ओझोन थराची जाडी: मोजमाप, फरक आणि त्याचे महत्त्व

ओझोन थर हा सध्याच्या पर्यावरण विज्ञानातील सर्वात आकर्षक आणि संबंधित विषयांपैकी एक आहे. जरी पहिल्या दृष्टीक्षेपात ते शास्त्रज्ञ आणि हवामानशास्त्रज्ञांसाठी राखीव असलेले प्रकरण वाटत असले तरी, त्याची जाडी, त्याचे विविधता आणि त्याच्या संवर्धनाचे महत्त्व आपल्या सर्वांच्या दैनंदिन जीवनावर थेट परिणाम होतात. अतिनील किरणोत्सर्गापासून संरक्षणापासून ते मानवी आरोग्यावर आणि परिसंस्थांवर होणाऱ्या परिणामांपर्यंत, ग्रहाला असलेल्या धोक्यांचे आणि आपण अंमलात आणू शकणाऱ्या उपायांचे मूल्यांकन करण्यासाठी ओझोन थर समजून घेणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

पुढील ओळींमध्ये, तुम्ही ओझोन थराचे भौतिक स्वरूप, त्याचे मोजमाप आणि निरीक्षण कसे केले जाते, त्याच्या अखंडतेला असलेले मुख्य धोके, त्याच्या स्थितीचा ऐतिहासिक विकास आणि त्याच्या संरक्षणातील उपलब्धी - आणि उर्वरित आव्हाने - यांचा समावेश असलेल्या एका व्यापक दौऱ्यात स्वतःला मग्न कराल. वैज्ञानिक आधारांचा आढावा घेण्याव्यतिरिक्त, तुम्हाला कळेल की काळ आणि अवकाशात कसे फरक होतात, ते मोजण्यासाठी कोणती उपकरणे वापरली जातात आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, हा वायू थर का जपायचा. पृथ्वीवरील जीवनाच्या निरंतरतेसाठी हे अत्यंत महत्त्वाचे आहे..

ओझोन थर म्हणजे काय आणि ते का महत्त्वाचे आहे?

ओझोन थर हा पृथ्वीच्या वातावरणाचा एक भाग आहे, जो प्रामुख्याने स्ट्रॅटोस्फियरमध्ये स्थित आहे, जिथे बहुतेक वातावरणीय ओझोन केंद्रित आहे. हा वायू, ज्याचे रासायनिक सूत्र O आहे₃, तीन ऑक्सिजन अणूंनी बनलेला आहे आणि त्याचे अद्वितीय गुणधर्म आहेत जे ते सामान्य ऑक्सिजनपासून वेगळे करतात (O₂).

ते पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून अंदाजे १५ ते ४० किलोमीटर वर पसरते, सुमारे २५ किलोमीटर अंतरावर त्याची सर्वोच्च सांद्रता पोहोचते. तथापि, जर स्ट्रॅटोस्फियरमधील सर्व ओझोनला सभोवतालच्या दाबाने दाबले गेले तर ते २ ते ३ मिलीमीटर जाडीचे एक अतिशय पातळ थर तयार करेल, जे त्याच्या महत्त्वपूर्ण संरक्षणात्मक भूमिकेचा विचार करता एक आश्चर्यकारक तथ्य आहे.

ओझोन थराचे मुख्य कार्य म्हणजे सूर्यापासून येणारे बहुतेक अल्ट्राव्हायोलेट किरणे (UV-B आणि UV-C) फिल्टर करणे आणि शोषून घेणे. या नैसर्गिक अडथळ्याशिवाय, हानिकारक किरणोत्सर्ग पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर विना अडथळा पोहोचेल, ज्यामुळे विनाशकारी परिणाम होतील: त्वचेचा कर्करोग आणि मोतीबिंदू, पिकांचे नुकसान, सागरी जीवसृष्टीला होणारे नुकसान आणि स्थलीय आणि जलीय परिसंस्थांमध्ये व्यत्यय यासारख्या आजारांमध्ये वाढ.

आपल्याला माहित आहे त्याप्रमाणे पृथ्वीवरील जीवनाचे अस्तित्वच, या नाजूक वायू ढालवर अवलंबून आहे. म्हणून, त्याच्या जाडीत किंवा रचनेत कोणताही संबंधित बदल पर्यावरण आणि मानवी आरोग्यावर थेट परिणाम होतो.

