ओजोन ह्रास
ओजोन ह्रास या ओजोन अवक्षय (ओजोन डिप्लीशन) दो अलग लेकिन सम्बंधित प्रेक्षणों का वर्णन करता है; 1970 के दशक के बाद से पृथ्वी के समतापमंडल () में ओजोन की कुल मात्रा में प्रति दशक लगभग चार प्रतिशत की धीमी लेकिन स्थिर कमी आ रही है;और समान अवधि के दौरान पृथ्वी के ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर समतापमंडल की ओजोन में अधिक लेकिन मौसमी कमी आ रही है। बाद वाली घटना को सामान्यतः ओजोन छिद्र के रूप में जाना जाता है। इस जाने माने संताप मंडलीय ओजोन () रिक्तीकरण के अलावा, क्षोभ मंडलीय ओजोन रिक्तीकरण की घटनाएँ () भी पाई गई हैं, जो बसंत ऋतु के दौरान ध्रुवीय क्षेत्रों की सतह के पास होता है।
विस्तृत क्रियाविधि जिसके द्वारा ध्रुवीय ओजोन छेद, मध्य अक्षांश रिक्तीकरण से भिन्नता रखता है, लेकिन दोनों प्रवृतियों में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है परमाणु क्लोरीन और ब्रोमीन द्वारा ओजोन का अपघटनी () विनाश. समताप मंडल में इन हेलोजन () परमाणुओं का मुख्य स्रोत है क्लोरो फ्लोरो कार्बन () योगिकों का प्रकाश अपघटन (), ये योगिक सामान्यतः फ़्रेयोन () कहलाते हैं, साथ ही ब्रोमो फ्लोरो कार्बन () योगिकों का प्रकाश अपघटन भी इसका कारण है जो हेलोन () कहलाते हैं। इन योगिकों का समतापमंडल में स्थानांतरण सतह पर उत्सर्जित होने के बाद होता है। सी एफ सी और हेलोन की वृद्धि होने पर ओजोन रिक्तीकरण क्रियाविधि में भी वृद्धि होती है।
सीएफसी और अन्य कारक पदार्थ सामान्यतया ओजोन-रिक्तीकरण पदार्थ (Ods) कहलाते हैं। चूँकि ओजोन परत पराबैंगनी प्रकाशके सबसे हानिकारक UVB तरंग दैर्ध्य (270–315 nm) को पृथ्वी के वायुमंडल () में प्रवेश करने से रोकता है, ओजोन में कमी इसी कारण से पूरी दुनिया में एक चिंता का विषय बना हुआ है, इसलिए मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल () को अपनाया गया है, जिसके अनुसार सी एफ सी और हेलोन के उत्पादन तथा अन्य ओजोन रिक्तीकरण रसायनों जैसे कार्बन टेट्रा क्लोराइड () और ट्राई क्लोरो इथेन () के उत्पादन पर रोक लगा दी गई है। ऐसा संदेह है कि कई प्रकार के जैविक परिणाम जैसे त्वचा कैंसर () में वृद्धि, पोधों की क्षति, समुद्र के प्रकाश क्षेत्र () में प्लेंक्टन () की आबादी में कमी, ओजोन रिक्तीकरण के कारण बढ़ी हुई पराबेंगनी किरणों की वजह से हैं।
ऑक्सीजन के तीनों अपर रूप ()ओजोन-ऑक्सीजन चक्र () में शामिल हैं:ऑक्सीजन परमाणु (O या परमाणु ऑक्सीजन), ऑक्सीजन गैस (O या द्वि परमाण्विक ऑक्सीजन) और ओजोन गैस (O या त्रि परमाण्विक ऑक्सीजन)। ओजोन का निर्माण समताप मंडल में तब होता है जब ऑक्सीजन के अणु 240 nm से छोटे तरंग दैर्ध्य के एक पराबैंगनी फोटोन को अवशोषित करके प्रकाश अपघटित () हो जाते हैं। यह ऑक्सीजन के दो परमाणुओं का निर्माण करता है। अब परमाण्विक ऑक्सीजन O के साथ संयोजित होकर O बनाती है। ओजोन अणु 310 और 200 nm, के बीच के यूवी प्रकाश को अवशोषित कर लेता है, जिससे ओजोन विभाजित होकर एक ऑक्सीजन परमाणु और एक O अणु बनाता है। अब ऑक्सीजन परमाणु ऑक्सीजन अणु के साथ संयोजित होकर फ़िर से ओजोन अणु बनाता है। यह एक सतत प्रक्रिया है जो तब ख़त्म होती है जब एक ऑक्सीजन परमाणु एक ओजोन अणु के साथ "पुनर्संयोजित " होकर दो O अणु बना लेता है। O + O → 2 O
समतापमंडल में ओजोन की कुल मात्रा का निर्धारण प्रकाश रसायनिक उत्पादन और पुनर्संयोजन के बीच एक संतुलन के द्वारा होता है।
ओजोन को मुक्त मूलक () उत्प्रेरक की एक संख्या के द्वारा नष्ट किया जा सकता है, इसमें से सबसे महत्वपूर्ण है हाइड्रोक्सिल मूलक () (OH•),नाइट्रिक ऑक्साइड () मूलक (NO•) और परमाणु क्लोरीन (Cl) और ब्रोमीन (Br)। इन सब के प्राकृतिक और कृत्रिम दोनों प्रकार के स्रोत हैं;वर्तमान समय में, OH और NO का अधिकांश भाग. समतापमंडल में इसकी प्राकृतिक उत्पत्ति होती है लेकिन मानव की क्रियाविधियों के फलस्वरूप ऑक्सीजन क्लोरीन और ब्रोमीन में नाटकीय रूप से उच्च वृद्धि हुई है।
CFCl + hν → CFCl + Cl
अब क्लोरीन और ब्रोमीन के परमाणु ओजोन के अणुओं को कई अपघटनी () चक्रों के द्वारा नष्ट कर देते हैं। इस तरह के एक चक्र के सरलतम उदाहरण में, एक क्लोरीन परमाणु एक ओजोन अणु के साथ, क्रिया करता है, इसके एक ऑक्सीजन परमाणु को लेकर ClO बना लेता है और एक ऑक्सीजन अणु को मुक्त कर देता है। क्लोरीन मोनोऑक्साइड (यानी ClO) ओजोन के दूसरे अणु के साथ क्रिया करके (अर्थात O) एक अन्य क्लोरीन परमाणु और दो ऑक्सीजन अणु बना देती है। इस गैस प्रावस्था क्रिया के लिए रासायनिक अभिक्रिया निम्नानुसार है:
Cl + O → ClO + O
ClO + O → Cl + 2 O
समग्र प्रभाव ओजोन की मात्रा में कमी का कारण बन जाता है। और अधिक जटिल प्रणाली की खोज की गई है, जो समताप मंडल के नीचले भाग में ओजोन के विनाश का कारण है।
एकमात्र क्लोरीन परमाणु दो साल तक ओजोन को लगातार नष्ट कर सकता है। (परिवहन के लिए समय का पैमाना नीचे क्षोभ मंडल तक जाता है) इस अभिक्रिया में हाइड्रोजन क्लोराइड ()(HCl) और क्लोरीन नाइट्रेट () (ClONO) जैसी प्रजातियों के निर्माण के द्वारा इसे चक्र से हटाया जा सकता है। एक परमाणु के आधार पर ओजोन को नष्ट करने में ब्रोमीन क्लोरीन की तुलना में अधिक प्रभावी है। लेकिन वर्तमान में वातावरण में कम मात्रा में ब्रोमीन है। इसके परिणामस्वरूप, समग्र ओजोन रिक्तीकरण में क्लोरीन और ब्रोमीन दोनों महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। प्रयोगशाला अध्ययन दर्शाते हैं कि फ्लोरीन और आयोडीन परमाणु समरूपी अपघटनी चक्रों में भाग लेते हैं। हालांकि, पृथ्वी के वायुमंडल में, फ्लोरीन के परमाणु तेजी से जल और मेथेन के साथ क्रिया करके प्रबल बंधन से युक्त HF () बनाते हैं। जबकि आयोडीन से युक्त कार्बनिक अणु नीचले वातावरण में इतनी तेजी से क्रिया करते हैं कि वे पर्याप्त मात्राओं में समतापमंडल तक नहीं पहुँच पाते हैं। इसके अलावा, मात्र एक क्लोरीन परमाणु 100000 ओजोन अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है। यह तथ्य तथा क्लोरो फ्लोरो कार्बन के द्वारा वायुमंडल में मुक्त क्लोरीन की वार्षिक मात्रा प्रर्दशित करती है कि सीएफसी पर्यावरण के लिए कितने खतरनाक हैं।
इन ओजोन रिक्तिकरण रसायनों में एक कुंजी अणु डाई क्लोरीन पेरोक्साइड (Cl2O2) के अपघटन पर नया अनुसंधान, ध्रुवीय ओजोन रिक्तिकरण के वर्तमान वातावरण मॉडलों की पूर्णता पर प्रश्न उठाता है। विशेष रूप से, पासादेना, कैलिफोर्निया, में नासा की जेट इंजन प्रयोगशाला में रसायनज्ञों ने 2007 में पाया कि समतापमंडल में ताप. स्पेक्ट्रम और उपस्थित विकिरण की तीव्रता ऎसी स्थिति उत्पन्न करती है जो क्लोरीन मूलक को मुक्त करने के लिए आवश्यक रासायनिक अपघटन की दर के लिए अपर्याप्त है, क्लोरीन मूलकों का यह आयतन ओजोन रिक्तिकरण के रिक्तिकरण की प्रेक्षित दरों को स्पष्ट करने के लिए जरुरी है। इसके बजाय, प्रयोगशाला परीक्षण जो समताप मंडल की परिस्थितियों को दर्शाते हैं उनके अनुसार अणु के क्षय का परिमाण उस मात्रा से कम है जो पहले सोची जाती थी।
ओजोन में अधिकाँश स्पष्ट कमी नीचले समताप मंडल () में हुई है। हालाँकि, ओजोन में छेद को इन स्तरों में ओजोन की सान्द्रता में आई कमी के रूप में नहीं नापा जाता है (जो प्रारूपिक रूप से प्रति मिलियन पर कुछ भाग है) लेकिन भूमि की सतह के एक बिन्दु के ऊपर कुल "कॉलम ओजोन" में कमी के द्वारा इसे नापा जाता है। इसे सामान्यतया डोबसन इकाई () के रूप में व्यक्त किया जाता है और संक्षेप में "DU" कहा जाता है। इस कॉलम ओजोन में अंटार्कटिक वसंत में और गरमी में आई चिह्नित कमी की तुलना 1970 के दशक के शुरूआत से की गई है इसके लिए उपकरण जैसे कुल ओजोन मानचित्रण स्पेक्ट्रोमीटर () (TOMS) का उपयोग किया गया है। अंटार्कटिका के ऊपर (दक्षिणी अर्ध गोलार्ध) वसंत ऋतु में ओजोन स्तम्भ में 70% तक कमी प्रेक्षित की गई और पहली बार 1985 में (फरमान एट अल 1985) इसकी रिपोर्ट जारी की गई जो अभी भी जारी है। 1990 के दशक में सितम्बर और अक्टूबर में पूर्व ओजोन छिद्र की तुलना में 40-50% कमी आई.अंटार्कटिक की तुलना में आर्कटिक () में कमी की मात्रा अलग अलग सालों में अलग अलग रही। सबसे बड़ी गिरावट जो 30% तक है वह सर्दियों और वसंत में आती है जब समताप मंडल ठंडा रहता है।
अभिक्रिया जो ध्रुवीय समताप मंडल के बादलों में होती है, वह ओजोन रिक्तीकरण बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाटी है। समताप मंडल के बादल अंटार्कटिक वायुमंडल की अत्यधिक ठंड में अधिक सहजता से इसे बनाते हैं। इसी कारण से अंटार्कटिका में ओजोन छेद सबसे पहले बना और अधिक गहरा है। प्रारंभिक परिक्षण समताप मंडल के बादल पर ध्यान नहीं दे पाए और इन्होने एक क्रमिक वैश्विक रिक्तीकरण का अनुमान लगाया, इसीलिए अंटार्कटिक में अचानक ओजोन छिद्र हो जाना कई वैज्ञानिकों के लिए आश्चर्य की बात थी।
मध्य अक्षांशों में ओजोन छिद्र के बजाय ओजोन रिक्तिकरण पर बात करना बेहतर है। 35-60 °उत्तरी आक्षांश के लिए 1980 के मूल्यों के अनुसार गिरावट लगभग तीन प्रतिशत से कम है, 35-60 °दक्षिण के लिए लगभग 6 प्रतिशत है। उष्णकटिबंधीय क्षेत्र में, कोई महत्वपूर्ण प्रमाण नहीं हैं।
