منذ حوالي أربعين عاما، اكتشف لأول مرة أن طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض بدأت في النضوب. أول من لاحظ ذلك كان العلماء الإنجليز الذين يعملون في قاعدة بحثية في القارة القطبية الجنوبية. ووجدوا أن سمك الأوزون فوق محطة هالي باي انخفض إلى النصف تقريبًا! بينما أسباب محتملةولم تكن هذه الظاهرة قد تمت دراستها بعد، فكل ما كان بوسع العلماء فعله هو ملاحظة تطور الوضع. والنتائج لم ترضهم على الإطلاق - فثقوب الأوزون لم تنغلق فحسب، بل انتشرت أيضًا إلى ما هو أبعد من القطب الجنوبي. هكذا ظهرت معلومات عن كارثة عالمية جديدة.
ما هي ثقوب الأوزون بالضبط؟
الأوزون هو غاز يتم إنتاجه من الأكسجين بواسطة الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. وهو بدوره يمنع مرور هذا الإشعاع الذي يكون تأثيره مدمراً لجميع الكائنات الحية. وتقع طبقة من هذا الغاز على ارتفاع حوالي عشرين كيلومتراً فوق السطح وتحمي كوكب الأرض من التأثير السلبيطاقة شمسية. ثقوب الأوزون هي الأماكن التي يقل فيها سمك الغاز لسبب ما. في هذه المرحلة، لا يزال يكفي منع الأشعة فوق البنفسجية، ولكن إذا لم تفعل البشرية شيئًا لتغيير الوضع، فبعد مرور بعض الوقت، سيؤدي استنفاد طبقة الأوزون إلى حقيقة أن الإشعاع الضار يمكن أن يخترق الغلاف الجوي بسهولة، ومن ثم إن وجود الحياة على الأرض سيصبح بكل بساطة مستحيلاً.
لماذا تحدث ثقوب الأوزون؟
استكشاف الفضاء
ومع ذلك، وعلى الرغم من التنوع الكبير في الإصدارات المحتملة، فإن النسخة الأكثر ترجيحًا تظل من صنع الإنسان. بعد كل شيء، في منتصف القرن الماضي كان هناك العديد من عمليات الإطلاق صواريخ الفضاءكل منها ترك عند الإقلاع "ثقبًا" في الغلاف الجوي يخترق طبقة الأوزون. في ثلاثين عامًا فقط من استكشاف الفضاء، تم تدمير 30٪ من الحاجز الواقي للأرض، والذي تم تشكيله على مدار أربعة مليارات عام!
غاز الفريون
يعتبر الفريون، الذي يستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية وفي الصناعة، مادة مدمرة للأوزون. لقد تم احتواؤه في جميع علب الغاز تقريبًا في القرن الماضي: في بخاخات الشعر والعطور ومزيلات العرق وطفايات الحريق. وكان حتى في الثلاجات ومكيفات الهواء! ليس من المستغرب أن تظهر المزيد والمزيد من ثقوب الأوزون كل يوم، وأصبحت الطبقة الواقية أرق وأرق.
حلول
اليوم لا تزال المشكلة حادة وذات صلة. تم اعتماد العديد من الاتفاقيات التي يحظر بموجبها استخدام المواد الضارة بطبقة الأوزون في الإنتاج والصناعة. ولكن هذا لا يكفي، لأن السؤال ليس فقط وقف تدمير الأوزون، ولكن أيضا استعادته. لكن هذه المشكلة لم يتم حلها بعد.
يحتوي الغلاف الجوي للأرض على عدة طبقات تقع على ارتفاعات مختلفة. ومن أهمها طبقة الأوزون الموجودة في طبقة الستراتوسفير. ومن أجل معرفة ما هو ثقب الأوزون، عليك أن تفهم وظيفة هذه الطبقة وأهمية وجودها للحياة على الكوكب.
وصف
ويختلف ارتفاع طبقة الأوزون حسب نظام درجة الحرارةفي منطقة معينة، على سبيل المثال، في المناطق الاستوائية يتراوح بين 25 و 30 كم، وفي القطبين - من 15 إلى 20 كم. يتم إنشاء غاز الأوزون عندما تتعرض جزيئات الأكسجين للإشعاع الشمسي. وتؤدي عملية تفكك الأوزون إلى امتصاص معظم الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة المنبعثة من الشمس.
