طبقة الأوزون

english ozone layer

ملخص

  • طبقة في الستراتوسفير (حوالي 20 ميلًا) تحتوي على تركيز من الأوزون يكفي لمنع معظم الأشعة فوق البنفسجية من الشمس

نظرة عامة

طبقة الأوزون أو درع الأوزون هي منطقة من طبقة الستراتوسفير للأرض تمتص معظم أشعة الشمس فوق البنفسجية. أنه يحتوي على تركيزات عالية من الأوزون (O3) فيما يتعلق بأجزاء أخرى من الغلاف الجوي ، على الرغم من أنها لا تزال صغيرة بالنسبة للغازات الأخرى في الستراتوسفير. تحتوي طبقة الأوزون على أقل من 10 أجزاء لكل مليون من الأوزون ، بينما يبلغ متوسط تركيز الأوزون في الغلاف الجوي للأرض ككل حوالي 0.3 جزءًا في المليون. توجد طبقة الأوزون بشكل أساسي في الجزء السفلي من الستراتوسفير ، من حوالي 20 إلى 30 كيلومتراً (12 إلى 19 ميل) فوق الأرض ، على الرغم من أن سمكها يختلف موسميًا وجغرافيًا.
تم اكتشاف طبقة الأوزون في عام 1913 من قبل الفيزيائيين الفرنسيين تشارلز فابري وهنري بويسون. أظهرت قياسات الشمس أن الإشعاعات المرسلة من سطحها والوصول إلى الأرض على الأرض تتفق عادة مع طيف الجسم الأسود مع درجة حرارة تتراوح بين 5500-6000 كلفن (5،227 إلى 5،727 درجة مئوية) ، باستثناء ذلك لم يكن هناك أي إشعاع أقل من الطول الموجي حوالي 310 نانومتر في نهاية الأشعة فوق البنفسجية من الطيف. تم استنتاج أن الإشعاع المفقود يتم امتصاصه من قبل شيء في الغلاف الجوي. في نهاية المطاف ، كان طيف الإشعاع المفقود يقابل مادة كيميائية واحدة معروفة هي الأوزون. تم استكشاف خصائصه بالتفصيل بواسطة عالم الأرصاد الجوية البريطاني جي إم بي دوبسون ، الذي طور مقياس طيفي بسيط (مقياس دوبسونميتر) والذي يمكن استخدامه لقياس الأوزون في الستراتوسفير من الأرض. بين عامي 1928 و 1958 ، أنشأت دوبسون شبكة عالمية من محطات مراقبة الأوزون ، والتي لا تزال تعمل حتى يومنا هذا. تم تسمية "وحدة دوبسون" ، وهي مقياس مناسب لكمية الأوزون العلوي ، على شرفه.
تمتص طبقة الأوزون 97 إلى 99 في المائة من ضوء الشمس فوق البنفسجي متوسط التردد (من حوالي 200 نانومتر إلى الطول الموجي 315 نانومتر) ، مما قد يؤدي إلى تلف أشكال الحياة المكشوفة بالقرب من السطح.
في عام 1976 ، كشفت الأبحاث الجوية أن طبقة الأوزون يجري استنفادها بواسطة المواد الكيميائية الصادرة عن الصناعة ، وخاصة مركبات الكربون الكلورية فلورية. أدت المخاوف من أن زيادة الأشعة فوق البنفسجية بسبب استنفاد طبقة الأوزون التي تهدد الحياة على الأرض إلى حظر المواد الكيميائية ، وآخر دليل على أن استنفاد الأوزون قد تباطأ أو توقف. حددت الجمعية العامة للأمم المتحدة يوم 16 سبتمبر اليوم الدولي للحفاظ على طبقة الأوزون.
تمتلك كوكب الزهرة أيضًا طبقة رقيقة من الأوزون على ارتفاع 100 كيلومتر من سطح الكوكب.