ओजोन रिक्तीकरण समताप मंडल में और उपरी क्षोभ मंडल () के ताप में काफी कमी प्रेक्षित करता है। समताप मंडल की गरमी का स्रोत है, ओजोन के द्वारा यूवी विकिरण के अवशोषण, इसलिए ओजोन में कमी ताप को कम करती है। समताप मंडल में ताप में कुछ कमी का कारण ग्रीनहाउस गैस () में वृद्धि को भी माना गया है जैसे CO2; लेकिन ओजोन रिक्तिकरण के कारण ताप में कमी अधिक प्रभावी है।
ओजोन स्तर की भविष्यवाणियां मुश्किल बनी रहती हैं।विश्व मौसम विज्ञान संगठन के वैश्विक ओजोन अनुसंधान और निगरानी परियोजना - रिपोर्ट संख्या, 44 मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल के पक्ष में है, लेकिन इसके अनुसार यूएनईपी () 1994 के आकलन ने 1994-1997 की अवधि में ओजोन हानि को जरुरत से ज्यादा बताया।
क्लोरो फ्लोरो कार्बन (सीएफसी ()) को थॉमस मिद्ग्ले () के द्वारा 1920 के दशक में खोजा गया। इनका इस्तेमाल 1980 के दशक के पहलेवातानुकूलन ()/ ठंडा करने वाली इकाइयों, में एयरोसोल स्प्रे प्रोपेलेंट () के रूप में होता था और नाजुक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की सफाई में इसका उपयोग किया जाता था। ये कुछ रासायनिक प्रक्रियाओं के उप उत्पादों के रूप में भी प्रकट होते हैं। इन यौगिकों के लिए कभी कोई महत्वपूर्ण प्राकृतिक स्रोतों की पहचान नहीं की गई है--इनकी वातावरण मानव निर्माणों के लिए पूर्ण उपस्थिति है। जैसा कि ऊपर "ओजोन चक्र अवलोकन"में बताया गया है, जब ऐसे ओजोन रिक्तिकरण रसायन समतापमंडल में पहुँचते हैं, वे यु वी प्रकाश के द्वारा अपघटित होकर क्लोरीन परमाणु मुक्त करते हैं। क्लोरीन परमाणु एक उत्प्रेरक () की तरह कार्य करते हैं और प्रत्येक परमाणु समताप मंडल में हटा दिए जाने से पहले प्रति हजार में से दस ओजोन अणुओं को अपघटित कर देता है।CFC अणुओं की लंबी आयु को देखते हुए, सुधार में कई दशक लग जाते हैं। यह गणना की गई है कि CFC अणु को भूमि की सतह से उपरी वायुमंडल में पहुँचने में औसतन 15 साल लग जाते हैं। यह वहाँ पर लगभग एक सदी के लिए रह सकता है, इस अवधि के दोरान यह एक सौ हजार ओजोन के अणुओं को नष्ट कर सकता है।
वैज्ञानिक ओजोन रिक्तीकरण को सीएफसी से उत्पन्न एन्थ्रोपोजेनिकहेलोजन () योगिकों की वृद्धि से सम्बंधित करते हैं। जो जटिल रसन विज्ञान के स्थानान्तरण नमूनों और उनके मानकीकरण आंकडों से सम्बंधित हैं। (जैसे SLIMCAT, CLaMS ())। ये नमूने रासायनिक सांद्रण के उपग्रह मापन और प्रयोगशाला प्रयोगों में प्राप्त स्थिर रासायनिक अभिक्रिया दर के साथ मोसम क्षेत्रों के संयोजन के द्वारा कार्य करते हैं। ये न केवल कुंजी रासायनिक अभिक्रियाओं की पहचान करने में सक्षम हैं बल्कि उन स्थानान्तरण प्रक्रियाओं की भी पहचान करते हैं जो ओजोन के साथ संपर्क में आने पर सी एफ सी प्रकाश अपघटन () करते हैं।
अंटार्कटिक ओजोन छेद अंटार्कटिक समताप मंडल का एक क्षेत्र है जिसमें हाल ही के ओजोन स्तर 1975 की तुलना में 33% तक गिर गए हैं। ओजोन के छेद, अंटार्कटिक वसंत ऋतु के दौरान, सितम्बर से दिसम्बर की शुरुआत तक, होते हैं, जैसे ही प्रबल पश्चिमी हवाएं महाद्वीप के चरों और बहने लगती हैं और एक वायुमंडलीय कंटेनर का निर्माण करती हैं। इस ध्रुवीय भंवर () के भीतर नीचली समताप मंडलीय ओजोन का 50% से अधिक भाग अंटार्कटिक वसंत ऋतु के दौरान नष्ट हो जाता है।
