بازگشت به لایه ازون!

گروه علمی - محمدرضا تنکمان فرد: چند دهه پیش، لایه ازون در صدر اخبار جهان قرار گرفت. در میانۀ دهه ۸۰ میلادی دانشمندان دریافتند سرعت از بین رفتنِ مولکول‌های ازون در لایۀ دوم جو زمین به قدری شدید است که ممکن است چیزی تا پایان حیات در کرۀ خاکی نمانده باشد. بحران لایه ازون آنچنان در مرکز توجه قرار گرفته بود که بحث «سوراخ لایه ازون» به گفتگوی روزمره نیز راه پیدا کرد. مثلا ممکن بود شما بخواهید تافتِ مو یا فلان اسپری بخرید و دوستتان بگوید «نخر، لایه ازون سوراخ میشه!». اما امروز اثری از آن در اخبار نیست. ماجرا از چه قرار است؟!

به گزارش بولتن نیوز ،  مسئله کاهش ضخامت لایه ازون از اخبار جهان خارج شد، چون طی تلاشی گسترده و کم‌نظیر تولید و انتشار مواد مخربِ لایه ازون در دنیا تقریبا به صفر رسید. داستان لایه ازون نمونه‌ای درس‌آموز و امیدبخش از مواجهه با یک بحرانِ کلانِ زیست‌محیطی است، چرا که برخلاف بسیاری از مسائلِ در هم‌پیچیده و لاینحلِ امروز، جامعه بشری موفق شد آن را «حل» کند.

داستانِ لایه ازون به زبان ساده

مولکول ازون (O3) از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. ازون در هوای شهرها یک آلاینده به حساب می‌آید و تنفس آن باعث بروز ناراحتی‌های تنفسی می‌شود. اما کمی دورتر از سطح زمین، در ارتفاعِ ۱۶ تا ۴۸ کیلومتری در دومین لایۀ جو (استراتوسفر)، مولکول‌های ازون مانند سپری مستحکم عمل می‌کنند و مانع تابش پرتوهای خطرناک خورشید به زمین می‌شوند و از حیات در کرۀ خاکی محافظت می‌کنند. نزدیک به ۹۰% از ازونی که در جو زمین وجود دارد در همین لایه ۳۲ کیلومتری قرار دارد که به آن «لایه ازون» می‌گویند.

البته مولکول ازون از نظر تعداد اصلاً در لایه استراتوسفر غلبه ندارد. از هر یک میلیون مولکولی که در این لایه وجود دارد تنها ۱ تا ۱۰ مورد، ازون و مابقی اکسیژن و نیتروژن هستند، اما همین مقدار کافی است تا ۹۵ تا ۹۹٫۹ درصد از پرتوهای پرانرژی خورشید مانند اشعه فرابنفش در لایه ازون جذب شود و حیات در زمین ادامه پیدا کند.

لایه ازون را نخستین بار دو فیزیک‌دان فرانسوی به نام‌های شارل فبری و آنری بویسون در سال ۱۹۱۳ کشف کردند. آن‌ها متوجه تمایز تابش خورشید در سطح زمین در ارتفاعات بالاتر شدند و نتیجه گرفتند بخشی از پرتوها در ارتفاع مشخصی از سطح زمین جذب می‌شود. آزمایش‌های بعدی ایشان نشان داد کار، کارِ ازون است.

اهمیت ازون در لایه استراتوسفر سبب شد از دهه ۳۰ تا ۶۰ میلادی ایستگاه‌های گوناگونی برای سنجش ازون راه‌اندازی شود. این ایستگاه‌ها با تلاش یک فیزیک‌دان و هواشناس انگلیسی به نام گوردون دابسون به وجود آمد. واحد سنجش غلظت متمرکز ازون در استراتوسفر نیز از نام همین دانشمند گرفته شده است.

عجیب و باورکردنی؟!

در دهه ۷۰ میلادی دانشمندان ناسا برای نخستین بار متوجه کاهش غلظت ازون در لایه استراتوسفر شدند. اما آن را به خطای تجهیزات جدید اندازه‌گیری و نوسان طبیعی ضخامت لایه ازون در فصل‌های مختلف سال نسبت دادند. اما غلظت ازون در قطب جنوب با روش‌های سابق نیز توسط محققین انگلیسی اندازه‌گیری شد و کمترین مقدار آن طی نزدیک به چهار دهه به ثبت رسید. این مقدار نزدیک به ۱۰% از غلظت معمول ازون در این لایه کمتر بود.

نخستین گام برای پی بردن به «علت اصلی»

در سال ۱۹۷۴ ماریو مولینا و شروود رولند دو استاد شیمی دانشگاه کالیفرنیا مقاله مهمی در مجله نیچر به چاپ رساندند. این مقاله یک مادۀ برساختۀ بشر به نام کلروفلوئوروکربن (CFC) را به عنوان علت اصلی تخریب لایه ازون معرفی کرد. این مقاله اگرچه توجه زیادی جلب کرد و نقطه شروع برخی فعالیت‌ها مانند تحریم‌های محدود محصولات CFC شد اما موفق نشد حکومت‌ها را به حرکت درآورد. هنوز عمق فاجعه به درستی درک نشده بود. در آن زمان، وقتی صحبت از تخریب لایه ازون می‌شد، تصور غالب این بود که تا رسیدن به یک وضعیت خطرناک هنوز چند قرن‌ فرصت هست.

CFC از ۴ اتم کلر، ۱ اتم فلوئور و ۱ اتم کربن تشکیل می‌شود و واکنش‌پذیری بسیار پایینی دارد. سَمّی نیست و قیمت تمام‌شده‌اش بسیار کم است. همین موارد سبب شد وقتی در دهه ۳۰ میلادی ابداع و وارد بازار شد، با استقبال گسترده در صنایع مواجه شود. CFCها با نام تجاری فِروئون نیز شناخته می‌شدند و در ساخت یخچال‌ و خنک‌کننده‌های دیگر، اسپری‌‌های فیکساتور و خوشبوکننده، تافت مو، صنایع بسته‌بندی، حلال‌های صنعتی، سوخت موشک و … کاربرد داشتند. در برخی صنایع مانند یخچال‌سازی، گاز فروئون جایگزین ماده‌ای سَمّی شده بود که اگر به صورت اتفاقی از یخچال خارج می‌شد، برای افراد خطر جانی داشت، به همین دلیل به سرعت این صنعت را از آن خود کرد. علاوه بر این موارد، پایداری بالا و واکنش‌ناپذیری CFC نیز باعث شد نگرانی چندانی درباره آلایندگی آن در طبیعت وجود نداشته باشد.

یک اتم کلر حریف صدها هزار مولکول ازون

اما مسئله به همین جا ختم نمی‌شد. رولند و مولینا در مقاله‌شان توضیح دادند که اگرچه CFC پایداری بسیار زیادی دارد و بین ۴۰ تا ۱۵۰ سال در اتمسفر می‌ماند. اما زمانی که به لایه نخست جو زمین عبور می‌کند و به لایه ازون در استراتوسفر می‌رسد با اصابت پرتوهای پرقدرت خورشید پایداری‌اش را از دست می‌دهد. تابش فرابنفش خورشید سبب می‌شود CFC تجزیه شود و اتم کلرش را از دست بدهد. کلری که از این واکنش آزاد می‌شود با ازون (O3) واکنش می‌دهد و مولکول اکسیژن (O2) و مونوکسید کلر (ClO) به وجود می‌آورد. پس از آن، یک واکنش جدید رخ می‌دهد و همه چیز را تحت تاثیر قرار می‌دهد. مونوکسید کلر (ClO) در مجاورت اتم‌های سرگردانِ اکسیژن (O)، مولکول اکسیژن (O2) و کلر (Cl) آزاد می‌کند و اتم کلر دوباره تنها می‌شود. همین کافی است تا اتم کلر سراغ یک ازون جدید برود و آن را از بین ببرد و چرخۀ نابودی ازون با یک اتم کلر ادامه پیدا کند.

تخریب فراتر از تصور اولیه

در مقاله مولینا و رولند تصور می‌شد احتمال وقوع واکنش دوم نسبت به واکنش اول چندان زیاد نیست. اما وقتی تیمی از محققین به سرپرستی سوزان سولومون برای بررسی بیشتر مسئله به قطب جنوب اعزام شدند، نه تنها سر در آوردن کلروفلوئوروکربن به قطب جنوب با جریان هوا و نقشِ پررنگِ آن در تخریب لایه ازون را تایید کردند، بلکه دریافتند واکنش دوم نیز بسیار محتمل است و به راحتی در استراتوسفر اتفاق می‌افتد. به بیان دیگر تنها یک اتم کلر در لایه ازون کافی است تا صدها هزار مولکول ازون در لایه استراتوسفر از بین برود. این محققین دریافتند تخریب لایه ازون با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر تصور می‌شد در حال انجام است. سولومون و همکارانش در سال ۱۹۸۷ اعلام کردند غلظت ازون در پهنه‌ای وسیع‌تر از قاره آمریکا بر فراز قطب جنوب بیش از ۳۰% نسبت به مقدار همیشگی‌اش کاهش یافته است.

تخریب فراتر از تصور اولیه

در مقاله مولینا و رولند تصور می‌شد احتمال وقوع واکنش دوم نسبت به واکنش اول چندان زیاد نیست. اما وقتی تیمی از محققین به سرپرستی سوزان سولومون برای بررسی بیشتر مسئله به قطب جنوب اعزام شدند، نه تنها سر در آوردن کلروفلوئوروکربن به قطب جنوب با جریان هوا و نقشِ پررنگِ آن در تخریب لایه ازون را تایید کردند، بلکه دریافتند واکنش دوم نیز بسیار محتمل است و به راحتی در استراتوسفر اتفاق می‌افتد. به بیان دیگر تنها یک اتم کلر در لایه ازون کافی است تا صدها هزار مولکول ازون در لایه استراتوسفر از بین برود. این محققین دریافتند تخریب لایه ازون با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر تصور می‌شد در حال انجام است. سولومون و همکارانش در سال ۱۹۸۷ اعلام کردند غلظت ازون در پهنه‌ای وسیع‌تر از قاره آمریکا بر فراز قطب جنوب بیش از ۳۰% نسبت به مقدار همیشگی‌اش کاهش یافته است.