بازگشت به لایه ازون!

ozone_layer_story

چند دهه پیش، لایه ازون در صدر اخبار جهان قرار گرفت. در میانۀ دهه ۸۰ میلادی دانشمندان دریافتند سرعت از بین رفتنِ مولکول‌های ازون در لایۀ دوم جو زمین به قدری شدید است که ممکن است چیزی تا پایان حیات در کرۀ خاکی نمانده باشد. بحران لایه ازون آنچنان در مرکز توجه قرار گرفته بود که بحث «سوراخ لایه ازون» به گفتگوی روزمره نیز راه پیدا کرد. مثلا ممکن بود شما بخواهید تافتِ مو یا فلان اسپری بخرید و دوستتان بگوید «نخر، لایه ازون سوراخ میشه!». اما امروز اثری از آن در اخبار نیست. ماجرا از چه قرار است؟!

مسئله کاهش ضخامت لایه ازون از اخبار جهان خارج شد، چون طی تلاشی گسترده و کم‌نظیر تولید و انتشار مواد مخربِ لایه ازون در دنیا تقریبا به صفر رسید. داستان لایه ازون نمونه‌ای درس‌آموز و امیدبخش از مواجهه با یک بحرانِ کلانِ زیست‌محیطی است، چرا که برخلاف بسیاری از مسائلِ در هم‌پیچیده و لاینحلِ امروز، جامعه بشری موفق شد آن را «حل» کند. 

داستانِ لایه ازون به زبان ساده

مولکول ازون (O3) از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. ازون در هوای شهرها یک آلاینده به حساب می‌آید و تنفس آن باعث بروز ناراحتی‌های تنفسی می‌شود. اما کمی دورتر از سطح زمین، در ارتفاعِ ۱۶ تا ۴۸ کیلومتری در دومین لایۀ جو (استراتوسفر)، مولکول‌های ازون مانند سپری مستحکم عمل می‌کنند و مانع تابش پرتوهای خطرناک خورشید به زمین می‌شوند و از حیات در کرۀ خاکی محافظت می‌کنند. نزدیک به ۹۰% از ازونی که در جو زمین وجود دارد در همین لایه ۳۲ کیلومتری قرار دارد که به آن «لایه ازون» می‌گویند.

البته مولکول ازون از نظر تعداد اصلاً در لایه استراتوسفر غلبه ندارد. از هر یک میلیون مولکولی که در این لایه وجود دارد تنها ۱ تا ۱۰ مورد، ازون و مابقی اکسیژن و نیتروژن هستند، اما همین مقدار کافی است تا ۹۵ تا ۹۹٫۹ درصد از پرتوهای پرانرژی خورشید مانند اشعه فرابنفش در لایه ازون جذب شود و حیات در زمین ادامه پیدا کند.

هرچقدر تابش فروسرخ خورشید برای موجودات زنده خوشایند است، تابش فرابنفش خطرناک و آسیب‌زاست. تمرکز مولکول‌های ازون در لایه استراتوسفر مانع از رسیدن بخش عمدۀ تابش فرابنفش خورشید به سطح زمین می‌شود، اما با تابش فروسرخ کاری ندارد. به همین خاطر وجود لایه‌ای دور از سطح زمین با غلظت بالای ازون برای تمامی جانداران از اهمیتی حیاتی بر خوردار است.

لایه ازون را نخستین بار دو فیزیک‌دان فرانسوی به نام‌های شارل فبری و آنری بویسون در سال ۱۹۱۳ کشف کردند. آن‌ها متوجه تمایز تابش خورشید در سطح زمین در ارتفاعات بالاتر شدند و نتیجه گرفتند بخشی از پرتوها در ارتفاع مشخصی از سطح زمین جذب می‌شود. آزمایش‌های بعدی ایشان نشان داد کار، کارِ ازون است.

اهمیت ازون در لایه استراتوسفر سبب شد از دهه ۳۰ تا ۶۰ میلادی ایستگاه‌های گوناگونی برای سنجش ازون راه‌اندازی شود. این ایستگاه‌ها با تلاش یک فیزیک‌دان و هواشناس انگلیسی به نام گوردون دابسون به وجود آمد. واحد سنجش غلظت متمرکز ازون در استراتوسفر نیز از نام همین دانشمند گرفته شده است.   

عجیب و باورکردنی؟!

در دهه ۷۰ میلادی دانشمندان ناسا برای نخستین بار متوجه کاهش غلظت ازون در لایه استراتوسفر شدند. اما آن را به خطای تجهیزات جدید اندازه‌گیری و نوسان طبیعی ضخامت لایه ازون در فصل‌های مختلف سال نسبت دادند. اما غلظت ازون در قطب جنوب با روش‌های سابق نیز توسط محققین انگلیسی اندازه‌گیری شد و کمترین مقدار آن طی نزدیک به چهار دهه به ثبت رسید. این مقدار نزدیک به ۱۰% از غلظت معمول ازون در این لایه کمتر بود.  

نخستین گام برای پی بردن به «علت اصلی»

در سال ۱۹۷۴ ماریو مولینا و شروود رولند دو استاد شیمی دانشگاه کالیفرنیا مقاله مهمی در مجله نیچر به چاپ رساندند. این مقاله یک مادۀ برساختۀ بشر به نام کلروفلوئوروکربن (CFC) را به عنوان علت اصلی تخریب لایه ازون معرفی کرد. این مقاله اگرچه توجه زیادی جلب کرد و نقطه شروع برخی فعالیت‌ها مانند تحریم‌های محدود محصولات CFC شد اما موفق نشد حکومت‌ها را به حرکت درآورد. هنوز عمق فاجعه به درستی درک نشده بود. در آن زمان، وقتی صحبت از تخریب لایه ازون می‌شد، تصور غالب این بود که تا رسیدن به یک وضعیت خطرناک هنوز چند قرن‌ فرصت هست.

مولینا و رولند به خاطر تحقیقاتشان درباره تاثیر مواد شیمیایی انسان‌ساز در تخریب لایه ازون جایزه نوبل دریافت کردند

CFC از ۴ اتم کلر، ۱ اتم فلوئور و ۱ اتم کربن تشکیل می‌شود و واکنش‌پذیری بسیار پایینی دارد. سَمّی نیست و قیمت تمام‌شده‌اش بسیار کم است. همین موارد سبب شد وقتی در دهه ۳۰ میلادی ابداع و وارد بازار شد، با استقبال گسترده در صنایع مواجه شود. CFCها با نام تجاری فِروئون نیز شناخته می‌شدند و در ساخت یخچال‌ و خنک‌کننده‌های دیگر، اسپری‌‌های فیکساتور و خوشبوکننده، تافت مو، صنایع بسته‌بندی، حلال‌های صنعتی، سوخت موشک و …  کاربرد داشتند. در برخی صنایع مانند یخچال‌سازی، گاز فروئون جایگزین ماده‌ای سَمّی شده بود که اگر به صورت اتفاقی از یخچال خارج می‌شد، برای افراد خطر جانی داشت، به همین دلیل به سرعت این صنعت را از آن خود کرد. علاوه بر این موارد، پایداری بالا و واکنش‌ناپذیری CFC نیز باعث شد نگرانی چندانی درباره آلایندگی آن در طبیعت وجود نداشته باشد.

مولینا و رولند برای نخستین بار در سال ۱۹۷۴ از تاثیر مخرب کلروفلوئوروکربن بر لایه ازون پرده برداشتند

