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، عمل العلماء البريطانيون على القطب الجنوبيوجدت أنه خلال فصل الربيع في القطب الجنوبي، تكون مستويات الأوزون في الغلاف الجوي أقل بكثير من المعدل الطبيعي. وفي نفس الوقت من كل عام، تنخفض كمية الأوزون، أحيانًا بدرجة أكبر، وأحيانًا بدرجة أقل. 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 النهار الطويل ليلة قطبيةويحدث انخفاض حاد في درجة الحرارة، وتتشكل سحب ستراتوسفيرية عالية تحتوي على بلورات ثلجية. 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 تحت 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 الكيميائيةتدمير 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.

الحوادث ثقوب الأوزونفي المناطق القطبية يحدث بسبب تأثير عدد من العوامل. وتنخفض تركيزات الأوزون نتيجة التعرض للمواد ذات الأصل الطبيعي والبشري، وكذلك بسبب نقص الإشعاع الشمسي خلال فصل الشتاء القطبي. العامل البشري الرئيسي المسبب لحدوث ثقوب الأوزون في المناطق القطبية يحدث نتيجة لتأثير عدد من العوامل. وتنخفض تركيزات الأوزون نتيجة التعرض للمواد ذات الأصل الطبيعي والبشري، وكذلك بسبب نقص الإشعاع الشمسي خلال فصل الشتاء القطبي. العامل البشري الرئيسي الذي يسبب انخفاض تركيز الأوزون هو إطلاق الفريونات المحتوية على الكلور والبروم. بالإضافة إلى ذلك، تتسبب درجات الحرارة المنخفضة للغاية في المناطق القطبية في تكوين ما يسمى بالسحب الستراتوسفيرية القطبية، والتي تعمل، بالاشتراك مع الدوامات القطبية، كمحفزات في تفاعل تحلل الأوزون، أي أنها تقتل الأوزون ببساطة.

مصادر الدمار

من بين المواد المستنفدة لطبقة الأوزون:

1) الفريون.

يتم تدمير الأوزون بواسطة مركبات الكلور المعروفة باسم الفريونات، والتي يتم تدميرها أيضًا بواسطة اشعاع شمسي، يطلق 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 حملة الخُضر ضد الفريون بخلفية اقتصادية وسياسية شفافة تمامًا: فبمساعدتها، تقوم الشركات الأمريكية الكبرى (دوبونت، على سبيل المثال) بخنق منافسيها الأجانب من خلال فرض اتفاقيات بشأن "الحماية". بيئة"على مستوى الدولة وإدخال ثورة تكنولوجية جديدة بالقوة لا تستطيع الدول الأضعف اقتصاديًا تحملها.

2)طائرات 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. المجموعوتقدر كمية أكسيد النيتروجين المنبعثة في الغلاف الجوي سنويًا بنحو مليار طن، وينبعث حوالي ثلث هذه الكمية من الطائرات فوق مستوى التروبوبوز المتوسط ​​(11 كم). أما بالنسبة للطائرات، فإن أكثر الانبعاثات ضررا هي من 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 العلياالمحيطات والبحار. ترتبط عملية نزع النتروجين ارتباطًا مباشرًا بكمية النيتروجين الثابت في التربة. وبالتالي، يمكنك التأكد من أنه مع زيادة كمية الأسمدة المعدنية المطبقة على التربة، فإن كمية أكسيد النيتروز N2O المتكونة 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. يتم تحديد درجة حرارة 6000 درجة مئوية في غضون 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. مزيد من المصيروهي على النحو التالي: نتيجة اختلاط الغلاف الجوي، فإنها تسقط على ارتفاعات مختلفة، بما في ذلك في الغلاف الجوي. وهناك يدخلون في تفاعلات كيميائية بمشاركة الأوزون، مما يؤدي إلى تدميره.

5) احتراق الوقود.

ويوجد أكسيد النيتروز أيضًا في غازات المداخن المنبعثة من محطات توليد الطاقة. في الواقع، 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. في درجات الحرارة المنخفضةويتكون في التفاعلات التالية:

ن 2 + يا + م = ن 2 يا + م،

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 أنه مصدر لتدمير طبقة الأوزون.

خاتمة: مصادر التدمير هي: الفريون، الطائرات على ارتفاعات عالية، الأسمدة المعدنية, الانفجارات النووية، احتراق الوقود.

