تحقیق مقاله ازون (Ozone)

چکیده

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.

لایه ازن بخشی از تابش خورشید و بخشی از تابش فرابنفش خورشید را جذب کرده و مانع از رسیدن آن به سطح سیاره می‌شود. لایه ازن، تغلیظ مولکولهای ازن در استراتوسفر یعنی طبقه فوقانی جو می‌باشد.

لایه ازن و تاثیر گاز های گلخانه ای در گرم شدن زمین (

ازن ترکیب ملکول سه اتم اکسیژن، به رنگ آبی و دارای بوی تند می‌باشد. لایه ازن بخشی از تابش خورشید و بخشی از تابش فرابنفش خورشید را جذب کرده و مانع از رسیدن آن به سطح سیاره می‌شود. لایه ازن، تغلیظ مولکولهای ازن در استراتوسفر یعنی طبقه فوقانی جو می‌باشد.

ازن استراتوسفر بطور طبیعی گازی را تولید می‌کند که باعث پالایش اشعه فرابنفش خورشید می‌شود. کاهش لایه ازن باعث می‌شود این اشعه به مقدار زیاد به سطح زمین برسد. انسانهایی هم که در معرض این نوع اشعه قرار می‌گیرند مستعد بیماریهایی چون سرطان پوست، آب مروارید و ضعف سیستم دفاعی بدن می‌شوند.

ازن ملکول سه اتم اکسیژن بوده که بسیار ناپایدار و خیلی واکنش پذیر است. ازن بعنوان یک عامل رنگ زدا، گندزدا و ضد عفونی کننده هوا و آب آشامیدنی استفاده می شود که در چگالی پائین بسیار سمی است. 

بطور طبیعی در چگالی کم در استراتوسفر یعنی طبقه فوقانی جو یافت می شود. در چنین طبقه ای، زمانیکه نور ماوراء بنفش خورشید یک ملکول اکسیژن یا O2 را می شکند تبدیل به دو اتم اکسیژن می نماید که در این حال ازن تشکیل می گردد.

سپس هر کدام از این اتمها به یک ملکول اکسیژن چسیبیده تا تشکیل ازن دهد. ازن استراتوسفری ازن خوب نامیده می شود چون سطح زمین را از نور ماوراء بنفش خطرناک حفاظت می نماید.

همچنین ازن می تواند در تروپوسفر پائین ترین لایه اتمسفر یافت شود. چنین ازنی که معروف به ازن بد است دست ساخت و مصنوع بشر است که در نتیجه آلودگی هوا ناشی از موتورهای درون سوز و کارخانه برق می باشد و گازهای اکسید نیتروژن یا Nox و ترکیبات آلی بی ثبات یا Voc را که نتیجه سوخت بنزین و زغال سنگ است آزاد می نماید.

بطور شیمیایی Nox و Voc با اکسیژن ترکیب شده تا در دمای بالا و آفتابی اواخر بهار، تابستان و اوایل پائیز تشکیل ازن دهد. میزان بالای ازن معمولا در گرمای بعد از ظهر و اوایل شب تشکیل می شود. اگرچه آلودگی ازن فقط در شهر و حومه های شهر ایجاد می شود اما تا مناطق روستائی نیز توسط باد یا ماشینهایی که به آن مناطق سفر می کنند کشانده می شود.

زمانیکه ازن استنشاق می کنید از طریق دستگاه تنفسی یا جهاز تنفسی وارد شده و به نایژکها و آلوئول موجود در ششها و کیسه هوا آسیب می رسانند. مدام قرار گرفتن در معرض ازن می تواند بافتهای ریه را ملتهب کرده و سبب عفونتهای تنفسی، تنگی نفس، درد سینه و سرفه گردد. اثرات مخرب آن نه تنها بر روی انسانها بلکه بر روی گیاهان و درختان نیز مشاهده می گردد.

