إن طبقة الأوزون جزء لا يتجزأ مما يجعل الأرض صالحة للسكن. هذه المنطقة من الستراتوسفير مسؤولة عن امتصاص غالبية الأشعة فوق البنفسجية للشمس ، وبالتالي ضمان عدم تعرض الكائنات الأرضية للإشعاع. منذ السبعينيات ، أدرك العلماء وجود انخفاض مطرد في هذه الطبقة حول المنطقة القطبية الجنوبية ، إلى جانب انخفاض موسمي كبير. هذه الظاهرة الأخيرة ، المعروفة باسم "ثقب الأوزون" ، كانت مصدر قلق كبير لعقود.
وقد ركزت محاولات معالجة هذا الوضع على قطع استخدام المواد الكيميائية الصناعية ، مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية. وقد بلغت هذه الجهود ذروتها بتوقيع بروتوكول مونتريال في عام 1987 ، الذي دعا إلى الإلغاء الكامل للمواد المستنفدة للأوزون (ODSs). ووفقًا لدراسة حديثة أجراها فريق من علماء وكالة ناسا ، فإن ثقب الأوزون يظهر علامات على انتعاش كبير نتيجة لذلك.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "تراجع في استنفاد الأوزون في القطب الجنوبي والكلور الستراتوسفيري السفلي المحدد من ملاحظات الهوائي لأطراف الميكروويف الهالة" مؤخرًا في المجلة العلمية رسائل البحوث الجيوفيزيائية. وقادت الدراسة سوزان إي ستراهان وشاركت في تأليفها آن ر. دوغلاس ، عالمتان بحثيتان بمختبر كيمياء الغلاف الجوي وديناميكيات ناسا جودارد.
من أجل دراستهم ، استشار الفريق بيانات من القمر الصناعي Aura التابع لناسا ، والذي يراقب المنطقة القطبية الجنوبية منذ عام 2005. بعد إطلاقه في عام 2004 ، كان الغرض من القمر الصناعي Aura هو إجراء قياسات للأوزون والهباء الجوي والغازات الرئيسية في الغلاف الجوي للأرض. ووفقًا للقراءات التي جمعتها منذ عام 2005 ، أدت التخفيضات في استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية إلى انخفاض بنسبة 20٪ في استنفاد الأوزون.
ببساطة ، مركبات الكربون الكلورية فلورية هي مركبات كيميائية طويلة العمر تتكون من الكربون والكلور والفلور. منذ النصف الأخير من القرن العشرين ، تم استخدامها في عدد من التطبيقات الصناعية مثل التبريد (مثل الفريون) ، في الهباء الجوي الكيميائي (كمواد دافعة) ، ومذيبات. في نهاية المطاف ، ترتفع هذه المواد الكيميائية إلى الستراتوسفير حيث تتعرض للإشعاع فوق البنفسجي وتتحلل إلى ذرات الكلور.
تلعب ذرات الكلور هذه دمارًا مع طبقة الأوزون ، حيث تحفز لتكوين غاز الأكسجين (O²). يبدأ هذا النشاط في حوالي شهر يوليو خلال فصل الشتاء في نصف الكرة الجنوبي ، عندما تسبب أشعة الشمس زيادة في تحفيز ذرات الكلور والبروم المشتقة من مركبات الكربون الكلورية فلورية في الغلاف الجوي. بحلول شهر سبتمبر (أي الربيع في نصف الكرة الجنوبي) ، يبلغ النشاط ذروته ، مما أدى إلى "ثقب الأوزون" الذي لاحظه العلماء لأول مرة في عام 1985.
في الماضي ، أشارت دراسات التحليل الإحصائي إلى أن استنفاد الأوزون قد ازداد منذ ذلك الحين. ومع ذلك ، فإن هذه الدراسة - التي كانت أول من استخدم قياسات التركيب الكيميائي داخل ثقب الأوزون - أشارت إلى أن استنفاد الأوزون آخذ في التناقص. علاوة على ذلك ، أشارت إلى أن الانخفاض ناتج عن انخفاض استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية.
وكما أوضحت سوزان ستراهان في بيان صحفي أصدرته وكالة ناسا مؤخراً ، "نرى بوضوح شديد أن الكلور من مركبات الكربون الكلورية فلورية ينخفض في حفرة الأوزون ، وأن استنفاد الأوزون أقل بسببه". لتحديد مدى تغير الأوزون والمواد الكيميائية الأخرى في الغلاف الجوي من عام لآخر ، اعتمد العلماء على بيانات من جهاز مايكرويف لاسبر (MLS) التابع للقمر الصناعي Aura.
على عكس الأدوات الأخرى التي تعتمد على ضوء الشمس للحصول على أطياف من غازات الغلاف الجوي ، يقيس هذا الجهاز انبعاثات هذه الغازات في الميكروويف. ونتيجة لذلك ، يمكنها قياس الغازات النزرة فوق القارة القطبية الجنوبية خلال فترة رئيسية من العام - عندما يعاني نصف الكرة الجنوبي من الشتاء والطقس في الستراتوسفير هادئ ودرجات الحرارة منخفضة ومستقرة.