الاحتباس الحراري

ظاهرة الاحتباس الحراري هي زيادة في درجة حرارة الغلاف الجوي السفلي للكوكب نتيجة لتراكم الغازات الدفيئة. آليتها هي كما يلي: أشعة الشمستخترق 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 سوسور. أجرى الأخير تجارب باستخدام وعاء زجاجي أسود من الداخل وأغلقه ووضعه تحته 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 قادنا 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 يرتفع متوسط ​​درجة حرارة الكوكب، 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. أنها تمتص ثاني أكسيد الكربون الزائد وتطلق الكثير كمية كبيرةالأكسجين مما يستهلكه الناس.

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. الاحتباس الحرارىمتصلة مباشرة بالمحيط العالمي. 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 في غضون مائتي عام سيبدأ في "الجفاف". علاوة على ذلك، بسبب درجة حرارة عاليةالأنهار الجليدية و الجليد البحريسيبدأ 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 ننسى أن الزيادة معدل الحرارةسوف تؤثر الأرض 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؟ يمكن للأراضي الرطبة أن تمنع ظاهرة الاحتباس الحراري، أكثر من غيرها مستنقع كبيرفي العالم، Vasyuganskoye.

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 تظن أن شخصًا واحدًا لن يغير شيئًا. بالطبع، يمكن للبشرية جمعاء فقط تحقيق التأثير، ولكن من يدري - ربما يقرأ مائة شخص آخر في هذه اللحظة مقالة مماثلة؟ 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 وقت التحول إلى اللون الأخضر نظرة نظيفةطاقة. لا يمكننا التخلي تماما عن كل ما تنبعث منه غازات ضارة. لكن يمكننا المساعدة في زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي. ليس فقط رجل حقيقييجب على كل شخص أن يزرع شجرة! 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 أن نتوقف عن حرق الفحم والنفط، ونوفر ذلك الغطاء النباتي الطبيعيكوكب الأرض، التخلي 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. هذه الفجوة الهوائية حماية موثوقةيحمي جميع الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة ويتجنب 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 تظهر ثقوب الأوزون في بعض الأماكن في طبقة الستراتوسفير.

ما هي ثقوب الأوزون؟

وخلافا للاعتقاد السائد 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، تحتوي الثقوب على حوالي 30% فقط من المادة "الزرقاء".

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.

يوجد الأوزون في غازات النفايات المنبعثة من الصناعات وهو مادة كيميائية خطرة. إنه عنصر نشط للغاية ويمكن أن يسبب تآكل العناصر الهيكلية لجميع أنواع الهياكل. ومع ذلك، في الغلاف الجوي، يتم تحويل الأوزون إلى مساعد لا يقدر بثمن، والذي بدونه لا يمكن للحياة على الأرض أن توجد ببساطة.

الستراتوسفير هو الذي يتبع الذي نعيش فيه. الجزء العلوي منه مغطى بالأوزون، ومحتواه في هذه الطبقة هو 3 جزيئات لكل 10 ملايين جزيء هواء آخر. على الرغم من أن التركيز منخفض جدًا، إلا أن الأوزون يؤدي وظيفته الوظيفة الأكثر أهمية- قادر على حجب مسار الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الفضاء بالتزامن مع ضوء الشمس. تؤثر الأشعة فوق البنفسجية سلبًا على بنية الخلايا الحية ويمكن أن تسبب تطور أمراض مثل إعتام عدسة العين والسرطان وأمراض خطيرة أخرى.

تعتمد الحماية على المبدأ التالي. في اللحظة التي تلتقي فيها جزيئات الأكسجين في مسار الأشعة فوق البنفسجية، يحدث تفاعل يقسمها إلى ذرتين أكسجين. تتحد الذرات الناتجة مع جزيئات غير منقسمة، مكونة جزيئات الأوزون المكونة من 3 ذرات أكسجين. وعندما تواجه جزيئات الأوزون، يقوم الأخير بتفكيكها إلى ثلاث ذرات أكسجين. اللحظة التي تنقسم فيها الجزيئات تكون مصحوبة بإطلاق الحرارة، ولا تعود تصل إلى سطح الأرض.

