أهمية طبقة الأوزون في حماية البيئة والحياة على كوكب الأرض

دور طبقة الأوزون

تعتبر طبقة الأوزون (بالإنجليزية: Ozone Layer) طبقة طبيعية تتكون من مجموعة من الغازات، وتقع في إحدى الطبقات العليا من الغلاف الجوي، وبالتحديد في طبقة الستراتوسفير التي تمتد من 10 إلى 50 كيلومترًا فوق سطح الأرض. رغم أن تركيز غاز الأوزون في الغلاف الجوي منخفض، إلا أن 90% منه يتواجد في هذه الطبقة. تكمن أهمية طبقة الأوزون في حمايتها لكوكب الأرض من الأشعة الضارة الصادرة عن الشمس، حيث تقوم بامتصاص الغالبية العظمى من الأشعة فوق البنفسجية (بالإنجليزية: Ultraviolet) التي تشكل خطرًا على صحة الكائنات الحية. وصول هذه الأشعة إلى سطح الأرض قد يتسبب في إصابة البشر بسرطان الجلد، وإعتام عدسة العين، كما تؤثر سلبًا على خصوبة الحيوانات وقدرتها على البقاء. علاوة على ذلك، تؤثر هذه الأشعة على نمو النباتات وتطورها، بالإضافة إلى تفاعل المركبات الكيميائية في البيئة، مما قد يؤدي إلى تغييرات خطيرة في النظام البيئي.

تمتاز عملية امتصاص الأوزون بأنها الأكثر كفاءة في عرض الأطوال الموجية النشطة والطاقة من بين جميع الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية. بينما تقوم جزيئات الأكسجين بامتصاص الأطوال الموجية المتبقية. من خلال هذه العمليات، يمتص كل من غاز الأكسجين والأوزون معًا ما بين 95% و99.9% من الأشعة فوق البنفسجية القادمة إلى الأرض. تنتج عملية الامتصاص هذه حرارة، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة في طبقة الستراتوسفير مع الارتفاع.

تستطيع غازات الأوزون والأكسجين في طبقة الأوزون إعادة تشكيل نفسها بعد أن تقوم الأشعة فوق البنفسجية بتفكيك الروابط بين ذراتها، مما يجري إنتاج ذرات أكسجين حرة (O) أحادية الذرة، والتي لديها قدرة عالية على التفاعل. وبالتالي، ترتبط ذرة الأكسجين الحرة بذرة أكسجين حرة أخرى لتكوين جزيء الأكسجين (O2)، الذي يتحد فيما بعد مع ذرة أكسجين حرة أخرى لينتج الأوزون (O3).

تاريخ اكتشاف ثقب الأوزون

ظهرت ظاهرة ثقب الأوزون فوق القطب الجنوبي عقب تقديم العلماء جو فارمان (Joe Farman)، وبريان غاردينر (Brian Gardiner)، وجوناثان شانكلين (Jonathan Shanklin) تقريرًا في عام 1985، أشاروا فيه إلى انخفاض كبير وغير متوقع في مستويات الأوزون في طبقة الستراتوسفير فوق القطب الجنوبي. أشارت البيانات التي جمعت إليهم إلى وجود انخفاض في مستوى الأوزون خلال أشهر الربيع أواخر السبعينيات. وبحلول عام 1984، أصبح سُمك طبقة الأوزون فوق القطب الجنوبي في أكتوبر يساوي تقريبًا ثلثي ما كان عليه في العقود السابقة.

لفت العالم فارمان الانتباه إلى وجود ارتباط وثيق بين ثقب الأوزون واستخدام الإنسان لمركبات الكلوروفلوروكربون (بالإنجليزية: Hydrofluorocarbons) في الصناعات وأجهزة التبريد مثل الثلاجات. وقد أدت النتائج التي توصل إليها فارمان وزملاؤه إلى تغييرات في مجالات علوم الغلاف الجوي والتفاعلات الكيميائية، مما أثر أيضًا على السياسات العالمية المتعلقة بالبيئة.

المواد الضارة بطبقة الأوزون

تشمل المواد الضارة بطبقة الأوزون، المعروفة أيضًا بالمواد المستنفذة لطبقة الأوزون، مجموعة من المركبات الكيميائية التي تحلل الأوزون في طبقة الستراتوسفير. من أبرز هذه المواد غازات الهالوجينات، والتي تشمل الغازات التي تحتوي على الكلور أو البروم أو كليهما، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربونات (HCFCs) وكبريتيد أو بروميد الميثيل، بالإضافة إلى الهالونات. تُطلق هذه المركبات الكيميائية عبر الرياح في الغلاف الجوي السفلي لتصل إلى طبقة الستراتوسفير، حيث تتفاعل في وجود الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى تفكيك الروابط بين ذرات الأوزون، مما يسبب اضمحلال هذه الطبقة المهمة.

تختلف المركبات الكيميائية في تأثيرها على استنفاذ طبقة الأوزون، ويوضح الجدول التالي هذه المركبات وإمكانية استنفاذ الأوزون لكل منها، مقاسةً بالنسبة إلى مركب كلوروفلوروكربون-11 (CFC-11)، حيث تُعتبر إمكانية استنفاذه للأوزون (بالإنجليزية: Ozone Depleting Potential) مقياسًا لتأثير المركبات الأخرى. فعلى سبيل المثال، إذا كانت إمكانية استنفاذ الأوزون لمركب معين تساوي 10، فهذا يعني أنه يعادل عشرة أضعاف تأثير مركب كلوروفلوروكربون-11 لكل طن من الغازات: