گاز ازن:
تعریف کلی
ازون (Ozone) کلمه یونانی است به معنی «بو» و بالاحض «بو تند» اطلاق می شود. اوزن ( ) مولکولی با اتم سه اتم اکسیژن است مولکول اکسیژن ( ) دارای دو اتم اکسژن است اما تفاوت در یک اتم اکسیژن در این دو مولکول تفاوتهای اساسی را در این دو مولکول بوجود آورده است.
چرخه ازون
در استراتوسفر ( Stratospher ) مولکول های تازه اوزن مدام با واکنشهای شیمیایی و دریافت انرژی لازم از پرتوهای خورشید ، به مولکول و اتم اکسیژن تجزیه می شوند. این اتمهای اکسیژن که بسیار فعالند، طی مدت زمان کوتاهی کمتر از کسر ثانیه ، از هم جدا و به مولکولهای اکسیژن متصل می شوند و تشکیل مولکولهای سه اتمی اکسیژن ، یعنی ازون ، می‌دهند. غیر از این چرخه طبیعی ، طی واکنشهایی با ازت و هیدروژن و کلر تولید شده در سطح و رها شده به اتمسفر ، از بین می‌رود.
ساختمان و فرمول گسترده ازون
فرمول ازون به صورت رزونانسی نمایش داده می شود.
اهمیت ازون در حیات بشر
اگر فضانوردی ، در ارتفاع زیاد ، به این سیاره خانه ما نظاره کند، نوار نازک آبی رنگی که دور زمین را فراگرفته ، نظرش را جلب خواهد کرد. این پوشش شفاف ، حیات را در جو زمین تأمین می‌نماید. حیات ، بصورتی که ما می‌شناسیم، تنها با پوشش حفاظتی ازون میسر می‌شود. بدون وجود اوزن ادامه ی زندگی امکان ناپذیر است. تشعشعات خورشیدی ، یکنواخت نیست. این تشعشعات ، شامل اشعه‌ای به نام اشعه ماورای بنفش است.
چنانچه تمامی این تشعشعات به سطح زمین می رسید، وجود حیات در روی زمین امکان ناپذیر است. زیرا این تشعشعات حامل مقدار زیادی انرژی مرگ‌زا برای موجودات زنده است. خوشبختانه تنها بخش ناچیزی از اشعه ماورای بنفش خورشید به سطح زمین می‌رسد. قسمت اعظم این اشعه ، انرژی خود را در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین و در جو آن از دست می‌دهد. در این عمق از جو فراگیرنده زمین، مقادیر متنابهی ازون موجود است و این ازون، اشعه ماورای بنفش را جذب می کند.
رایحه تازگی بعد از رعد و برق
پس از رعد و برق ، تنفس شما با آسودگی بیشتری صورت می‌گیرد. هوا پاکیزه و مملو از تازگی است. علت این است که رعد و برق ، باعث تولید گاز اوزن در جو می شود و همین گاز است که هوا را تازه‌تر می‌نماید.
انسان و نابودی لایه اوزن
فعالیت انسانها بر روی زمین در سپر حفاظتی اوزن ، اثر می‌گذارد. از نیمه قرن بیستم ، فعالیت انسان روی زمین موجب بروز ضایعاتی در لایه اوزن شده و به نظر می‌رسد که حیات روی کره زمین در معرض مخاطره قرار گرفته است. در واقع انسان ناخواسته هوا را با مواد شیمیایی آلوده می‌کند و سپر حفاظتی خود را از بین می‌برد. در اواسط دهه 1970 ، دانشمندان به امکان تاثیر پرواز هواپیماهای سریع السعیر و یا فوق سرعت صوت و مواد شیمیایی موجود در قوطی‌های عطر پاش روی لایه اوزن پی بردند.
هواپیماهای مافوق صوت ، در ارتفاعات بسیار زیاد که هوا رقیق‌تر و مقاومت آن در برابر بدنه هواپیما کمتر است ، پرواز می‌کنند و ازت فعال موجود در دود خروجی از موتور هواپیما اثر ضایع کننده بر روی لایه اوزن دارد. گازهای کلرو فلوئورو کربن (CFC) نیز که در خنک کننده ها و دستگاههای تهویه مورد استفاده قرار می‌گیرد، روی اوزن استراتوسفری خطرناک می‌باشد. هر اتم کلر آزاد شده از این گازها ، حدود یک صد هزار مولکول اوزن را ضایع می‌کند و با مصرف این گازها طی یک دهه مقادیر زیادی ازون از بین رفته و تراکم این گاز در استراتوسفر کاهش یافته است.
