10 اسفند 1392

نابودی لایه‌ی اتمسفری محافظ زمین

مولف:   /  دسته: دسته بندی نشده   /  رتبه دهید:

منبع: راسخون


لایه‌ی اُزُن که محافظ سیاره‌ی ما از تشعشعات مضر خورشیدی است از نازک شدن باز نمی‌ماند. چنین به نظر می‌رسد که آئروسل‌های جوی، یعنی ذرات معلق در هوا، در پیش رفت این تخریب نقش مهمی بر عهده دارند.
نقش لایه‌ی اُزُن جو امروزه کاملاً شناخته شده است. این گاز با وجود تراکم بسیار اندکش، بخش عمده‌ای از تشعشعات فرا بنفش خورشید را که قادر به نابود ساختن سلول‌های زنده هستند خنثی می‌نماید. با کم اثر شدن نقش بازدارنده‌ی این لایه، اشعه‌ی فرا بنفش خورشیدی از جمله باعث نابودی فیتوپلانکتون‌های دریایی یا بروز سرطان پوست می‌شود.
مشاهدات به عمل آمده در بیش از سه دهه‌ی گذشته از زمین یا توسط ماهواره‌ها، کاهش محسوس مقدار ازن جو را آشکار می‌سازد. این کاهش محسوس، هر ساله در ماه‌های مهر و آبان در بالای قاره‌ی جنوبی نمایان می‌شود که در واقع همان چیزی است که با عنوان سوراخ لایه‌ی ازن از آن یاد می‌شود. تحلیل‌هایی که به ویژه توسط ناسا صورت گرفته است نشان می‌دهد که بعد از اواخر دهه‌ی 1970 میلادی کاهش ازن در مناطق دیگر جهان نیز دیده شده است. مثلاً اگر تغییرات مقدار ازن را در فصل زمستان در بالای عرض جغرافیایی متوسط نیم کُره‌ی شمالی دنبال کنیم کاهشی در حدود هشت درصد را در دهه‌ی هشتاد میلادی (قرن بیست) مشاهده می‌کنیم. چه عواملی می‌توانند چنین کاهشی را در لایه‌ی ازن ایجاد کنند؟ اولین عامل مقصر، بدون شک کلرو فلوئورو کربن‌های ساخته‌ی دست بشر هستند. اما امروزه متخصصان حدس می‌زنند ذرات گوناگون موجود در جو فوقانی (استراتوسفر یا پوش کُره) نقش مهمی در افزایش فعالیت کلرو فلوئورو کربن‌ها در آسیب رساندن به لایه‌ی ازن دارند.
تحقیقات انجام شده در بسیاری از کشورها، مقصر را به وضوح کلرو فلوئورو کربن‌ها می‌دانند که حاصل تولیدات صنعتی هستند. این ترکیبات مانند مواد سرد کننده، حل کننده، و غیره عمل می‌کنند. مقدار کلر موجود در جو از دو و نیم جزء در میلیارد واحد حجم (یک مولکول ترکیب کلردار در مقابل یک میلیارد مولکول هوا) در ابتدای دهه‌ی مذکور به سه و نیم جزء در انتهای دهه رسید. این ترکیبات در ارتفاع کم مقاوم هستند. اما ثابت شده است زمانی که به جو راه یابند و توسط نور فرا بنفش خورشیدی با طول موج کوتاه در پوش کُره متلاشی شوند، اتم‌های کلر را آزاد می‌کنند که به نوبه‌ی خود به لایه‌ی ازن آسیب می‌رسانند.
کاهش روزافزون اُزُن جو باعث نگرانی جامعه‌ علمی شده است، زیرا بسیار سریع‌تر از آن است که طبق مدل‌های حساب شده‌ی بسیار دقیق ریاضی پیش بینی شده بود. وانگهی، پیدایش سوراخ در لایه‌ی ازن از قبل پیش بینی نشده بود و برای شناختن نقش کلرِ محتوای کلرو فلوئورو کربن‌ها و یافتن سایر دلایل محتمل، سال‌ها تحقیق لازم بود (از جمله فرستادن چند هیأت علمی به جنوبگان).
نابودی لایه‌ی اتمسفری محافظ زمین
توضیح تصویر: با شبیه سازی عددی می‌توان به تغییر مقدار کلی اُزُن در جو پی برد. در یک بررسی، تنها واکنش‌های شیمیایی ناهمگن که در سطح ذرات ابرهای پوش کُره‌ای قطبی تولید می‌شوند در نظر گرفته شده‌اند. این بررسی ده درصد کاهش در جنوبگان و کم‌تر از سه درصد در نیم کُره‌‌ی شمالی نشان می‌دهد. در یک بررسی دیگر، علاوه بر آن، واکنش‌های سطح آئروسل پوش کُره‌ای هم در نظر بوده‌اند. در این صورت، کاهش اُزُن، به ویژه در نیم کره‌ی شمالی، خیلی بیش‌تر می‌شود.
تحلیل میزان‌های گرد آوری شده از مناطق قطبی، به ویژه آن چه توسط ناسا و سازمان امریکایی دیگری سازمان دهی شده بود، در حقیقت مکانیسم‌های ناشناخته‌ای را در مورد تنظیم تعادل ازن آشکار ساخت. این مکانیسم‌ها باعث بروز واکنش‌هایی بین یک مولکول گاز و یک جزء دیگر در حالات متفاوت (گازی یا مایع) می‌شوند (واکنش‌های شیمیایی ناهمگن)؛ این واکنش از برخورد مولکول‌های گاز با اجزای یخ موجود در ابرها (به نام ابرهای پوش کُره‌ای قطبی) ایجاد می‌شود، و این ابرها در زمستان جنوبی در درجه‌ی هوای سردتر از منفی هفتاد و پنج درجه‌ی سانتیگراد به وجود می‌آیند. واکنش‌های ناهمگن، بعضی از ترکیبات کلر را که نسبتاً غیر فعال هستند تبدیل به اکسید کلر می‌کنند. این ماده ضمن کاهش ترکیبات ازت که قادر به تغییر شیمیایی اکسید کلر هستند، قدرت زیادی در آسیب رسانی به مولکول‌های اُزُن دارد.
دلیل کاهش ازن در عرض‌های جغرافیایی متوسط (یعنی در بالای مناطق پر جمعیتی مثل اروپا – آسیا – امریکا) که بسیار سریع‌تر از حد پیش بینی شده صورت می‌گیرد هنوز به روشنی مشخص نشده است. یکی از توضیحات قابل قبول، انتقال توده‌های هوایی که با ابرهای پوش کُره‌ای در تماس بوده‌اند، از مناطق قطبی به سمت عرض جغرافیایی متوسط است. اما فرضیه‌ی مهم دیگری بر اساس محاسبات آزمایشگاه، واکنش‌های شیمیایی ناهمگن را در سطح آئروسل‌های پوش کُره‌ای، عامل این موضوع می‌داند. ترکیبات گوکرد دار جو در اصل با انتقال سولفور کربونیل از لایه‌ی میانی جو ناشی می‌شوند که خود از واکنش‌های زیستی و صنعتی در سطح زمین به وجود می‌آیند. این ترکیبات می‌توانند با واکنش‌های میکرو فیزیکی هسته‌ای و تراکم، به ذرات ریزی تبدیل شوند که آئروسل نامیده می‌شوند. این ذراتِ مایعِ تشکیل شده از محلول اسید سولفوریک و آب، در تمام عرض‌های جغرافیایی بین ارتفاع ده تا سی کیلومتری مشاهده شده است و تراکم و اندازه‌ی آن‌ها با فعالیت آتش فشانی تغییر می‌کند. مثلاً بعد از یک فوران آتش فشانی، غلظت به مقدار زیادی افزایش می‌یابد.
فعالیت آتشفشانی شدید می‌تواند باعث کاهش اُزُن شود. واکنش‌های شیمیایی ناهمگن که در سطح عناصر اسید سولفوریک روی می‌دهند، به دنبال انتشار مداوم کلرو فلوئورو کربن‌ها به افزایش تراکم اکسید کلر در جو و سپس به تخریب فزاینده‌ی مولکول ازن منتهی می‌شوند (مانند موردِ ابرهای قطبی). سرعت این واکنش‌ها به ویژه به دو عامل بستگی دارد: ا- غلظت کلی سطح آئروسل‌ها، یعنی کلیه‌ی عناصر آئروسل‌های موجود در واحد حجم هوا؛ 2- ضریب تطبیق یا احتمال وقوع واکنش شیمیایی از برخورد یک مولکول گاز و یک عنصر. مورد اول، یعنی غلظت سطح آئروسل‌ها، چندین سال پیش به روش سیستماتیک اندازه گیری شد، یعنی با استفاده از دستگاه‌هایی که در زیر بالن‌هایی نصب شده بودند و تا ارتفاع سی کیلومتری صعود می‌کردند؛ این دستگاهها نشان می‌داد که با فعالیت آتش فشانی، غلظت سطح افزایش یافته است. دومین مورد، یعنی ضریب تطبیق، شروع به اندازه گیری شده است که مقادیر آن به روش بسیار دقیقی در آزمایشگاه ثبت گردد: مقدار آن به واکنش‌های شیمیایی مورد نظر، درجه‌ی گرما، و ترکیب آئروسل‌ها بستگی دارد.
نابودی لایه‌ی اتمسفری محافظ زمین
توضیح تصویر: ترکیبات کلر دار در ارتفاع کم مقاوم هستند، اما زمانی که به جو راه یابند اتم‌های کلر را آزاد می‌کنند و به لایه‌ی اُزُن آسیب می‌رسانند.
واکنش‌های شیمیایی ناهمگن در سطح اجزای اسید سولفوریک، نسبت به واکنش‌های ناهمگن بر روی ذرات یخ در نواحی قطبی که عامل ایجاد سوراخ ازن در جنوبگان هستند، در کاهش مولکول‌های ازن احتمالاً نقش کم‌تری دارند. در حقیقت غلظت سطح آئروسل‌ها کم‌تر از غلظت درون ابرهای پوش کُره‌ای قطبی در عرض جغرافیایی بالاست. با وجود این، بعد از فعالیت آتشفشانی بسیار شدید، عناصر موجود در جو می‌توانند به طور وسیعی افزایش یابند و باعث کاهش محسوس غلظت ازن گردند.
مشاهدات انجام شده با نور سنج خورشیدی (اسپکترو فوتومتر) در نقاط مختلف کره‌ی زمین، توسط ه. ت. مانتی و همکارانش در عرض‌های جغرافیایی متوسط و بالای نیم کُره‌ی شمالی، کاهش ازن را چند ماه بعد از فعالیت آتش فشان ال شی شون (مکزیک 1982) نشان می‌داد که گاهی به شش درصد می‌رسید و حداکثر کاهش هشت تا سیزده ماه بعد از آتش فشان مشاهده شد. مطالعات نظری با مدل‌های ریاضی توسط د. هافمن و سوزان سولومن، در آزمایشگاه آئرونومی و گروه کلر گرانیه و گی براشور در مرکز ملی کاوش جوی در کلرادوی امریکا، نشان داده است که این کاهش‌ها قاعدتاً مربوط به واکنش‌های شیمیایی سطح آئروسل‌هاست. باید خاطر نشان کرد که ذرات موجود در پوش کُره که از آتش فشان یا غیره به وجود آمده‌اند در نابودی لایه‌ی ازن به طور مستقیم نقشی ندارند بلکه فعالیت ترکیبات کلر دار آزاد شده از تجزیه‌ی کلرو فلوئورو کربن‌ها را در جو تشدید می‌کنند.
پیدایش سوراخ در لایه‌ی ازن، جامعه‌ی بین المللی را واداشته است تا اعلام خطری را که بیش از پنجاه سال پیش توسط دانشمندان مطرح شده بود جدی بگیرند. برای محافظت از این ماده‌ی شیمیایی، که از ضروریات ادامه‌ی زندگی روی زمین است، عهدنامه‌های بین المللی منعقد گردیده است. حتی در مساعدترین پیش بینی‌ها در مورد کاهش کلرو فلوئورو کربن‌ها که سخت مورد قبول عهدنامه‌ها قرار گرفته است، اکسید کلر جو بر اثر تراکم کلرو فلوئورو کربن‌های آزاد شده از قبل به افزایش خود در سال‌های آینده ادامه خواهد داد، زیرا تجزیه‌ی این ترکیب با کندی صورت می‌گیرد.
بنا بر این، تأثیر واکنش‌های شیمیایی ناهمگن بر روی تغییرات لایه‌ی ازن حائز اهمیت است. برای مطالعه‌ی نظری، آزمایشگاه مرکز ملی کاوش جوی، یک مدل شبیه سازی شماره گذاری شده را در نظر گرفت. این مدل مهم‌ترین واکنش‌های شیمیایی، دینامیکی، و پرتو افکنی مکشوف پوش کره را اندازه گیری می‌کند و اثر تغییرات ارتفاع و عرض جغرافیایی را بر انتشار شصت عنصر شیمیایی محاسبه می‌کند و تغییرات احتمالی ازن را در سال‌های 1990 و 2030 در دو حالت نشان می‌دهد. ارقام، اختلاف نسبی مقدار کلی ازن را در این سال‌ها بر حسب تغییرات فصل و عرض جغرافیایی نمایان می‌سازند. در هر دو حالت، تغییر ترکیبات کلر دار مطابق با عهدنامه‌ی مونترآل که در لندن اصلاح شده بود، است. مقدار کلی ترکیبات کلر دار که سه و نیم جزء در واحد حجم (مولکول‌های کلر در یک میلیارد مولکول‌های هوا) بود تا سال 2030 به چهار و نُه دهم در واحد حجم افزایش می‌یابد. در اولین حالت، تنها، واکنش‌های شیمیایی ناهمگن در مرکز ابرهای پوش کره‌ای مناطق قطبی در نظر گرفته شده است. در ناحیه‌ی جنوبگان، اندازه‌ی لایه‌ی اُزُن از اول بهار در سال‌های 1990 تا 2030 ده درصد کاهش می‌یابد. در نیم کُره‌ی شمالی که آب و هوای زمستانی همیشه گرم‌تر از نیم کُره‌ی جنوبی است کاهش لایه‌ی اُزُن به کم‌تر از سه درصد می‌رسد. نتایج مربوط به حالت دوم، به علاوه، واکنش‌های ناهمگن بر روی ذرات اسید سولفوریک را محاسبه می‌کند با فرض این که غلظت این ذرات با گذشت زمان تغییر نمی‌کند. در این حالت، آسیب لایه‌ی ازن بیش‌تر از کاهش آن در حالت قبلی خواهد شد خصوصاً در نیم کُره‌ی شمالی در بالای پنجاه و پنجمین مدار.
فعالیت آتش فشانی از نوع ال شی شون، قادر خواهد بود که کاهش لایه ی اُزُن را موقتاً به دو برابر برساند. نخستین برآوردها نشان می‌دهد که تزریق ترکیبات گوگرددار از فعالیت اخیر آتتش فشان پینا توبو (فیلیپین 1991) دو برابر بیش‌تر از مقدار این ترکیبات از آتش فشان ال شی شون است. کلر موجود جو بعد از فعالیت آتش فشانی ال شی شون چهل درصد افزایش یافت و انتظار می‌رفت که اگر برآورد مربوط به پینا توبو صحیح باشد، در سطح پوش کره در زمستان، کاهش محسوسی در لایه‌ی ازن ایجاد شود. نتایج حاصله، کاهش ازن را از هشت تا پانزده درصد در عرض جغرافیایی متوسط نشان داد که البته بیش از چند ماه ادامه نیافت.
این محاسبات نظری نباید لزوماً به عنوان پیش بینی تغییرات لایه‌ی ازن در سال‌های آینده باشد، بلکه دعوتی است برای انجام مطالعات جدید در واکنش‌های شیمیایی ناهمگن. مطالعات کلر گرانیه و گی براشور نشان می‌دهد که آئروسل‌های پوش کُره‌ای با تشدید قابلیت کلر در کاهش اُزُن در کلیه‌ی عرض‌های جغرافیایی قادر خواهند بود تا اثر کلرو فلوئورو کربن‌ها را در آینده در کاهش قشری که ما را از تابش پرتو فرا بنفش حفظ می‌کند تعیین کنند، چون طبق اطلاعات علمی نوین، لایه‌ی اُزُن به قدری آسیب پذیر است که تا چندین سال پیش تصور آن نمی‌رفت. بنا بر این برای جلوگیری از خطر باید به سرعت از انتشار کلرو فلوئورو کربن‌ها در تمام کشورهای دنیا کاست. هم زمان، مطالعات در این مورد باید بدون وقفه پی گیری شود، به خصوص مطالعاتی که مربوط به واکنش‌های شیمیایی ناهمگن است.

تعداد مشاهده (1064)       نظرات (0)

نظرات کاربران درباره مقاله "نابودی لایه‌ی اتمسفری محافظ زمین"


نظرتان را بیان کنید

نام:
پست الکترونیکی:
نظر:
کد بالا را در محل مربوطه وارد نمایید