حفاظت از لایه ازن حفاظت از حیات است

به بهانه روز جهانی ازن

سال ۶۶، ۲۴ کشور، پروتکل مونترال را امضا کردند. ایران در سال ۶۸ به طور همزمان عضویت کنوانسیون وین و پروتکل مونترال را پذیرفت.

در سال ۷۶ اصلاحیه های آن نیز به تائید مجلس شورای اسلامی رسید. این پروتکل درباره مواد کاهنده ازن است و شیوه های اجرایی برای کاهش تدریجی تا حذف کامل تولید و مصرف مواد کاهنده ازن را در دستور کار خود دارد. پروتکل مونترال، سند مهم سازمان ملل در زمینه حفاظت از محیط زیست بین المللی است. مجمع عمومی به منظور اجرایی شدن اهداف و دستاوردهای این پروتکل تصمیم گرفت شانزدهم سپتامبر (بیست و پنجم شهریور) هر سال را به نام روز حفاظت از لایه ازن نامگذاری کند.

● لایه ازن

ازن یک ترکیب سه اتمی اکسیژن است که در آن سه اتم اکسیژن در وحدتی ناپایدار قرار می گیرند. در حالت عادی اکسیژن مولکولی دو اتمی است. اتم اضافه ازن با جذب انرژی اشعه ماوراء بنفش نور خورشید جدا شده و هر دو مولکول ازن به سه مولکول اکسیژن تبدیل می شود. ازن یک اکسید کننده قوی است که قابلیت ترکیب با بسیاری از مواد مختلف در جو را دارد. در لایه های پایین جو و در ارتفاع تنفسی انسان، ازن آلاینده ای محسوب می شود که بر اثر واکنش های فتوشیمیایی در شرایط وجود نور خورشید، اکسیدهای ازت، هیدروکربن ها و اکسیژن دو اتمی به وجود می آید، اما ازن استراتوسفری همچون سپری جلوی صدمات تابش های فرابنفش را می گیرد. لایه محافظ ازن در ارتفاع بین ۲۰ تا ۳۰ کیلومتر بالای سطح زمین تشکیل شده است. تقریبا ۹۰ درصد از ازن جو زمین در لایه استراتوسفر وجود دارد. لایه ازن با جذب طول موج ها تشعشعات ماوراء بنفش از زمین را محافظت می کند. این طول موج ها در صورت رسیدن به زمین جذب اسیدهای نوکلئیک می شود و بنابراین برای حیات مضر است. در شرایط طبیعی بالاترین تراکم ازن در نواحی قطب و پایین ترین آن در نزدیک استوا دیده می شود. شاید به نظر برسد چون ازن لایه سپری به وسیله خورشید به وجود می آید، پس تراکم آن هم باید در استوا بیشتر باشد، اما الگوهای چرخشی چنین روندی را تغییر می دهد.

● تخریب لایه ازن

تشعشعات ماوراء بنفش، هم در ایجاد لایه ازن استراتوسفری و هم در ترکیب آن نقش دارد. ازن ترکیب ناپایداری است که می تواند مولکول اکسیژن اضافی خود را به سرعت با کلر، برم یا ازت ترکیب کند. منشا این ترکیبات از زمین و بیشتر از فعالیت های انسانی است. یکی از مساله سازترین ترکیباتی که در تخریب لایه ازن نقش دارد، ‍CFC s یا همان گازهای مبرد مورد استفاده در یخچال ها یا اسپری های مختلف است. این ترکیبات اکنون ممنوعیت گسترده ای پیدا کرده ، اما بیشتر در یخچال ها، حلال های پاک کننده، دستگاه های تهویه مطبوع و... مورد استفاده قرار می گرفتند. فرضیه تخلیه لایه ازن برای نخستین بار در سال ۱۹۷۴ مطرح شد. ممنوعیت استفاده از ترکیبات تخریب کننده لایه ازن نیز از اواخر همین دهه آغاز شد و تاکنون گام های مثبتی برداشته که البته کافی نیست.

مطالعات اولیه در زمینه نقش ترکیبات شیمیایی لایه ازن زیربنای توافقنامه های بین المللی متعددی شد که از نمونه های آن می توان به پروتکل در سال ۱۹۸۷ اشاره کرد. موفقیت اجرایی چنین طرح هایی کم نبوده است. کاهش لایه ازن برای نخستین بار در قطب جنوب و البته با تاخیر گزارش شد. از سال ۱۹۷۹ به بعد در هر بهار دامنه تخریب بیشتر شده، دامنه پیامدها به دلیل واکنش های شیمیایی ناشی از تابش نور هیچ گاه به طور دقیق مشخص نشده است. در سال ۱۹۸۸ گزارش های علمی ثابت کرد تخریب لایه ازن نه تنها در قطب، بلکه در سراسر کره زمین رخ داده است. جالب اینجاست که دانشمندان تا مدت ها درباره فرضیات اساسی تخریب لایه ازن شک داشتند تا آن که دانشمندان موسسه هواشناسی کارلزروهه در سال ۲۰۱۰ برای اولین بار با استفاده از امواج مادون قرمز تاثیر دی مر ناپایدار منواکسید کلر را در اواخر زمستان قطب شمال مورد بررسی قرار دادند. این ترکیب شیمیایی نقش مهمی در تخریب لایه ازن استراتوسفری به عهده دارد. پس از بالا آمدن خورشید در قطب این دی مر ناپایدار به سرعت به شکل اتم کلر ظاهر می شود و همچون کاتالیزوری تخریب لایه ازن را سرعت می بخشد. ابعاد تجزیه دی مر منواکسید کلر بستگی به امواج کوتاه حاصل از نور خورشید دارد.

پروسه های تخریب لایه ازن تا آن زمان از نقاط تردید برخی دانشمندان بود. آنها تاثیر نور خورشید را در تجزیه دی مر منواکسید کلر خیلی کمتر از دیگر موارد می دانستند، اما یافته های موسسه کارلزروهه این تردیدها را منتفی دانست. دانشمندان موسسه کارلزروهه در ارتفاع بیش از ۲۰ کیلومتری شمال اسکاندیناوی از اسپکترومتر مادون قرمز استفاده کردند و در عمل فرضیاتی را که درباره تخریب لایه ازن وجود داشت، تائید کردند. هرچند که حتی از مدت ها پیش دلیلی برای انکار آن وجود نداشت.

● پیامدهای تخریب لایه ازن

از پیامدهای منفی تخریب لایه ازن می توان به مواردی نظیر افزایش احتمال ابتلا به سرطان های پوستی، تار شدن عدسی چشم یا آب مروارید، کاهش مقاومت بدن در برابر بیماری های عفونی، کاهش فتوسنتز، کاهش باروری فیتوپلانکتون ها (زیربناهای حیات دریایی) و چند مورد دیگر اشاره کرد.

● تاثیرات گرمایش جهانی

چنانچه پیشتر ذکر شد، ازن موجود در لایه های پایین جو یک آلاینده است که هم به انسان ها و هم به گیاهان آسیب وارد می کند. آب و هوا همان شرایط جوی ظرف مدت زمانی کوتاه است، اما اقلیم چگونگی عملکرد جو را در مدت زمانی نسبتا طولانی نشان می دهد. هم آب و هوا و هم اقلیم تاثیر مهمی در میزان آسیبی دارند که ازن لایه های پایین جو می تواند بر موجودات زنده وارد کند. پژوهشگران دانشگاه گوتنبرگ در تابستان دو سال پیش اعلام کردند تغییرات اقلیمی ظرفیت آن را دارد که آشکارا گیاهان شمال و مرکز قاره اروپا را تا اواخر این قرن در معرض خطر غیرقابل جبران قرار دهد. آنها معتقدند گرمایش جهانی باعث تغییر جریانات جوی می شود و به این واسطه ازن بیشتری از بخش جو به بخش های زیرین تراوش می کند.

تغییر میزان توزیع ازن در بخش های فوقانی جو مشکلی جدی است؛ چرا که نتیجه آن چیزی بجز تغییر در میزان امواج ماوراءبنفشی که در میان فصل بهار و تابستان به سطح زمین راه پیدا می کند، نیست. برآوردها حاکی از آن است که ادامه این روند میزان امواج ماوراءبنفش را تا اواخر قرن حاضر در عرض های جغرافیایی ۹ درصد افزایش خواهد داد و این فاجعه ای برای سلامت انسان ها و گیاهان است.

● تخریب لایه ازن و افزایش خطر سرطان

دهه هاست دانشمندان می دانند تغییرات اقلیمی ظرفیت آن را دارد که اثرات مخربی در سطح جهانی ایجاد کنند، اما تابستان سال گذشته پژوهشگران دانشگاه هاروارد مدارکی را منتشر کردند مبنی بر آن که تغییرات اقلیمی روی سلامت انسان ها نیز تاثیرگذار است. جیمز جی، اندرسون و پروفسور فیلیپ اس. ولد که مسئولیت این تحقیق را بر عهده داشتند، هشدار می دهند ارتباطی میان تغییرات اقلیمی و تهی شدن لایه ازن بر فراز کشور آمریکا کشف شده که می تواند به رسیدن امواج فرابنفش بیشتری به سطح زمین منجر شود. شیوع سرطان پوست نیز بدون هیچ تردیدی از عواقب رسیدن امواج فرابنفش است. پروفسور اندرسون و همکارانش با استفاده از مکانیسمی خاص و با شدت هر چه تمام تر بخار آب را به بخش استراتوسفر جو تزریق کردند. این عمل باعث شد ترکیبات پایدار کلر و برم به رادیکال های آزاد تبدیل شوند. چنانچه پیشتر ذکر شد رادیکال های آزاد کلر و برم توانایی تخریب لایه ازن را دارند. مکانیسمی که تیم پروفسور اندرسون به کار بسته در عمل شبیه عملکرد طوفان های شدید است. تعداد و شدت چنین طوفان هایی بستگی به تغییرات اقلیمی دارد. شدت تغییرات اقلیمی قطعا باعث تخریب هر چه بیشتر ازن می شود. این برای نخستین بار است که تحقیقی توانسته رابطه میان تغییرات اقلیمی و تخریب لایه ازن را اثبات کند.

● تازه ها درباره ازن

تحقیقات نشان می دهد ابرهای استراتوسفری قطبی باعث تخریب ازن سپهری می شوند. این ابرها در حقیقت میدان جنگ را برای ترکیبات کلروفلوروکربن CFC که ساخته دست بشر است فراهم می کنند، تحت این شرایط تخریب لایه ازن امکان پذیر خواهد شد. ابرهای استراتوسفری زمانی شکل می گیرد که قالب های خوشه ای آب یخ زده دیگر مولکول های جو نظیر متان، نیتروژن اکسید یا مولکول های آب را گرد هم می آورد. این پدیده همچون زمانی است که یک گلوله برف در زمین غلتانده می شود تا حجمش بزرگ تر و بزرگ تر شود. شناخت پروسه های شیمیایی تخریب لایه ازن به ظاهر ساده، اما در حقیقت موضوع پیچیده ای است. سال گذشته در مجله فیزیک و شیمی ای آی پی تحقیقی چاپ شد که فرآیندهای شیمیایی اتمسفری را در ابرهای استراتوسفری قطبی تشریح کرد. پیشتر گفته شده بود سطح متقاطع ابرهای استراتوسفری باعث جذب مولکول های کاهنده می شود، اما تحقیقات اخیر نشان داده این ابرهاست که همچون مهاجمی زمینه تخریب را فراهم می سازد. درست است که بسیاری از مسائل درباره لایه ازن گفته شده، اما هنوز ناگفته های زیادی وجود دارد که می تواند حل بحران را ساده تر کند.

فرناز حیدری