أسباب ثقب طبقة الأوزون – بحث كامل

سنتكلم اليوم عن  ثقب طبقة الأوزون. ولماذا تشكل بالتحديد فوق القارة القطبية الجنوبية انتاركتيكا. وما هي المخاطر المحتملة من استنزاف طبقة الأوزون وهل هناك من سبيل أو طريقة من أجل حماية هذه الطبقة وحماية كوكبنا الجميل.

سنتكلم بالتفصيل عن طبقة الأوزون ما هي. أين توجد وما الفائدة من وجودها وكيف تمنع وصول الاشعة فوق البنفسجية الضارة من الوصول إلى الأرض. وفي أي طبقة من طبقات الغلاف الجوي يتركز الأوزون. ولماذا يزداد ثقب الأوزون في شهر سبتمبر من كل عام؟

الاحتباس الحراري وارتفاع حرارة الكوكب

اذا سألنا أي شخص وبشكل عشوائي او بالتحديد عن ثقب طبقة الأوزون انه بكل تأكيد سيجيبك بمعرفته بوجود هذه المشكلة ولكن لن يقدم لك أي تفسير عن أسبابها أو ماهيتها او الحلول الافتراضية لها.

إن مشكلة ثقب طبقة الأوزون هي من المشكلات الأقل معرفة لدى المجتمع حيث ترتبط ارتباطا وثيقا بمشكلة ارتفاع حرارة الكوكب والتي سببها بشكل أساسي هو هي غازات الاحتباس الحراري Global warming. وعلى الرغم من أن كلتا المشكلتين, الاحتباس الحراري وثقب طبقة الأوزون, هما نتيجة لتلوث الغلاف الجوي, الا أن اسباب ونتائج كل منهما مختلفة عن الأخرى.

وعلى الرغم من الاختلاف, هناك ارتباط وثيق بينهما. فعلى سبيل المثال فإن غازات الكلوروفلوروكربون CFCs هي غازات احتباس حراري. وبالتالي التقليل من إطلاق هذه الغازات يؤدي الى تقليل الاحتباس الحراري وتغيرات المناخ وكذلك في نفس الوقت المحافظة على طبقة الأوزون

وبالتالي من الضروري وجود جهود دولية من أجل الحد من هذه المواد المدمرة لغاز الأوزون. 

ما هو غاز الأوزون وكيف وفي أي طبقة يتشكل

يتشكل جزيء الأوزون من ارتباط ثلاث ذرات أوكسجين ويرمز gله بالرمز O₃. بينما الاكسجين العادي الذي نتنفسه يتكون من ذرتين اكسجين مرتبطتين ببعضهما برابطة كيميائية ويرمز له بالرمز O₂.

ويشكل الاكسجين الذي نتنفسه 21 % من غازات الغلاف الجوي. بينما تبلغ نسبة الأوزون الموجود في الغلاف الجوي أقل من 0.001% فقط. الا ان تاثير هذه النسبة الضئيلة كبير على حياتنا وحياة الكوكب.

ولكن كيف يتشكل غاز الأوزون؟ يتشكل غاز الأوزون في حقيقة الأمر عند تفاعل الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس في طبقات الجو العليا مع الاوكسجين O₂. عندما تتفاعل الاشعة فوق البنفسجية مع الاوكسجين ينقسم جزيء الاكسجين O₂ الى ذرتين O تتفاعل كل منهما مع جزيء O₂ مشكلاً الأوزون O₃.

وبالعودة للسؤال حول الطبقة التي يتركز الأوزون فيها. فكما قلنا يحدث هذا الأمر في طبقات الغلاف الجوي المرتفعة حيث تكون كثافة الاشعة فوق البنفسجية عالية ويكون الهواء أقل كثافة ويتشكل بشكل كبير في طبقة ستراتوسفير stratosphere. مشكلاً ما يسمى طبقة الأوزون والتي تحتوي 90 % من الأوزون الموجود في الغلاف الجوي. وتمتد تلك الطبقة على ارتفاع 10 الى 40 كم.

أهمية طبقة الأوزون

وتأتي أهمية طبقة الأوزون (أو الفائدة منها) لكوكبنا لكونها تمتص الجزء الضار او القسم الضار من الأشعة فوق البنفسجية المسمى اختصاراً UV-B. على الرغم من أن الأشعة UV-B تشكل فقط 5% من الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس, إلا أنها تحمل طاقة عالية جدا. حيث تبلغ الأطوال الموجية لها بين 280 إلى 315 نانومتر.

يتشكل معظم الأوزون في الخطوط الاستوائية للكرة الارضية, الا ان الرياح تذروه في أماكن مختلفة من الغلاف الجوي ليصبح توزع الأوزون غير منتظم في غلاف الكرة الأرضية.

وقد يتشكل الأوزون أيضا على مستويات منخفضة جدا من سطح الكرة الأرضية. ويحدث هذا الأمر بشكل خاص في المدن المزدحمة بالسيارات في فصل الصيف عندما تتفاعل الأشعة القادمة من الشمس مع الغازات المنبعثة من السيارات والحاوية على اكسيد النيتروجين.

والجدير بالذكر ان الأوزون هو غاز سام لذا عند بلوغه مستويات معينة في الجو كما قلنا في فصل الصيف في المدن لابد من اتخاذ إجراءات معينة. ومن السخرية بمكان أن الإنسان قام بتدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي حيث يحتاجها وانتج الأوزون على سطح الأرض حيث لا نحتاجه! 

اسباب ثقب طبقة الأوزون

إن أسباب ثقب طبقة الأوزون باختصار هو أن البشر قاموا بتلويث الغلاف الجوي للأرض بالمواد الكيميائية الحاوية على غاز الكلور والبروم. ولكن لفهم أسباب ثقب طبقة الأوزون لا بد من فهم المواد الملوثة التي يطلقها الانسان بالاضافة إلى الالية الكيميائية التي سببت تفكك الأوزون ووجود الثقب.

المواد الكيميائية الأساسية المسببة لهذا التلوث هي:

1. الكلورو فلورو كربون chlorofluorocarbons واختصارا CFCs.
2. ومركبات الهالونات halons.
3. ورباعي كلوريد الكربون carbon tetrachloride.

يعتبر الكلوروفلوروكربون نتائج العديد من التطبيقات مثل التبريد والتكييف وصناعة البخاخات aerosol spray cans. ولأن هذه المواد الكيميائية خامله فإنها تبقى فترات طويلة في الغلاف الجوي حتى تحمل للاعلى لتقوم بتدمير الأوزون. الا ان طريقة تدمير الأوزون من قبل هذه المواد الكيميائيه هو امر معقد ولا يحدث إلا في شروط جويه معينه. ويمكننا شرحه بسهولة.

طريقة تفكك الأوزون

• بمجرد وصول ال CFCs الخاملة الى طبقة ستراتوسفير فإنها تتفكك بفعل الأشعة فوق البنفسجية لتطلق الكلور القابل للتفاعل.
• ولتحدث هذه العملية يجب تواجد الغيوم في طبقة الستراتوسفير لتوفير السطوح الكريستالية للثلج والتي يحدث عليها التفاعل.
• عند تحرر الكلور من الكلوروفلوروكربون فإنه يتفاعل مع غاز الأوزون o3 مشكلا احادي اوكسيد الكلور ClO و غاز الاوكسجين O2.
• يتفكك احادي اوكسيد الكلور ClO مرة اخرى وتتحرر ذر الكلور مرة اخرى لتعيد تفكيك جزيء أوزون جديد.
• وبهذه الحالة يمكن لذرة كلور واحدة تفكيك 100,000 جزيء أوزون قبل مغادرتها لطبقة السترتوسفير.

لماذا يتركز ثقب الأوزون في القطب الجنوبي

والسبب الأساسي لوجود ثقب طبقة الأوزون فوق القط الجنوبي للكرة الأرضية (وتحديدا القارة القطبية الجنوبية انتاركتيكا) هو غيوم طبقة الستراتوسفير Stratospheric clouds.

لا تحتوي هذه الطبقة في الحالات العادية على غيوم بسبب قلة بخار الماء فيها. الا أن شتاء القطب الجنوبي يؤدي إلى انخفاض شديد في درجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير لتصل الى -80 درجة الأمر الذي يؤدي الى تشكل طبقات رقيقة من الغيوم. وإلى هنا تبقى الامور سليمة ما دامت تلك الغيوم سوداء. ولكن مع قدوم الربيع تبدأ الاشعة فوق البنفسجية بعملية تفكيك الكلور التي تكلمنا عنها سابقا وبالتالي تفكيك الأوزون. ويستمر هذا التفكك حتى قدوم الصيف وتبخر واختفاء الغيوم بفعل الحرارة.

ثم تعمل الطبقات المنخفضة من الهواء في طبقة الستراتوسفير على ترميم الأوزون مرة اخرى.

لذا يكون لتفكك الأوزون وترميمه دورة موسمية ينخفض خلالها الأوزون لأدنى مستوياته بين أيلول (سبتمبر) وأوائل تشرين الأول (نوفمبر). وهذا ما يفسر تساؤل البعض “لماذا يزداد ثقب الأوزون في شهر سبتمبر من كل عام“

الحلول المقترحة لمشكلة ثقب طبقة الأوزون 

إن طبقة الأوزون تحمينا من الجزء الضار من الاشعة فوق البنفسجية UV-B  الذي يسبب الحروق ويسبب السرطان ويعيق نمو النباتات.

ويمكن للأشعة فوق البنفسجية اختراق طبقات الغلاف الجوي والوصول الى المحيطات والبحار والتأثير على العوالق النباتية التي تنتج الاوكسجين بعملية التركيب الضوئي (Photosynthesis), وذلك قد يؤثر بدوره على النظام البيئي للكرة الأرضية كاملة. ومن هنا تأتي الأهمية الكبيرة لحماية طبقة الأوزون.

عندما انخفض مستوى الأوزون إلى مستويات حرجة عام 1985 لم يستغرق الأمر وقتا طويلا لوصول المجتمع الدولي الى اجماع حول الإجراءات المتخذة. ولولا هذا التحرك الدولي السريع لاستمرت التغييرات المناخية وازداد ثقب طبقة الأوزون. ولعانت الدول الجنوبية مثل أستراليا ونيوزيلندا من تأثير الاشعة فوق البنفسجية  وكذلك الدول  الواقعة في شمال الكرة الأرضية من تأثير تلك الأشعة.

وتم توقيع اتفاقية مونتريال 1987 بين 195 دولة ونصت على الالتزام بالحد من تصنيع المواد المحلة للأوزون وإيجاد بدائل لتلك المواد. ومنذ ذلك الوقت تحسنت طبقة الأوزون. الا عمر بقاء تلك المواد في الغلاف الجوي طويل (على سبيل المثال عمر بقاء CFC 12 مئة عام) وبالتالي لن تتحسن طبقة الأوزون بشكل جيد قبل عام 2050.

تم الاستعانة بالمادة العلمية على discoveringantarctica.org.uk