ما هي النتائج المترتبة على توسع ثقوب الأوزون. ما هو ثقب الأوزون وماذا يعني؟

الاحتباس الحراري

ظاهرة الاحتباس الحراري هي زيادة في درجة حرارة الغلاف الجوي السفلي للكوكب بسبب تراكم الغازات الدفيئة. وآليتها هي كما يلي: تخترق أشعة الشمس الغلاف الجوي وتسخن سطح الكوكب. يجب أن يعود الإشعاع الحراري الذي يأتي من السطح إلى الفضاء، لكن الغلاف الجوي السفلي كثيف جدًا بحيث لا يمكن اختراقه. والسبب في ذلك هو الغازات الدفيئة. وتظل الأشعة الحرارية في الغلاف الجوي، مما يزيد من درجة حرارته.

تاريخ أبحاث ظاهرة الاحتباس الحراري

بدأ الناس الحديث عن هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1827. ثم ظهر مقال لجان باتيست جوزيف فورييه بعنوان «ملاحظة حول درجات حرارة الكرة الأرضية والكواكب الأخرى»، حيث تناول بالتفصيل أفكاره حول آلية ظاهرة الاحتباس الحراري وأسباب ظهورها على الأرض. اعتمد فورييه في بحثه ليس فقط على تجاربه الخاصة، ولكن أيضًا على أحكام السيد دي سوسير. وأجرى الأخير تجارب باستخدام وعاء زجاجي تم تظليله من الداخل وإغلاقه ووضعه في ضوء الشمس. وكانت درجة الحرارة داخل الوعاء أعلى بكثير من الخارج. ويفسر ذلك بالعامل التالي: لا يمكن للإشعاع الحراري أن يمر عبر الزجاج الداكن، مما يعني بقاءه داخل الحاوية. في الوقت نفسه، يخترق ضوء الشمس بسهولة الجدران، حيث يظل الجزء الخارجي من السفينة شفافا.

الأسباب

وتفسر طبيعة الظاهرة باختلاف شفافية الغلاف الجوي بالنسبة للإشعاعات الصادرة من الفضاء والإشعاعات المنبعثة من سطح الكوكب. بالنسبة لأشعة الشمس، فإن الغلاف الجوي للكوكب شفاف كالزجاج، وبالتالي تمر عبره بسهولة. وبالنسبة للإشعاع الحراري، فإن الطبقات السفلية من الغلاف الجوي "غير قابلة للاختراق"، وكثيفة للغاية بحيث لا يمكن مرورها. ولهذا يبقى جزء من الإشعاع الحراري في الغلاف الجوي، وينحدر تدريجياً إلى أدنى طبقاته. وفي الوقت نفسه، تتزايد كمية غازات الدفيئة التي تزيد من سماكة الغلاف الجوي. تعلمنا في المدرسة أن السبب الرئيسي لظاهرة الاحتباس الحراري هو النشاط البشري. لقد أوصلنا التطور إلى الصناعة، فنحن نحرق أطنانًا من الفحم والنفط والغاز، ونحصل على الوقود، وتمتلئ الطرق بالسيارات. والنتيجة هي إطلاق غازات الدفيئة والمواد في الغلاف الجوي. ومن بينها بخار الماء والميثان وثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتريك. من الواضح سبب تسميتهم بهذا الشكل. يتم تسخين سطح الكوكب بواسطة أشعة الشمس، لكنها بالضرورة "تعيد" بعض الحرارة. يسمى الإشعاع الحراري الذي يأتي من سطح الأرض بالأشعة تحت الحمراء. تمنع الغازات الدفيئة الموجودة في الجزء السفلي من الغلاف الجوي الأشعة الحرارية من العودة إلى الفضاء وتحبسها. ونتيجة لذلك فإن متوسط ​​درجة حرارة الكوكب آخذ في الازدياد، وهذا يؤدي إلى عواقب خطيرة. هل يوجد حقاً ما يمكن أن ينظم كمية الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي؟ بالطبع يمكن. يقوم الأكسجين بهذه المهمة على أكمل وجه. لكن المشكلة تكمن في أن سكان الكوكب يتزايدون بلا هوادة، مما يعني استهلاك المزيد والمزيد من الأكسجين. خلاصنا الوحيد هو الغطاء النباتي، وخاصة الغابات. إنها تمتص ثاني أكسيد الكربون الزائد وتطلق كمية من الأكسجين أكثر بكثير مما يستهلكه الإنسان.

ظاهرة الاحتباس الحراري ومناخ الأرض

عندما نتحدث عن عواقب ظاهرة الاحتباس الحراري، فإننا نفهم تأثيرها على مناخ الأرض. بادئ ذي بدء، هو الاحتباس الحراري. يساوى كثير من الناس بين مفهومي "ظاهرة الاحتباس الحراري" و"الاحتباس الحراري"، لكنهما ليسا متساويين، بل مترابطان: الأول هو سبب الثاني. يرتبط الاحتباس الحراري ارتباطًا مباشرًا بالمحيطات. فيما يلي مثال على علاقتين بين السبب والنتيجة. يرتفع متوسط ​​\u200b\u200bدرجة حرارة الكوكب، ويبدأ السائل في التبخر. ينطبق هذا أيضًا على المحيط العالمي: يخشى بعض العلماء أنه سيبدأ في "الجفاف" خلال بضع مئات من السنين. في الوقت نفسه، بسبب ارتفاع درجات الحرارة، ستبدأ الأنهار الجليدية والجليد البحري في الذوبان بنشاط في المستقبل القريب. وهذا سيؤدي إلى ارتفاع لا مفر منه في مستوى سطح البحر. نحن نلاحظ بالفعل فيضانات منتظمة في المناطق الساحلية، ولكن إذا ارتفع مستوى المحيط العالمي بشكل كبير، فسوف تغمر المياه جميع مناطق الأراضي القريبة وسوف تتلف المحاصيل.

التأثير على حياة الناس

ولا تنس أن ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة الأرض سيؤثر على حياتنا. يمكن أن تكون العواقب خطيرة للغاية. ستصبح العديد من مناطق كوكبنا، المعرضة بالفعل للجفاف، غير قابلة للحياة على الإطلاق، وسيبدأ الناس في الهجرة بشكل جماعي إلى مناطق أخرى. وهذا سيؤدي حتما إلى مشاكل اجتماعية واقتصادية واندلاع الحربين العالميتين الثالثة والرابعة. نقص الغذاء وتدمير المحاصيل - هذا ما ينتظرنا في القرن المقبل. ولكن هل يجب الانتظار؟ أم أنه لا يزال من الممكن تغيير شيء ما؟ هل تستطيع البشرية الحد من الأضرار الناجمة عن ظاهرة الاحتباس الحراري؟ الأراضي الرطبة يمكن أن تمنع ظاهرة الاحتباس الحراري، أكبر مستنقع في العالم، Vasyugan.

الإجراءات التي يمكن أن تنقذ الأرض

واليوم، أصبحت جميع العوامل الضارة التي تؤدي إلى تراكم الغازات الدفيئة معروفة، ونعرف ما يجب القيام به لوقفها. لا تعتقد أن شخصًا واحدًا لن يغير شيئًا. بالطبع، يمكن للبشرية جمعاء فقط تحقيق التأثير، ولكن من يدري - ربما يقرأ مائة شخص آخر مقالة مماثلة في هذه اللحظة؟ الحفاظ على الغابات وقف إزالة الغابات. النباتات هي خلاصنا! بالإضافة إلى ذلك، من الضروري ليس فقط الحفاظ على الغابات الموجودة، ولكن أيضًا زراعة غابات جديدة بنشاط. يجب على كل شخص أن يفهم هذه المشكلة. عملية التمثيل الضوئي قوية جدًا لدرجة أنها يمكن أن تزودنا بكميات هائلة من الأكسجين. سيكون كافيا للحياة الطبيعية للناس والقضاء على الغازات الضارة من الغلاف الجوي. استخدام المركبات الكهربائية رفض استخدام المركبات التي تعمل بالوقود. تنبعث كل سيارة كمية هائلة من الغازات الدفيئة كل عام، فلماذا لا نتخذ خيارًا أكثر صحة للبيئة؟ يقدم لنا العلماء بالفعل سيارات كهربائية - سيارات صديقة للبيئة لا تستخدم الوقود. يعد ناقص سيارة "الوقود" خطوة أخرى نحو القضاء على غازات الدفيئة. يحاولون في جميع أنحاء العالم تسريع هذا التحول، ولكن حتى الآن التطورات الحديثة لهذه الآلات بعيدة عن الكمال. وحتى في اليابان، حيث يتم استخدام هذه السيارات أكثر من غيرها، فهي ليست مستعدة للتحول الكامل إلى استخدامها. بديل للوقود الهيدروكربوني. اختراع الطاقة البديلة. الإنسانية لا تقف ساكنة، فلماذا نحن عالقون في استخدام الفحم والنفط والغاز؟ يؤدي حرق هذه المكونات الطبيعية إلى تراكم الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي، لذا حان الوقت للتحول إلى شكل صديق للبيئة من الطاقة. لا يمكننا التخلي تماما عن كل ما تنبعث منه غازات ضارة. لكن يمكننا المساعدة في زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي. ليس فقط الرجل الحقيقي هو الذي يجب أن يزرع شجرة - بل يجب على كل شخص أن يفعل ذلك! ما هو أهم شيء في حل أي مشكلة؟ لا تغمض عينيك لها. قد لا نلاحظ الضرر الناجم عن ظاهرة الاحتباس الحراري، ولكن الأجيال القادمة ستلاحظ ذلك بالتأكيد. يمكننا التوقف عن حرق الفحم والنفط، والحفاظ على الغطاء النباتي الطبيعي لكوكب الأرض، والتخلي عن السيارة التقليدية لصالح سيارة صديقة للبيئة - وكل هذا من أجل ماذا؟ لكي تبقى أرضنا من بعدنا

ثقوب الأوزون

ثقب الأوزون - انخفاض محلي في تركيز الأوزون في طبقة الأوزون للأرض

يعلم الجميع أن كوكبنا مغطى بطبقة أوزون كثيفة إلى حد ما، ويقع على ارتفاع 12-50 كم فوق سطح الأرض. تعد فجوة الهواء هذه حماية موثوقة لجميع الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة وتسمح لك بتجنب الآثار الضارة للإشعاع الشمسي.

بفضل طبقة الأوزون، تمكنت الكائنات الحية الدقيقة من الخروج من المحيطات إلى الأرض وساهمت في ظهور أشكال حياة متطورة للغاية. لكن منذ بداية القرن العشرين بدأت طبقة الأوزون في الانهيار، ونتيجة لذلك بدأت ثقوب الأوزون في الظهور في بعض الأماكن في طبقة الستراتوسفير.

ما هي ثقوب الأوزون؟

وخلافا للاعتقاد الشائع بأن ثقب الأوزون ما هو إلا فجوة في السماء، فهو في الواقع منطقة تشهد انخفاضا كبيرا في مستويات الأوزون في طبقة الستراتوسفير. في مثل هذه الأماكن يسهل على الأشعة فوق البنفسجية أن تخترق سطح الكوكب ويكون لها تأثيرها المدمر على كل ما يعيش عليه.

وعلى عكس الأماكن ذات التركيزات الطبيعية للأوزون، فإن محتوى ثقب المادة "الزرقاء" يبلغ حوالي 30% فقط.