تم حساب التغير في مستويات الأوزون من بداية ونهاية شتاء نصف الكرة الجنوبي (أوائل يوليو إلى منتصف سبتمبر) يوميًا باستخدام قياسات MLS كل عام من 2005 إلى 2016. في حين أشارت هذه القياسات إلى انخفاض في فقدان الأوزون ، أراد ستراهان ودوغلاس أن يكون بعض التخفيضات في استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية هو المسؤول.
وقد فعلوا ذلك من خلال البحث عن علامات منبهة لحمض الهيدروكلوريك في بيانات MLS ، والتي سيتشكل الكلور بالتفاعل مع الميثان (ولكن فقط عندما يتم استنفاد جميع الأوزون المتوفر). كما شرح ستراهان:
"خلال هذه الفترة ، تكون درجات الحرارة في القطب الجنوبي منخفضة جدًا دائمًا ، لذا فإن معدل تدمير الأوزون يعتمد في الغالب على كمية الكلور الموجودة. هذا عندما نريد قياس فقدان الأوزون ... بحلول منتصف أكتوبر تقريبًا ، يتم تحويل جميع مركبات الكلور بشكل ملائم إلى غاز واحد ، لذا بقياس حمض الهيدروكلوريك لدينا قياس جيد للكلور الكلي. "
وجاء تلميح آخر على شكل مستويات من أكسيد النيتروز ، وهو غاز آخر طويل العمر يتصرف تمامًا مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية في معظم طبقات الستراتوسفير - ولكنه ليس في انخفاض مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية. إذا كانت مركبات الكلوروفلوروكربون في الستراتوسفير تتناقص ، فهذا يعني أن كمية الكلور الأقل ستكون موجودة مقارنة بأكسيد النيتروز. من خلال مقارنة قياسات MLS لحمض الهيدروكلوريك وأكسيد النيتروز كل عام ، حددوا أن مستويات الكلور تنخفض بنحو 0.8 في المائة سنويًا.
كما أشار ستراهان ، فقد أضاف هذا انخفاضًا بنسبة 20 ٪ من عام 2005 إلى عام 2016 ، وهو ما يتفق مع ما كانوا يتوقعونه. وقالت: "هذا قريب جدًا مما يتنبأ به نموذجنا الذي يجب أن نراه لهذا الكم من انخفاض الكلور". وهذا يعطينا الثقة بأن الانخفاض في استنفاد الأوزون حتى منتصف سبتمبر الذي أظهرته بيانات MLS يرجع إلى انخفاض مستويات الكلور القادم من مركبات الكربون الكلورية فلورية. لكننا لا نشهد حتى الآن انخفاضًا واضحًا في حجم ثقب الأوزون لأنه يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل رئيسي بعد منتصف سبتمبر ، والذي يختلف كثيرًا من عام لآخر ".
ومن المتوقع أن تستمر عملية الاسترداد هذه لأن مركبات الكربون الكلورية فلورية تغادر الغلاف الجوي تدريجيًا ، على الرغم من توقع العلماء أن التعافي الكامل سيستغرق عقودًا. هذه أخبار جيدة للغاية بالنظر إلى أن ثقب الأوزون تم اكتشافه قبل حوالي ثلاثة عقود فقط ، وبدأت مستويات الأوزون في الاستقرار بعد حوالي عقد من الزمان. ومع ذلك ، كما أوضح دوغلاس ، من غير المرجح أن يحدث التعافي الكامل حتى النصف الأخير من هذا القرن:
"مركبات الكلوروفلوروكربون لها عمر من 50 إلى 100 عام ، لذا فهي تبقى في الغلاف الجوي لفترة طويلة جدًا. بالنسبة لثقب الأوزون ، فإننا ننظر إلى 2060 أو 2080. وحتى ذلك الحين قد يكون هناك ثقب صغير ".
غالباً ما يوصف بروتوكول مونتريال كمثال على العمل المناخي الدولي الفعال ، ولسبب وجيه. تم توقيع البروتوكول بعد ثلاثة عشر عامًا من التوصل إلى إجماع علمي حول استنفاد الأوزون ، وبعد عامين فقط من اكتشاف ثقب الأوزون المقلق إلى حد ما. وفي السنوات التالية ، ظل الموقعون ملتزمين بأهدافهم وحققوا تخفيضات مستهدفة.
ويؤمل في المستقبل أن يتم اتخاذ إجراء مماثل بشأن تغير المناخ ، الذي تعرض للتأخير والمقاومة لسنوات عديدة حتى الآن. ولكن كما توضح حالة ثقب الأوزون ، يمكن للعمل الدولي معالجة مشكلة قبل فوات الأوان.