نقش ازون در ضد عفونی آب
آبی که می‌آشامیم، کلریزه است. این آب مضر است، در حالی که طعم آن نیز نامطبوع‌تر از طعم آب چشمه است. آب آلوده به ازون ، عاری از هر گونه باکتری زیان‌آور است و طعم آن نیز بر ذایقه ، خوشایندتر است.
مضرات گاز ازون
ازون از واکنش با مواد شیمیایی آلوده کننده‌ای که در سطح زمین ، تولید و متصاعد شده‌اند، دوباره وارد تروپسفر (Tropospher) می‌شود و به سطح زمین می‌رسد. در این حالت ، ازون نقش مخرب و آلوده کننده دارد. چون همراه با مواد شیمیایی دیگر بافتهای حیاتی ، حیوانی و گیاهی را به شدت ضایع می‌کند. ازون ، در ارتفاع کم از سطح زمین ، همراه دود و بخار موجود در هوا در بسیاری از شهرهای بزرگ و صنعتی جهان ، موجب تشدید آلودگی می‌گردد. ازون در نقاط پایین اتمسفر یعنی تروپسفر ، مانند گازهای گلخانه‌ای عمل می‌کند و افزایش تراکم آن در این ناحیه در بالا بردن حرارت عمومی کره زمین موثر است (گرم شدن زمین).
.
كاهش انتشار گازهاى گلخانه اى
بشر براى جلوگيرى از افزايش ميزان گازهاى گلخانه اى كه خود آن را به طرق گوناگون به اتمسفر محيط پمپاژ مى نمايد (و با اين كار خود باعث به دام افتادن گرما در فضاى محصور جو زمين مى شود) و همچنين براى جلوگيرى از بروز تبعات منفى گرم شدن زمين كه پيش بينى شده است رشد چشمگيرى را تا اواخر همين قرن (قرن بيست و يكم) طى خواهد نمود سخت افزارهاى متعددى را در اختيار دارد. طبق تحقيقى كه اخيراً توسط دو تن از محققين برجسته دانشگاه پرينستون (ايالات متحده) انجام و نتايج آن روز جمعه 13 آگوست 2004 براى اطلاع عموم منتشر شد، هدف مذكور يعنى جلوگيرى از بروز معضلاتى كه در سطور فوق مختصراً به آنها اشاره شد مى تواند در پنجاه سال آينده با كاربرد وسيع تر مجموعه اى لااقل متشكل از 15 راهكار - اعم از افزايش بازدهى انرژى، استفاده از انرژى هاى طبيعى حاصل از تابش نور خورشيد و وزش باد و همچنين گسترش كاربردهاى علمى و عملى انرژى هسته اى و حفظ يا تقويت منابع واقعى توليد دى اكسيدكربن در طبيعت، نظير جنگل هاى بارانى، يا بهينه سازى روش هاى معمول زراعتى در كشتزارهاى سراسر جهان با هدف نيل به توسعه پايدار - محقق گردد. به تصديق اين محققان، مجموعه فناورى هاى مورد اشاره در سطور فوق براى نيل به اهداف ياد شده طى ساليان متمادى در حاشيه قرار داشته اند. اما مطالعات پيشين، نظير مطالعه اى كه چهار سال پيش با همكارى پنج لابراتوار ملى ايالات متحده انجام شد، بيش از هر چيز بر اين موضوع متمركز شده بودند كه چگونه مى توان راهكارهايى را براى محقق ساختن هدف غايى كاهش انتشار گازهاى گلخانه اى و همچنين برآورده ساختن اهداف مورد اشاره در پروتكل زيست محيطى كيوتو (تصويب شده در سال 1997) مورد استفاده قرار داد بدون اينكه آثار و تبعات منفى اقتصادى آن بر دوش جهانيان و به ويژه ساكنين ايالات متحده سنگينى كند، نكته اى كه برخى منتقدين پروتكل مذكور همواره نسبت به احتمال وقوع آن هشدار داده اند.مقامات دولت «بوش» كه دائماً با انجام تحقيقات بيشتر در اين زمينه مخالفت مى ورزند بارها اين استدلال را مطرح كرده اند كه «ما پيش از آنكه قادر به مبارزه با تبعات ناشى از معضل افزايش انتشار كربن در هوا باشيم نيازمند ارائه راه حلى قابل قياس با كشف الكتريسيته هستيم». «رابرت سوكولوف» متخصص علوم مهندسى در دانشگاه پرينستون و يكى از مبتكرين طرح كاهش انتشار كربن اين دانشگاه (موسوم به طرح CMI) ضمن بيان مطلب فوق معتقد است كه «اما يقيناً در هر نسلى نمى توان انتظار ظهور يك مايكل فارادى جديد را داشت. با وجود اين، اگر شما هر چه سريع تر در اين زمينه اقدام نكنيد، بى ترديد فرصت مناسبى را براى استفاده از آنچه كه اكنون در دسترس تان قرار دارد از دست خواهيد داد». با تمام اين