منطقة بها الكثير من الأوزون في الهواء. تم اكتشافه بشكل مستقل بين عامي 1880 و 82 بواسطة Chapuy MJChappuis (فرنسا) وهارتلي WNHartley (أيرلندا). يتم توزيعها على سمك حوالي 20 كم ، مع التركيز على ارتفاع 20 كم إلى 25 كم. عند الكثافة القريبة من المركز حوالي 5 × 10 1 2 جزيء · cm⁻ 3 ، يبلغ إجمالي كمية عمود الهواء الرأسي 8 × 10 1 8 جزيئًا · cm⁻ 2 (0 ℃ ، الموافق لسمك 0.3 سم في 1 صراف آلي) هو. يمتص الأوزون بقوة الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يتراوح من 200 إلى 300 نانومتر ، ويمنع الأشعة فوق البنفسجية الشمسية التي تكسر الأحماض النووية في الخلايا الحية من الدخول إلى الأرض. لذلك ، لا غنى عن طبقة الأوزون لبقاء الكائنات البرية.

تأثير التدريع فوق البنفسجي لطبقة الأوزون غير مكتمل على جانب الطول الموجي الطويل من حوالي 300 نانومتر ، وتتسرب الأشعة فوق البنفسجية الشمسية (نطاق الطول الموجي 305 ± 10 نانومتر) إلى الأرض قليلاً. هذه الأشعة فوق البنفسجية ، التي تسمى أيضًا UV-B ، تلحق الضرر بالوظائف البيولوجية ، لكن الكائنات البرية اكتسبت وظائف وقائية مختلفة في عملية التطور. نظرًا لأن التشعيع الأرضي للأشعة فوق البنفسجية - باء حساس للتقلبات في الأوزون (معدل التغير هو ضعف الحجم تقريبًا) ، فإن التقلبات طويلة الأجل في الأوزون هي عوامل بيئية مهمة بالنسبة للكائنات الأرضية.

يتكون الأوزون O 3 في الغلاف الجوي عن طريق الجمع بين ذرات الأكسجين O وجزيئات الأكسجين O 2 . في طبقة الأوزون ، يتم تصنيع ذرات الأكسجين هذه من جزيئات الأكسجين ، والتي تعد المكونات الرئيسية للغلاف الجوي ، من خلال عمل تفكك الأشعة فوق البنفسجية الشمسية (أجزاء عالية الطاقة بطول موجة يبلغ 242 نانومتر أو أقل). نظرًا لأن جزيئات الأكسجين الموجودة في الغلاف الجوي للأرض تنتجها كائنات التمثيل الضوئي ، يمكن القول أن طبقة الأوزون تم إنشاؤها بواسطة الكائن الحي نفسه. طوال تاريخ الأرض ، يتفاعل صعود وسقوط طبقة الأوزون مع التطور البيولوجي. في المراحل المبكرة التي كانت فيها طبقة الأوزون سيئة وكان تأثير الحماية من الأشعة فوق البنفسجية ضعيفًا ، يمكن أن تعيش الكائنات الحية فقط في الماء. ظهرت الكائنات الحية التي تؤدي عملية التمثيل الضوئي في الماء ، وزادت تدريجيا تركيز جزيئات الأكسجين في الغلاف الجوي. وهكذا ، في منتصف العصر الحجري القديم (حوالي 400 مليون سنة) ، أصبح تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي حوالي 1/100 من المستوى الحالي ، مما أدى إلى إنشاء طبقة الأوزون مع نفس المستوى من تأثير التدريع للأشعة فوق البنفسجية الحاضر ، والكائنات الحية على الأرض. يفترض أنه تم التوصية به. من هذا المنطلق ، يمكننا أن نفهم أن طبقة الأوزون فريدة من نوعها في الغلاف الجوي للأرض ، ولا توجد على كواكب أخرى.

يتحلل الأوزون بسرعة بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ، لكن ذرات الأكسجين المتولدة في هذا الوقت تجدد الأوزون ، لذلك ليس هناك خسارة صافية للأوزون أثناء عملية التحلل هذه. أحد التفاعلات التي تؤدي إلى اختفاء الأوزون هي التفاعل بين ذرات الأوزون والأكسجين. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الغازات مثل أكسيد الهيدروجين وأكسيد النيتروجين وأكسيد الكلور الموجودة بكميات دقيقة في الغلاف الجوي تشكل دورة تفاعلية تحفيزية تدمر الأوزون بشكل فعال. يتفاعل رد فعل توليد الأوزون في النهاية مع تفاعلات الاختفاء هذه ، ويتم الحفاظ على طبقة الأوزون المستقرة. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، أكاسيد النيتروجين المنبعثة من الطائرات الأسرع من الصوت ، كلوريد الكربون (وتسمى أيضا مركبات الكربون الكلورية فلورية) مثل الكلوروفلوروميثان ، والتي تستخدم في علب الرش والثلاجات وتجاهل في الغلاف الجوي ، عززت رد فعل القضاء على الأوزون. هناك قلق من أن طبقة الأوزون قد تتآكل. عندما ينخفض مستوى الأوزون بمرور الوقت ، تزداد الإصابة بسرطان الجلد عن طريق زيادة تشعيع الأرض بالأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى خفض غلة المحاصيل ، من المتوقع أن يكون لها تأثيرات مختلفة على النظام البيئي.

تتغير طبقة الأوزون من موسم إلى آخر. تختلف طريقة هذا التغيير باختلاف الموقع على الأرض ، وتتميز بشكل خاص بالتغيرات في خطوط الطول والعرض. يتم نقل الكثير من الأوزون الناتج في خط العرض المنخفض فوق الشمس إلى خط العرض العالي بحركة الهواء. لهذا السبب ، تكون كمية الأوزون أعلى في مناطق خطوط العرض الأعلى من خطوط العرض الأدنى ، وفي هذا الموسم يكون الحد الأقصى في فصل الربيع والحد الأدنى في فصل الخريف. هذه التقلبات ناتجة عن تحركات هائلة في الغلاف الجوي. من ناحية أخرى ، فإن طاقة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية التي تمتصها طبقة الأوزون هي عامل رئيسي في تكوين طبقة الستراتوسفير كمصدر للحرارة لتسخين الغلاف الجوي. في الوقت نفسه ، فإنه يسبب أيضا حركة واسعة النطاق للغلاف الجوي. ذات صلة وثيقة. ترتبط الحركات الواسعة النطاق للغلاف الجوي بالمناخ العالمي. بالإضافة إلى ذلك ، يمتص الأوزون بقوة ويصدر أشعة تحت الحمراء ، لذلك يؤثر على الإشعاع الحراري للغلاف الجوي. من هذه النقاط ، تعد طبقة الأوزون مهمة كعامل يؤثر على المناخ.
توشيو أوغاوا

معاهدة حماية طبقة الأوزون

استنادا إلى "اتفاقية فيينا لحماية طبقة الأوزون" لعام 1985 و "بروتوكول مونتريال بشأن المواد المستنفدة لطبقة الأوزون" المعتمد في عام 1985 ، بعد عدة اجتماعات للأطراف في البروتوكول ، تم وضع لوائح مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية والهالونات تقويتها. في اليابان ، في مارس 1988 ، سُن القانون المتعلق بحماية طبقة الأوزون بموجب اللوائح المتعلقة بمواد معينة (والتي يُشار إليها اختصارًا باسم قانون حماية طبقة الأوزون) كقانون تنفيذ وطني لاتفاقية فيينا وبروتوكول مونتريال.
قسم التحرير

خاصة على ارتفاع حوالي 25 كم الغلاف الجوي الذي يحتوي على الكثير من الأوزون في نفس منطقة الستراتوسفير . لا تصل الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ذات الطول الموجي 240 نانومتر أو أقل إلى الأرض ، ويتم امتصاصها أساسًا بواسطة الأكسجين في الطبقة العليا من الستراتوسفير وتتحلل الأكسجين في وقت واحد لإنتاج الأوزون. بما أن الأوزون يمتص الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ويتم تسخينها ، فإن درجة الحرارة أعلى من 50 كم لكل مسافة تزيد على 50 كم. يتم حمل الأوزون الناتج إلى طبقة الستراتوسفير السفلى لتشكيل طبقة الأوزون. → ثقب الأوزون
→ البنود ذات الصلة الأوزون | تدمير طبقة الأوزون | معاهدة حماية طبقة الأوزون | السلام الأخضر | ضوء الأشعة فوق البنفسجية | الأرض من 2000 سنة | الجو | تلوث الهواء | قانون علاج الغلاف الجوي | مرفق البيئة العالمية | الفريون | قطع الأشعة فوق البنفسجية المنتج