ويقاس سمك الطبقة عادة بوحدات دوبسون، وتساوي كل وحدة منها طبقة أوزون سعتها 10 ميكرومتر، بشرط الضغط الطبيعيودرجة الحرارة. يعتبر الحد الأدنى للسمك الذي تتوقف الطبقة تحته عن الوجود هو 220 وحدة. دوبسون. تم إثبات وجود طبقة الأوزون من قبل الفيزيائيين الفرنسيين تشارلز فابري وهنري بويسون في بداية القرن العشرين باستخدام التحليل الطيفي.
ثقوب الأوزون
هناك العديد من النظريات حول السبب الدقيق وراء ترقق طبقة الأوزون على الكوكب. ويلقي بعض العلماء اللوم على العوامل البشرية في ذلك، بينما يعتبرها آخرون عملية طبيعية. ثقوب الأوزون هي انخفاض أو اختفاء كامل لهذا الغاز من طبقة الستراتوسفير. وتم تسجيل هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1985، وكانت تقع على مساحة تبلغ حوالي ألف كيلومتر مربع في منطقة القطب الجنوبي.
وكان ظهور هذا الثقب دوريا، فقد ظهر في شهر أغسطس واختفى في شهر ديسمبر. وفي الوقت نفسه، ظهر ثقب آخر أصغر قليلاً في منطقة القطب الشمالي. مع تطور التكنولوجيا، أصبح من الممكن تسجيل تكوين الفجوات في طبقة الأوزون في الوقت الحقيقي، والآن يمكن للعلماء أن يقولوا بثقة أن هناك عدة مئات منهم على هذا الكوكب. أكبرها تقع في القطبين. 
أسباب وعواقب ثقب الأوزون
هناك نظرية تقول أن ثقوب الأوزون سببها أسباب طبيعية. ووفقا لها، بما أن تحول الأكسجين إلى الأوزون يحدث نتيجة التعرض للإشعاع الشمسي، ففي غيابه خلال فصل الشتاء القطبي لا يتم إنتاج هذا الغاز. خلال ليلة طويلة، يسقط الأوزون المتكون بالفعل، بسبب كتلته الكبيرة، في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي، حيث يتم تدميره بسبب الضغط. يشرح هذا الإصدار تماما ظهور الثقوب فوق القطبين، لكنه لا يوضح بأي حال من الأحوال تكوين نظائرها واسعة النطاق على أراضي كازاخستان وروسيا، حيث لا يتم ملاحظة الليالي القطبية.
في مؤخراوقد اتفق المجتمع العلمي على أن هناك ما هو طبيعي وما هو مستفز النشاط البشريأسباب تمزق طبقة الأوزون. يتضمن العامل البشري المنشأ زيادة في تركيز بعض العناصر المواد الكيميائيةفي الغلاف الجوي للأرض. يتم تدمير الأوزون عن طريق التفاعلات مع الكلور والهيدروجين والبروم وكلوريد الهيدروجين وأول أكسيد النيتروجين والميثان وكذلك الفريون ومشتقاته. لم يتم بعد تحديد أسباب وعواقب ثقوب الأوزون بشكل كامل، ولكن كل عام تقريبًا يأتي باكتشافات جديدة في هذا المجال.
لماذا تعتبر ثقوب الأوزون خطيرة؟
يمتص الأوزون الإشعاع الشمسي الخطير للغاية، ويمنعه من الوصول إلى سطح الكوكب. وعندما تصبح طبقة هذا الغاز أرق، يتعرض كل شيء على الأرض للإشعاع الإشعاعي العادي. وهذا يثير النمو أمراض السرطان، موضعي في الغالب على الجلد. بالنسبة للنباتات، فإن اختفاء الأوزون ضار أيضا، حيث تحدث طفرات جينية مختلفة وانخفاض عام في الحيوية. في الآونة الأخيرة، أصبحت البشرية تدرك بشكل متزايد مخاطر ثقوب الأوزون على الحياة على الأرض.
خاتمة
وإدراكًا لخطر تدمير الأوزون، اتخذ المجتمع الدولي عددًا من التدابير الرامية إلى الحد منه التأثير السلبيإلى الغلاف الجوي. في عام 1987، تم التوقيع على بروتوكول في مونتريال، يلزم بتقليل استخدام الفريون في الصناعة، لأن هذا الغاز هو الذي يثير تكوين ثقوب خارج المناطق القطبية. ومع ذلك، فإن الفريون الذي تم إطلاقه بالفعل في الغلاف الجوي سيستغرق حوالي مائة عام ليتحلل، لذلك من غير المرجح أن ينخفض عدد ثقوب الأوزون في الغلاف الجوي للأرض في المستقبل القريب.
من الأكسجين تحت التأثير الأشعة فوق البنفسجية. يحتوي الغلاف الجوي للأرض على طبقة الأوزون على ارتفاع حوالي 25 كيلومترًا: طبقة من هذا الغاز تحيط بكوكبنا بإحكام، وتحميه من التركيزات العالية للأشعة فوق البنفسجية. لولا هذا الغاز، لكانت الإشعاعات الشديدة قد قتلت كل أشكال الحياة على الأرض.
طبقة الأوزون رقيقة جدًا، ولا يمكنها حماية الكوكب بشكل كامل من اختراق الإشعاع الذي له تأثير ضار على الحالة ويسبب الأمراض. ولكن لفترة طويلة كان ذلك كافيا لحماية الأرض من الخطر.
في الثمانينيات من القرن العشرين، تم اكتشاف أن هناك مناطق في طبقة الأوزون حيث يتم تقليل محتوى هذا الغاز بشكل كبير - ما يسمى بثقوب الأوزون. تم اكتشاف الثقب الأول فوق القارة القطبية الجنوبية من قبل علماء بريطانيين، وقد اندهشوا من حجم هذه الظاهرة - فالمنطقة التي يبلغ قطرها أكثر من ألف كيلومتر لا تحتوي على طبقة واقية تقريبًا وتتعرض لأشعة فوق بنفسجية أقوى.
وفي وقت لاحق، تم العثور على ثقوب أخرى للأوزون، أصغر حجما، ولكنها ليست أقل خطورة.
أسباب تكون ثقب الأوزون
إن آلية تكوين طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض معقدة للغاية، ويمكن أن يؤدي اضطرابها إلى أسباب مختلفة. في البداية، اقترح العلماء العديد من الإصدارات: تأثير الجسيمات التي تشكلت أثناء الانفجارات الذرية، وتأثير ثوران بركان إل تشيكون، حتى أنه تم التعبير عن الآراء حول أنشطة الكائنات الفضائية.
قد تكون أسباب استنفاد طبقة الأوزون هي قلة الإشعاع الشمسي، وتكوين السحب الستراتوسفيرية، والدوامات القطبية، ولكن في أغلب الأحيان ينخفض تركيز هذا الغاز بسبب تفاعلاته مع مواد مختلفة، والتي يمكن أن تكون ذات طبيعة طبيعية وبشرية المنشأ. يتم تدمير الجزيئات تحت تأثير الهيدروجين والأكسجين والكلور، مركبات العضوية. وحتى الآن، لا يستطيع العلماء أن يقولوا بشكل لا لبس فيه ما إذا كان تكوين ثقوب الأوزون ناجما بشكل رئيسي عن النشاط البشري، أو ما إذا كان طبيعيا.
لقد ثبت أن الفريونات المنبعثة أثناء تشغيل العديد من الأجهزة تسبب فقدان الأوزون في الوسط و خطوط العرض العاليةولكنها لا تؤثر على تكوين ثقوب الأوزون القطبية.
ومن المرجح أن مجموعة من العوامل البشرية والطبيعية أدت إلى تكوين ثقوب الأوزون. من ناحية، زاد النشاط البركاني، من ناحية أخرى، بدأ الناس في التأثير بشكل خطير على الطبيعة - يمكن أن تتضرر طبقة الأوزون ليس فقط عن طريق إطلاق الفريون، ولكن أيضا عن طريق الاصطدام بالأقمار الصناعية الفاشلة. وبفضل انخفاض عدد البراكين المتفجرة منذ نهاية القرن العشرين والقيود المفروضة على استخدام الفريون، بدأ الوضع في التحسن قليلا: فقد سجل العلماء مؤخرا ثقبا صغيرا فوق القارة القطبية الجنوبية. إن دراسة أكثر تفصيلاً لاستنفاد الأوزون ستجعل من الممكن منع ظهور هذه المناطق.
