محتويات
خطوات تكون الأوزون بطريقة صحيحة :
- تتعرض ذرات الأكسجين O2 الموجودة في طبقة الستراتوسفير في الغلاف الجوي.
- يتحلل الأكسجين الجوي عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ذات الطاقة العالية إلى ذرات أكسجين O منفردة.
- تتحد ذرات الأكسجين مع جزيئات غاز الأكسجين المنفردة لتكوين جزيئات الأوزون O3.
ما هو الأوزون
الأوزون عبارة عن غاز أزرق شاحب يعمل كدرع وقائي ضد الأشعة فوق البنفسجية الضارة التي تأتي من الشمس ، ويسمى ايضاً ثلاثي الأكسجين بسبب وجود ثلاثة جزيئات أكسجين وغالبًا ما يشار إليه باسم (O3) ، وهو عبارة عن طبقة رقيقة جدًا تحمي الأرض عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية القوية بشكل فعال ، كما توفر الحماية للإنسان على وجه الأرض.
صفات الأوزون
- الأوزون يشبه إلى حد ما جزيء الأكسجين ولكنه يختلف تمامًا بسبب وجود ذرة أكسجين إضافية.
- يحتوي على ثلاث ذرات أكسجين سالبة الشحنة ويمتلك بنية جزيئية منحنية قليلاً.
- الأوزون أو 3 عبارة عن مركب غير مستقر يمكنه بسهولة أن يتخلص من ذرة الأكسجين الإضافية ويتحول إلى O2 الأصلي أو الأكسجين.
- يتكون على مرحلتين يتم إنتاج ذرات الأكسجين في بسبب تحلل الأكسجين الضوئي تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وبعد ذلك يتكون جزيء الأوزون من خلال التفاعل بين الأكسجين الذري عالي التفاعل والأكسجين الجزيئي.
- يتم استخدامه كمؤكسد قوي عند معالجة المياه.
طرق تكوين الأوزون
يمكن أن يتكون الأوزون بشكل طبيعي في منطقتين من الغلاف الجوي أحداهما هي طبقة الستراتوسفير السفلى والأخرى هي طبقة التروبوسفير على مستوى الأرض ، بالإضافة لذلك يمكن تكوينة بشكل صناعي من خلال استخدام آلة مولد الأوزون وسوف نناقش هذه الطرق فيما يلي:
تكوين الأوزون في طبقة الستراتوسفير
كما ذكرنا في خطوات تكون الأوزون بطريقة صحيحة بالترتيب أعلي المقال ، يتكون من خلال عدة تفاعلات بين جزيئات الأكسجين والأشعة فوق البنفسجية ، والجدير بالذكر أن تركيز أوزون الستراتوسفير أعلى بكثير من تركيز أوزون التروبوسفير ، ويشكل حوالي 21٪ من الغلاف الجوي.
يكون تكوين الأوزون أعلى في الستراتوسفير المداري ، والذي يقدر بما يتراوح بين 18 و 36 كيلومترًا فوق سطح الأرض ، ويستمر أوزون الستراتوسفير في التكوين والهدم بشكل متكرر وتسمى هذه العملية دورة تشابمان ، والتي تتضمن المراحل المتسلسلة التالية:
التحلل الضوئي للأكسجين: إنها الخطوة الأولى التي تتضمن طول موجي قصير (240 و 160 نانومتر) من الأشعة فوق البنفسجية، والتي تحلل الأكسجين الجزيئي (O2) إلى جزيئين من الأكسجين الذري (O).
تفاعل ذرات الأكسجين مع جزيء الأكسجين : هي المرحلة الثانية التي ينتج عنها دمج كل أكسجين ذري شديد التفاعل مع الأكسجين الجزيئي لتوليد الأوزون (O3).
تفكك الأوزون : في النهاية يحدث تحلل لمركب الأوزون مرة أخرى إلى ذرة أكسجين عالية التفاعل وجزيء أكسجين واحد تحت وجود الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ، وتتكرر هذه التفاعلات مرة اخرى ، أي أن الأوزون يتولد باستمرار وينفصل في منطقة الستراتوسفير.
يساعد الأوزون المتكون في طبقة الستراتوسفير على حماية الأرض من الأشعة البنفسجية ، كما يحدث تفاعلات بين الأوزون وبعض المواد الكيميائية التي يتم إنتاجها على الأرض.
تكوين الأوزون في طبقة التروبوسفير
يطلق على الأوزون المتكون في طبقة التروبوسفير الأوزون الأرضي ، ويتكون من الغازات الطبيعية والملوثات الغازية الموجودة في الغلاف الجوي مثل الهيدروكربونات وغازات أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون وجذور الهيدروكسيل وما إلى ذلك ، ويوجد كمية قليلة من الأوزون على مستوى الأرض تنتج من خلال التربة ولا تسبب أي ضرر للإنسان.
تتراكم الغازات المنبعثة من السيارات والمصانع والتي تساهم في انطلاق غازات الاحتباس الحراري في طبقة التروبوسفير من الغلاف الجوي ، والتي تتفاعل بعد ذلك مع الحرارة أو ضوء الشمس فوق البنفسجي وتصبح ضارة بالإنسان والأرض، وتتحد المركبات مثل المركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكربون مع أوزون التروبوسفير مما يؤدي إلى استنفاد طبقة الأوزون.
ويتم تكوين أكاسيد النيتروجين أو أكاسيد النيتروجين في الغالب عن طريق الاحتراق بدرجة حرارة عالية مثل محطات الطاقة والمفاعلات النووية ، لذلك يعد الأوزون الموجود على سطح الأرض مواد ضارة بالصحة ، فهو عبارة عن ملوث هواء سام يمكن أن يتسبب في حدوث تلف للغطاء النباتي ، والآثار الصحية الضارة مثل اضطرابات الجهاز التنفسي ، ويبلغ تركيز أوزون التروبوسفير حوالي 10٪ من إجمالي الغلاف الجوي.
تكوين الأوزون عن طريق جهاز الأوزون
يتم تكوين الأوزون بشكل صناعي من خلال استخدام الجهد العالي والأشعة فوق البنفسجية التي تعمل على تحليل جزيء الأكسجين O2 لإنتاج ذرات اكسجين منفردة O ، وبعد ذلك يتم اتحاد الأكسجين O مع الأكسجين الجوي لتوليد الأوزون وهي تشبه إلى حد كبير خطوات تكون الأوزون بطريقة صحيحة بالترتيب .[1]
أسباب ثقب طبقة الأوزون
ترتبط العديد من الأسباب باستنفاد طبقة الأوزون ، وهي مشكلة خطيرة فيما يلي قائمة بأسباب حدوث هذه الظاهرة:
مركبات الكلوروفلوروكربون: العامل الأساسي الذي يؤدي إلى حدوث تلف في طبقة الأوزون هو مركبات الكربون الكلورية فلورية أو مركبات الكربون الكلورية فلورية ، وتوجد هذه المركبات في كل من المذيبات ورذاذ البخاخات والثلاجات ومكيفات الهواء وغيرها من الأجهزة.
ويحدث تحلل لهذه المركبات من خلال الأشعة فوق البنفسجية على في الستراتوسفير وتطلق ذرات الكلور نتيجة لذلك ، يحدث تلف للأوزون عندما تتفاعل هذه الذرات معه.
إطلاق الصواريخ بدون تنظيم: أكدت بعض الدراسات أنه يحدث تلف إلي طبقة الأوزون بسرعة أكبر من خلال إطلاق الصواريخ غير المنضبط مقارنةً بمركبات الكربون الكلورية فلورية.
المواد النيتروجينية: المواد النيتروجينية NO2 و NO و N2O هي المسؤولة إلى حد كبير عن انخفاض سمك هذه المادة.
العوامل الطبيعية: تم اكتشاف أن بعض العمليات الطبيعية مثل التوهجات الشمسية ورياح الستراتوسفير تؤدي إلى تدهور طبقة الأوزون ، ولكن هذه العوامل له تأثير بسيط على طبقة الأوزون والجدير بالذكر أن الانفجارات البركانية لها دور أيضًا في تلف هذه الطبقة.
آثار ثقب طبقة الأوزون
يتسبب هذا الثقب في عدد من التأثيرات السلبية على كل من الإنسان والحيوانات والبيئة والحياة البحرية وفيما يلي شرح لذلك:
التأثيرات على صحة الإنسان: بسبب ضعف طبقة الأوزون ، يتعرض البشر إلى اشعة الشمس فوق البنفسجية الخطيرة ، قد يعاني البشر من مشاكل صحية خطيرة نتيجة هذه الأشعة ومن ضمنها الأمراض الجلدية والسرطان وحروق الشمس وإعتام عدسة العين والشيخوخة السريعة وضعف جهاز المناعة.
التأثير على الحيوانات: الحيوانات التي تتعرض مباشرة للأشعة فوق البنفسجية تصاب بسرطان الجلد والعين.
التأثيرات البيئية: قد تمنع الأشعة فوق البنفسجية القوية النباتات من النمو أو التفتح أو القيام بعملية التمثيل الضوئي، يجب أيضًا أن تتحمل الغابات الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية.
التأثيرات على الحياة البحرية: تتأثر العوالق بشكل كبير بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية الضارة، هذه أعلى في سلسلة الغذاء المائية إذا تم تدمير العوالق فإن الكائنات الحية الموجودة في السلسلة الغذائية تتأثر أيضًا.[2]