یک اتم کلر حریف صدها هزار مولکول ازون

اما مسئله به همین جا ختم نمی‌شد. رولند و مولینا در مقاله‌شان توضیح دادند که اگرچه CFC پایداری بسیار زیادی دارد و بین ۴۰ تا ۱۵۰ سال در اتمسفر می‌ماند. اما زمانی که به لایه نخست جو زمین عبور می‌کند و به لایه ازون در استراتوسفر می‌رسد با اصابت پرتوهای پرقدرت خورشید پایداری‌اش را از دست می‌دهد. تابش فرابنفش خورشید سبب می‌شود CFC تجزیه شود و اتم کلرش را از دست بدهد. کلری که از این واکنش آزاد می‌شود با ازون (O3) واکنش می‌دهد و مولکول اکسیژن (O2) و مونوکسید کلر (ClO) به وجود می‌آورد. پس از آن، یک واکنش جدید رخ می‌دهد و همه چیز را تحت تاثیر قرار می‌دهد. مونوکسید کلر (ClO) در مجاورت اتم‌های سرگردانِ اکسیژن (O)، مولکول اکسیژن (O2) و کلر (Cl) آزاد می‌کند و اتم کلر دوباره تنها می‌شود. همین کافی است تا اتم کلر سراغ یک ازون جدید برود و آن را از بین ببرد و چرخۀ نابودی ازون با یک اتم کلر ادامه پیدا کند.

کلروفلوئوروکربن در لایه استراتوسفر دیگر پایداری سابق را ندارد و در اثر اصابت پرتو فرابنفش خورشید اتم کلر خود را از دست می‌دهد. همین یک اتم کلر کافیست تا تعداد زیادی مولکول ازون از بین برود

تخریب فراتر از تصور اولیه

در مقاله مولینا و رولند تصور می‌شد احتمال وقوع واکنش دوم نسبت به واکنش اول چندان زیاد نیست. اما وقتی تیمی از محققین به سرپرستی سوزان سولومون برای بررسی بیشتر مسئله به قطب جنوب اعزام شدند، نه تنها سر در آوردن کلروفلوئوروکربن به قطب جنوب با جریان هوا و نقشِ پررنگِ آن در تخریب لایه ازون را تایید کردند، بلکه دریافتند واکنش دوم نیز بسیار محتمل است و به راحتی در استراتوسفر اتفاق می‌افتد. به بیان دیگر تنها یک اتم کلر در لایه ازون کافی است تا صدها هزار مولکول ازون در لایه استراتوسفر از بین برود. این محققین دریافتند تخریب لایه ازون با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر تصور می‌شد در حال انجام است. سولومون و همکارانش در سال ۱۹۸۷ اعلام کردند غلظت ازون در پهنه‌ای وسیع‌تر از قاره آمریکا بر فراز قطب جنوب بیش از ۳۰% نسبت به مقدار همیشگی‌اش کاهش یافته است. 

سوزان سولومون شیمیدان جوانی بود که در میانه دهه ۸۰ میلادی تنها چند سال پس از دفاع از تز دکترایش برای بررسی وضعیت لایه ازون به قطب جنوب اعزام شد و پس از دو سال بررسی میدانی مسئله در تاریکی و سرمای قطب جنوب، نقش مهمی در برانگیختن افکار عمومی و قانع کرن حکومت‌ها برای جلوگیری از فاجعه بازی کرد.

این‌بار دیگر صحبت از قرن‌ها فرصت برای ترمیم لایه ازون و بازسازی محیط زیست نبود. ما در دل فاجعه قرار داشتیم. چند دهه بیشتر تا نابودی کامل لایه ازون بیشتر نمانده بود. با کاهش غلظت ازون حیات روی کره خاکی بی‌دفاع می‌شد. آمار سرطان پوست سر به فلک می‌کشید، تمامی جنبندگان در معرض تهدید قرار می‌گرفتند و اکوسیستم دست‌خوش اختلال‌ شدید می‌شد.  

ائتلاف فراگیر برای حل مسئله

جامعۀ جهانی خطر را بیخ گوشش دید و این‌بار مرجعیت علم را جدی گرفت. در همان سال معاهده‌ای بین‌المللی تنظیم شد و در مونترال کانادا به امضا رسید. در این پیمان کشورها موظف ‌شدند تمامی مواد مخرب در لایه ازون مانند CFCها را از صنایع و محصولات خود حذف و با مواد غیرمخرب جایگزین کنند. تمامی کشورها این معاهده را امضا کردند و حذف مواد مخرب را از سال ۱۹۸۹ در دستور کار خود قرار دادند. کاهش مصرف این مواد از همان سال آغاز شد و در سال‌های بعد نیز ادامه پیدا کرد.