مقالة ضيف
تعد مشكلة ثقوب الأوزون من أكثر المشاكل التي تمت مناقشتها. لا يزال العلماء يتجادلون حول أسباب ظهورهم، ويسلطون الضوء على العوامل المؤثرة المختلفة، ولكن العواقب معروفة للجميع تقريبًا. هذه الظاهرة ليست واضحة كما يعتقد الكثير من الناس بفضل العديد من وسائل الإعلام. حتى الآن، تتم دراسة وتحليل العمليات التي تسبب ترقق طبقة الأوزون.
الأسباب الأساسية
الأوزون هو غاز يدخل بسرعة في تفاعل كيميائي ويتم تدميره على الفور ويتحول إلى مركبات أخرى. والمحفزات لمثل هذه التغيرات هي الكلور والبروم، وهما أكثر وفرة في الغلاف الجوي اليوم مما كانت عليه قبل عدة قرون. ويتم التحكم في انبعاثات هذه المواد بعناية؛ وفي الصناعة، تم بالفعل استبدال العديد من العناصر بعناصر أكثر أمانًا. لكن المشكلة الأساسية هي أن فترة تحلل الكلور، على سبيل المثال، تتراوح بين 75 إلى 110 سنة، حسب الظروف البيئية. كل هذا الوقت سوف تؤثر المادة على الأوزون. ومع ذلك، فإن جزيء مركب ضار بالغلاف الجوي يدمر حرفيا ما يصل إلى ألف وحدة من الغاز المفيد الذي يخدم حماية موثوقةللكوكب. هذا هو السبب الرئيسي والجذري لثقوب الأوزون.
أكبر مصدر للتلوث هو المؤسسات الصناعيةوالتي تنبعث منها دخان مع بقايا البروم والكلور في الهواء. لفترة طويلة كان يعتقد أن العلب والهباء الجوي تحتوي أيضًا على مواد مدمرة، ولكن اليوم تم دحض هذه النظرية. ومن المستحيل تتبع تأثير مثل هذه الأدوات المنزلية على نطاق عالمي لأنه صغير للغاية.
يساهم أيضًا في تطور ثقوب الأوزون النقل الجوي. يحتوي الوقود الذي تحرقه الطائرات بكميات كبيرة على مركبات ضارة. إنهم يدخلون على الفور الطبقات العليا من الغلاف الجوي، لذلك يؤثرون على طبقة الأوزون بشكل أكثر سلبية من العديد من المصانع. ويلاحظ العلماء أيضًا أن ثقوب الأوزون اليوم تتوسع بنشاط في المكان الذي توجد فيه أكبر عددطرق الطيران.
وقد أظهرت الدراسات الحديثة أن سبب تزايد ثقوب الأوزون هو الأحداث الكارثية التي وقعت في الماضي. النووية و أسلحة كيميائيةولم تظهر عواقبها الكاملة بعد. والتدمير السريع لطبقة الأوزون هو أحدها. ويتزايد عدد الحفر الخطرة في هذه المناطق، على الرغم من الجهود العديدة لتحسين الوضع البيئي.
عواقب
وبدون طبقة الأوزون، لا يمكن للكوكب أن يوجد بالشكل المناسب للحياة. وكلما زاد عدد ثقوب الأوزون، كلما تم تدمير الطبقة الواقية من الغلاف الجوي بشكل أسرع. يتزايد الاتجاه نحو ظاهرة الاحتباس الحراري بسرعة، وتتقلص الأنهار الجليدية، مما يؤدي إلى تغيرات في التيارات العالمية، وحتى فيضانات واسعة النطاق وتغيير عام في تضاريس سطح الأرض.
يمكن أيضًا أن يشعر الإنسان بعواقب ظهور ثقوب الأوزون. إنه مكشوف باستمرار الأشعة فوق البنفسجيةوكذلك التعرض لجسيمات أخرى تخترق الفضاء. ونتيجة لذلك، فإن الجهاز المناعي هو أول من يعاني، وتزداد عدد الإصابات، وتتراكم الطفرات في الحمض النووي تحت تأثير الإشعاع. واليوم بالفعل، يلاحظ الأطباء زيادة سريعة في عدد المرضى المصابين بسرطان الجلد، والذي يرتبط أيضًا بترقق طبقة الأوزون.