स्ट्रॅटोस्फेरिक ओझोनची निर्मिती आणि नाश

स्ट्रॅटोस्फियरमध्ये ओझोनची निर्मिती आणि नाश ही एक गतिमान प्रक्रिया आहे, जी प्रामुख्याने सौर अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्गाद्वारे चालविल्या जाणाऱ्या जटिल रासायनिक आणि भौतिक संतुलनाचा परिणाम आहे.

२४० एनएम पेक्षा कमी तरंगलांबी असलेले अतिनील किरणे ऑक्सिजन रेणूंवर आदळतात तेव्हा ओझोन तयार होतो (O₂). ही ऊर्जा रेणूंना "तोडते", अणू वेगळे करते, जे नंतर इतर ऑक्सिजन रेणूंशी जोडून ओझोन तयार करतात (O₃). या यंत्रणेचे वर्णन सिडनी चॅपमन यांनी १९३० मध्ये केले होते आणि त्याला चॅपमन सायकल म्हणून ओळखले जाते.

या आवश्यक अभिक्रियेचा सारांश खालीलप्रमाणे देता येईल: सूर्यप्रकाश आण्विक ऑक्सिजनचे वैयक्तिक अणूंमध्ये विघटन करतो आणि हे अणू नंतर O सह पुन्हा एकत्रित होतात.₂ ओझोन तयार करण्यासाठी (O₃). ओझोन, कमी विशिष्टतेच्या अतिनील किरणोत्सर्गामुळे नष्ट होऊ शकतो, ज्यामुळे आण्विक ऑक्सिजन आणि ऑक्सिजन अणू बाहेर पडतात. ही पुढे-मागे प्रतिक्रिया ओझोन थराचे नैसर्गिक संतुलन राखते, जर कोणतेही बाह्य अडथळे नसतील तर.

इतर घटक, जसे की हॅलोजनयुक्त संयुगे (उदा. क्लोरोफ्लोरोकार्बन, सीएफसी आणि हॅलोन) किंवा वाढलेले नायट्रोजन ऑक्साईड (NOx) सामग्री, ओझोनच्या विनाशाला गती देणाऱ्या उत्प्रेरक प्रतिक्रियांना चालना देऊ शकतात.

ध्रुवीय प्रदेशांमध्ये, विशेषतः अंटार्क्टिक वसंत ऋतूमध्ये, ज्याला आपण "ओझोन होल" म्हणून ओळखतो ते उद्भवते. या भागात, कमी तापमान, ध्रुवीय स्ट्रॅटोस्फेरिक ढगांची निर्मिती आणि हॅलोजेनेटेड संयुगे जमा होणे यासारखे घटक योगदान देतात, ज्यामुळे थराचा मोठ्या प्रमाणात, हंगामी नाश होतो.

पर्यावरणीय आणि आरोग्यविषयक महत्त्व

जीवनाचे रक्षण करण्यात ओझोन थराची भूमिका आवश्यक आणि अपूरणीय आहे. ९७% पेक्षा जास्त UV-B किरणोत्सर्ग आणि जवळजवळ सर्व UV-C शोषून घेऊन, सौर किरणोत्सर्गाचे प्राणघातक डोस पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पोहोचण्यापासून रोखते. अशाप्रकारे, थर सजीव प्राण्यांचे संरक्षण करतो:

• त्वचेचा कर्करोग: फिल्टर न केलेल्या अतिनील किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात आल्याने मेलेनोमा आणि इतर त्वचेच्या ट्यूमरचा धोका वाढतो.
• मोतीबिंदू आणि डोळ्यांना होणारे नुकसान: अतिनील किरणोत्सर्गामुळे डोळ्यांचे गंभीर आजार होऊ शकतात, ज्यामुळे अंधत्व देखील येऊ शकते.
• रोगप्रतिकारक शक्ती कमी करणे: असे पुरावे आहेत की अतिनील-बीच्या वाढत्या संपर्कामुळे मानवांमध्ये आणि प्राण्यांमध्ये रोगप्रतिकारक शक्तीची प्रभावीता कमी होते.
• परिसंस्थेतील बदल: थर कमी झाल्यामुळे प्रकाशसंश्लेषणावर परिणाम होऊ शकतो आणि समुद्र, तलाव, नद्या आणि जंगलांमधील अन्नसाखळी बदलू शकतात.
• शेतीवरील परिणाम: वाढत्या किरणोत्सर्गाचा पिकांच्या उत्पादकतेवर आणि गुणवत्तेवर नकारात्मक परिणाम होतो.