ثقوب الأوزون

وتسمى عملية تحويل الأكسجين إلى الأوزون والعكس بدورة الأكسجين والأوزون. وآليتها متوازنة، إلا أن ديناميكيتها تتغير تبعا لشدة الإشعاع الشمسي والموسم والكوارث الطبيعية على وجه الخصوص، وخلص العلماء إلى أن النشاط البشري يؤثر سلبا على سمكها. لقد تم توثيق استنفاد طبقة الأوزون في العديد من الأماكن خلال العقود الماضية. وفي بعض الحالات اختفت تماما. كيف تقلل من التأثير السلبي للإنسان في هذه الدورة؟

تحدث ثقوب الأوزون بسبب حقيقة أن عملية تدمير الطبقة الواقية تكون أكثر كثافة من عملية توليدها. ويفسر ذلك حقيقة أنه أثناء حياة الإنسان يتلوث الغلاف الجوي بمختلف المركبات المستنفدة للأوزون. هذه هي في المقام الأول الكلور والبروم والفلور والكربون والهيدروجين. ويعتقد العلماء أن مركبات الكلوروفلوروكربون تشكل تهديدا كبيرا لطبقة الأوزون. يتم استخدامها على نطاق واسع في التبريد والمذيبات الصناعية ومكيفات الهواء وعلب الأيروسول.

ويتفاعل معها الكلور الذي يصل إلى طبقة الأوزون. تفاعل كيميائييولد جزيء الأكسجين. عندما يلتقي أكسيد الكلور بذرة أكسجين حرة، يحدث تفاعل آخر، ينطلق الكلور ويظهر جزيء الأكسجين. بعد ذلك، تتكرر السلسلة، لأن الكلور غير قادر على مغادرة الغلاف الجوي أو السقوط على الأرض. ثقوب الأوزون هي نتيجة لانخفاض تركيز هذا العنصر بسبب تسارع تفككه عند ظهور مكونات أجنبية غريبة في طبقته.

المواقع

تم العثور على أكبر ثقوب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية. حجمها يتوافق عمليا مع مساحة القارة نفسها. هذه المنطقة غير مأهولة عمليًا، لكن العلماء يشعرون بالقلق من احتمال انتشار الخرق إلى مناطق أخرى مكتظة بالسكان على الكوكب. هذا محفوف بموت الأرض.

لمنع انخفاض طبقة الأوزون، من الضروري أولا تقليل كمية المواد المدمرة المنبعثة في الغلاف الجوي. وفي عام 1987، تم التوقيع على معاهدة مونتريال في 180 دولة، والتي تنص على التخفيض التدريجي لانبعاثات المواد التي تحتوي على الكلور. والآن يتناقص ثقب الأوزون، ويأمل العلماء في تصحيح الوضع بالكامل بحلول عام 2050.

ثقوب الأوزون - "الأطفال" دوامات الستراتوسفير

على الرغم من وجود القليل من الأوزون في الغلاف الجوي الحديث - لا يزيد عن واحد على ثلاثة ملايين من الغازات الأخرى - إلا أن دوره كبير للغاية: فهو يؤخر الأشعة فوق البنفسجية القوية (الجزء القصير الموجة من الطيف الشمسي)، الذي يدمر البروتينات والبروتينات. احماض نووية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الأوزون الستراتوسفيري مهم العامل المناخيالذي يحدد التغيرات المناخية قصيرة المدى والمحلية.

يعتمد معدل تفاعلات تدمير الأوزون على المحفزات، والتي يمكن أن تكون إما أكاسيد جوية طبيعية أو مواد تم إطلاقها في الغلاف الجوي نتيجة للكوارث الطبيعية (على سبيل المثال، الانفجارات البركانية القوية). ومع ذلك، في النصف الثاني من القرن الماضي، تم اكتشاف أن المواد يمكن أن تعمل أيضًا كمحفزات لتفاعلات تدمير الأوزون أصل صناعي، وأصبحت البشرية قلقة للغاية ...

الأوزون (O3) هو شكل جزيئي نادر نسبيًا للأكسجين يتكون من ثلاث ذرات. على الرغم من وجود القليل من الأوزون في الغلاف الجوي الحديث - لا يزيد عن واحد على ثلاثة ملايين من الغازات الأخرى - إلا أن دوره كبير للغاية: فهو يحجب الأشعة فوق البنفسجية الصلبة (الجزء القصير الموجة من الطيف الشمسي)، الذي يدمر البروتينات والجزيئات النووية. الأحماض. لذلك، قبل ظهور عملية التمثيل الضوئي - وبالتالي الأكسجين الحر وطبقة الأوزون في الغلاف الجوي - لم يكن من الممكن أن توجد الحياة إلا في الماء.