سیاره ما ( زمین ) سومین سیاره منظومه شمسی و تنها سیاره ای است که در آن حیات وجود دارد. اقیانوسها دو سوم سطح زمین را پوشانده اند و بقیه را سرزمین های خشک - کوهستانی و یا سرسبز تشکیل می دهند.

قطبهای شمال و جنوب را هم توده های عظیم یخی پوشانده اند. اتمسفر زمین لایه نازکی از گاز ( ترکیبی از 78% نیتروژن – 21% اکسیژن و بقیه آرگون و دی اکسید کربن ) است که دور زمین را احاطه کرده است.

کلفتی اتمسفر حدود 480 کیلومتر ارتفاع دارد ولی با این حال غلظت گازهای اتمسفر در بخش تحتانی آن و در ارتفاع 16 کیلومتری از سطح زمین خیلی بیشتر از سطوح فوقانی آن است.

لایه های اتمسفر علاوه بر اینکه زمین را از تشعشعات خطرناک خورشید محافظت می کند ، ‌همانند پوشش بسیار بزرگی زمین را گرم نگه می دارند. بدون جو ، زمین سیاره مرده و یخ زده ای مانند مریخ خواهد بود.

اغلب این تشعشعات قبل از رسیدن به سطح زمین توسط گازها و بخار آب اتمسفر به فضای بیرون بازتابانده می شوند و تنها نور مفید برای حیات جانداران به سطح زمین می رسد. برخی از کارخانه ها با پخش گازهای مخرب در هوا باعث از بین رفتن لایه نازک ازن در لایه های بالایی اتمسفر می شوند .

اگر لایه ازن جو از بین برود ، تشعشعات زیانبار خورشید می توانند از جو عبور کنند و انسان را به سرطان های کشنده مبتلا سازند و همچنین حیات گیاهان و موجودات دریایی را به خطر بیاندازد.

همچنین اتمسفر زمین با ایجاد اثر گلخانه ای مانع از خروج گرمای خورشید از جو و افت ناگهانی دما در نقاط تاریک زمین ( شب ) می شود.

با افزایش آلاینده هایی مثل دود اتومبیل ها و کارخانه ها ، اثر گلخانه ای زمین تشدید خواهد شد و دمای کره زمین افزایش خواهد یافت. با بالا رفتن دما ،‌ یخ قطب ها ذوب خواهد شد و ممکن است تمام خشکی های زمین به زیر آب فرو بروند.

به همین دلیل کارشناسان محیط زیست سخت تلاش می کنند تا با کاهش آلاینده ها ، کره زمین و ساکنان آنرا از نابودی نجات دهند .

همچنین لایه های مختلف اتمسفر زمین همانند یک آینه مات برخی از امواج ارسالی به آسمان را بطرف زمین بازتابش می دهد. فرستنده های رادیو و تلویزیونی از این خاصیت طبیعی اتمسفر زمین برای ارسال امواج به مناطق دوردست استفاده می کنند.

دانشمندانی که می خواهند با ماهواره ها یا کاوشگرهای فضایی خارج از جو ارتباط برقرار کنند می بایست از امواجی نظیر VHF )امواج با فرکانس بالا و طول موج پایین ) استفاده کنند.

ریشه کلمه ازن از لغت یونانی Ozein به معنای استشمام کردن است. ازن گازیست آبیمخلوط اکسیژن و ازن (۰۲- ۰۳) به دست می آید. این گاز در صورت متراکم شدن به مایعی آبی رنگ که قابلیت انفجار بسیار بالایی دارد، تبدیل می شود.

لایه ازن در ۳۰ کیلومتری سطح کره زمین، از تجزیه مولکول های اکسیژن توسط اشعه ماوراءبنفش خورشید به دو اتم اکسیژن و ترکیب با مولکول اکسیژن به صورت مولکول O3 (ازن) به وجود می آید. این لایه ۲۰ کیلومتر ضخامت داشته و قابلیت جذب اشعه ماوراءبنفش خورشید را داراست.

فشارهوا در لایه ازن بسیار کم است به طوری که در صورت فشرده شدن این لایه تا فشار یک اتمسفر (فشار هوای اطراف کره زمین) ضخامت این لایه به حدود ۳ میلی متر خواهد رسید.

