كيف تدمر مركبات الكلوروفلوروكربون طبقة الأوزون؟

قبل أن يخترع توماس ميدجلي جونيور ورفاقه الفريون في عام 1928 ، كانت المبردات الأكثر شيوعًا عبارة عن مواد كيميائية خطرة مثل ثاني أكسيد الكبريت وكلوريد الميثيل والأمونيا. الفريون عبارة عن مزيج من العديد من مركبات الكربون الكلورية فلورية ، وهي خاملة كيميائيًا لدرجة أن المهندسين اعتقدوا أنهم عثروا على مركب معجزة. مركبات الكلوروفلوروكربون عديمة الطعم والرائحة وغير قابلة للاشتعال وغير قابلة للتآكل ، ولكن في عام 1974 حذر عالمان من أنها بعيدة كل البعد عن كونها غير ضارة ، وتم تأكيد تحذيراتهما في عام 1985.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض ، وهو موجود بشكل أساسي كجزيئات مكونة من ذرتين من الأكسجين. يمكن أن يتحد الأكسجين في جزيئات مع ثلاث ذرات تسمى الأوزون. يعتبر الأوزون بالقرب من الأرض ملوثًا ، ولكن في الجزء العلوي من الستراتوسفير ، فإنه يشكل طبقة واقية حوله كوكب يمتص أشعة الشمس فوق البنفسجية ، وبالتالي يحمي جميع أشكال الحياة من الآثار الضارة لذلك إشعاع. يتم قياس سمك هذه الطبقة بوحدات دوبسون (DU) ؛ واحد DU يساوي واحد على مائة من المليمتر عند درجة الحرارة والضغط القياسيين. يبلغ سمك طبقة الأوزون ما بين 300 إلى 500 وحدة DU في المتوسط ​​، وهو ما يعادل سمك بنسين مكدسين تقريبًا.

بدأ العلماء في البداية يدركون قدرة الكلور على التفاعل بشكل مدمر مع الأوزون في الولايات المتحدة في أوائل السبعينيات ، وحذر شيروود رولاند وماريو مولينا من الخطر الذي تشكله مركبات الكربون الكلورية فلورية على طبقة الأوزون في 1974. هذا الخطر هو نتيجة مباشرة لحقيقة أن مركبات الكربون الكلورية فلورية - التي تحتوي على الكربون والفلور والكلور - خاملة للغاية. نظرًا لأنها لا تتفاعل مع أي شيء في الغلاف الجوي السفلي ، فإن جزيئات الكلوروفلوروكربون تهاجر في النهاية إلى الغلاف الجوي العلوي ، حيث يكون إشعاع الشمس شديدًا بدرجة كافية لتفكيكها. هذا ينتج الكلور الحر - وهو عنصر ليس خاملًا.

تتكون العملية التي يدمر بها الكلور الأوزون من خطوتين. جذر الكلور ، شديد التفاعل ، يزيل ذرة الأكسجين الزائدة من جزيء الأوزون ، ويشكل أول أكسيد الكلور ويترك جزيء الأكسجين كمنتج للتفاعل. أحادي أكسيد الكلور أيضًا شديد التفاعل ، ومع ذلك ، فإنه يتحد مع جزيء أوزون آخر لتكوين جزيئين من الأكسجين وترك ذرة الكلور خالية لبدء العملية مرة أخرى. يمكن لذرة كلور واحدة أن تدمر آلاف جزيئات الأوزون في درجات حرارة منخفضة بدرجة كافية. توجد درجات الحرارة هذه فوق القطب الجنوبي ، وإلى مدى محدود فوق القطب الشمالي ، خلال فصل الشتاء.

اكتشف العلماء لأول مرة دليلًا على وجود ثقب في طبقة الأوزون فوق القطب الجنوبي في عام 1985. كانت ردود فعل حكومات العالم سريعة ، حيث توصلت إلى اتفاق في مونتريال في عام 1987 ، بحلول عام 2010 ، للتخلص التدريجي من استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية بين البلدان الموقعة. يبلغ متوسط ​​سمك الطبقة في ثقب الأوزون ، والذي يتطور كل عام خلال ربيع أنتاركتيكا ، حوالي 100 DU - سمك الدايم. أكبر ثقب لوحظ كان في عام 2006 ؛ كانت 76.30 مليون كيلومتر مربع في المنطقة (29.46 مليون ميل مربع) ؛ لم يكن هناك ثقب في السنوات اللاحقة ، اعتبارًا من 2014 ، كبير جدًا. لوحظ أول ثقب للأوزون فوق القطب الشمالي في عام 2011 بعد شتاء القطب الشمالي البارد بشكل غير عادي.