بالإضافة إلى ذلك، يعد الأوزون الستراتوسفيري عاملاً مناخيًا مهمًا يحدد التغيرات المناخية المحلية والقصيرة المدى. ومن خلال امتصاص الإشعاع الشمسي ونقل الطاقة إلى غازات أخرى، يقوم الأوزون بتسخين طبقة الستراتوسفير وبالتالي ينظم طبيعة العمليات الحرارية والدائرية الكوكبية في جميع أنحاء الغلاف الجوي.

جزيئات الأوزون غير المستقرة الظروف الطبيعيةتتشكل وتتفكك تحت تأثير الكائنات الحية المختلفة الطبيعة الجامدةوفي سياق التطور الطويل، وصلت هذه العملية إلى بعض التوازن الديناميكي. يعتمد معدل تفاعلات تدمير الأوزون على المحفزات، والتي يمكن أن تكون إما أكاسيد جوية طبيعية أو مواد تم إطلاقها في الغلاف الجوي نتيجة للكوارث الطبيعية (على سبيل المثال، الانفجارات البركانية القوية).

ومع ذلك، في النصف الثاني من القرن الماضي، تم اكتشاف أن المواد ذات الأصل الصناعي يمكن أن تكون بمثابة محفزات لتفاعلات تدمير الأوزون، وكانت البشرية قلقة للغاية. خصوصاً الرأي العامكان متحمسًا لاكتشاف ما يسمى بـ "ثقب" الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية.

"ثقب" فوق القارة القطبية الجنوبية

تم اكتشاف فقدان ملحوظ لطبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية - ثقب الأوزون - لأول مرة في عام 1957، خلال السنة الجيوفيزيائية الدولية. بدأت قصتها الحقيقية بعد 28 عامًا بمقال في عدد مايو من المجلة طبيعة، حيث اقترح أن سبب الربيع الشاذ إلى الحد الأدنى فوق القارة القطبية الجنوبية هو التلوث الجوي الصناعي (بما في ذلك الفريون) (فارمان وآخرون., 1985).

وتبين أن ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية يظهر عادة مرة كل عامين، ويستمر نحو ثلاثة أشهر، ثم يختفي. إنه ليس ثقبًا، كما قد يبدو، ولكنه منخفض، لذا فمن الأصح الحديث عن "ترهل طبقة الأوزون". ولسوء الحظ، فإن جميع الدراسات اللاحقة لثقب الأوزون كانت تهدف بشكل أساسي إلى إثبات أصله البشري (Roan, 1989).

اليوم، هناك فرضيات مختلفة فيما يتعلق بالآليات الكيميائية والديناميكية لتشكيل ثقب الأوزون. ومع ذلك، فإن النظرية الكيميائية البشرية لا تناسب الكثير حقائق معروفة. على سبيل المثال، زيادة مستويات الأوزون الستراتوسفيري في مناطق جغرافية معينة.

إليكم السؤال الأكثر "سذاجة": لماذا يتشكل الثقب نصف الكرة الجنوبيعلى الرغم من إنتاج الفريون في الشمال، على الرغم من أنه من غير المعروف ما إذا كان هناك اتصال جوي بين نصفي الكرة الأرضية في هذا الوقت؟

لا تعتمد أي من النظريات الحالية على قياسات تفصيلية واسعة النطاق لـ TOC ودراسات العمليات التي تحدث في الستراتوسفير. لم يكن من الممكن الإجابة على السؤال حول درجة عزل طبقة الستراتوسفير القطبية فوق القارة القطبية الجنوبية، بالإضافة إلى عدد من الأسئلة الأخرى المتعلقة بمشكلة تشكل ثقوب الأوزون، إلا بمساعدة طريقة جديدة لتتبع تدفق الهواء الحركات التي اقترحها V. B. Kashkin (Kashkin، Sukhinin، 2001؛ Kashkin وآخرون., 2002).

تم تتبع تدفقات الهواء في طبقة التروبوسفير (حتى ارتفاع 10 كم) لفترة طويلة من خلال مراقبة الحركات الانتقالية والدورانية للسحب. الأوزون في الحقيقة هو أيضًا "سحابة" ضخمة فوق كامل سطح الأرض، ومن خلال التغيرات في كثافته يمكننا أن نحكم على حركة الكتل الهوائية فوق 10 كيلومترات، تمامًا كما نعرف اتجاه الريح من خلال النظر إلى سماء غائمة في يوم غائم. ولهذه الأغراض، ينبغي قياس كثافة الأوزون عند نقاط الشبكة المكانية في فترة زمنية معينة، على سبيل المثال، كل 24 ساعة. من خلال تتبع كيفية تغير مجال الأوزون، يمكنك تقدير زاوية دورانه يوميا واتجاه وسرعة الحركة.