العواقب على عالم الحيوان والنبات ليست أقل كارثية. سكان المحيط هم أول من يعاني. لا يمكن للعوالق أن تعيش فيها الطبقات العلياالماء تحت تأثير هذه الأشعة فوق البنفسجية القوية يموت بسرعة. تحصل الأسماك والحيوانات الكبيرة على طعام أقل فأقل، وتتناقص أعدادها. ويحدث الشيء نفسه على الأرض: لا تستطيع الأشجار إنتاج الأكسجين بشكل كامل، فتموت، ويعاني العديد من الحيوانات من نقص الغذاء، كما أن أنواعًا بأكملها مهددة بالانقراض.
أول شيء يجب توضيحه هو أن ثقب الأوزون، على عكس اسمه، ليس ثقبًا في الغلاف الجوي. يختلف جزيء الأوزون عن جزيء الأكسجين العادي من حيث أنه لا يتكون من ذرتين، بل ثلاث ذرات أكسجين متصلة ببعضها البعض. في الغلاف الجوي، يتركز الأوزون فيما يسمى طبقة الأوزون، على ارتفاع حوالي 30 كم داخل الستراتوسفير. وتمتص هذه الطبقة الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس، وإلا فإن الإشعاع الشمسي قد يسبب ضررا كبيرا للحياة على سطح الأرض. ولذلك فإن أي تهديد لطبقة الأوزون يستحق أن يؤخذ على محمل الجد. في عام 1985، اكتشف العلماء البريطانيون العاملون في القطب الجنوبي أنه خلال فصل الربيع في القطب الجنوبي، كان مستوى الأوزون في الغلاف الجوي هناك أقل بكثير من المعدل الطبيعي. وفي نفس الوقت من كل عام، تنخفض كمية الأوزون، أحيانًا بدرجة أكبر، وأحيانًا بدرجة أقل. كما ظهرت أيضًا ثقوب الأوزون المشابهة، ولكن الأقل وضوحًا القطب الشمالي- خلال ربيع القطب الشمالي.
وفي السنوات اللاحقة، اكتشف العلماء سبب ظهور ثقب الأوزون. عندما تغرب الشمس ويبدأ الليل القطبي الطويل، تنخفض درجات الحرارة وتتشكل السحب الستراتوسفيرية العالية التي تحتوي على بلورات الجليد. ويسبب ظهور هذه البلورات سلسلة من التفاعلات الكيميائية المعقدة تؤدي إلى تراكم الكلور الجزيئي (يتكون جزيء الكلور من ذرتين كلور مرتبطتين). عندما تظهر الشمس ويبدأ ربيع القطب الجنوبي، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، تنكسر الروابط داخل الجزيئات، ويندفع تيار من ذرات الكلور إلى الغلاف الجوي. تعمل هذه الذرات كمحفزات للتفاعلات التي تحول الأوزون إلى أكسجين بسيط، وتسير وفقًا للمخطط المزدوج التالي:
Cl + O 3 -> ClO + O 2 و ClO + O -> Cl + O 2
ونتيجة لهذه التفاعلات تتحول جزيئات الأوزون (O 3) إلى جزيئات أكسجين (O 2)، مع بقاء ذرات الكلور الأصلية في حالة حرة وتشارك مرة أخرى في هذه العملية (كل جزيء كلور يدمر مليون جزيء أوزون قبل أن يتفكك). تتم إزالتها من الغلاف الجوي بواسطة تفاعلات كيميائية أخرى). ونتيجة لهذه السلسلة من التحولات، يبدأ الأوزون في الاختفاء من الغلاف الجوي فوق القارة القطبية الجنوبية، ليشكل ثقب الأوزون. ومع ذلك، قريبا، مع ارتفاع درجة الحرارة، يتم تدمير دوامات القطب الجنوبي، هواء نقي(يحتوي على أوزون جديد) يندفع إلى المنطقة ويختفي الثقب.
في عام 1987، المؤتمر الدولي، مخصص للتهديد الذي تتعرض له طبقة الأوزون والصناعية الدول المتقدمةوافقت على خفض الإنتاج ووقفه في نهاية المطاف الهيدروكربونات المكلورة والمفلورة (مركبات الكلوروفلوروكربون، مركبات الكربون الكلورية فلورية) -المواد الكيميائية التي تدمر طبقة الأوزون. وبحلول عام 1992، كان استبدال هذه المواد بأخرى آمنة ناجحًا للغاية، مما أدى إلى اتخاذ قرار بتدميرها بالكامل بحلول عام 1996. اليوم، يعتقد العلماء أنه في حوالي خمسين عاما سيتم استعادة طبقة الأوزون بالكامل.