موضوع تحقیق :

شکاف لایه اوزون

تهیه کننده : شهناز اسدیان

 

دبیر آموزش و پرورش ناجیه 2 خرم آباد

 

 

سال تحصیلی 91-90

 

 

 

لایه اوزون

مقدمه

ازن به انگلیسی ozone ؛ یکی از آلوتروپهای اکسیژن است به فرمول 12o3'> که گازی با اکسید کنندگی بسیار بالاست . ازن معمولاً ناپایدار بوده و در بسیاری از واکنش ها مانند کلر عمل می کند و با مکانیزم ترکیب شدن با پروتئین و بی اثر کردن آنزیم کاهنده که برای تنفس یاخته مهم است ، به عنوان میکروب کش عمل می کند . ازن یکی از مهمترین گازهای زمین است . طبق تحقیقات پژوهشگران تا 20 سال آینده قسمتی از لایه ازون که سوراخ شده است ، درست می گردد .

تعریف کلی

ازون واژه ای یونانی است به معنی "بو" و به ویژه "بو تنده" اطلاق می شود . اوزن مولکولی با سه اتم اکسیژن است .مولکول اکسیژن دارای دو اتم اکسیژن است اما تفاوت در یک اتم اکسیژن در این مولکول تفاوتهای اساسی را در این دو مولکول بوجود آورده است .

چرخه ازون

در استراتوسفر stratospher مولکول های تازه ازون پیوسته با واکنش های شیمیایی و دریافت انرژی لازم از پرتوهای خورشید ، به مولکول و اتم اکسیژن تجزیه می شوند . این اتم های اکسیژن که بسیار فعالند ، طی مدت زمان کوتاهی کمتر از کسر ثانیه ، از هم جدا و به مولکولهای اکسیژن متصل می شوند و تشکیل مولکولهای سه اتمی اکسیژن ، یعنی اوزن می دهند . غیر از این چرخه طبیعی ، طی واکنش هایی با ازت و هیدروژن و کلر تولید شده در سطح و رها شده به اتمسفر ، از بین می رود .

ساختمان و فرمول گسترده ازون

فرمول ازون به صورت رزونانسی نمایش داده می شود .

 

اهمیت ازون در زندگی بشر

اگر فضانوردی در ارتفاع زیاد به این سیاره خانه ما نگاه کند ، نوار نازک آبی رنگی که دور زمین را فرا گرفته ، نظرش را جلب خواهد کرد . این پوشش شفاف ، حیات را در جو زمین تأمین می نماید . حیات ، به صورتی که ما می شناسیم ، تنها با پوشش حفاظتی ازون میسر می شود . بدون وجود اوزون ادامه زندگی امکان ناپذیر است . پرتوهای خورشیدی ، یکنواخت نیست. این پرتوها ، شامل پرتوی به نام فرابنفش است .

چنانچه تمامی این پرتوها به سطح زمین می رسید ، وجود زندگی در روی زمین امکان ناپذیر است . زیرا این پرتوها حامل مقدار زیادی انرژی مرگ زا برای موجودات زنده است . خوشبختانه تنها بخش ناچیزی از پرتو فرابنفش خورشید به سطح زمین می رسد . قسمت بیشتر این پرتو ، انرژی خود را در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین و در جو آن از دست می دهد . در این عمق از جو فراگیرنده زمین ، مقادیر متنابهی ازون موجود است و این ازون ، پرتو فرابنفش را جذب می کند .

رایحه تازگی پس از آذرخش

پس از آذرخش ، تنفس شما با اسودگی بیشتری صورت می گیرد . هوا پاکیزه و پراز تازگی است . علت این است که رعد و برق سبب تولید گاز ازون در جو می شود و همین گاز است که هوا را تازه تر می نماید .

نقش ازون در ضدعفونی آب

آبی که می آشامیم کلریزه است . این آب زیان اور است و مزه آن ناخوشایند تر از مزه آب چشمه است . آب ضدعفونی شده با ازون ، عاری از هرگونه باکتری زیان آور است و مزه آن نیز خوشایند تر است .