أين توجد ثقوب الأوزون؟

تم اكتشاف أول ثقب كبير للأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية عام 1985. ويبلغ قطرها حوالي 1000 كيلومتر، وتظهر في شهر أغسطس من كل عام، وتختفي مع بداية فصل الشتاء. ثم قرر الباحثون أن تركيز الأوزون فوق البر الرئيسي انخفض بنسبة 50%، وسجل أكبر انخفاض له على ارتفاعات من 14 إلى 19 كم.
وبعد ذلك، تم اكتشاف ثقب كبير آخر (أصغر حجما) فوق القطب الشمالي، لكن العلماء الآن يعرفون مئات الظواهر المشابهة، على الرغم من أن أكبرها لا يزال هو الذي يظهر فوق القارة القطبية الجنوبية.

طبقة الأوزون عبارة عن حزام جوي واسع يمتد من 10 إلى 50 كيلومترًا فوق سطح الأرض. كيميائيا، الأوزون هو جزيء يتكون من ثلاث ذرات أكسجين (يحتوي جزيء الأكسجين على ذرتين). تركيز الأوزون في الغلاف الجوي منخفض جداً، والتغيرات الصغيرة في كمية الأوزون تؤدي إلى تغيرات كبيرة في شدة الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض. على عكس الأكسجين العادي، الأوزون غير مستقر، ويتحول بسهولة إلى الشكل المستقر ثنائي الذرة من الأكسجين. الأوزون هو عامل مؤكسد أقوى بكثير من الأكسجين، وهذا يجعله قادراً على قتل البكتيريا وتثبيط نمو النبات وتطوره. ومع ذلك، ونظرًا لتركيزه المنخفض في الطبقات السطحية للهواء في الظروف العادية، فإن هذه الميزات ليس لها أي تأثير عمليًا على حالة الأنظمة الحية.

والأهم من ذلك هو خصائصه الأخرى، التي تجعل هذا الغاز ضروريًا للغاية لجميع أشكال الحياة على الأرض. هذه الخاصية هي قدرة الأوزون على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الصلبة (الموجة القصيرة) القادمة من الشمس. تمتلك كميات الأشعة فوق البنفسجية الصلبة طاقة كافية لكسر بعض الروابط الكيميائية، لذلك يتم تصنيفها على أنها إشعاعات مؤينة. وهي كغيرها من الإشعاعات من هذا النوع، مثل الأشعة السينية وأشعة جاما، تسبب اضطرابات عديدة في خلايا الكائنات الحية. ويتكون الأوزون تحت تأثير الإشعاع الشمسي عالي الطاقة، مما يحفز التفاعل بين ذرات O2 وذرات الأكسجين الحرة. وعند تعرضه لإشعاع معتدل فإنه يتفكك ويمتص طاقة هذا الإشعاع. وهكذا فإن هذه العملية الدورية "تأكل" الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.

جزيئات الأوزون، مثل الأكسجين، محايدة كهربائيا، أي. لا تحمل شحنة كهربائية. ولذلك فإن المجال المغناطيسي للأرض بحد ذاته لا يؤثر على توزيع الأوزون في الغلاف الجوي. الطبقة العليا من الغلاف الجوي، الأيونوسفير، تتزامن عمليا مع طبقة الأوزون.

وفي المناطق القطبية، حيث تقترب خطوط المجال المغناطيسي للأرض من سطحها، تكون تشوهات الغلاف الأيوني كبيرة جدًا. يتم تقليل عدد الأيونات، بما في ذلك الأكسجين المتأين، في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للمناطق القطبية. لكن السبب الرئيسي لانخفاض محتوى الأوزون في المنطقة القطبية هو انخفاض كثافة الإشعاع الشمسي، الذي يسقط حتى خلال النهار القطبي بزوايا صغيرة على الأفق، ويغيب تماما خلال الليل القطبي. تعد منطقة "الثقوب" القطبية في طبقة الأوزون مؤشرًا موثوقًا للتغيرات في إجمالي محتوى الأوزون في الغلاف الجوي.

يتقلب محتوى الأوزون في الغلاف الجوي لأسباب طبيعية عديدة. وترتبط التقلبات الدورية بدورات النشاط الشمسي؛ العديد من مكونات الغازات البركانية قادرة على تدمير الأوزون، لذا فإن زيادة النشاط البركاني تؤدي إلى انخفاض تركيزه. ونظرًا لسرعات تدفق الهواء العالية الشبيهة بالإعصار في طبقة الستراتوسفير، يتم نقل المواد المستنفدة للأوزون إلى مناطق واسعة. لا يتم نقل المواد المستنفدة للأوزون فحسب، بل يتم أيضًا نقل الأوزون نفسه، لذلك تنتشر الاضطرابات في تركيز الأوزون بسرعة على مساحات واسعة، وتلتئم "الثقوب" الصغيرة المحلية في درع الأوزون، الناجمة، على سبيل المثال، عن إطلاق صاروخ، بسرعة نسبية. فقط في المناطق القطبية يكون الهواء خاملاً، ونتيجة لذلك لا يتم تعويض اختفاء الأوزون هناك باستيراده من خطوط العرض الأخرى، وتكون "ثقوب الأوزون" القطبية، خاصة في القطب الجنوبي، مستقرة للغاية.

مصادر تدمير طبقة الأوزون. من بين المواد المستنفدة لطبقة الأوزون:

1) الفريون.

يتم تدمير الأوزون بواسطة مركبات الكلور المعروفة باسم الفريونات، والتي، والتي يتم تدميرها أيضًا بواسطة الإشعاع الشمسي، تطلق الكلور الذي "يمزق" الذرة "الثالثة" من جزيئات الأوزون. لا يشكل الكلور مركبات، ولكنه يعمل كمحفز "للتكسير". وبالتالي، يمكن لذرة واحدة من الكلور أن "تدمر" الكثير من الأوزون. يُعتقد أن مركبات الكلور يمكن أن تبقى في الغلاف الجوي من 50 إلى 1500 عام (حسب تركيبة المادة) للأرض. تم إجراء عمليات رصد لطبقة الأوزون على الكوكب من خلال بعثات القطب الجنوبي منذ منتصف الخمسينيات.

