Քիմիա

Օզոն, օզոնային շերտ, օզոնային ճեղքերի վտանգավորությունը և առաջացման պատճառներ

 

Օզոնային շերտը կամ օզոնային վահանը Երկրի ստրատոսֆերայի մի շրջան է, որը կլանում է Արեգակի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման մեծ մասը։ Այն պարունակում է օզոնի բարձր խտություն (O3) մթնոլորտի այլ մասերի նկատմամբ, թեև դեռևս փոքր է ստրատոսֆերայի այլ գազերի համեմատ։ Օզոնային շերտը պարունակում է մեկ միլիոնից 10 մասից պակաս օզոն, մինչդեռ Երկրի մթնոլորտում օզոնի միջին կոնցենտրացիան ընդհանուր առմամբ կազմում է մոտ 0,3 մաս մեկ միլիոնում: Օզոնային շերտը հիմնականում գտնվում է ստրատոսֆերայի ստորին հատվածում՝ Երկրից մոտավորապես 15-ից 35 կմ (9-ից 22 մղոն) բարձրության վրա, թեև դրա հաստությունը տատանվում է սեզոնային և աշխարհագրական առումով:

Օզոն-թթվածին ցիկլը օզոնային շերտում.
Օզոնային շերտը հայտնաբերվել է 1913 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոսներ Չարլզ Ֆաբրիի և Անրի Բյուսոնի կողմից։ Արեգակի չափումները ցույց են տվել, որ Երկրի վրա գետնին հասնող ճառագայթումը սովորաբար համապատասխանում է 5500–6000 Կ (5230–5730 °C) ջերմաստիճան ունեցող սև մարմնի սպեկտրին, բացառությամբ, որ սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն ծայրում մոտ 310 նմ ալիքի երկարությունից ցածր ճառագայթում չի եղել: Եզրակացվեց, որ բացակայող ճառագայթումը կլանում է մթնոլորտում ինչ-որ բան: Ի վերջո, բացակայող ճառագայթման սպեկտրը համընկավ միայն մեկ հայտնի քիմիական նյութի՝ օզոնի հետ: Նրա հատկությունները մանրամասն ուսումնասիրվել են բրիտանացի օդերևութաբան Գ. Մ. Բ. Դոբսոնի կողմից, ով մշակել է պարզ սպեկտրոֆոտոմետր (Դոբսոնաչափ), որը կարող է օգտագործվել գետնից ստրատոսֆերային օզոնը չափելու համար։ 1928-1958 թվականներին Դոբսոնը ստեղծեց օզոնի մոնիտորինգի կայանների համաշխարհային ցանց, որոնք շարունակում են գործել մինչ օրս: Նրա պատվին անվանվել է «Դոբսոնի միավորը», որը հարմար չափիչ է օզոնի գլխավերեւում:

Օզոնային շերտը կլանում է Արեգակի միջին հաճախականության ուլտրամանուշակագույն լույսի 97-ից 99 տոկոսը (մոտ 200 նմ-ից մինչև 315 նմ ալիքի երկարություն), որը հակառակ դեպքում պոտենցիալ կվնասի մակերևույթի մերձակայքում գտնվող կյանքի ձևերին:

1976 թվականին մթնոլորտային հետազոտությունները ցույց տվեցին, որ օզոնային շերտը քայքայվում է արդյունաբերության կողմից արձակված քիմիական նյութերի, հիմնականում քլորոֆտորածխածինների (CFC) պատճառով։ Մտահոգությունները, որ օզոնի քայքայման պատճառով ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ավելացումը սպառնում է Երկրի կյանքին, ներառյալ մարդկանց մաշկի քաղցկեղի աճը և այլ էկոլոգիական խնդիրներ, հանգեցրել են քիմիական նյութերի արգելքի, և վերջին ապացույցն այն է, որ օզոնի քայքայումը դանդաղել կամ դադարեցվել է: ՄԱԿ-ի Գլխավոր ասամբլեան սեպտեմբերի 16-ը սահմանել է որպես Օզոնային շերտի պահպանման միջազգային օր։

Վեներան ունի նաև բարակ օզոնային շերտ մոլորակի մակերևույթից 100 կիլոմետր բարձրության վրա:

Օզոնային շերտի առաջացման ֆոտոքիմիական մեխանիզմները հայտնաբերվել են բրիտանացի ֆիզիկոս Սիդնի Չեփմենի կողմից 1930 թվականին: Երկրի ստրատոսֆերայում օզոնը ստեղծվում է ուլտրամանուշակագույն լույսի հետևանքով, որը հարվածում է սովորական թթվածնի մոլեկուլներին, որոնք պարունակում են թթվածնի երկու ատոմ (O2)՝ դրանք բաժանելով թթվածնի առանձին ատոմների: ատոմային թթվածին); ատոմային թթվածինն այնուհետև միանում է չկոտրված O2-ին՝ ստեղծելով օզոն՝ O3: Օզոնի մոլեկուլը անկայուն է (թեև ստրատոսֆերայում երկարակյաց է), և երբ ուլտրամանուշակագույն լույսը հարվածում է օզոնին, այն բաժանվում է O2-ի մոլեկուլի և թթվածնի առանձին ատոմի, որը շարունակվում է, որը կոչվում է օզոն-թթվածին ցիկլ: Քիմիական առումով սա կարելի է բնութագրել հետևյալ կերպ.

Մթնոլորտի օզոնի մոտ 90 տոկոսը պարունակվում է ստրատոսֆերայում: Օզոնի կոնցենտրացիան ամենամեծն է մոտ 20-ից 40 կիլոմետր (66,000 և 131,000 ոտնաչափ) միջև, որտեղ դրանք տատանվում են մոտ 2-ից 8 մաս միլիոնում: Եթե ամբողջ օզոնը սեղմվեր ծովի մակարդակում օդի ճնշման տակ, ապա այն կունենար ընդամենը 3 միլիմետր (1⁄8 դյույմ) հաստություն