اوصاف، مطالعه جديد كه نتايج دقيق آن در شماره روز جمعه نشريه معتبر علمى Science منتشر شد، به لحاظ ارائه پيشنهادهاى سازنده و تدوين سياست هاى راهبردى براى آينده داراى كمبودها و نواقص آشكارى است. خانم «ايلين كلاوسن» رئيس «مركز اجتماعى بررسى تغييرات آب و هوايى و تدوين راهبردهاى جهانى محيط زيست» در آرلينگتون (واقع در ايالت وايومينگ) در اين رابطه اين سئوال را مطرح مى كند كه «چگونه بايد اين فناورى ها را وارد كارزار كرد؟» وى در ادامه از لزوم بهره بردارى از فناورى هاى نوين و كليدى در مقياس هاى تجارى - صنعتى براى دستيابى به اهداف راهبردى سياست هاى تدوين شده سخن به ميان مى آورد. با اين حال، با اتخاذ هدفى كه به لحاظ علمى قابل دفاع تر بوده و عملاً مقياس زمانى طولانى ترى براى تحقق آن در نظر گرفته شده است، «استيفن پاكالا» و دكتر «سوكولوف» اميدوارند كه تحقيق شان به شكستن يك قفل ناگشوده و ظاهراً ناگشودنى- لااقل در ايالات متحده- پيش از آغاز اقدامات اصلى براى ثبات بخشيدن و نهايتاً كاستن از سطح انتشار گاز دى اكسيدكربن در فضا كه به گفته بيشتر دانشمندان هواشناس در گرم شدن آب و هواى كره زمين نقش انكارناپذيرى دارند كمك نمايد. استدلالات متعددى كه اين دو محقق برجسته در تحقيق اخير خويش ذكر كرده و اساساً آنها را داراى كاربرد جهانى دانسته اند و راهكارهايى كه آن دو براى تحقق بخشيدن به اهداف غايى خويش به رسميت مى شناسند قادرند غلظت گاز دى اكسيدكربن در هوا را در حد تقريبى 500 جزء در هر ميليون جزء (ppm 500) ثابت نگه دارند. اين ميزان تا حد قابل ملاحظه اى كمتر از ميزانى است كه از مدت ها پيش براى سال 2100 پيش بينى شده است و لذا تحقق آن موفقيت بسيار بزرگى به شمار خواهد آمد. ابزارهايى كه اين دو محقق برجسته براى تحليل شكاف موجود ميان سطح كنونى انتشارات و نرخ پايدارى اى كه آنها به دنبال تحقق عينى آن هستند مورد استفاده قرار داده اند- و موجه نمايى استفاده از راهكارهاى موجود براى تحقق بخشيدن به اهداف مورد نظر- يقيناً مى توانند سياستگذاران را در انتخاب صحيح گزينه مطلوب از ميان تمام گزينه هاى موجود يارى رسانند.
اقيانوس ها در مسير اسيدى تر شدن
انتشار نتايج مطالعه اخير در حالى صورت مى پذيرد كه تحقيقات علمى براى دستيابى به اهداف از پيش تعيين شده در جهت كاستن از ميزان ترديدهايى كه اكنون آثار مستقيم و غيرمستقيم انتشار كربن توسط صنايع دست ساز بشر در اتمسفر محيط را احاطه كرده است ادامه دارد. در ماه جولاى، محققين اقدام به انتشار نتايج دو مطالعه جديد در نشريه Science كردند كه در آنها ضمن اشاره به نام «اقيانوس ها» به عنوان بزرگترين ذخاير گاز دى اكسيدكربن در محيط به سنجش ميزان تأثير دى اكسيد كربن بر چرخه كربن اقيانوس ها پرداخته شده بود. نتايج آن دو مطالعه نشان مى دهند كه اقيانوس ها در حال «اسيدى تر شدن» هستند كه اين امر مى تواند حيات آبزيان و به طور كلى چرخه حيات در اعماق درياها و اقيانوس ها را با مخاطرات گوناگونى مواجه سازد. در عين حال، مدل هاى تغييرات آب و هوايى به تدريج در حال كشف آثار بالقوه اينگونه تغييرات هستند. محققين «مركز ملى تحقيقات جوى» در بولدر (واقع در ايالت كلرادو) در شماره روز جمعه نشريه Science فاش ساختند كه انتشار مقادير فراوان گاز دى اكسيدكربن (در سطح مقادير كنونى) در اتمسفر محيط باعث تشديد الگوهاى سيركولاسيون (جريان عمومى هوا) در مقياس هاى بزرگ خواهد شد كه اين امر نيز به نوبه خود مى تواند باعث هجوم بى رويه امواج گرمايى به ايالات متحده و اروپا شود. طبق پيش بينى محققين مركز ياد شده، مناطق جنوبى و غربى ايالات متحده در زمره مناطقى خواهند بود كه بيشترين آسيب را در نتيجه هجوم اين امواج حرارتى دامنه دار متحمل خواهند شد.
