جو است. این دو مسئله محیط زیستی، هرچند مهم، علتهای متفاوتی دارند.
پاسخ: ۱) هنگام خرید محصولاتی مانند اسپری یا خنککنندهها، به برچسب "بدون CFC" یا "Ozone Friendly" توجه کنید. ۲) وسایل قدیمی مانند یخچالهای فرسوده را به مراکز بازیافت تحویل دهید تا گازهای مضر آنها به درستی جمعآوری شود. ۳) در مورد اهمیت لایه اوزون و تاریخچه موفق پروتکل مونترال با دوستان و خانواده خود صحبت کنید تا آگاهی عمومی افزایش یابد.
پاورقی
1 اوزون (Ozone): گازی با فرمول شیمیایی $O_3$ که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است.
2 استراتوسفر (Stratosphere): لایهای از جو زمین که در ارتفاع تقریبی ۱۰ تا ۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و لایه اوزون در این بخش واقع شده است.
3 پرتو فرابنفش (Ultraviolet Radiation/UV): پرتوهای نامرئی و پرانرژی ساطع شده از خورشید که طول موجی کوتاهتر از نور مرئی دارند.
4 حفره اوزون (Ozone Hole): منطقهای در لایه استراتوسفر بر فراز قطب جنوب که در آن غلظت اوزون به طور فصلی به شدت کاهش مییابد.
5 CFCها (Chlorofluorocarbons): خانوادهای از ترکیبات شیمیایی حاوی کلر، فلوئور و کربن که در گذشته به طور گسترده در صنعت استفاده میشد و برای لایه اوزون مخرب است.
6 پروتکل مونترال (Montreal Protocol): پیمانی بینالمللی که در سال ۱۹۸۷ برای حذف تدریجی تولید مواد مخرب لایه اوزون به تصویب رسید.
7 فیتوپلانکتونها (Phytoplankton): موجودات ریز و گیاهمانند شناور در آبهای اقیانوسها که پایه بسیاری از زنجیرههای غذایی دریایی هستند و در تولید اکسیژن نقش دارند.