CFCها مخرب‌ترین مواد برای لایه ازون بودند که انتشار آن‌ها از سال ۱۹۸۹ در دنیا کاهش یافت و در سال ۲۰۱۰ تقریبا به صفر رسید.
در میان کشورهای دنیا چین، برزیل و عربستان در تولید و انتشار مواد مخرب لایه ازون وضعیتی بدتر از سایر کشورها دارند
در ایران نیز انتشار مواد مخرب لایه ازون از سال ۲۰۰۳ میلادی (۱۳۸۳ شمسی) کاهش چشمگیر یافت و پس از آن نیز افزایش پیدا نکرد.

کوفی عنان رئیس سازمان ملل در سال ۲۰۰۳ از پیمان مونترال به عنوان موفق‌ترین معاهده بین‌المللی تا آن روز یاد کرد.  در سال‌های بعد دانشمندان اعلام کردند تخریب لایه ازون متوقف شده و در سال ۲۰۱۶ اعلام شد ترمیم لایه ازون پس از چند دهه خسارت انسانی آغاز شده و تا سال ۲۰۶۰ به وضعیت سابق خود در سال ۱۹۸۰ باز می‌گردد.

کاهش تعداد مولکول‌های O3 در لایه ازون در دهه ۶۰ میلادی آغاز شد، در دهه ۷۰ شدت گرفت و تا دهه ۹۰ ادامه یافت. در دهه ۹۰ و ۲۰۰۰ تخریب لایه ازون متوقف و در دهه ۲۰۱۰ ترمیم آن اغاز شد.

درس‌های لایه ازون برای امروز

اکنون سوال این‌جاست که جامعه بشری با چنین سابقه درخشانی از حل یک مسأله کلانِ زیست محیطی چرا در برابر مسأله دیگری مانند گرمایش زمین هنوز نتوانسته قدم موثری بردارد و وابستگی‌اش را به سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال‌سنگ کاهش دهد. هنوز بخش عمده تامین انرژی دنیا با احتراق سوخت‌های فسیلی انجام می‌شود. اگر تولید و انتشار مواد مخرب لایه ازون در کمتر از نیم قرن خسارتی هولناک بر محیط زیست وارد آورد و جامعه بشری را برای تغییر رویه فوری متحد کرد، چرا بیش از یک قرن احتراق سوخت‌های فسیلی در ابعادی کاملا غیرقابل مقایسه با آن هنوز به هیچ اقدام موثری ختم نشده است؟!

پیش‌نیازهای حل مسائل کلان

سوزان سولومون، کسی که برای اقناع جامعه جهانی در مواجه با بحران لایه ازون قدم‌های مهمی برداشت، دلایل این موفقیت را در سه P خلاصه می‌کند:

  1. دریافت شخصی و ملموس از مسئله (Personal): همه سرطان پوست را درک می‌کردند و متوجه تهدیدِ جانی برای شخص خودشان بودند.
  2. قابلیت اندازه‌گیری مستمر (Perceptible): روش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری شاخص‌های مختلف و رصد غلظت ازون استراتوسفر و همین‌طور میزان انتشار مواد مخرب ازون مانند CFC وجود داشت و پیوسته منتشر می‌شد.
  3. ایده‌های قابل اجرا برای جایگزینی و نوآوری (Practical): ابداعِ ماده‌ای به جای کلوفلوئوروکربن بدون ویژگی‌های مخرب آن در لایه ازون و روانه کردن آن به بازار کار چندان دشواری برای دانشمندان و صنعتگران نبود. آن‌ها موفق شدند ظرف یک سال ماده‌ای به نام هیدروفلوئوروکربن را تولید و روانه بازار کنند. اگرچه این ماده بعدها جزو گازهای گلخانه‌ای طبقه‌بندی شد و در آینده باید برای جایگزینی آن نیز فکری کرد اما دست کم ویژگی‌های خطرناک CFC را نداشت. 