در سال ۱۹۷۰، اولین مطالعات و تحقیقات درباره ترکیبات شمیایی موسوم به CFC chlorofluorocarbons)) انجام شد.

پس از انجام این مطالعات معلوم شد که این ترکیبات باعث تخریب جدی لایه استراتوسفر جو (لایه بالایی اتمسفر) یا لایه ازن می شوند. مصرف عمده این گازها در وسایل خنک کننده و تهویه مطبوع، فوم ها و اسپری ها است.

با توجه به معادلات شیمیایی، کلر با یک مولکول ازن ترکیب و تشکیل اکسید کلر و اکسیژن می کند. با ترکیب دو اتم اکسید کلر و تابش اشعه خورشید، در نهایت اکسیژن به وجود می آید. با توجه به نتیجه حاصل از این واکنش ها، همان طور که مشاهده می شود، دو مولکول ازن به سه مولکول اکسیژن تبدیل می شوند.

این عمل باعث از بین رفتن ازن یا به اصطلاح تخریب لایه ازن می شود. ازن توانایی جذب اشعه ماوراء بنفش خورشید را داراست که اکسیژن فاقد این خاصیت است.

بیشترین میزان تخریب لایه ازن در نیمکره جنوبی کره زمین خصوصاً قطب جنوب گزارش شده است که دلیل آن  کمتر بودن ضخامت این لایه نسبت به بقیه نقاط کره زمین است. کاهش ضخامت لایه ازن باعث انتشار اشعه ماوراء بنفش خورشید می شود.

اشعه UV یا ماورا ی بنفش خطری جدی برای موجودات زنده محسوب می شود، به طوری که در انسان باعث ابتلا به سرطان پوست و آب مروارید شده و از رشد گیاهان جلوگیری می کند.

به عنوان مثال، طی مطالعات انجام شده، تخریب لایه ازن در قطب شمال، اثر مستقیم بر اکوسیستم این منطقه دارد، به طوری که تابش مقدار بسیار کم از اشعه ماورای بنفش بر روی موجودات زنده بسیار ریز در آب مانند فیتوپلانگتون ها، زوپلانگتون ها و کریل ها (موجودات بسیار ریز شبیه میگوها) تاثیر مستقیم داشته و باعث از بین رفتن آنها می شود. این موجودات غذای پنگوئن ها محسوب می شوند.

کلروفلوروکربن ها ترکیبی از کربن به صورت cf2clzیا cfcl3 هستند که به فرئون ها معروفند.

 از این گازها به عنوان حلال در صنایع الکترونیکی، ساخت فوم و اسپری ها، آتش خاموش کن ها و حلال های خشک شویی و نیز به عنوان گاز مبرد در سیستم های خنک کننده و تهویه مطبوع استفاده می شود.

کلروفلوروکربن ها، با هیچ یک از گازهای موجود در لایه تروپوسفر (نزدیک به سطح زمین) ترکیب نمی شوند و بسیار ماندگار هستند، به طوری که ۶ تا ۸ سال طول می کشد تا به لایه بالایی اتمسفر (لایه ازن) برسند.

با توجه به نمودار فوق بیشترین میزان تخریب لایه ازن توسط متصاعد شدن گازهای موجود در اسپری ها و فوم ها انجام گرفته است.

در سال ۱۹۷۷ آژانس بین المللی حفاظت محیط زیست استفاده از گازهای مخرب ازن را در اسپری ها ممنوع اعلام کرد. در سال ۱۹۸۷ ، ۳۵ کشور جهان، پروتکل مونترال مبنی بر عدم استفاده از گازهای مخرب لایه ازن را امضا کردند. ایران نیز یکی از کشورهای امضا کننده این قرارداد است.

بعد از امضای این پروتکل، دولت ها و شرکت های سازنده این گازها، شروع به تعویض و جایگزینی سیستم های قدیمی با گازهای جدید کردند.