انسان و نابودی لایه ازون

فعالیت انسانها بر روی زمین در سپر حفاظتی اوزون اثر می گذارد . از نیمه قرن بیستم ، فعالیت انسان روی زمین موجب بروز ضایعاتی در لایه اوزون شده و به نظر می رسد که حیات روی کره زمین در معرض مخاطره قرار گرفته است . در واقع انسان ناخواسته هوا را با مواد شیمیایی آلوده می کند و سپر حفاظتی خود را از بین می برد . در اواسط دهه 1970 ، دانشمندان به امکان تأثیر پرواز هواپیماهای تندرو و یا فوق سرعت صوت و مواد شیمیایی موجود در قوطی های عطر پاش روی لایه ازون پی بردند . هواپیماهای فراصوت ، در ارتفاعات بسیار زیاد که هوا رقیق تر و مقاومت آن در برابر بدنه هواپیما کمتر است ، پرواز می کنند و ازت فعال موجود در دود خروجی از موتور هواپیما اثر ضایع کننده بر روی لایه اوزن دارد . گازهای کلر و فلوئور کربن CFC نیز که در خنک کننده ها و دستگاه های تهویه مورد استفاده قرار می گیرد ، روی اوزون استراتوسفری خطرناک می باشد . هر اتم کلر آزاد شده از این گازها ، حدود یک صد هزار مولکول اوزون را نابود می کند و با مصرف این گازها طی یک دهه مقادیر زیادی از بین رفته و تراکم این گاز در استراتوسفر کاهش یافته است .

زیان های گاز اوزون

ازون از واکنش با مواد شیمیایی آلوده کننده ای که در سطح زمین ، تولید و متصاعد شده اند دوباره وارد تروپوسفر Tropospher می شود و به سطح زمین می رسد . در این حالت ، ازون نقش مخرب و آوده کننده دارد . چون همراه با مواد شیمیایی دیگر حیاتی ، جانوری و گیاهی زا به شدت آسیب می زند . ازون ، در ارتفاع کم از سطح زمین ، همراه دود و بخار موجود در هوا در بسیاری از شهرهای بزرگ و صنعتی جهان ، موجب تشدید آلودگی می گردد . ازون در نقاط پایین اتمسفر یعنی تروپوسفر مانند گازهای گلخانه ای عمل می کند و افزایش تراکم آن در این ناحیه در بالا بردن گرمای عمومی کره زمین مؤثر است . ( گرم شدن زمین )

تخریب لایه ازون

لایه ازون در قسمت شمالی زمین در سال 1980 میلادی بین 15 تا 20 درصد کاهش پیدا کرده است . برای رفع این مشکل جمعی از بهترین متخصصان زمین شناسی هر سال برای تحقیق و جستجو دور یکدیگر جمع می شوند . در سال 1992 پروکتیل مونترال درباره لایه اوزون مطالعه و تحقیقی داشت که فهمید بزرگ شدن لایه ازون بستگی به آلودگی هوا و تولید مواد سمی دارد . در همان سال سازمان ملل متحد و حفاظت از محیط زیست برنامه ای را طراحی کرد که این برنامه جهت محافظت و حمایت از محیط زیست و مخصوصاً لایه ازون به نام برنامهUNEP طراحی کرد که این برنامه جهت جلوگیری از تولید مواد سمی و مواد شیمیایی آلوده کننده است .

مولکول های اکسیژن 12O2'> به اکسیژن اتمیک O تبدیل می شوند . اکسیژن اتمیک به سرعت با مولکول های بیشتری ترکیب شده و به شکل اوزون می شود . آن پوشش حرارتی که در سطح بالا رشد کرده و سلامتی لایه ازون را به خطر انداخته است و این مورد باعث شده است که اگر استراتوسفر نباشد ما نتوانیم بدون آن زنده بمانیم .