تم اكتشاف ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية، والذي يزداد حجمه في الربيع ويتناقص في الخريف، في عام 1985. تسبب اكتشاف خبراء الأرصاد الجوية في سلسلة من العواقب الاقتصادية. والحقيقة أن وجود "الثقب" ألقي باللوم فيه على الصناعة الكيميائية التي تنتج مواد تحتوي على غاز الفريون والتي تساهم في تدمير طبقة الأوزون (من مزيلات العرق إلى وحدات التبريد).

لا يوجد إجماع حول مسألة مدى مسؤولية البشر عن تشكيل "ثقوب الأوزون".

من ناحية، نعم، فهو مذنب بالتأكيد. وينبغي التقليل من إنتاج المركبات التي تؤدي إلى استنفاد الأوزون، أو من الأفضل إيقافه تماما. وهذا يعني التخلي عن قطاع الصناعة بأكمله الذي يبلغ حجم مبيعاته مليارات الدولارات. وإذا لم ترفض، فقم بنقلها إلى القضبان "الآمنة"، والتي تكلف المال أيضًا.

وجهة نظر المتشككين: التأثير البشري على العمليات الجوية، على الرغم من كل ما له من تدمير على المستوى المحلي، لا يكاد يذكر على نطاق الكوكب. تتمتع الحملة المناهضة للفريون التي يقوم بها "الخضر" بخلفية اقتصادية وسياسية شفافة تمامًا: فبمساعدتها، تقوم الشركات الأمريكية الكبرى (دوبونت، على سبيل المثال) بخنق منافسيها الأجانب، وفرض اتفاقيات بشأن "حماية البيئة" على مستوى الدولة و الإدخال القسري لمرحلة تكنولوجية جديدة لا تستطيع الدول الضعيفة اقتصاديًا تحملها.

2) الطائرات على ارتفاعات عالية.

يتم تسهيل تدمير طبقة الأوزون ليس فقط عن طريق الفريونات المنبعثة في الغلاف الجوي ودخول الستراتوسفير. وتشارك أيضًا أكاسيد النيتروجين، التي تتشكل أثناء الانفجارات النووية، في تدمير طبقة الأوزون. لكن أكاسيد النيتروجين تتشكل أيضًا في غرف الاحتراق للمحركات النفاثة للطائرات على ارتفاعات عالية. تتشكل أكاسيد النيتروجين من النيتروجين والأكسجين الموجود هناك. كلما ارتفعت درجة الحرارة، أي كلما زادت قوة المحرك، زاد معدل تكوين أكاسيد النيتروجين.

ليست قوة محرك الطائرة هي ما يهم فحسب، بل أيضًا الارتفاع الذي تطير فيه وتطلق أكاسيد النيتروجين المستنفدة للأوزون. كلما زاد تكوين أكسيد النيتروز أو أكسيده، زاد تدميره للأوزون.

ويقدر إجمالي كمية أكسيد النيتروجين المنبعثة إلى الغلاف الجوي سنويا بنحو مليار طن، ونحو ثلث هذه الكمية تنبعث من الطائرات فوق مستوى التروبوبوز المتوسط ​​(11 كيلومترا). أما بالنسبة للطائرات، فإن أكثر الانبعاثات ضررا هي الطائرات العسكرية التي يصل عددها إلى عشرات الآلاف. وهي تطير في المقام الأول على ارتفاعات في طبقة الأوزون.

3) الأسمدة المعدنية.

يمكن أيضًا أن ينخفض ​​الأوزون في الستراتوسفير بسبب دخول أكسيد النيتروز N2O إلى الستراتوسفير، والذي يتشكل أثناء نزع النتروجين من النيتروجين المرتبط ببكتيريا التربة. يتم أيضًا إجراء نفس عملية إزالة النتروجين للنيتروجين الثابت بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الطبقة العليا من المحيطات والبحار. ترتبط عملية نزع النتروجين ارتباطًا مباشرًا بكمية النيتروجين الثابت في التربة. وبالتالي، يمكنك التأكد من أنه مع زيادة كمية الأسمدة المعدنية المستخدمة في التربة، فإن كمية أكسيد النيتروز N2O المنتجة ستزداد أيضًا بنفس القدر. علاوة على ذلك، تتشكل أكاسيد النيتروجين من أكسيد النيتروز، مما يؤدي إلى تدمير الأوزون الستراتوسفيري.

4) الانفجارات النووية.

تطلق الانفجارات النووية الكثير من الطاقة على شكل حرارة. تصل درجة الحرارة إلى 60.000 كلفن خلال ثوانٍ قليلة بعد الانفجار النووي. هذه هي طاقة الكرة النارية. في جو شديد الحرارة، تحدث تحولات في المواد الكيميائية، والتي إما لا تحدث في الظروف العادية، أو تتم ببطء شديد. أما الأوزون واختفائه فإن الأخطر عليه هي أكاسيد النيتروجين التي تتشكل خلال هذه التحولات. وهكذا، خلال الفترة من 1952 إلى 1971، نتيجة للانفجارات النووية، تم تشكيل حوالي 3 ملايين طن من أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. مصيرهم الإضافي هو كما يلي: نتيجة لخلط الغلاف الجوي، ينتهي بهم الأمر على ارتفاعات مختلفة، بما في ذلك الغلاف الجوي. وهناك يدخلون في تفاعلات كيميائية بمشاركة الأوزون، مما يؤدي إلى تدميره. النظام البيئي لثقب الأوزون الستراتوسفير

5) احتراق الوقود.