जैसा की ऊपर बताया गया है कि ओजोन रिक्तिकरण का समग्र कारण है क्लोरीन युक्त स्रोत गैसों की उपस्थिति (मुख्य रूप से सीएफसी और संबंधित हेलो कार्बन) यूवी प्रकाश की उपस्थिति में, ये गैसें अपघटित होकर क्लोरीन परमाणु मुक्त करती हैं, जो ओजोन के विनाश का कारण बनते हैं। क्लोरीन-उत्प्रेरित ओजोन रिक्तिकरण गैस प्रावस्था में हो सकता है, लेकिन यह ध्रुवीय समताप मंडलीय बादल ()s (PSCs) की उपस्थिति में नाटकीय रूप से बढ़ जाता है।
ये ध्रुवीय समताप मंडलीय बादल सर्दी में, अत्यधिक ठंड में बनते हैं। ध्रुवीय सर्दियां बहुत गहरी होती हैं, लगभग तीन माह तक सूर्य का प्रकाश नहीं देखा जा सकता है। न केवल सूर्य का प्रकाश में कमी ताप को कम करती है बल्कि ध्रुवीय भंवर () को जकड कर ठंडा कर देती है। ताप लगभग -80 ° सेल्सियस के नीचे रहता है, ये निम्न ताप बादलों के कण बनाते हैं, ये या तो नाइट्रिक एसिड (प्रकार I PSC) या बर्फ (Type II PSC) के बने होते हैं। दोनों प्रकार रासायनिक अभिक्रियाओं के लिए सतह उपलब्ध करते हैं, जो ओजोन के विनाश का कारण हैं।
प्रकाश रासायनिक () क्रिया जटिल है लेकिन समझी जा सकती है। कुंजी अवलोकन यह है कि सामान्यतया, समताप मंडल में अधिकांश क्लोरीन स्थायी "भण्डार " योगिकों में रहती है, प्राथमिक रूप से हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl) और क्लोरीन नाइट्रेट (ClONO)। अंटार्कटिक सर्दियों और वसंत के दोरान ध्रुवीय समताप मंडलीय बादल के कणों की सतह पर अभिक्रिया इन "भण्डार " योगिकों को प्रतिक्रिया मुक्त मूलकों (Cl and ClO) में बदल देती है। बादल वायुमंडल में से NOको भी हटा देते हैं, वे इसे नाइट्रिक अम्ल में बदल देते हैं, यह नव निर्मित ClO को ClONOमें परिवर्तित होने से रोकता है।
ओजोन रिक्तिकरण में सूर्य के प्रकाश की भूमिका के कारण अंटार्कटिक ओजोन रिक्तीकरण वसंत ऋतु के दौरान सबसे अधिक होता है। सर्दियों के दौरान, हालांकि PSCs अपनी अधिकतम मात्रा में होते हैं, ध्रुव के ऊपर रासायनिक अभिक्रिया के लिए कोई प्रकाश नहीं होता है। बसंत के मौसम के दौरान, तथापि, सूरज उदय होकर प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करता है और ध्रुवीय समताप मंडल के बादलों को पिघला देता है, जिससे उसमें जकडे हुए योगिक मुक्त हो जाते हैं।
अधिकांश नष्ट हुई ओजोन नीचले समताप मंडल में होती है, इसके विपरीत सजातीय गैस चरण प्रतिक्रियाओं, के माध्यम से बहुत कम ओजोन रिक्तिकरण होता है, जो प्रारंभिक रूप से उपरी समताप मंडल में होता है।
वसंत के अंत के पास गर्मी देने वाला तापमान मध्य दिसम्बर में भंवर को तोड़ देता है। गर्म होने पर ओजोन से युक्त हवा नीचले आक्षांशों से प्रवाहित होती है, PSCs नष्ट हो जाते हैं, ओजोन रिक्तीकरण प्रक्रिया बंद हो जाती है, ओजोन छेद भर जाता है।
हालाँकि अंटार्कटिक ओजोन होल का वैश्विक ओजोन को कम करने में बहुत कम प्रभाव होता है, यह प्रति दशक 4% होने का अनुमान है, छेद ने बहुत अधिक रुचि पैदा की है क्यों कि: