تبلیغات
یاران زمین - ازون در استراتوسفر

www.geoevents.net

ازون در استراتوسفر

نویسنده :میلاد پریدار
تاریخ:دوشنبه 12 فروردین 1387-11:03 ق.ظ

تعریف لایه ازون:

تشكیل ازون استراتوسفری به میلیاردها سال قبل، براثر تخریب و تشكیل مجدد مولكول های اكسیژن، توسط انرژی خورشیدی باز می گردد. این اكسیژن در واقع یك محصول رائد حاصل از انجام فرآیندهای تشكیل مواد آلی در گیاهان سبز توسط نور ( فتوسنتز) بوده است. امروزه غلظت طبیعی ازون استراتوسفری، طی فرآیندهای تعادل دینامیكی موجود میان تولید و تخریب ازون در اتمسفر، حفظ می شود. واكنش اخیر، با حضور مقادیر جزئی هیدروژن، نیتروژن و رادیكال های آزاد هالوژن ( به ویژه كلر و بروم) تسریع می گردد. این رادیكال ها به طور طبیعی وجود دارند، لیكن طی دهه های اخیر، غلظت آنها به واسطه فعالیت های صنعتی بشر، افزایش قابل ملاحظه ای یافته است. این امر موجب برهم زدن تعادل لایه ازون شده و منجربه كاهش تحمیلی غلظت ازون استراتوسفری گردیده است.

اهمیت ازون استراتوسفری:

ازون یكی از مهمترین گازهای جزئی در اتمسفر زمین می باشد. برخلاف ازون تروپوسفر، ازون در استراتوسفر نقش بسیار مهمی در حفظ حیات و وضعیت آب و هوایی كره زمین دارد. كاهش غلظت ستونی ازون كل در استراتوسفر، منجربه افزایش شدت خسارات وارده به سلول های حیاتی، ناشی از تابش تشعشعات فرابنفش UV-B به سطح كره زمین می گردد. علاوه بر آن، جرم مخصوص ازون نقش مهمی در كیفیت شیكیایی و دینامیكی اتمسفر زمین دارد. تغییرات در توزیع عمودی غلظت ازون، موجب تغییر در ساختار حرارتی و دینامیكی لایه های بالاتر اتمسفر می گردد.

تغییرات لایه ازون در استراتوسفر جهانی:

تعریف لایه ازون:

تشكیل ازون استراتوسفری به میلیاردها سال قبل، براثر تخریب و تشكیل مجدد مولكول های اكسیژن، توسط انرژی خورشیدی باز می گردد. این اكسیژن در واقع یك محصول رائد حاصل از انجام فرآیندهای تشكیل مواد آلی در گیاهان سبز توسط نور ( فتوسنتز) بوده است. امروزه غلظت طبیعی ازون استراتوسفری، طی فرآیندهای تعادل دینامیكی موجود میان تولید و تخریب ازون در اتمسفر، حفظ می شود. واكنش اخیر، با حضور مقادیر جزئی هیدروژن، نیتروژن و رادیكال های آزاد هالوژن ( به ویژه كلر و بروم) تسریع می گردد. این رادیكال ها به طور طبیعی وجود دارند، لیكن طی دهه های اخیر، غلظت آنها به واسطه فعالیت های صنعتی بشر، افزایش قابل ملاحظه ای یافته است. این امر موجب برهم زدن تعادل لایه ازون شده و منجربه كاهش تحمیلی غلظت ازون استراتوسفری گردیده است.

اهمیت ازون استراتوسفری:

ازون یكی از مهمترین گازهای جزئی در اتمسفر زمین می باشد. برخلاف ازون تروپوسفر، ازون در استراتوسفر نقش بسیار مهمی در حفظ حیات و وضعیت آب و هوایی كره زمین دارد. كاهش غلظت ستونی ازون كل در استراتوسفر، منجربه افزایش شدت خسارات وارده به سلول های حیاتی، ناشی از تابش تشعشعات فرابنفش UV-B به سطح كره زمین می گردد. علاوه بر آن، جرم مخصوص ازون نقش مهمی در كیفیت شیكیایی و دینامیكی اتمسفر زمین دارد. تغییرات در توزیع عمودی غلظت ازون، موجب تغییر در ساختار حرارتی و دینامیكی لایه های بالاتر اتمسفر می گردد.