ويوجد أكسيد النيتروز أيضًا في غازات المداخن المنبعثة من محطات توليد الطاقة. في الواقع، فإن حقيقة وجود أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين في منتجات الاحتراق معروفة منذ وقت طويل. لكن هذه الأكاسيد العالية لا تؤثر على الأوزون. وهي، بالطبع، تلوث الغلاف الجوي وتساهم في تكوين الضباب الدخاني فيه، ولكن يتم إزالتها بسرعة من طبقة التروبوسفير. أكسيد النيتروز، كما ذكرنا سابقًا، يشكل خطورة على الأوزون. عند درجات الحرارة المنخفضة يتشكل في التفاعلات التالية:

N2 + O + M = N2O + M،

2NH3 + 2O2 = N2O = 3H2.

حجم هذه الظاهرة كبير جدا. وبهذه الطريقة يتشكل في الجو سنوياً ما يقارب 3 ملايين طن من أكسيد النيتروز! يشير هذا الرقم إلى أن مصدر تدمير الأوزون هذا مهم.

ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية

تم الإبلاغ عن انخفاض كبير في إجمالي الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية لأول مرة في عام 1985 من قبل هيئة المسح البريطانية لأنتاركتيكا بناءً على تحليل البيانات من محطة الأوزون في خليج هالي (76 درجة جنوبًا). كما لوحظ انخفاض في الأوزون من خلال هذه الخدمة في جزر الأرجنتين (65 درجة جنوبا).

في الفترة من 28 أغسطس إلى 29 سبتمبر 1987، تم تنفيذ 13 رحلة جوية لطائرة المختبر فوق القارة القطبية الجنوبية. أتاحت التجربة تسجيل ولادة ثقب الأوزون. تم الحصول على أبعادها. أظهرت الدراسات أن أكبر انخفاض في الأوزون حدث على ارتفاعات 14 - 19 كم. وهذا أيضًا هو المكان الذي سجلت فيه الأجهزة أكبر عدد من الهباء الجوي (طبقات الهباء الجوي). اتضح أنه كلما زاد عدد الهباء الجوي على ارتفاع معين، قل الأوزون. وسجل معمل الطائرات انخفاضا في الأوزون يعادل 50%. أقل من 14 كم. وكانت التغيرات في الأوزون ضئيلة.

بالفعل بحلول بداية أكتوبر 1985، يغطي ثقب الأوزون (الحد الأدنى لكمية الأوزون) مستويات ضغط تتراوح من 100 إلى 25 hPa، وفي ديسمبر يتوسع نطاق الارتفاعات التي يتم ملاحظة ذلك فيها.

لم تقيس العديد من التجارب كمية الأوزون والمكونات الصغيرة الأخرى للغلاف الجوي فحسب، بل قامت أيضًا بقياس درجة الحرارة. تم إنشاء أقرب اتصال بين كمية الأوزون في طبقة الستراتوسفير ودرجة حرارة الهواء هناك. اتضح أن طبيعة التغير في كمية الأوزون ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالنظام الحراري لطبقة الستراتوسفير فوق القارة القطبية الجنوبية.

لاحظ علماء بريطانيون تكوين وتطور ثقب الأوزون في القارة القطبية الجنوبية في عام 1987. وفي الربيع، انخفض إجمالي محتوى الأوزون بنسبة 25٪.

أجرى باحثون أمريكيون قياسات في القارة القطبية الجنوبية في شتاء وأوائل ربيع عام 1987 للأوزون والمكونات الصغيرة الأخرى للغلاف الجوي (HCl، HF، NO، NO2، HNO3، ClONO2، N2O، CH4) باستخدام مطياف خاص. أتاحت البيانات المستمدة من هذه القياسات تحديد منطقة حول القطب الجنوبي تنخفض فيها كمية الأوزون. اتضح أن هذه المنطقة تتزامن تقريبًا تمامًا مع الدوامة الستراتوسفيرية القطبية المتطرفة. عند المرور عبر حافة الدوامة، تغيرت بشكل حاد ليس فقط كمية الأوزون، ولكن أيضًا المكونات الصغيرة الأخرى التي تؤثر على تدمير الأوزون. داخل ثقب الأوزون (أو بعبارة أخرى، الدوامة الستراتوسفيرية القطبية)، كانت تركيزات حمض الهيدروكلوريك وثاني أكسيد النيتروجين وحمض النيتريك أقل بكثير مما كانت عليه خارج الدوامة. ويحدث هذا لأن الكلورين، أثناء الليل القطبي البارد، يدمر الأوزون في التفاعلات المقابلة، ويعمل كمحفز فيها. في الدورة الحفزية بمشاركة الكلور يحدث الانخفاض الرئيسي في تركيز الأوزون (80٪ على الأقل من هذا الانخفاض).

تحدث هذه التفاعلات على سطح الجزيئات التي تشكل السحب الستراتوسفيرية القطبية. وهذا يعني أنه كلما كبرت مساحة هذا السطح، أي كلما زاد عدد جزيئات السحب الستراتوسفيرية، وبالتالي السحب نفسها، كلما زاد اضمحلال الأوزون في النهاية بشكل أسرع، وبالتالي زادت كفاءة تشكل ثقب الأوزون.

تم استكشاف طبقة الأوزون لأول مرة من قبل العلماء في محطات القطب الجنوبي البريطانية في عام 1957. ويُنظر إلى الأوزون كمؤشر محتمل للتغيرات طويلة المدى في الغلاف الجوي. في عام 1985، أعلنت مجلة نيتشر عن استنزاف طبقة الأوزون سنويا وتشكل ثقوب الأوزون.

ما هو ثقب الأوزون وأسباب ظهوره

يتم إنتاج الأوزون بكميات كبيرة في طبقة الستراتوسفير فوق المناطق الاستوائية، حيث تكون الأشعة فوق البنفسجية في أقوى حالاتها. ثم يدور في الغلاف الجوي للأرض باتجاه القطبين. تختلف كمية الأوزون حسب الموقع والوقت من السنة والظروف المناخية اليومية. ويسمى الانخفاض في تركيز الأوزون في الغلاف الجوي، والذي يتم ملاحظته عند قطبي الأرض، بثقب الأوزون.