हवामान गतिमानतेमध्ये ओझोन थर देखील महत्त्वाची भूमिका बजावतो, कारण अतिनील किरणे शोषून, स्ट्रॅटोस्फियरच्या तापमानवाढीस हातभार लावते आणि जागतिक वातावरणीय तापमानाचे नियमन करते.

ओझोन थराची जाडी आणि सांद्रता कशी मोजली जाते?

ओझोन थराची "जाडी" ही थेट भौतिक जाडी म्हणून व्यक्त केली जात नाही, तर वातावरणाच्या उभ्या स्तंभात असलेल्या ओझोनच्या प्रमाणाचे मोजमाप म्हणून व्यक्त केली जाते. प्रमाणित स्वरूप डॉब्सन युनिट (DU) आहे, जे ओझोनचे प्रमाण दर्शवते जे दाब आणि तापमानाच्या सामान्य परिस्थितीत संकुचित केले जाते, ज्यामुळे 0,01 मिमी जाडीचा थर तयार होतो.

वातावरणातील ओझोनचे जागतिक सरासरी मूल्य सुमारे 300 DU मानले जाते, जरी भौगोलिक स्थान आणि वर्षाच्या हंगामानुसार त्यात फरक आहेत.. उदाहरणार्थ, ओझोन छिद्रांच्या घटनांमध्ये ध्रुवांवर (विशेषतः अंटार्क्टिक वसंत ऋतूमध्ये) मूल्ये १५०-२२० DU पेक्षा कमी होऊ शकतात.

मोजमाप विशिष्ट उपकरणांद्वारे केले जाते:

• डॉब्सन आणि ब्रेवर स्पेक्ट्रोफोटोमीटर: ते असे ऑप्टिकल उपकरण आहेत जे वातावरणातून जाण्यापूर्वी आणि नंतर सूर्यापासून येणारे अल्ट्राव्हायोलेट किरणोत्सर्ग मोजतात. अशा प्रकारे, स्तंभातील ओझोनची एकूण सांद्रता मोजली जाते.
• ओझोन प्रोब: ते हवामान फुगे आहेत जे सेन्सर्सने सुसज्ज आहेत जे उंचीवर अवलंबून ओझोन सांद्रतेचा डेटा रेकॉर्ड करतात.
• हवामान उपग्रह: प्रगत सेन्सर्सने सुसज्ज, ते ओझोन थराच्या वितरण आणि उत्क्रांतीचे जागतिक मॅपिंग आणि ऐतिहासिक विश्लेषण सक्षम करतात.

स्पेनमधील स्टेट मेटेरियोलॉजिकल एजन्सी (AEMET) किंवा कॅनरी बेटांमधील इझाना वेधशाळा यासारखी हवामानशास्त्रीय आणि संशोधन केंद्रे वातावरणातील ओझोन निरीक्षणातील आंतरराष्ट्रीय संदर्भ आहेत.. या संस्था एका नेटवर्कमध्ये काम करतात, जागतिक स्तरावर डेटा सामायिक करतात आणि थराच्या स्थितीचे रिअल-टाइम मूल्यांकन सुलभ करतात.

जाडीतील फरक: नैसर्गिक आणि मानवनिर्मित कारणे

ओझोन थराची जाडी आणि सांद्रता वर्षभर, वेगवेगळ्या प्रदेशांमध्ये आणि मानवनिर्मित कारणांमुळे नैसर्गिकरित्या बदलते.

नैसर्गिक कारणांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• अक्षांश आणि ऋतू: विशिष्ट प्रकाशरासायनिक प्रक्रियांमुळे ध्रुवीय प्रदेशांमध्ये वसंत ऋतूमध्ये कमी मूल्ये नोंदवली जातात. विषुववृत्तीय प्रदेश, ज्यांना जास्त अतिनील किरणे मिळतात, तेथे ओझोनचे उत्पादन जास्त होते.
• सौर क्रियाकलाप: सौर किरणोत्सर्गातील बदल, सौर चक्र आणि उद्रेक ओझोनच्या उत्पादनावर आणि नाशावर तात्पुरते परिणाम करतात.
• हवामानशास्त्रीय प्रक्रिया: ग्रहांच्या लाटा, ध्रुवीय भोवरे आणि इतर वातावरणीय अभिसरण घटना स्ट्रॅटोस्फेरिक ओझोनच्या वितरण आणि वाहतुकीवर परिणाम करतात.
• ज्वालामुखीचा उद्रेक: कण आणि वायूंचे उत्सर्जन अनेक रासायनिक मार्गांनी ओझोनचे वेळेवर कमी करू शकते.

ओझोन थराच्या संतुलनाला मुख्य धोका मानवी क्रियाकलापांमुळे आहे.. २० व्या शतकाच्या मध्यापासून हॅलोजनयुक्त रसायनांचा, विशेषतः सीएफसी आणि हॅलोनचा सतत वापर आणि उत्सर्जन, ते ग्रहाच्या मोठ्या प्रदेशात ओझोनच्या जलद नुकसानासाठी जबाबदार आहेत..

हे पदार्थ, एकदा वातावरणात उत्सर्जित झाल्यानंतर, स्ट्रॅटोस्फियरपर्यंत पोहोचण्यासाठी वर्षानुवर्षे लागू शकतात, जिथे अतिनील किरणे त्यांचे विघटन करतात, अत्यंत प्रतिक्रियाशील क्लोरीन आणि ब्रोमाइन अणू सोडतात. हे अणू ते उत्प्रेरक अभिक्रियांद्वारे ओझोन नष्ट करतात ज्यामध्ये एक रेणू 100.000 पर्यंत O रेणू नष्ट करू शकतो.₃ तटस्थ होण्यापूर्वी.

हॅलोजनयुक्त संयुगांद्वारे ओझोन नष्ट होण्याची प्रक्रिया

क्लोरीनयुक्त आणि ब्रोमिनेटेड संयुगांद्वारे उत्प्रेरक ओझोनचा नाश हा अलिकडच्या दशकांमध्ये ओझोन कमी होण्याचा सर्वात महत्त्वाचा मार्ग आहे. जबाबदार रेणू प्रामुख्याने क्लोरोफ्लोरोकार्बन्स (CFCs), हायड्रोक्लोरोफ्लोरोकार्बन्स (HCFCs), हॅलोन्स, कार्बन टेट्राक्लोराइड आणि मिथाइल क्लोरोफॉर्म इत्यादी आहेत.

मुख्य यंत्रणा अशी आहे की, स्ट्रॅटोस्फियरमध्ये पोहोचल्यानंतर, हे पदार्थ अतिनील किरणोत्सर्गामुळे फोटोलिसिस करतात, ज्यामुळे क्लोरीन किंवा ब्रोमिन अणू बाहेर पडतात. त्यानंतर, ते ओझोनसह चक्रीय अभिक्रियांमध्ये भाग घेतात:

• क्लोरीन अणू ओझोन रेणूशी प्रतिक्रिया देतो, ज्यामुळे क्लोरीन मोनोऑक्साइड (ClO) आणि आण्विक ऑक्सिजन तयार होतो.
• क्लोरीन मोनोऑक्साइड ऑक्सिजन अणूशी प्रतिक्रिया देते, पुन्हा क्लोरीन सोडते आणि चक्र बंद करते.

त्याचप्रमाणे, हॅलोन्स आणि मिथाइल ब्रोमाइड सारखी ब्रोमिनेटेड संयुगे समान मार्गांचा अवलंब करतात आणि खरं तर, ओझोन नष्ट करण्यात अधिक प्रभावी आहेत. ब्रोमिनचा एक अणू क्लोरीनच्या एका अणूपेक्षा ४५ पट जास्त प्रभावी असू शकतो.

ध्रुवीय प्रदेशांमध्ये हिवाळा आणि वसंत ऋतूमध्ये ध्रुवीय स्ट्रॅटोस्फेरिक ढगांच्या उपस्थितीमुळे प्रतिक्रिया तीव्र होतात. हे ढग सामान्यतः निष्क्रिय संयुगांना अत्यंत सक्रिय प्रजातींमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी पृष्ठभाग प्रदान करतात, जे हिवाळ्याच्या शेवटी सौर किरणे परत येतात तेव्हा ओझोन नष्ट करण्यास तयार असतात.

ओझोन छिद्राची घटना

"ओझोन होल" म्हणजे अशा प्रदेशाचा संदर्भ - प्रामुख्याने अंटार्क्टिकावरील - जिथे ऑस्ट्रेलियन वसंत ऋतूमध्ये (ऑगस्ट ते नोव्हेंबर) एकूण ओझोनचे प्रमाण 220 DU पेक्षा कमी होते.

ही घटना सुरुवातीला १९७० आणि १९८० च्या दशकात क्षेत्रीय आणि उपग्रह निरीक्षणाद्वारे आढळून आली. त्याचे स्वरूप आणि उत्क्रांती खालील गोष्टींशी संबंधित आहे:

• ध्रुवीय भोवरापासून वातावरणीय पृथक्करण: दक्षिण गोलार्धातील हिवाळ्यात, एक जेट स्ट्रीम अंटार्क्टिकाची हवा उर्वरित ग्रहापासून वेगळे करते, ज्यामुळे कमी तापमान जमा होते आणि ध्रुवीय स्ट्रॅटोस्फेरिक ढग तयार होतात.
• हॅलोजेनेटेड संयुगांची उपस्थिती: हे ढग ध्रुवीय ढगांच्या पृष्ठभागावर अत्यंत प्रतिक्रियाशील स्वरूपात रूपांतरित होतात जे सूर्यप्रकाश येताच तीव्र विनाश सुरू करतात.

काही वर्षांत ओझोन छिद्राचे क्षेत्रफळ २५-२९ दशलक्ष चौरस किलोमीटरपेक्षा जास्त झाले आहे, जे अंटार्क्टिक खंडाच्या पृष्ठभागाच्या दुप्पट आहे. जरी ही घटना अंटार्क्टिकावर सर्वात तीव्र असली तरी, आर्क्टिकमध्ये कमी स्पष्ट भाग देखील दिसून आले आहेत.

या घटनेचा परिणाम अर्जेंटिना आणि चिलीसारख्या दक्षिणेकडील प्रदेशांमध्ये विशेषतः चिंताजनक आहे, जिथे वाढत्या अतिनील किरणोत्सर्गामुळे आरोग्य धोक्यात आले आहे, पिकांचे नुकसान झाले आहे आणि वन्यजीवांना हानी पोहोचली आहे.

ऐतिहासिक उत्क्रांती, देखरेख आणि पुनर्प्राप्ती

१९७० च्या दशकात जलद विनाशाची पहिली चिन्हे दिसू लागल्यापासून, आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक समुदाय, सरकारी संस्था आणि बहुपक्षीय संघटनांनी ओझोन थराच्या स्थितीचे निरीक्षण आणि अभ्यास तीव्र केला आहे.

देखरेख याद्वारे केली जाते:

• स्पेक्ट्रोफोटोमीटर आणि ओझोन प्रोबचे नेटवर्क: जगभरात वितरित केलेले, ते रिअल टाइममध्ये डेटा गोळा करतात आणि वर्ल्ड ओझोन आणि यूव्ही डेटा सेंटर (WOUDC) सारख्या आंतरराष्ट्रीय संघाचा भाग आहेत.
• हवामान उपग्रह: ते थराचे जागतिक आणि तपशीलवार निरीक्षण करण्यास, ट्रेंड, हंगामी विसंगती आणि ओझोन छिद्रांची उत्क्रांती ओळखण्यास अनुमती देतात.
• प्रादेशिक संशोधन केंद्रे: इझाना वेधशाळा (स्पेन) प्रमाणे, जी ओझोन मापनात कॅलिब्रेशन मोहिमा आणि अत्याधुनिक तंत्रज्ञानाचे नेतृत्व करते.

ओझोन आणि अतिनील किरणोत्सर्गावर सातत्यपूर्ण, उच्च-गुणवत्तेचा डेटा प्रदान करण्यासाठी समर्पित EUBREWNET नेटवर्कचे सह-नेतृत्व करणे यासारख्या साधनांच्या आणि उपक्रमांच्या नेटवर्कसाठी स्पेन युरोपमध्ये वेगळे आहे. याव्यतिरिक्त, त्यात देशातील सर्व नगरपालिकांसाठी पंचवीस पेक्षा जास्त मापन केंद्रे आणि अल्ट्राव्हायोलेट इंडेक्स अंदाज प्रणाली आहे.