بالای استراتوسفر مقداری از آلودگی مضر اشعه فرابنفش را و همچنین تشعشعاتی از خورشید امواج بین 320 تا 240 را که باعث می شود لایه اوزون آسیب ببیند و همچنین جان گیاهان به خطر بیفتد را جذب می کند . اشعه فرابنفش با تابیدن نور مولکول های اوزون را می شکافد ، ولی اوزون می تواند تغییر شکل بدهد و عکس العمل زیر از آن حاصل می شود :

اشعه فرابنفش 12 o+o2â†گo3 â†گo+o2+o3'>

همچنین اوزون در اثر عکس العمل زیر نابود می شود :

12o3+o→o2+o2'>

عس العمل دوم با افزایش پیدا کردن ارتفاع آهسته انجام می شود اما عکس العمل سوم سریعتر انجام می شود . در بین همکاری عکس العمل ها تمرکز اوزون در حال تعادل است . در بالای اتمسفر اکسیژن اتمیک هنگامی که اشعه فرابنفش در سطح بالایی است ، پیدا می شود . در اثر حرکت استراتوسفر هوای متراکمتری به دست می آید و جذب اشعه فرابنفش افزایش می یابد و سطح اوزون به حداکثر و تخمیناً 20km می رسد . همراه با تئوری کمپمن یک مشکل نیز وجود داشت که این مشکل در سال1960 تشخیص داده شد و حقیقت این بود که اوزون به وسیله عکس العمل 4 آهسته حرکت می کرد و دیده نمی شود .

گرم شدن زمین ترمیم حفره اوزون را به تعویق می اندازد . دانشمندان هشدار داده اند : پدیده گرم شدن زمین می تواند تلاش ها برای ترمیم حفره اوزون را که قرار بود تا سال 2050 انجام گیرد ، حدود 30 سال به تعویق اندازد . این موضوع به رقم پیشرفت هایی است که با از رده خارج کردن مواد شیمیایی مخرب اوزون انجام شده است . طبق گزارشی کاهش فراوانی در مصرف گازهای ساخته دست انسان به نام کلروفلوروکربن پدید امده است . اینها گازهایی هستند که لایه محافظ زمین را می خورند .

به گفته دانشمندان اگر کشورها مصمم به دنبال نمودن این روند باشند ، حفره داخل لایه اوزون به آغاز به جمع شدن و کوچک شدن خواهد نمود تا این که ظرف 50 سال ترمیم خواهد شد . این جمع بندی و نتیجه گیری توسط مجمع بررسی فرآیندهای استراتوسفر و نقش آن در آب و هوا sparc به عمل آمد . این مجمع از صدها کارشناس اقلیمی دسامبر سال 1999 در آرژانتین گرد هم آمدند و در سایه توجهات سازمان هواشناسی جهانی تشکیل جلسه دادند ، شکل گرفته است . این دانشمندان هشدار دادند : حتی اگر کاهش مصرف گازهای cfc برآورده شود ، پدیده گرم شدن زمین که نتیجه تولید گازهای گلخانه ای با وجود کربن به عنوان عنصر اصلی آن است و از سوختهای سنگواره ای به دست می آید می تواند مهلت ترمیم حفره اوزون را چند دهه به تعویق اندازد .

به عنوان یک تناقض ، گرم شدن زمین ، جو را در نزدیکی سطح زمین حرارت می دهد اما لایه پایینی استراتوسفر یعنی جایی را که اوزون قرار دارد همچنان سرد نگه می دارد . این دماهای پایین به ویژه در زمستان مسبب جمع شدن ابرهای استراتوسفر در نواحی قطبی می شود . این پدیده آغاز گر واکنش های نابود کننده اوزون توسط مولکول های کلری است که توسط کلروفلوروکربنها آزاد می شوند . پیش بینی های دایر بر این که حفره اوزون که بالای قطب جنوب قرار دارد ، به زودی کوچک خواهد شد با آخرین اطلاعات مغایرت دارد که نشان می دهد این حفره در حال گسترش است و به طور بی سابقه ای در چند سال اخیر بزرگ شده است .