وباستخدام طريقة جديدة، تمت دراسة ديناميكيات طبقة الأوزون في عام 2000، عندما لوحظ ثقب الأوزون كبير قياسي فوق القارة القطبية الجنوبية (كاشكين وآخرون.، 2002). وللقيام بذلك، استخدموا بيانات الأقمار الصناعية حول كثافة الأوزون في جميع أنحاء نصف الكرة الجنوبي، من خط الاستواء إلى القطب. ونتيجة لذلك تبين أن محتوى الأوزون ضئيل في وسط قمع ما يسمى بالدوامة القطبية التي تشكلت فوق القطب، والتي سنناقشها بالتفصيل أدناه. وبناء على هذه المعطيات تم طرح فرضية حول الآلية الطبيعية لتشكل "ثقوب" الأوزون.

الديناميات العالمية للستراتوسفير: فرضية

تتشكل الدوامات المحيطة بالقطب عندما تتحرك كتل الهواء الستراتوسفيرية في الاتجاهين الطولي وخط العرض. كيف يحدث هذا؟ عند خط الاستواء الدافئ تكون طبقة الستراتوسفير أعلى، وعند القطب البارد تكون أقل. تتدفق تيارات الهواء (مع الأوزون) من طبقة الستراتوسفير كما لو كانت تنزل على تلة، وتتحرك بشكل أسرع وأسرع من خط الاستواء إلى القطب. تحدث الحركة من الغرب إلى الشرق تحت تأثير قوة كوريوليس المرتبطة بدوران الأرض. ونتيجة لذلك، يبدو أن تدفقات الهواء تجرح، مثل الخيوط على المغزل، في نصفي الكرة الجنوبي والشمالي.

ويدور "مغزل" الكتل الهوائية طوال العام في نصفي الكرة الأرضية، ولكنه يكون أكثر وضوحا في نهاية الشتاء وبداية الربيع، لأن ارتفاع طبقة الستراتوسفير عند خط الاستواء يبقى دون تغيير تقريبا طوال العام، وعند القطبين يكون ثابتا. يكون أعلى في الصيف وأقل في الشتاء، عندما يكون الجو باردًا بشكل خاص.

يتم إنشاء طبقة الأوزون في خطوط العرض الوسطى عن طريق تدفق قوي من خط الاستواء، وكذلك عن طريق التفاعلات الكيميائية الضوئية التي تحدث في الموقع. لكن الأوزون في المنطقة القطبية يعود أصله بشكل رئيسي إلى خط الاستواء وخطوط العرض الوسطى، ومحتواه هناك منخفض للغاية. التفاعلات الكيميائية الضوئية في القطب، حيث تسقط أشعة الشمس بزاوية منخفضة، تسير ببطء، ويتم تدمير جزء كبير من الأوزون القادم من خط الاستواء على طول الطريق.

لكن الكتل الهوائية لا تتحرك دائمًا بهذه الطريقة. في أبرد فصول الشتاء، عندما تنخفض طبقة الستراتوسفير فوق القطب بشكل منخفض جدًا فوق سطح الأرض ويصبح "الانزلاق" حادًا بشكل خاص، يتغير الوضع. تتدحرج التيارات الستراتوسفيرية بسرعة كبيرة بحيث يكون التأثير مألوفًا لأي شخص شاهد الماء يتدفق عبر فتحة في حوض الاستحمام. بعد أن وصل إلى سرعة معينة، يبدأ الماء في الدوران بسرعة، ويتم تشكيل قمع مميز حول الحفرة، تم إنشاؤه بواسطة قوة الطرد المركزي.

ويحدث شيء مماثل في الديناميكيات العالمية للتدفقات الستراتوسفيرية. عندما تكتسب تدفقات الهواء الستراتوسفيري سرعة عالية بما فيه الكفاية، تبدأ قوة الطرد المركزي في دفعها بعيدًا عن القطبين نحو خطوط العرض الوسطى. ونتيجة لذلك تتحرك الكتل الهوائية من خط الاستواء ومن القطب نحو بعضها البعض، مما يؤدي إلى تكوين "عمود" دوامة سريع الدوران في منطقة خطوط العرض الوسطى.