تغییرات لایه ازون در استراتوسفر جهانی:

اندازه گیری های انجام شده طی سال های گذشته، نشان می دهدكاهش قابل ملاحظه ای در میزان غلظت ازون استراتوسفری، به ویژه در قطب جنوب به وجود آمده است. در برخی نقاط، بیش از 50 درصد غلظت ازون كل و بالغ بر 95 درصد غلظت ازون موجود در ارتفاعات 15 الی 20 كیلومتری از سطح زمین از بین رفته است. همچنین تقلیل قابل ملاحظه ای در میزان غلظت ازون در استراتوسفر، به ویژه در لایه های پایین تر آن، به وجود آمده كه این كاهش، عمدتا" در طول فصل زمستان رخ داده است. عمل اصلی از بین رفتن لایه ازون، افزایش غلظت محصولات صنعتی همچون كلروفلوئوروكربن هاCFCs و هالون ها در جو می باشد. مقادیر اضافی رادیكال های آزاد هالوژن، از هالو كربن ها، به ویژه CFCs و هالون ها تولید می گردند. این گازها ساخته دست بشر، به میزان وسیعی به عنوان سیال مبرد و به عنوان دمنده در ساختن انواع فوم ها، مواد محرك آئرسلی، حلال ها و مواد اطفاء حریق مورد استفاده قرار می گیرند. به طور كلی، اثر تخریبی تركیبات حاوی بروم و رادیكال های بروم، برای مولكول های ازون است كه انتشار آن به میزان قابل ملاحظه ای به دلیل فعالیت های صنعتی جامعه بشری می باشد. كاهش قابل توجه غلظت ازون استراتوسفری عمدتا" در عرض جغرافیایی بالا و میانه مشاهده گردیده است. میزان ازبین رفتن مولكول های ازون، بستگی به فصل سال و عرض جغرافیایی دارد. ازبین رفتن لایه ازون در فصل بهار و زمستان نسبت به فصل تابستانة با شدت بیشتری اتفاق افتاده است. علاوه بر آن، این اختلافات فصلی در نیمكره شمالی نسبت به نیمكره جنوبی بسیار مشهودتر است، اگرچه در حالت كلی ازبین رفتن لایه ازون در نیمكره جنوبی با شدت بیشتری مشاهده گردیده است.

تحلیل یك سری اندازه گیری های ثبت شده توسط ایستگاه های واقع در سایت های معین و ماهواره ای در مورد لایه ازون، طی چندین سال، نتایج زیر را به همراه داشته است:

غلظت ستونی ازون كل در نیمكره شمالی ( محدوده عرض جغرافیایی 30 الی 64 شمالی) به میزان 7/1 الی 3 درصد سال های 1969 الی 1986 كاهش یافته است. میزان متوسط تقلیل غلظت ازون كه عمدتا" در فصل زمستان رخ می دهد، 3/2 الی 2/6 درصد می باشد.

در لایه های بالاتر استراتوسفر، در ارتفاع حدود 40 كیلومتری از سطح زمین، غلظت ازون كل از سال 1979 تا كنون، به میزان 3 الی 9 درصد كاهش داشته و در همان دوره زمانی، درجه حرارت در استراتوسفر، در ارتفاع 45 الی 55 كیلومتری از سطح زمین، حدود 5/1 درجه سانتیگراد كاهش نشان می دهد.

از سال 1979 تا كنون، جرم مخصوص ( دانسیته) ستونی ازون كل، حدود 5 درصد در كلیه نقاط واقع بر روی عرض جغرافیایی 60 جنوبی تقلیل یافته است.

از اواسط  دهه 1970، لایه ازون در اتمسفر قطب جنوب، هرسال در ماه های سپتامبر و اكتبر با شتاب فزآینده ای كاهش یافته است.

میزان كاهش مشاهده شده در غلظت ازون در سال 1987، بیش از 50 درصد غلظت ستونی ازون كل و بیش از 95 درصد غلظت ازون در ارتفاع 15 الی 20 كیلومتری از سطح زمین می باشد. قسمتی از لایه ازون كه از كمترین غلظت برخوردار است، به عنوان حفره ازون شناخته می شود. این حفره بر فراز قطب جنوب و در فصل بهار ظاهر می گردد. میزان كاهش كلی غلظت ازون در این منطقه، بیش از 40 درصد بوده و از سال های 1970 تا كنون مشاهده گردیده است. پیدایش حفره ازون ناشی از فرآیندهای شیمیایی است كه در سطح ذرات تشكیل دهنده ابرهای استراتوسفری قطبی رخ می دهند. لازمه تشكیل ابرهای استراتوسفری قطبی، دمای پایین تر از 80-  درجه سانتیگراد است: این امر در قطب جنوب، با شدت بیشتری نسبت به قطب شمال اتفاق می افتد. باتابش نخستین اشعه های نور خورشید در فصل بهار، تشعشعات امواج فرابنفش منجر به تشكیل رادیكال های آزاد از طریق فرآیندهای تجزیه شیمیایی- نوری هالون ها و N2O شده واین امر نیز موجب تخریب كاتالیستی مولكول های ازون می گردد. ابعاد حفره ازون در حال گسترش است، در واقع میزان از بین رفتن لایه ازون طی سال های 1990 به شدت افزایش یافته است. اگرچه مقادیر كاهش لایه ازون در منطقه قطب شمال كمتر می باشد، مع الوصف در حال حاضر، روند تخریب لایه ازون در هر دو نیمكره بسیار پیشرفته است. تا كنون شناسایی یك حفره در قطب شمال، مشابه آنچه در لایه ازون منطقه قطب جنوب وجود دارد، میسر نگردیده، اما اطلاعات بدست آمده از ماهواره ها، در مورد غلظت ستونی ازون كل در نیمكره شمالی، همچنین اندازه گیری غلظت رادیكال های CLO  و OCLO ، نشانگر كاهشی خاص در غلظت ازون و بروز آشفتگی هایی در خصوصیات شیمیایی ازون در استراتوسفر، به ویژه در طول فصل زمستان قطب شمال بوده است. این آشفتگی ها، وسیعتر از آن است كه بتوان آن را توسط تئوری های موجود تفسیر نمود.

ازون استراتوسفری، همچون سپری، سطح زمین را در مقابل تشعشعات UV خورشیدی كه برای كلیه موجودات زنده و گیاهان مضر می باشند، محافظت می نماید. بنابراین انتظار می رود هرگونه كاهش در غلظت ازون استراتوسفری، همواره با افزایش تشعشعات UV درعرض های میانه در هر دو نیمكره باشد. در واقع افزایشی كه اخیرا" در میزان تشعشعات UV در سطح زمین مشاهده گردیده، به میزان 7 درصد در هر دهه، در كوه های آلپ سوئیس بوده است. ذكر این نكته ضروری است كه شدت تشعشعات UV كه به سطح زمین می رسند، بستگی به مقدار كلی توزیع گازهای جزئی معین در آئروسل های صنعتی، شرایط آب و هوایی همچون میزان متوسط پوشش ابری و ... دارد.

در برخی مناطق صنعتی نیمكره شمالی كه از آلودگی هوا در سطح بالایی برخوردارند، مقادیر كاهش اندكی در میزان تشعشعات UV مشاهده گردیده كه این امر به دلیل فرآیند پركنش توسط ائروسل ها و جذب توسط ازون تروپوسفری می باشد.

حذف CFCs و سایر هالو كربن ها، در سطح بین المللی، در پروتكل مونترال و اصلاحات و الحاقیه های لندن 1990 و كپنهاگ 1992 مورد توافق قرار گرفته است. مع الوصف، انتظار نمی رود كه غلظت ازون استاتوسفری تا نیم قرن بعدی، به سطح مقادیر عادی خود بازگردد. وضعیت اقلیمی و آب و هوایی، غالبا" تابعی از شرایط قسمت های پایین اتمسفر ( تروپوسفر) است. اما ارتباطات متعددی میان از بین رفتن لایه ازون در استراتوسفر و تغییرات آب و هوایی وجود دارد. این ارتباط شامل موارد زیر می باشد:

بسیاری از گازهای گلخانه ای GHGs ، به ویژه CFCs ، رادیكال هایی تولید می كنند كه از بین برنده ازون هستند ( ازون نیز یك گاز گلخانه ای است). از بین رفتن ازون، طی سال های 1994- 1974، منجر به سرد شدن بخش های پایین استراتوسفر در حدود 6/0 الی 75/0 در هر ده سال، در برخی قسمت ها گردیده است.

تغییرات درجه حرارت در لایه های پایین تر اتمسفر ممكن است بر فرآیند تشكیل ازون و رادیكال های نابود كننده مولكول های ازون و در نتیجه بر خصوصیات شیمیایی استراتوسفر و نیز موازنه كلی حرارتی اتمسفر تاثیر گذارد.

افزایش تشعشعات UV-B در لایه های پایین تر تروپوسفر، تولید آلاینده های اكسید كننده فتوشیمیایی، همچون ازون تروپوسفری را تحت تاثیر قرار می دهد و به واسطه افزایش تشكیل رادیكال های OH ممكن است غلظت متان در تروپوسفر را كاهش داده و با بالا بردن تولید اتم های سولفات از SO2 ، تشكیل ابرها را ( كه بخش عمده ای از انرژی خورشیدی ورودی به اتمسفر را منعكس می سازند) افزایش دهند.

میزان تشعشعات UV در سطح زمین، كه ابتدا توسط مقدار جذب UV در استراتوسفر تعیین می گردد، به واسطه وجود ابرها و آلودگی هوا در تروپوسفر، كاهش یافته و از آنجایی كه هر دو این عوامل وابسته به درجه حرارت می باشند، تغییرات آب و هوایی ممكن است مقدار تشعشعات UV را در سطح زمین، تحت تاثیر قرار دهد.