كلما أصبحت طبقة الأوزون أرق، كلما زاد حجم ثقوب الأوزون. هناك 3 أسباب رئيسية لتكوينها:

• إعادة التوزيع الطبيعي لتركيز الأوزون في الغلاف الجوي. الحد الأقصى لكمية الأوزون توجد عند خط الاستواء، وتتناقص باتجاه القطبين، لتشكل مناطق ذات تركيزات منخفضة من هذا العنصر.
• العامل التكنولوجي . يتم إطلاق مركبات الكلوروفلوروكربون الموجودة في علب الأيروسول وغازات التبريد في الغلاف الجوي بسبب الأنشطة البشرية. التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي تدمر جزيئات الأوزون. وهذا يؤدي إلى ترقق طبقة الأوزون ويقلل من قدرتها على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية.
• الاحتباس الحرارى. وترتفع درجة الحرارة على سطح الأرض باستمرار، بينما تبرد الطبقات العليا من الستراتوسفير. ويصاحب ذلك تكوين السحب اللؤلؤية التي تحدث فيها تفاعلات تدمير الأوزون.

عواقب اتساع ثقوب الأوزون

إن وجود الحياة على الأرض ممكن فقط بسبب وجود طبقة الأوزون. إنه يحمي الكوكب بشكل فعال من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، وهي شديدة التفاعل.

• عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية، يتلف الحمض النووي. وهذا يمكن أن يؤدي إلى طفرات غير مرغوب فيها في الكائنات الحية.
• حتى أن الأشعة فوق البنفسجية تخترق الماء وتتسبب في موت الخلايا النباتية والكائنات الحية الدقيقة التي تعمل كغذاء للحيوانات الأكثر تطوراً. ونتيجة لذلك، فإن أعدادهم آخذة في التناقص.
• في البشر، يمكن للأشعة فوق البنفسجية الزائدة أن تسبب سرطان الجلد. (انخفاض تركيز الأوزون بنسبة 1% يزيد من الإصابة بسرطان الجلد بنسبة 5%).
• الاتصال المباشر للأشعة فوق البنفسجية مع شبكية العين يثير حدوث إعتام عدسة العين. وهذا يؤثر على جودة الرؤية ويمكن أن يسبب العمى.

وفي عام 1987، تم وضع اتفاقية دولية - بروتوكول مونتريال - لتنظيم انبعاث الغازات الضارة التي تدمر جزيئات الأوزون إلى الغلاف الجوي. يساعد اتباع البروتوكول على تقليل استنزاف طبقة الأوزون في الغلاف الجوي تدريجيًا ومنع توسع ثقوب الأوزون.

ثقب الأوزون هو انخفاض محلي في تركيز الأوزون في طبقة الأوزون للأرض. في البداية، اقترح الخبراء أن تركيز الأوزون يميل إلى التغير بسبب الجزيئات التي تنبعث أثناء أي انفجار ذري.

لفترة طويلة، اعتبرت الطائرات والمركبات الفضائية التي تحلق على ارتفاعات عالية هي السبب وراء ظهور ثقوب الأوزون في الغلاف الجوي للأرض.

ومع ذلك، فقد أظهرت العديد من الدراسات والتجارب أن مستويات الأوزون يمكن أن تختلف نوعيا بسبب بعض ملوثات الهواء التي تحتوي على النيتروجين والتي تحدث بشكل طبيعي.

الأسباب الرئيسية لثقوب الأوزون

لقد ثبت منذ فترة طويلة أن الجزء الأكبر من الأوزون الطبيعي يوجد على ارتفاع يتراوح بين 15 إلى 50 كيلومترًا فوق سطح الأرض - في طبقة الستراتوسفير. يحقق الأوزون أكبر فائدة من خلال امتصاص كمية كبيرة من الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي، والذي قد يكون مدمرًا للكائنات الحية على كوكبنا. قد يكون انخفاض تركيز الأوزون في مكان معين بسبب نوعين من تلوث الهواء. وتشمل هذه:

1. العمليات الطبيعية التي تسبب تلوث الهواء.
2. التلوث البشري المنشأ للغلاف الجوي للأرض.

تحدث عمليات تفريغ الغاز باستمرار في وشاح الأرض، مما يؤدي إلى إطلاق مجموعة متنوعة من المركبات العضوية. يمكن للبراكين الطينية والفتحات الحرارية المائية توليد هذه الأنواع من الغازات.

بالإضافة إلى ذلك، يوجد في القشرة الأرضية غازات معينة في حالة حرة. وبعضها قادر على الوصول إلى سطح الأرض والانتشار في الغلاف الجوي من خلال الشقوق الموجودة في القشرة الأرضية. ولذلك، فإن الهواء السطحي فوق أحواض النفط والغاز غالباً ما يحتوي على مستويات مرتفعة من غاز الميثان. يمكن تصنيف هذه الأنواع من التلوث على أنها طبيعية – تحدث فيما يتعلق بالظواهر الطبيعية.

يمكن أن يحدث تلوث الهواء الناتج عن النشاط البشري بسبب إطلاق الصواريخ الفضائية ورحلات الطائرات النفاثة الأسرع من الصوت. كما يتم إطلاق عدد كبير من المركبات الكيميائية المختلفة في الغلاف الجوي أثناء استخراج ومعالجة العديد من المعادن من أحشاء الأرض.

وتلعب المدن الصناعية الكبيرة، والتي تعد مصادر بشرية فريدة، دورًا مهمًا أيضًا في تلوث الهواء. وتتلوث الكتل الهوائية في هذه المناطق من خلال التدفق الواسع النطاق للنقل البري، وكذلك بسبب الانبعاثات الصادرة عن المؤسسات الصناعية المختلفة.

