האוזונוספרה היא השכבה באטמוספירה של הפלנטה שלנו שחוסמת את החלק הקשה ביותר של הספקטרום האולטרה-סגול. לסוגים מסוימים של אור שמש יש השפעה מזיקה על אורגניזמים חיים. מעת לעת, האוזונוספרה נעשית דקה יותר, מופיעים בה פערים בגדלים שונים. קרניים מסוכנות יכולות לחדור בחופשיות דרך החורים שהופיעו על פני כדור הארץ. היכן ממוקמת שכבת האוזון? מה ניתן לעשות כדי להציל אותו? המאמר המוצע מוקדש לדיון בבעיות אלו של הגיאוגרפיה והאקולוגיה של כדור הארץ.
מהו אוזון?
חמצן על פני כדור הארץ קיים בצורה של שתי תרכובות גזי פשוטות, הוא חלק ממים ומספר רב מאוד של חומרים אורגניים ואורגניים נפוצים אחרים (סיליקטים, קרבונטים, סולפטים, חלבונים, פחמימות, שומנים). אחד השינויים האלוטרופיים הידועים יותר של היסוד הוא החומר הפשוט חמצן, הנוסחה שלו היא O2. השינוי השני של האטומים הוא O (אוזון). הנוסחה לחומר זה היא O3. מולקולות טריאטומיות נוצרות כאשר יש עודף אנרגיה, למשל, כתוצאה מפריקות ברק בטבע. לאחר מכן, נגלה מהי שכבת האוזון של כדור הארץ, מדוע עוביה משתנה כל הזמן.
אוזון בתנאים רגילים הוא גז כחול עם ארומה חדה וספציפית. המשקל המולקולרי של החומר הוא 48 (לשם השוואה - Mr(air)=29). ריח האוזון מזכיר סופת רעמים, כי אחרי תופעת הטבע הזו יש יותר מולקולות O3 באוויר. הריכוז עולה לא רק במקום שבו נמצאת שכבת האוזון, אלא גם קרוב לפני השטח של כדור הארץ. חומר פעיל כימית זה רעיל לאורגניזמים חיים, אך מתנתק במהירות (מתפרק). במעבדה ובתעשייה נוצרו מכשירים מיוחדים - אוזוניזרים - להעברת פריקות חשמליות דרך אוויר או חמצן.
מהי שכבת האוזון?
O3 למולקולות יש פעילות כימית וביולוגית גבוהה. ההתקשרות של האטום השלישי לחמצן דיאטומי מלווה בגידול במאגר האנרגיה ובחוסר היציבות של התרכובת. האוזון מתפרק בקלות לחמצן מולקולרי ולחלקיק פעיל, שמחמצן נמרצות חומרים אחרים והורג מיקרואורגניזמים. אך לעתים קרובות יותר, שאלות הקשורות לתרכובת הריחנית נוגעות להצטברותה באטמוספירה שמעל כדור הארץ. מהי שכבת האוזון ומדוע הרס שלה מזיק?
תמיד יש כמות מסוימת של מולקולות O3 ליד פני השטח של כוכב הלכת שלנו, אבל ריכוז התרכובת גדל עם הגובה. היווצרות החומר הזה מתרחשת בסטרטוספירה עקב הקרינה האולטרה סגולה של השמש, הנושאת אספקה גדולה של אנרגיה.
Ozonesphere
ישאזור בחלל מעל כדור הארץ שבו יש הרבה יותר אוזון מאשר על פני השטח. אבל באופן כללי, הקליפה, המורכבת ממולקולות O3, היא דקה ובלתי רציפה. היכן ממוקמת שכבת האוזון של כדור הארץ או האוזונוספרה של הפלנטה שלנו? השונות בעובי של מסך זה בלבלה שוב ושוב את החוקרים.
כמות מסוימת של אוזון קיימת תמיד באטמוספירה של כדור הארץ, יש תנודות משמעותיות בריכוז שלו עם הגובה ולאורך השנים. נבדוק את הבעיות הללו לאחר שנגלה את המיקום המדויק של מסך ההגנה של מולקולות O3.
איפה שכבת האוזון של כדור הארץ?
עלייה ניכרת בתכולת מולקולות האוזון מתחילה ממרחק של 10 ק"מ ונמשכת עד 50 ק"מ מעל כדור הארץ. אבל כמות החומר שנמצאת בטרופוספירה היא עדיין לא מסך. ככל שמתרחקים מפני השטח של כדור הארץ, צפיפות האוזון עולה. הערכים המרביים נופלים על הסטרטוספירה, האזור שלה בגובה של 20 עד 25 ק"מ. יש כאן פי 10 יותר מולקולות O3 מאשר על פני כדור הארץ.
אבל מדוע העובי, שלמותה של שכבת האוזון מדאיגים מדענים ואנשים רגילים? בום על מצב המסך המגן פרץ במאה האחרונה. חוקרים גילו ששכבת האוזון של האטמוספירה מעל אנטארקטיקה הפכה דקה יותר. הגורם העיקרי לתופעה נקבע - ניתוק מולקולות O3. הרס מתרחש כתוצאה מהשפעה משולבת של מספר גורמים, המוביל ביניהם הוא אנתרופוגני, הקשור לפעילויות האנושות.
חורי אוזון
ב-30-40 השנים האחרונות, מדענים הבחינו בהופעת פערים במסך המגן מעל פני כדור הארץ. הקהילה המדעית נבהלה מהדיווחים על כך ששכבת האוזון, המגן של כדור הארץ, מתדרדרת במהירות. כל כלי התקשורת באמצע שנות ה-80 הדפיסו דיווחים על "חור" מעל אנטארקטיקה. החוקרים שמו לב שהפער הזה בשכבת האוזון גדל באביב. הסיבה העיקרית לצמיחת הנזק נקראה חומרים מלאכותיים וסינתטיים - chlorofluorocarbons. הקבוצות הנפוצות ביותר של תרכובות אלו הן פריאונים או חומרי קירור. ידועים יותר מ-40 חומרים השייכים לקבוצה זו. הם מגיעים ממקורות רבים מכיוון שהיישומים כוללים את תעשיות המזון, הכימיקלים, הבשמים ותעשיות אחרות.
הרכב הפריאונים, בנוסף לפחמן ומימן, כולל הלוגנים: פלואור, כלור, לפעמים ברום. מספר רב של חומרים כאלה משמשים כחומרי קירור במקררים ובמזגנים. פריונים עצמם יציבים, אך בטמפרטורות גבוהות ובנוכחות של חומרים כימיים פעילים, הם נכנסים לתגובות חמצון. תוצרי התגובה עשויים לכלול תרכובות רעילות לאורגניזמים חיים.
מסך פריונים ואוזון
כלורופלואורו-פחמנים מקיימים אינטראקציה עם מולקולות O3 והורסים את שכבת ההגנה מעל פני כדור הארץ. בהתחלה, הידלדלות האוזונוספרה נתפסה כתנודה טבעית בעובי שלה, מה שקורה כל הזמן. אבל עם הזמן הבחינו בחורים כמו ה"חור" מעל אנטארקטיקהבכל חצי הכדור הצפוני. מספר הפערים הללו גדל מאז התצפית הראשונה, אך הם קטנים יותר בגודלם מאשר על פני היבשת הקפואה.
בתחילה, מדענים פקפקו בכך ש-CFC הם שגרמו לתהליך הרס האוזון. אלו חומרים בעלי משקל מולקולרי גדול. איך הם יכולים להגיע לסטרטוספירה, שבה נמצאת שכבת האוזון, אם היא כבדה הרבה יותר מחמצן, חנקן ופחמן דו חמצני? תצפיות של זרימות כלפי מעלה באטמוספירה במהלך סופת רעמים, כמו גם ניסויים, הוכיחו אפשרות לחדירה של חלקיקים שונים עם אוויר לגובה של 10–20 ק מ מעל כדור הארץ, שם נמצא הגבול של הטרופוספירה והסטרטוספירה.
מגוון מדלדלי אוזון
מגן האוזון מקבל גם תחמוצות חנקן הנובעות משריפת דלק במנועים של מטוסים על-קוליים וסוגים שונים של חלליות. משלימים את רשימת החומרים שמהם מושמדים האטמוספרה, שכבת האוזון ופליטות מהרי געש יבשתיים. לפעמים זרמי הגזים והאבק מגיעים לגובה של 10-15 קילומטרים ומתפרסים על פני מאות אלפי קילומטרים.
ערפיח מעל מרכזים תעשייתיים גדולים וערים מגה תורם גם לניתוק של מולקולות O3 באטמוספירה. הסיבה לגידול בגודל חורי האוזון נחשבת גם לעלייה בריכוזים של מה שנקרא גזי חממה באטמוספרה, שבה נמצאת שכבת האוזון. לפיכך, הבעיה הסביבתית העולמית של שינויי אקלים קשורה ישירות לנושאים של דלדול האוזון. העובדה היא כי גזי חממה מכיליםחומרים המגיבים עם מולקולות O3. האוזון מתנתק, אטום החמצן גורם ליסודות אחרים להתחמצן.
סכנה לאבד את מגן האוזון
האם היו פערים באוזונוספירה לפני טיסות לחלל, הופעת פריאונים ומזהמים אטמוספריים אחרים? השאלות הנ ל נתונות לוויכוח, אבל מסקנה אחת עולה לעצמה: יש לחקור את שכבת האוזון של האטמוספירה ולשמור עליה מפני הרס. כוכב הלכת שלנו ללא מסך מולקולות O3 מאבד את ההגנה שלו מפני קרניים קוסמיות קשות באורך מסוים הנספגות בשכבת החומר הפעיל. אם מגן האוזון דק או חסר, אזי תהליכי החיים הבסיסיים על פני כדור הארץ נמצאים בסכנה. קרינה אולטרה סגולה מוגזמת מגבירה את הסיכון למוטציות בתאים של אורגניזמים חיים.
הגנה על שכבת האוזון
היעדר נתונים על עובי מסך המגן במאות ובאלפי השנים האחרונות מקשה על התחזיות. מה קורה אם האוזונוספרה קורסת לחלוטין? במשך כמה עשורים, רופאים ציינו עלייה במספר האנשים שנפגעו מסרטן העור. זוהי אחת המחלות הנגרמות מקרינה אולטרה סגולה מוגזמת.
בשנת 1987, כמה מדינות הצטרפו לפרוטוקול מונטריאול, שקבע את ההפחתה והאיסור המוחלט על ייצור כלורופלואורי-פחמנים. זה היה רק אחד מהאמצעים שיסייעו לשמר את שכבת האוזון - המגן האולטרה-סגול של כדור הארץ. אבל פריאון עדיין מיוצרים על ידי התעשייה ונכנסים לאטמוספירה. עם זאת, ציות למונטריאולהפרוטוקול הוביל לצמצום חורים באוזון.
מה כולם יכולים לעשות כדי להציל את האוזונוספרה?
החוקרים מציעים שהשחזור המלא של מסך המגן ייקח עוד כמה עשורים. זאת במקרה שההרס האינטנסיבי שלו ייפסק, מה שמעלה ספקות רבים. גזי חממה ממשיכים לחדור לאטמוספירה, רקטות וחלליות אחרות משוגרים, וצי המטוסים במדינות שונות גדל. המשמעות היא שמדענים עדיין לא פיתחו דרכים יעילות להגנה על מגן האוזון מפני הרס.
ברמת היומיום, כולם יכולים גם לתרום. האוזון יתפרק פחות אם האוויר יהיה נקי יותר, יכיל פחות אבק, פיח ופליטת רכב רעיל. כדי להגן על האוזונוספרה הדקה, יש צורך לעצור את שריפת הפסולת, כדי לבסס סילוק בטוח שלהם בכל מקום. יש להעביר את התחבורה לדלקים ידידותיים יותר לסביבה, ולחסוך סוגים שונים של משאבי אנרגיה בכל מקום.