برخی از جنبه های تغییرات زیست محیطی جهانی، در رابطه با بهداشت جوامع انسانی می باشد و هرگونه تغییر در استاتوسفر و تروپوسفر، میزان بازدهی محصولات كشاورزی و انتقال بیماری های مسری را تحت تاثیر قرار می دهد. به عنوان مثال، افزایش تشعشعات UV-B و تاثیر سوء آن بر محصولات كشاورزی و میزان بازدهی آنها، تغییرات با دمای محیط و تاثیر آن بر فتوسنتز، حساسیت و آسیب پذیری گیاهان نسبت به بیماری هاو صدمات وارده توسط آفت ها را می توان نام برد.

توزیع متوسط غلظت ازون در اتمسفر، تابعی از ارتفاع، عرض جغرافیایی و فصل سال می باشد. این امر توسط فرآیندهای فتو شیمیایی و انتقالی تعیین می گردد.

ثبت تغییرات غلظت ازون و تعیین عوامل موثر بر آن، امری بسیار پیچیده و دشوار است. علاوه بر تغییرات كوتاه مدت در غلظت ازون كه تحت تاثیر شرایط غالب هوا شناسی در تروپوسفر و لایه های پایین تر استراتوسفر می باشند، تغییرات فصلی منظمی هم وجود دارند. این تغییرات توسط بادهای مداری استراتوسفری (QBO ) و یك سیكل 11 ساله، صورت می گیرد. علاوه بر آن، استراتوسفر تحت تاثیر سایر پدیده های طبیعی غیر منظم و گذرا، همچون طوفان های انسو (ENSO ) وانفجارات آتشفشانی نیز قرار می گید و تنها هنگامی كه این تغییرات سالانه طبیعی، تشخیص داده شده و تفكیك می گردند، تعیین روند تغییرات بلند مدت با استفاده از داده های ثبت شده، امكان پذیر خواهد بود. طی سال های اخیر، تقلیل غلظت ازون جهانی ناشی از فعالیت های جوامع بشری این نوسانات طبیعی را متوقف ساخته است. میزان غلظت لایه ازون توسط روش های اندازه گیری مختلفی، تعیین می شود. طیف نگارهای واقع در سایت های معین، میزان غلظت ازون موجود را با اندازه گیری مقدار تشعشعات فرابنفشی كه به سطح زمین می رسند، تعیین نموده و در محدوده های معینی، اطلاعات مربوط به توزیع عمودی لایه ازون را نیز فراهم می آورند. نتایج دقیق تر در مورد توزیع عمودی لایه ازون با استفاده از رادیو سوند ( بالون های ماوراء جو) و ابزارهای اندازه گیری نصب شده درون موشك ها و همچنین واحدهای LASER و اطلاعات مربوط به غلظت ازون جهانی توسط ماهواره ها نیز قابل دستیابی می باشند.

تغییرات فصلی لایه ازون:

تحلیل های انجام شده توسط OTP  نشان می دهند، میزان تقلیل غلظت ازون در ارتفاعات و فصول مختلف، متفاوت می باشد. طی سال های 1969 الی 1986 غلظت ستونی ازون كل، به میزان 7/1 الی 3 درصد در منطقه عرض جغرافیایی 30 الی 64 شمالی ازبین رفته است. این امر به ویژه در ماه های فصل زمستان مشهود بوده و برای یك دوره زمانی متوسط از ماه دسامبر تا مارس به میزان 3/2 الی 2/6 درصد می باشد. طی ماه های فصل تابستان، میزان تغییرات ازون 4/0+ الی 1/2- درصد است. در این حالت، اطلاعات به دست آمده، یك دوره زمانی متوسط از ماه ژوئن الی آگوست را دربر می گیرد كه طی سال های مختلف با استفاده از اندازه گیری های دابسن، امكان تحلیل دو سیكل خورشیدی متوالی، هریك به مدت 11 سال را فراهم می آورد.

چنانچه ایستگاه های اندازه گیری در منطقه عرض جغرافیایی N60 جهت انجام تحلیل دقیق غلظت ستونی ازون كل موجود نباشد، اطلاعات حاضر، نشانگر كاهش غلظت ازون در همان حدود، مشلبه مقادیر مشاهده شده در منطقه عرض جغرافیایی 53 و 64 شمالی می باشند. تفاوت های محلی در میزان كاهش غلظت ازون كل را می توان با تقلیل ازون در استراتوسفر نیمكره جنوبی و افزایش غلظت ازون تروپوسفری در نیمكره شمالی توضیح داد.

                                                             مؤلف: دكتر مجید عباس پور

                                                            منبع: لایه ازون و محیط زیست



نوع مطلب : هوا کــــــــــره 

داغ کن - کلوب دات کام
نظرات() 
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.




Admin Logo
themebox Logo