أين يوجد ثقب الأوزون

في رحلتك الصيفية إلى شاطئ البحر للحصول على المُتعة والاستجمام، ينصح الخبراء بعدم التّعرض لأشعّة الشمس المباشرة في فترة الظهيرة أو ذروة الإشعاع الشمسيّ لما لها من تاثيرٍ على البشرة، اذ تُسبب حروقًا بدرجاتٍ متفاوتتةٍ قد تصل إلى حروقٍ من الدرجة الثانية والثالثة بالإضافة إلى مخاطر إصابتك بالأمراض الجلدية المُزمنة كسرطان الجلد وغيرها. إن هذا التاثير في أشعة الشمس يعود لنوعٍ محددٍ من الأشعة يُسمى بالأشعة فوق البنفسجية التي لا ينفذ منها إلى سطح الكرة الأرضية إلا 2% من مجموع الأشعة الواردة من الشمس كون الغلاف الجوي يقوم بامتصاص معظمها عن طريق طبقة الأوزون فما هي هذه الطبقة وما عملها؟ وأين يوجد ثقب الأوزون الذي كثر الحديث عنه؟

يحيط الغلاف الجوي بالكرة الأرضية ويتألف من عددٍ من الطبقات منها طبقة الستراتوسفير التي تمتدّ على ارتفاعٍ من 18 إلى 55 كم عن سطح البحر وتتألف من عدّة غازاتٍ ويشكّل الأوزون جزءًا منها.

هو جزءٌ من الغلاف الجويّ للكرة الأرضية، يقوم بامتصاص أغلب انبعاثات الأشعّة الشّمسية الضّارة (الأشعة فوق البنفسجية) التي تخترق في حال وصولها الطّبقات الواقية للكائنات مثل جلد الإنسان، وتُتلف جزيئات الحمض النووي في النباتات والحيوانات. لا تسمح طبقة الأوزون لها بالوصول الى سطح الأرض على الرغم من أن نسبتها قليلةٌ جدًا في الغلاف الجوي إذ لا تتعدى 3 أجزاء لكل 10 ملايين جزء من طبقات الغلاف الجويّ.

تعمل طبقة الأوزون كدرع وقايةٍ للأرض من خلال امتصاص حوالي 98% من ضوء الأشعة فوق البنفسجية المُدمّر.

يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين (رمزه الجزيئيّ O₃) عندما تُسبب الحرارة وأشعّة الشمس تفاعلاتٍ كيميائيّةٍ بين أكاسيد النيتروجين (NO_X)، والمركبات العضوية المتطايرة التي تُعرف أيضًا باسم الهيدروكربونات.

يمكن أن يحدث هذا التفاعل بالقرب من الأرض وعاليًا في الغلاف الجوي فيتنج غازً أزرقً شاحبً سريع الاشتعال متفجر وسام حتى عند التركيز المنخفضة.

يتشكل بشكلٍ طبيعيٍّ بكمياتٍ صغيرةٍ في طبقة الستراتوسفير، حيث تُمتص الأشّعة فوق البنفسجية، والتي يُمكن أن تسبب أضرارًا جسيمةً للكائنات الحيّة على سطح الأرض، كما يُمكن في ظلّ ظروفٍ مُعيّنةٍ أن تؤدي التفاعلات الكيميائيّة الضّوئية بين أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات في الغلاف الجويّ السفليّ إلى إنتاج الأوزون بتراكيز عاليةٍ نسبيًا بما يكفي للتّسبب في تهيّج العين والأغشية المخاطية. أما صناعيًا فعادةً ما يُصنّع الأوزون عن طريق تفريغ شحنةٍ كهربائيّةٍ عبر تيارٍ من الأكسجين أو الهواء الجاف.

 في ظل الظروف العاديّة، يحدث تركيب الأوزون وتفككه بشكلٍ طبيعيٍّ بدرجات متناسيةٍ بحيث تبقى نسبته ثابتةً في ولكن ولسوء الحظ بمجرد بمجرّد وجود مركبات الكلوروفلوروكربون، يختل هذا التوازن الطبيعي بسبب زيادة نسبة تفكك الأوزون.

صُنعت مركبات الكلوروفلوروكربون، المعروفة عمومًا بالاسم التجاري الفريون، لأول مرة في الثلاثينيات من القرن العشرين.

نظرًا لأن هذه المركبات سائلةٌ وخاملةٌ نسبيًا، وليست ذات تأثيرٍ سامٍ مباشرٍ على الإنسان، وغير قابلة للاحتراق، اُستخدمت كمبرداتٍ في الثلاجات ومكيفات الهواء، بدلاً من ثاني أكسيد الكبريت السائل عالي السمية (SO2) والأمونيا (NH3). كما تُستخدم كمياتٌ كبيرةٌ من مركبات الكلوروفلوروكربون في تصنيع المنتجات التي تُستخدم لمرة واحدة مثل الأكواب، والغاز الدافع في علب الرش، وكمذيباتٍ لتنظيف لوحات الدوائر الإلكترونية الملحومة حديثًا.