تمركز بر روى تغييرات آب و هوايى
نتايج مطالعات تيم تحقيقاتى دانشگاه پرينستون همچنين در حالى منتشر مى شود كه تلاش گسترده براى انجام اقدامات هماهنگ تر در زمينه پيش بينى تغييرات آب و هوايى ادامه دارد؛ اين در حالى است كه چشم انداز تحقق اهداف پيش بينى شده در متن پروتكل زيست محيطى كيوتو تا حد زيادى تاريك و نامعلوم جلوه مى كند. در ايالات متحده، دولت هاى ايالتى و محلى دوشادوش تعدادى از شركت هاى كوچك و بزرگ در حال اتخاذ راهكارهايى براى تقليل ميزان انتشار گاز دى اكسيدكربن در محيط هستند. بخشى از فشارهاى جارى براى تحقق اهداف زيست محيطى ياد شده نيز توسط شركت هاى بيمه اى و بيمه اتكايى هدايت مى شود، با اين توجيه كه اين شركت ها وظيفه حمايت مالى از مشاغلى را بر عهده دارند كه به احتمال قريب به يقين بر اثر وقوع برخى رويدادهاى آب و هوايى اسفناك كه پيش بينى مى شود در نتيجه تداوم روند كنونى گرم شدن زمين حادث شوند آسيب خواهند ديد.
در اروپا، دولت انگليس اقدام به اتخاذ اهداف بلندمدتى براى تقليل ميزان انتشار دى اكسيدكربن توليدى در صنايع اين كشور به ميزان قابل توجهى طى پنجاه سال آينده كرده است. اتحاديه اروپايى نيز كه اكنون داراى برنامه ريزى نسبتاً فشرده اى براى تحقق بخشيدن به اهداف كوتاه مدت پروتكل كيوتو است گفته مى شود قرار است مقياس زمانى طولانى ترى را براى تقليل ميزان انتشارات كربنى خود مورد ملاحظه و بررسى قرار دهد. «سوكولوف» و دكتر «پاكالا» اينگونه استدلال مى كنند كه چنين مقياس هاى زمانى بلندمدت به خوبى (و به طور رضايت بخشى) با طول عمر عمومى نيروگاه ها و كارخانجات صنعتى سازگارى دارند و مى توانند تغييرات قابل ملاحظه و متعددى را در وضعيت فعلى ناوگان وسايط نقليه و همچنين منازل مسكونى جديد پايه گذارى كنند. اين امر مى تواند اين امكان را براى محققين ياد شده فراهم سازد كه با مرحله بندى تدريجى راهكار مورد نظرشان عملاً از وارد آمدن هرگونه آسيبى به اقتصاد ملى يا جهانى جلوگيرى به عمل آورند. به گفته اين دو محقق، راهكار عملى مورد نظر آنها كه هدفى جهانى را در پى دارد زمان را به نفع محققين مى خرد تا آنها با خيالى آسوده تر به توسعه و تكميل برخى از منابع جديدتر انرژى- نظير گداخت هسته اى (Nuclear Fusion) يا توان تابشى موجود در فضا- كه عملاً هيچ كربنى را به عنوان محصول ثانويه خويش در فضا منتشر نمى سازند بپردازند. اين فناورى ها و ساير انواع فناورى هاى پيشرفته نهايتاً به جاى آنكه صرفاً موجب ثابت ماندن سطح انتشار دى اكسيدكربن در فضا شوند عملاً به كاهش ميزان انتشارات صنعتى اين نوع گاز مخرب كمك خواهند كرد.
گرم شدن اتمسفر
بطور كلي اتمسفر كره زمين تمام گرماي طبيعي خود را به طور مستقيم و يا غيرمستقيم از خورشيد دريافت مي‌كند. اين امر به طرق زير صورت مي‌پذيرد:
1- انرژي تابشي : انرژي تابشي دريافت شده از خورشيد، گستره‌اي از طول موج‌ها است كه بنام طيف خورشيدي معروف است. در اين طيف وسيع بلندترين امواج (امواج راديويي) حدود 10n برابر امواج كوتاه (اشعه گاما) مي‌باشد ولي حداكثر انرژي و مقدار زيادي از كل انرژي تابش در محدوده كم عرض قسمت مرئي واقع است.
امواج مرئي خورشيدي از درون گازهاي اتمسفر عبور مي‌كنند ولي اشعه ماوراي بنفش با طول موج كوتاه، در اتمسفر فوقاني جذب مي‌گردد. مقداري از اشعه مادون‌قرمز توسط دياكسيدكربن و بخار آب اتمسفر تحتاني جذب مي‌شود. اما بيشتر انرژي خورشيدي بدون اينكه توسط هوا جذب شود. به زمين مي‌رسد.
گرما قسمت اعظمي از اتمسفر در وهله اول بوسيله سطح زيرين آن، پس از گرم شدن توسط تابش خورشيدي تأمين مي‌شود. سه طريقه انتقال گرما (تابش‌ـ رسانش‌ـ همرفت) به همراه گرماي نهان تبخير در هم آميخته اتمسفر را گرم مي‌كنند.
2- تشعشع زمين : سطح زمين با جذب نورخورشيدي، به نوبه خود گرم مي‌شود. مواد گرم ساطع كننده انرژي هسته و طول موج اين تابش به درجه حرارت جسمي كه انرژي تابشي از دست ميدهد بستگي دارد. زمين نورمرئي را به اشعه مادون‌قرمز با طول موج بلندتر تبديل مي‌كند بخار آب و تا حدي كمتر دياكسيدكربن، اشعه مادون قرمز را جذب مي‌كنند. قطرات مايع آب موجود در ابرها نيز يك جاذب خيلي قوي اشعه مادون قرمز هستند و در نتيجه شب‌هاي ابري هميشه گرمتر از شب‌هاي صاف است.
3- انتقال آشفته : دومين طريقه مهم گرم شدن اتمسفر، انتقال انرژي بوسيله هدايت مستقيم، گرما از سطح زمين به اتمسفر با تماس مستقيم با آن است هوا يك هادي خيلي ضعيف انرژي گرمايي است چرا كه فقط پايين‌ترين قسمت اتمسفر بوسيله آن گرم مي‌شود. اما به محض گرم شدن، هوا گسترش يافته، صعود مي‌كند و از طريق همرفت گرمايي هدايت شده را به سطوح بالا انتقال ميدهد تركيب اعمال هدايت و همرفت در گرم كردن هوا را معمولاً تبادل گرمايي آشفته مي‌نامند.
4- گرماي نهان : هنگامي كه آب بخار شده از حالت مايع خارج مي‌گردد. 540 تا 600 كالري توسط هر گرم آب تبديل شده به بخار جذب مي‌شود. هيچ مقداري از اين گرما در تغيير دما دخالت ندارد. بلكه صرفاً براي تأمين انرژي لازم مولكول‌هاي آب جهت خارج شدن از حالت مايع به گاز مي باشد (تنها يك كالري لازم است كه دماي يك گرم آب را يك درجه سانتي‌گراد بالا ببرد)
540 تا 600 كالري كه براي تبديل يك گرم آب به گاز لازم است بسيار زياد مي‌باشد. سرانجام بخار آب در فرآيند تراكم قطرات آب، ابرها را بوجود آورده و در نتيجه گرماي نهان خود را به صورت گرماي محسوس آزاد مي‌كند.
5- پديده گلخانه : اتمسفر كره زمين همانند شيشه گلخانه، با جلوگيري از اتلاف انرژي برگشتي از سطح زمين، بخش اعظم انرژي تابش از خورشيد را محبوس مي‌كند زيرا جو زمين تقريباً شرايط شفافي را نسبت به تابش خورشيدي با امواج كوتاه دارد ولي در مقابل امواج طولاني تشعشع زمين تقريباً شرايط كدري را دارا مي باشد در اين بين بخار‌آب‌ـ ابرها و دياكسيدكربن نقش بسيار عمده‌ايي در مقياس وسيعي در درون اتمسفر جهت بازداشتن از خروج تشعشع زمين به عهده دارند اين امر سرانجام شرايط پديده گلخانه‌اي را براي جو زمين بوجود آورده و سبب افزايش درجه حرارت آن مي‌گردد.
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com