يتوقف تبادل الهواء بين المناطق الاستوائية والقطبية، ولا يتدفق الأوزون من خط الاستواء ومن خطوط العرض الوسطى إلى القطب. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأوزون المتبقي عند القطب، كما هو الحال في أجهزة الطرد المركزي، يتم ضغطه باتجاه خطوط العرض الوسطى بقوة الطرد المركزي، لأنه أثقل من الهواء. ونتيجة لذلك، ينخفض ​​\u200b\u200bتركيز الأوزون داخل القمع بشكل حاد - يتشكل "ثقب" الأوزون فوق القطب، وفي خطوط العرض الوسطى - منطقة ذات محتوى مرتفع من الأوزون تتوافق مع "عمود" الدوامة القطبية.

في الربيع، ترتفع درجة حرارة الستراتوسفير في القطب الجنوبي وترتفع إلى أعلى - ويختفي القمع. يتم استعادة الاتصال الجوي بين خطوط العرض المتوسطة والعالية، وتسريع التفاعلات الكيميائية الضوئية لتكوين الأوزون. يختفي ثقب الأوزون قبل شتاء بارد آخر في القطب الجنوبي.

ماذا يوجد في القطب الشمالي؟

على الرغم من أن ديناميكيات التدفقات الستراتوسفيرية، وبالتالي طبقة الأوزون في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي متشابهة بشكل عام، إلا أن ثقب الأوزون لا يظهر إلا من وقت لآخر فوق القطب الجنوبي. لا توجد ثقوب الأوزون فوق القطب الشمالي لأن فصول الشتاء هناك أكثر اعتدالا ولا تنخفض طبقة الستراتوسفير أبدا بما يكفي لوصول التيارات الهوائية إلى السرعة اللازمة لتشكيل الثقب.

هناك فرق مهم آخر. في نصف الكرة الجنوبي، تدور الدوامة القطبية بسرعة تعادل ضعف سرعة دورانها في نصف الكرة الشمالي. وهذا ليس مفاجئًا: القارة القطبية الجنوبية محاطة بالبحار ويحيط بها مناخ قطبي. تيار البحر- في الأساس، تدور كتل هائلة من الماء والهواء معًا. الصورة مختلفة في نصف الكرة الشمالي: في خطوط العرض الوسطى توجد قارات سلاسل الجبال، والاحتكاك كتلة هوائيةيا سطح الأرضلا يسمح للدوامة القطبية بالحصول على سرعة عالية بما فيه الكفاية.

ومع ذلك، في خطوط العرض الوسطى من نصف الكرة الشمالي، تظهر أحيانًا "ثقوب" صغيرة للأوزون من أصل مختلف. من أين أتوا؟ تشبه حركة الهواء في طبقة الستراتوسفير عند خطوط العرض الوسطى في نصف الكرة الشمالي الجبلي حركة الماء في مجرى ضحل ذو قاع صخري، عندما تتشكل دوامات عديدة على سطح الماء. في خطوط العرض الوسطى من نصف الكرة الشمالي، تلعب دور تضاريس السطح السفلي اختلافات درجات الحرارة عند حدود القارات والمحيطات وسلاسل الجبال والسهول.

يؤدي التغير الحاد في درجة الحرارة على سطح الأرض إلى تكوين تدفقات رأسية في طبقة التروبوسفير. تواجه الرياح الستراتوسفيرية هذه التدفقات، وتشكل دوامات يمكن أن تدور في كلا الاتجاهين باحتمال متساو. وتظهر بداخلها مناطق ذات محتوى منخفض من الأوزون، أي ثقوب الأوزون أصغر بكثير من تلك الموجودة في القطب الجنوبي. وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذه الدوامات ذات اتجاهات الدوران المختلفة تم اكتشافها في المحاولة الأولى.

وهكذا، فإن ديناميكيات تدفقات الهواء الستراتوسفيرية، والتي تتبعناها من خلال مراقبة سحابة الأوزون، تسمح لنا بتقديم تفسير معقول لآلية تشكل ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية. على ما يبدو، حدثت تغييرات مماثلة في طبقة الأوزون، الناجمة عن الظواهر الديناميكية الهوائية في الستراتوسفير، قبل وقت طويل من ظهور الإنسان.

كل ما سبق لا يعني أن الفريون والغازات الأخرى ذات الأصل الصناعي ليس لها تأثير مدمر على طبقة الأوزون. ومع ذلك، لم يتمكن العلماء بعد من معرفة ما هي نسبة الطبيعي و العوامل البشريةمما يؤثر على تكوين ثقوب الأوزون، فمن غير المقبول استخلاص استنتاجات متسرعة بشأن مثل هذه القضايا المهمة.