تاریخچه سوراخ شدن لایه اوزون

ابتدا جریان تأسف بار سوراخ شدن لایه اوزون در لایه زیر استراتوسفر در بالای منطقه انتارکتیکا اولین بار در دهه هفتاد 1970 تا 1979 توسط یک گروه تحقیقاتی به نام BAS کشف شد . این گروه در مورد اتمسفر بالای منطقه انتارکتیکا از یک ایستگاه تحقیقاتی که بسیار شبیه این عکس می باشد مشاهده می گردند .اطلاعات ایستگاه تحقیقاتی هالی و ایستگاه تحقیقاتی BAS . فالکر اولین بار در حالی تحقیقات را انجام داد که اندازه گیری اولیه در سال 1985 برای اولین بار سوراخ شدن لایه اوزون آن چنان نگران کننده بود که دانشمندان تصور می کردند که دستگاه های اندازه گیری خراب است . آنها دستگاه های دیگری جانشین آن دستگاهها کردند تا آن که نتایج به دست آمده اندازه گیری های اولیه را تأئید کرد . چند ماه بعد که سوراخ شدن لایه اوزون قابل مشاهده بود ( پس از مشاهده سوراخ لایه اوزون تحقیقات قبلی تائید شد ، از طرف دیگر اطلاعات ماهواره TOMS سوراخ شدن لایه اوزون را نشان نمی داد ، به دین دلیل که نرم افزاهایی که اطلاعاتی در مورد لایه اوزون می داند به صورتی برنامه ریزی شده بود که لایه اوزون در منطقه کوچکی مورد بررسی قرار می گرفت . در برسی های بعدی اطلاعاتی به دست آمد . هنگامی که نتایج گروه BAS منتشر نشد مورد تأئید قرار گرفت و بیانگر این مطلب بود که سوراخ شدن لایه اوزون به طور سریع و در مقیاس بزرگی بر بالای منطقه انتارکتیکا انجام می شود .

اوزون لایه ای را در استراتوسفر تشکیل می دهد که منطقه استوا باریکتر و در دو قطب پهنتر است . میزان اوزون در بالای سطح کره زمین به وسیله مقیاسی به نام DU Dobson units اندازه گیری می شود که این میزان در منطقه استوایی در حدود 260 DU است و به میزان بیشتری در جاهای دیگر است . این در حالی است که تغییرات فصلی بسیار وسیعی اتفاق افتاده و شکل می گیرد و اشعه ماورای بنفش در لایه استراتوسفر نفوذ می کند یا آن را می شکافد .

مواد فرساینده لایه اوزون

این روزها بحث سوراخ شدن لایه اوزون و حفره ای که در ناحیه قطب جنوب در این لایه پدید آمده است باعث شده که توجه بیش از پیش به این مسئله جلب شود که از مواد آلاینده ای که باعث صدمه دیدن به این لایه می شود جلوگیری شود و استفاده و کاربرد آنها متوقف شود و این روند اگر چه به آهستگی ولی در حال انجام است واقعیت این ست که کشورهای پیشرفته صنعتی و در راس انها آمریکا بیشترین صدمه را به محیط زیست وارد کرده و می کنند و بی جهت نیست که زمامداران آمریکا زیر بار امضای پیمان نامه های بین المللی را که برای حفاظت محیط زیست وضع شده است و از جمله معاهده توکیو نمی روند ، چون این امر به منزله محدود کردن بسیاری از فعالیت های آنان است و بدیهی است که سرمایه داران حفظ منافع خود را به حفظ محیط زیست ترجیح می دهند .

عوامل زیادی هستند که می توانند باعث صدمه دیدن لایه اوزون شوند از گازهای سی اف سی گرفته که به طور وسیعی در سیستم های تهویه مطبوع به کار می روند تا حتی روشن کردن یک سیگار می تواند برای لایعه اوزون مضر باشد اما میزان صدمه ای که هریک از این ها می زند متفاوت است و برخی اثرشان خیلی ناچیز است .