يتم تصريف معظم مركبات الكلوروفلوروكربون المنتجة للاستخدام التجاري والصناعي في الغلاف الجوي في النهاية، لتنتشر ببطء دون تغيير حتى طبقة الستراتوسفير، حيث تتسبب الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية بين 175 و220 نانومتر في تحللها إلى عناصر تتفاعل مع الأوزون وتفككه بسرعةٍ كبيرةٍ، مساهمةً بذلك في ظهور وتواجد ثقب الأوزون أو ثقب طبقة الأوزون.

لا يمكن الإشارة إلى مكان تواجد ثقب الأوزون بالثقب كمعنى حرفي للكلمة بحيث لا يوجد أي أوزونٍ في منطقة تشكله، ولكنه في الواقع منطقةٌ من الستراتوسفير ينخفض فيها تركيز الأوزون بشكلٍ كبيرٍ إلى ما دون الحدود الطبيعية أي أقل من 220 وحدة دوبسون (الواحدة المستخدمة لقياس تركيزالأوزون في الغلاف الجوي)

في بداية الربيع في نصف الكرة الجنوبيّ، ينخفض تركيز الاوزون بشكلٍ كبيرٍ فوق المنطقة القطبية الجنوبية ليُشكل ما يُعرف اصطلاحًا على أنه ثقب الاوزون، وهو ما يُساهم في رفع درجة حرارة تلك المنطقة ويزيد من ذوبان الثلج ويرفع منسوب المحيطات والبحار، إن قيم عمود الأوزون الطبيعية في الغلاف الجوي لا تقل عن 220 وحدة دوبسون أما فوق القطب الجنوبي فهي أقل من 220 وحدة دوبسون وهو ما يُعدّ نتيجةً لفقدان الأوزون المُحفّز من مركبات الكلور والبروم.

ينتج السبب الرئيسيّ في ثقب الأوزون عن مركبات الكلوروفلوروكربون التي تتسرّب إلى الغلاف الجويّ.

 إن عمر النصف لهذه المركبات في الغلاف الجويّ السفليّ طويلٌ جدًا ما يسمح لبعضها بالوصول في النهاية إلى الستراتوسفير، حيث يكسر الضوء فوق البنفسجي الرّابطة التي تربط الكلور بالجُزيء الرئيسي، تشارك ذرة الكلور الحرة في سلسلةٍ من التفاعلات الكيميائيّة التي تدمر الأوزون وتعود ذرة الكلور الحرة إلى الغلاف الجوي دون تغيير بعد تفكيكها لجُزيئ الأوزون، حيث يمكنها تدمير المزيد والمزيد من جزيئات الأوزون.

في ظل الظروف الجوية العادية، تكون المادتان الكيميائيتان اللتان تُخزنان معظم الكلور الجوي (حمض الهيدروكلوريك ونترات الكلور) مستقرتين.

تُصبح الظروف الجويّة غير عاديةٍ في الأشهر الطويلة من الظلام القطبي فوق القارة القطبية الجنوبية في الشتاء، إذ تتحرك رياح الستراتوسفير لتُشكّل دوامةً قُطبيّةً تعزل الهواء في المركز وتُخفّض درجة حرارته بشكلٍ كبيرٍ.

 تحدث تفاعلاتٌ كيميائيّةٌ فقط على سطح جزيئات الغيوم الستراتوسفيرية القطبية ولا يُمكن أن تحدث في أي مكانٍ آخر من الغلاف الجويّ، مُحولةً الكلور من الأشكال المُرتبطة غير الفعالة إلى أشكالٍ أكثر نشاطًا وبخاصةٍ غاز الكلور (Cl₂).

 عندما يعود ضوء الشمس إلى القطب الجنوبي في الربيع، يكسر ضوء الأشعة فوق البنفسجية الرابطة بين ذرتي الكلور بسرعةٍ، ويطلق الكلور الحر في طبقة الستراتوسفير ، حيث يشارك في التفاعلات التي تدمر جزيئات الأوزون لذلك ينمو ثقب الأوزون طوال أوائل الربيع حتى ترتفع درجات الحرارة وتضعف الدوامة القطبية ، مما ينهي عزل الهواء في الدوامة القطبية. عندما يختلط الهواء من خطوط العرض المحيطة بالمنطقة القطبية، تتشتت أشكال الكلور المدمرة للأوزون، وتستقر طبقة الأوزون حتى الربيع التالي.