تاريخ اكتشاف ثقوب الأوزون في الغلاف الجوي

تم اكتشاف ثقب الأوزون لأول مرة في عام 1985 من قبل مجموعة من العلماء البريطانيين بقيادة جو فارمان. وكان قطر الحفرة أكثر من 1000 كيلومتر، وتقع فوق القارة القطبية الجنوبية - في نصف الكرة الجنوبي. ويظهر ثقب الأوزون هذا سنويًا في شهر أغسطس، ويختفي بين ديسمبر ويناير.

تميز عام 1992 بالنسبة للعلماء بتشكل ثقب آخر للأوزون، بقطر أصغر بكثير، فوق نصف الكرة الشمالي في القارة القطبية الجنوبية. وفي عام 2008، وصل قطر ظاهرة الأوزون الأولى المكتشفة في القارة القطبية الجنوبية إلى الحد الأقصى لحجمه القياسي - 27 مليون كيلومتر مربع.

العواقب المحتملة لتوسع ثقوب الأوزون

نظرا لأن طبقة الأوزون مصممة لحماية سطح كوكبنا من فائض الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي، فيمكن اعتبار ثقوب الأوزون ظاهرة خطيرة حقا للكائنات الحية. يؤدي انخفاض طبقة الأوزون إلى زيادة تدفق الإشعاع الشمسي بشكل كبير، مما قد يساهم في زيادة حادة في عدد حالات سرطان الجلد. ولا يقل ظهور ثقوب الأوزون تدميرا للنباتات والحيوانات على الأرض.

وبفضل الاهتمام العام، تم اعتماد اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون في عام 1985. ثم جاء ما يسمى ببروتوكول مونتريال، الذي تم اعتماده عام 1987 والذي حدد قائمة بأخطر مركبات الكلوروفلوروكربون. وفي الوقت نفسه، تعهدت الدول المنتجة لهذه الملوثات للهواء بالحد من إطلاقها، ووقفها تماماً بحلول عام 2000.

فرضيات حول الأصل الطبيعي لثقب الأوزون

لكن العلماء الروس نشروا تأكيدا للفرضية حول الأصل الطبيعي لثقب الأوزون في القطب الجنوبي. في عام 1999، في جامعة موسكو الحكومية، نشر NPO Typhoon عملاً علميًا، وفقًا لحسابات الجيوفيزيائيين أ.ب. كابيتسا وأ.أ. جافريلوفا، أن ثقب الأوزون في القطب الجنوبي كان موجودا قبل اكتشافه بالطرق التجريبية المباشرة عام 1982، وهو ما يؤكد، بحسب العلماء الروس، فرضية الأصل الطبيعي لثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية.

مؤلفو هذا العمل العلمي هم A. P. Kapitsa (عضو مراسل في الأكاديمية الروسية للعلوم) و A. A. Gavrilov (جامعة ولاية موسكو). تمكن هذان العالمان من إثبات أن عدد الحقائق التي تتعارض مع الفرضية البشرية حول أصل ثقب الأوزون في القطب الجنوبي يتزايد باستمرار، وبعد إثبات أن بيانات القيم المنخفضة بشكل غير طبيعي لمحتوى الأوزون الإجمالي في القارة القطبية الجنوبية في 1957-1959 صحيح، أصبح من الواضح أن سبب ثقب الأوزون يختلف عن الإنسان.

نُشرت نتائج البحث الذي أجراه كابيتسا وجافريلوف في تقارير أكاديمية العلوم، 1999، المجلد 366، العدد 4، ص. 543-546

يتشكل الأوزون (O 3) في الغلاف الجوي من الأكسجين أثناء التفريغ الكهربائي أثناء العواصف الرعدية وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس في طبقة الستراتوسفير. تقع طبقة الأوزون (شاشة الأوزون، غلاف الأوزون) في الغلاف الجوي على ارتفاع 10-50 كم مع الحد الأقصى لتركيز الأوزون على ارتفاع 20-25 كم (فوق القطبين يكون أرق، مثل الغلاف الجوي بأكمله، وأكثر سمكا). فوق خط الاستواء). إذا تم جمع كامل كمية الأوزون في الظروف العادية (الضغط 760 ملم زئبق ودرجة الحرارة 20 درجة مئوية)، فإن سمك هذه الطبقة سيكون 2.5 - 3 ملم فقط.

أهمية طبقة الأوزون

تعمل شاشة الأوزون على تأخير اختراق الأشعة فوق البنفسجية الأكثر خطورة الصادرة عن الشمس، "النطاق B" القاتل، والذي يؤثر على جميع الكائنات الحية، إلى سطح الأرض. يؤدي انخفاض طبقة الأوزون إلى زيادة حادة في الإصابة بالسرطان (انخفاض الطبقة بنسبة 1٪ يعني زيادة في الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 2٪ ويؤدي إلى زيادة سرطان الجلد بنسبة 5-6٪)، وتلف القرنية. والعمى، وتطور الطفرات، وانخفاض إنتاجية بعض الأنواع النباتية، ومع انخفاض قوي - إلى تدمير جميع الكائنات الحية.

تعمل الأشعة فوق البنفسجية الزائدة على تعطيل الدفاع المناعي للجسم، مما يساهم في ظهور أمراض لدى البشر مثل مرض الذئبة (السل الجلدي)، الحمرة، الجدري، داء الليشمانيات، الهربس الفيروسي، إلخ.

لقد ثبت أن انخفاض محتوى الأوزون في الغلاف الجوي يمكن أن يساهم في زيادة ظاهرة الاحتباس الحراري بشكل أكبر من زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون.

إن التدفق المفرط للأشعة فوق البنفسجية يضر بالعوالق النباتية والحيوانية ويرقات العديد من الأسماك.

قليلا من التاريخ

وتظهر ثقوب الأوزون في أغلب الأحيان فوق القطبين، حيث تكون سماكة الغلاف الجوي أقل، وتصل إلى قيمها العظمى فوق القارة القطبية الجنوبية (حيث تكون أكثر برودة). بدأت هذه الظاهرة في الظهور في السبعينيات من القرن العشرين، لكنها وصلت إلى الحد الأقصى في منتصف الثمانينات.

وهكذا، في أكتوبر 1985، ظهرت تقارير تفيد بأن تركيز الأوزون في طبقة الستراتوسفير فوق المحطة الإنجليزية خليج هالي (القارة القطبية الجنوبية) انخفض بنسبة 40٪ عن قيمه الدنيا، وعلى المستوى الياباني - تقريبًا مرتين... سميت هذه الظاهرة " ثقب الاوزون" ظهرت ثقوب الأوزون ذات الحجم الكبير فوق القارة القطبية الجنوبية، كقاعدة عامة، في ربيع عام 1987، 1992، 1997، عندما تم تسجيل انخفاض في المحتوى الإجمالي للأوزون الستراتوسفيري (TO) بنسبة 40-60٪. وفي ربيع عام 1998، وصل ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية إلى مساحة قياسية بلغت 26 مليون متر مربع. كم (3 أضعاف أراضي أستراليا). وعلى ارتفاع 14-25 كم في الغلاف الجوي، حدث تدمير كامل تقريبا للأوزون.

وقد لوحظت ظواهر مماثلة في القطب الشمالي (خاصة منذ ربيع عام 1986)، ولكن حجم ثقب الأوزون هنا كان أقل مرتين تقريبًا من حجمه في القطب الجنوبي. في مارس 1995، استنفدت طبقة الأوزون في القطب الشمالي بنسبة 50% تقريبًا، وتشكلت "ثقوب صغيرة" فوق المناطق الشمالية من كندا وشبه الجزيرة الاسكندنافية والجزر الاسكتلندية (المملكة المتحدة).

لا يتم ملاحظة ثقوب الأوزون فوق القطبين فقط. وهناك حالات معروفة أدت فيها الثقوب التي امتدت إلى أمريكا الجنوبية إلى إصابة الماشية بالعمى، وخاصة الماشية. وفي جمهورية قيرغيزستان، لوحظ ثقب الأوزون في أيار/مايو 1995 فوق المناطق الجبلية العالية. كان حجم ومدة وجوده (حوالي 4-5 أيام) ضئيلاً ولم يؤدي إلى أي عواقب.

أسباب تكون ثقب الأوزون

أثبتت العديد من البعثات الدولية لدراسة ثقوب الأوزون في القارة القطبية الجنوبية إلى القطب الشمالي أنه، بالإضافة إلى العوامل الطبيعية المختلفة، فإن العامل الرئيسي هو وجود كمية كبيرة من مركبات الكربون الكلورية فلورية (الفريون) في الغلاف الجوي.

الفريونات (مركبات الكلوروفلوروكربون) - مواد شديدة التطاير وخاملة كيميائيًا بالقرب من سطح الأرض (تم تصنيعها في الثلاثينيات) منذ الستينيات. أصبحت تستخدم على نطاق واسع كمبردات (ثلاجات، ومكيفات هواء، وثلاجات)، وعوامل رغوة الهباء الجوي، وما إلى ذلك. وتخضع الفريونات، التي ترتفع إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي، للتحلل الكيميائي الضوئي، وتشكل أكسيد الكلور، الذي يدمر الأوزون بشكل مكثف (كل ذرة كلور قادرة على لتدمير 100.000 جزيء أوزون). مدة بقاء الفريون في الغلاف الجوي هي في المتوسط ​​50-200 سنة.

تدابير أمنيةطبقة الأوزون

وفي عام 1985، تم اعتماد اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون.

وفي عام 1987، وقع ممثلو 36 دولة في مونتريال على البروتوكول، الذي التزموا بموجبه بالحد من استخدام المواد المستنفدة للأوزون ثم القضاء على استخدامها في الصناعة والمنازل. وبعد مرور 10 سنوات، ارتفع عدد الدول الموقعة على هذا البروتوكول إلى 163 دولة.

في عدد من البلدان، ومن أجل حماية طبقة الأوزون، تم الحصول على بدائل بديلة صديقة للأوزون للفريون، على وجه الخصوص، بدأت الشركات في ألمانيا وإيطاليا وسويسرا والمملكة المتحدة في استخدام مادة التبريد الأيزوبيوتان، التي تحتوي على صفر أوزون إمكانات النضوب. في العديد من البلدان، بدأ استخدام الفريون الصديق للبيئة، وهو وقود هيدروكربوني، في إنتاج الهباء الجوي (80٪ من جميع الهباء الجوي المنتج في العالم).

وفي الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا، بدأت بالفعل الأبحاث حول أساليب فعالة تعتمد على عمليات فيزيائية وكيميائية معقدة تساعد إما على تقليل معدل تدمير الأوزون في طبقة الستراتوسفير أو تسريع تكوينه. وبالتالي، لتشديد ثقوب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية، من الممكن استخدام طريقة الحقن (إدخال) الإيثان (C 2 H b) أو البروبان (C 3 H 8) في الستراتوسفير، والذي سيربط الكلور الذري، الذي يدمر الأوزون، إلى كلوريد الهيدروجين، وهو سلبي له. هناك أيضًا طرق فيزيائية كيميائية تعمل على تسريع تكوين الأوزون في طبقة الستراتوسفير، ولا سيما طرق الإشعاع الكهرومغناطيسي، باستخدام التفريغ الكهربائي (مبدأ المعالج بالأوزون) وإشعاع الليزر.

بالإضافة إلى ذلك، لمنع إطلاق مركبات الكربون الكلورية فلورية من العديد من أجهزة التبريد المتاحة، تم تطوير طرق إعادة التدوير.