بیشتر این صدمه  از سوی کشورهای صنعتی است . شاید برای شما جالب باشد که بدانید هر بار که آمریکا فضاپیمایی را روانه مدار زمین می کند هزاران تن مواد آلاینده را وارد جو می کند . در این میان سهم کشورهایی توسعه نیافته جهان سومی که کمترین کاربرد تکنولوژی دارند ناچیزتر از آن است که با سهم کشورهای صنعتی قابل قیاس باشد ولی از آنجا که همیشه قوانین برای فقرا با شدت بیشتری اجرا می شود ما باید در تولیدات خود به گونه ای عمل کنیم که قوانین زیست محیطی را رعایت کنیم . چون در غیر این صورت امکان صادرات کالاهای مورد نظر را نداریم ضمن اینکه جایی هم در بازارها و اتحادیه های بین المللی نخواهیم داشت .

متن زیر اشاره ای دارد به برخی از موادی کاهنده لایه اوزون و مباحثی که در این زمینه وجود دارد :

در اینجا نکاتی در مورد تجارت هایی که با مواد تهی کننده لایه اوزون سروکار دارند آورده شده است .

What are ozone depleting substances?

مواد کاهنده لایه اوزون چه موادی هستند ؟

اینها موادی هستند که وجود آنها در جو زمین باعث صدمه دیدن لایه اوزون که در بخش بالایی اتمسفر قرار دارد می شوند .

این موادشامل :

·        گازهای مورد استفاده در دستگاههای تهویه

·        حلال ها

·        عوامل تزریق فوم

·        سیالات مورد استفاده در آتش نشانی

استفاده از بسیاری از این مواد صدمه زننده به لایه اوزون یا ممنوع شده است و یا به تدریج در حال کنار گذاشتن phased out هستند .

What is ozone depletion?

تهی شدن لایه اوزون چیست ؟

لایه اوزون به طور طبیعی از طریق اکسیژن حاصل می شود . لایه اوزون یکی از لایه های فوقانی اتمسفر زمین است که حاوی غلظت بالایی از اوزون 12o3'> است . وظیفه این لایه آن است که اشعه مضر فرابنفش ( ماوراء بنفش ) ultraviolet (UV)radiation تابیده شده از خورشید را فیلتر کرده و از رسیدن آن به سطح زمین جلوگیری می کند .

هنگامی که از مواد تهی کننده لایه اوزون استفاده می شود و این مواد وارد جو زمین می شوند به طبقات فوقانی اتمسفر رفته رفته و با لایه اوزون واکنش نشان داده و سبب از بین رفتن و نازک شدن این لایه می شوند که این وضع اثر خیلی نامطلوبی بر روی سلامت انسان و محیط زیست او می گذارد .

Commomly used ozone depleting substances

موادی کاهنده لایه اوزونی که استفاده از انها رایج است :

قوانین و کنترل های متعددی در مورد کاربرد این مواد وجود دارد اما بخشی از عمده ترین این مواد کاهنده لایه اوزون به شرح زیر است :

مبردها  Refrigerants :

·        این مبردها اغلب حاوی ترکیبات کلروفلوروکربن هستند و عبارتند از :

Chlorofluorocarbons (CFC) : CFC11 , CFC12 , CFC502 , CFC13 , CFC115, CFC113 , CFC500 . CFC114 , CFC 503 .

ترکیبات هیدروکلروکربن ها :

Hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) :HCFC22 , HCFC123 , HCFC124

ترکیبات مبردها:

Refrigerant blends containing HCFCs: R401A , R401B , R402A, R402B, R403A , R403B, R406A , R408A , R409A , R411B.

مبرد هالون :

Halon refrigerant : R13B1

 نام های تجاری رایجی که در این مورد وجود دارند عبارتند از :

آرکتون ؛ فوران ، فرئون ، فریجن ، گرین کول ، جنترون ، ایسئون 69 اس و 69 ال ، کلیا ، سولکین ، سوا اچ پی 80 و اچ پی 81 ، سوا ام پی 39 و ام پی 66 .

Commom trade names : Arcton , Forane , Freon , Frigen , Greencool , Genetron , Isceon , 69-s 69-L , Klea , Solkane  , Suva HP80 and HP81 , FX10, suvA M39 and Mp66.

حلال ها solvents  :

·        کلروفلورکربن ها یا همان cfc

·        1-1-1 تری کلرواتان

·        HCFC141B

·        برومو کلرومتان bromochloromethane (CBM)

·        تترا کلراید کربن Carbon tetrachloride

نامهای رایج در این گونه مواد حلال عبارتد از :

Common trade names : Arklone , Freon , flugene , forane , kaltron , gensolv , genklene .

عوامل تزریق فوم : foam blowing agents

HCFCs : HCFC22 , HCFC141B , HCFC142B.

Common trade names : isceon 69-s and 69 – L , suva HP80 and HP81 , FX10 , suvaMP39 and MP66.

Fire fighting fluids

 

سیالات مورد استفاده در آتش نشانی

هالون ها : هالون 1211 ، هالون 1301

Common trade names : BCF , BTM , DTE

What do you need to do ?

چه کاری زیاد لازم است که انجام دهید ؟

هرگاه این مواد کاهنده لایه اوزون را می خواهید دفع کنید باید دقت لازم را به هنگام دفع آنها انجام دهید . به طور منظم این مواد کاهنده لایه اوزون هستند سرویس نمائید از قبیل دستگاههای سرد کننده یا تهویه مطبوع و چیلر را از نظر اینکه نشتی نداشته باشند بررسی کنید . اطمینان حاصل کنید که به هنگام انجام تعمیر و نگهداری همه این گازها و مواد مضر برای لایه اوزون را باریافت کرده و وارد چرخ مجدد کرده اید .

هیچگاه این مواد مضر را به درون اتمسفر تخلیه نکنید و این امکان را هم ندهید که به طور ناخواسته به درون جو نشت پیدا کنند .

اگ قصد دارید که به تعمیر و نگهداری و یا دفع تجهیزات حاوی مواد مضر برای لایه اوزون بپردازید حتماً با متخصصان مشورت کنید .

دسته بندی چیپ : CHIP classifications

اغلب مواد کاهنده لایه اوزون را زیر عنوان قوانین چیپ ( اطلاعات هشداردهنده مواد شیمیایی و بسته بندی آنها برای عرضه :

CHIPregulations (chemicals (hazard information and packaging for supply ) regulations ).

نامگذاری می کنند .

این دسته بندی  مواد را در گروههای مختلف قرار می دهد اگر ماده ای وجود دارد که در زیر عنوان این دسته بندی نیامده است شما باید خودتان به ارزیابی آن با استفاده از قوانیتن چیپ بپردازید .

برخی از محصولاتی که در آنها ترکیبات کلروفلورکربن در آنها به کار رفته است و ممنوع شده است در اینجا است :

·        آیروسل ها ( مثل اسپری های عطر و رنگ و فیکسچر مو و .... )

·        فوم ها ( کف هایی که به عنوان عایق مورد استفاده اند )

·        موا حلال به جز مواد پاک کننده دقیقی که برای تجهیزات الکترونیکی و وسایل فضایی و کاربردهای هوانوردی تا 31 دسامبر سال 2008 مورد استفاده است .

·        مبردها به ج آنهائیکه در سیستم تهویه مطبوع وسایل نظامی به کار رفته است تا تاریخ 31 دسامبر 2008

·        همه گازهای HCFCs تا اول ژانویه 2010 ممنوع خواهند شد .

 

منابع

http :// daneshnameh.roshd.ir/mavara

http ://www.khabaronline.ir/news-5156.aspx

 http ://www.khabaronline.ir/news-5156.aspx