سولومون سپس استدلال می‌کند آنچه سه P فوق را به یکدیگر پیوند می‌دهد و حل مسأله را امکان‌پذیر می‌کند یک P بزرگ‌تر است: 

کشاندن مسئله به حوزۀ عمومی و برانگیختن هوشیاری اجتماعی در سطوح مختلف (Public)

در مسئله لایه ازون ابتدا حساسیت عمومی در لایه‌های مختلف اجتماعی برانگیخته شد و در زندگی روزمره بازتاب یافت سپس به صورت برنامه و قانون درآمد و اجرا شد.

مرجعیتِ علم

نکته قابل توجه دیگر در داستان لایه ازون «مرجعیت علم» است. در این مواجهه، زمانی عزمِ عمومی برای برداشتن گام‌های موثر جزم می‌شود که «علت اصلیِ» بحران با روش‌های علمی گوناگون شناسایی شده، سازگاری آن مورد ارزیابی قرار گرفته و تایید شده و جایی برای گمانه‌زنی‌های بی‌اساس باقی نمانده است.

اعتبار نهادهای علمی مانند دانشگاه و مجلات نیز به گونه‌ای است که می‌توانند بهترین صورت‌بندی را از مسئله ارائه کنند و هدف‌گیری درست را به سیاست‌گذار نشان دهند. اگر مرجعیت و اعتبار علم و نهادهای علمی خدشه‌دار شود نمی‌توانند نقش تعیین‌کنندۀ خود را در مسائل کلان ایفا کنند.

دست‌گرمی برای رویارویی با بحران بزرگ

اگرچه جامعه جهانی امروز چندپاره‌تر از چند دهه قبل به نظر می‌رسد و رهبرانی در مصدر امور هستند که رویکردهای علمی را به راحتی از یاد می‌برند، اما هنوز تجربیات ارزشمندی مانند اقدام به موقع برای جلوگیری از تخریب لایه ازون یا واکسیناسیونِ بیش از نیمی از مردم جهان در کمتر از یک‌سال می‌تواند کورسوی امید را برای حل مسائلِ بزرگ‌تر از سوراخ لایه ازون و همه‌گیری کرونا زنده نگه دارد. در حال حاضر بزرگ‌ترین مسئله‌ای که زندگی بشر را تحت تاثیر قرار داده همه‌گیری کرونا است که با تولید واکسن گامی موثر برای غلبه بر آن برداشته شده است. اما وابستگی شدید به سوخت‌های فسیلی، آلودگی‌های زیست محیطی و گرمایش زمین، ما را به زودی با بحرانی به مراتب هولناک‌تر از مسائل قبلی روبه‌رو خواهد کرد. گرمایش زمین با واکسیناسیون گسترده حل نخواهد شد، بلکه تغییری به مراتب بزرگ‌تر از موارد قبلی نیاز خواهد داشت.

پاورقی و ارجاع

  1. The Ozone Layer; UCAR, Center for Science and Education (+)
  2. Ozone: From discovery to protection; C.T. McElroy &P.F. Fogal, Atmosphere-Ocean 2010 (+)
  3. Why You Don’t Hear About the Hole in the Ozone Layer Anymore; The Joe Rogan Experience 2020 (+)
  4. Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone; Mario J. Molina & F. S. Rowland, Nature 1974 (+)
  5. When the world actually solved an environmental crisis; Kelsey Piper, Vox 2021 (+)
  6. Ozone Layer; Hannah Ritchie and Max Roser, Our World in Data 2018 (+)
  7. Appearance of an Ozone Hole over Antarctica explained; UK Air Information Resource (+)
  8. Why you don’t hear about the ozone layer anymore; Christina Thornell and Kimberly Mas; vox 2021(+)
  9. Susan Solomon; Science History Institute (+
  10. Key Achievements of the Montreal Protocol in the past 20 Years; Japan Ministry of Economy, Trade and Industry 2005 (+)
  11. Ozone layer finally healing after damage caused by aerosols, UN says; The Guardian 2018 (+)
  12. COVID-19 is awful, Climate change could be worse; Bill Gates; gatesnotes 2020 (+)

نویسندگان

دیدگاه‌ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *