تويت
غاز الأوزون
ما إن نسمع كلمة الأوزون حتّى يتبادر إلى أذهاننا على الفور تلك الطبقة التي تحيط بكوكب الأرض، والمُعرّضة باستمرار لخطر التآكل؛ بسبب التلوث البيئي الناجم عن المجتمع الصناعي الاستهلاكي الذي نحيا فيه. لكن ما هو غاز الأوزون بالضبط، وهل يتوقف دوره عند الحفاظ على كوكبنا فقط؟ حسنًا! سنتطرق في هذا المقال لعرض بحث موجز عن هذا الغاز ذو الأهمية الفعّالة، فضلًا عن ذِكر أبرز فوائده وأضراره.
غاز الأوزون
غاز الأوزون هو عبارة عن جزيء يتشكّل من ثلاث ذرات أكسجين لتصبح صيغته الكيميائية O3، ويتكوّن بكميات ضئيلة نتيجة تفاعلات كيميائية بين أكاسيد النيتروجين NOX والمركبات العضوية المتطايرة (VOC) والتي تُعرف أيضًا بالهيدروكربونات (Hydrocarbons)، ويتم هذا التفاعل بتحفيز من ضوء الشمس والحرارة. ومن الممكن أن يحدث بالقرب من سطح الأرض، أو في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.
الأوزون بين حماية الكوكب وتهديد الحياة
الأوزون غاز سام، وإذا استنشقه الإنسان أو امتصه النبات فإنه يهدد حياة كل منهما، لكن مهلًا! ألا يساهم الأوزون في الحفاظ على كوكب الأرض؟ بل إن هناك يومًا عالميًّا لحفظ طبقة الأوزون اتُفق على أن يكون 16 أيلول/ سبتمبر من كل عام. في الحقيقة، غاز الأوزون ليس شرًا مطلقًا، يمكننا القول أن معدل خطورته يتناسب مع قربه من سطح الأرض. كلما اقترب الأوزون من السطح أصبح ضارًا، وكلما ابتعد صار حاميًا للكوكب!
في طبقة الستراتوسفير (the stratosphere) الطبقة العليا من الغلاف الجوي، تصطف جزيئات الأوزون O3 لتشكّل طبقة واقية تُعرف بطبقة الأوزون، تحمي الأرض من خطر الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس والتي تسبب أضرارًا بالغة للإنسان والحيوان، أي أن الأوزون في هذه الطبقة يلعب دورًا حيويًا للحفاظ على الحياة. ويقع على مسافة تقدر بحوالي 10 إلى 30 ميلًا فوق سطح الأرض.
أمّا بخصوص الأوزون الضار فهو ذاك الذي يتواجد بالقرب من مستوى سطح الأرض في طبقة التروبوسفير، ويمثل خطرًا على صحة الإنسان والبيئة، يبلغ التركيز الطبيعي للأوزون حوالي 10 أجزاء في المليار (0.000001 بالمائة) من تركيز الغازات في الغلاف الجوي. والتعرّض لمستويات مرتفعة من غاز الأوزون يقدرها العلماء على أنها أكثر من 70 جزءًا في المليار لمدة 8 ساعات أو أكثر أمر غير صحي تمامًا، تتحقق هذه التركيزات في المدن والحضر؛ حيث يزداد تلوث الهواء بعوادم السيارات والغازات الضارة بصورة أكثر وضوحًا مقارنةً بالريف.
ومن العوامل البارزة التي تساعد على تشكُّل الأوزون بالقرب من سطح الأرض ما يلي:
ترتفع كميات الأوزون القريب من سطح الأرض في فصل الصيف، حيث النهار الطويل الذي يسمح بزيادة معدل التعرَّض للأشعة فوق البنفسجية. لكن هذا لا ينفي احتمالية تكوّن الأوزون في فصل الربيع والخريف وحتى الشتاء طالما توافرت الظروف البيئية المناسبة.
تحضير غاز الأوزون
عادةً ما يتم تحضير الأوزون بواسطة عملية التفريغ الكهربي لغاز الأكسجين أو الهواء الجاف (الخالي من بخار الماء). فينتج خليط من الأوزون والغازات الأصلية الداخلة في التفاعل، ويُستخدم في الأغراض الصناعية. ولكن يمكن الحصول على الأوزون النقي بطرقٍ مختلفة منها على سبيل المثال؛ عملية التسييل (Liquefaction)؛ مما يؤدي إلى انفصال خليط الأكسجين والأوزون إلى طبقتين، تحتوي الطبقة الأكثر كثافة على حوالي 75% أوزون فقط. يتميز الأوزون المركّز بنشاطه وعدم ثباته الشديد، مما يجعل من تحضيره عملية صعبة وخطيرة.
الأوزون أكثر كثافة من الأكسجين بحوالي مرة ونصف، وعند درجة حرارة −112 درجة مئوية (−170 درجة فهرنهايت) يتكثف إلى سائل أزرق داكن، والذي يتجمد عند -251.4 درجة مئوية (−420 درجة فهرنهايت). يتحلل الغاز بسرعة عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت)، أو عند درجة حرارة الغرفة شريطةً وجود محفزات معينة.
على الرغم من التشابه الكبير بين الأوزون والأكسجين، إلّا أن الأول أكثر تفاعلًا، مما يجعله عاملًا مؤكسدًا قويًّا. ومفيدًا بشكلٍ خاص في عمليات تحويل الأوليفينات (Olefins) إلى ألدهيدات (Aldehydes) أو كيتونات (Ketones) أو أحماض كربوكسيلية. يستعمل تجاريًا كمُبيّض للمركبات العضوية نظرًا لقدرته على إزالة الألوان. الأوزون مبيد قوي للجراثيم، لذا يتم استخدامه لتعقيم مياه الشرب، وإزالة الروائح والنكهات الكريهة.
أضرار غاز الأوزون على الإنسان
يمكن أن يؤدي الأوزون إلى تفاقم الحالة الصحية لمرضى الربو، علاوةً على زيادة خطر التعرض لأمراض الجهاز التنفسي مثل الالتهاب الرئوي والتهاب الشعب الهوائية. وتقدر أقل النسب المسببة للسميّة بحوالي 50 جزء في المليون. وتشمل الأعراض عند المستويات المنخفضة - 60-200 جزء في المليون- ألمًا يتمركز أسفل عظم القص، والسعال، وجفاف الحلق، وضيق التنفس. لا يصنف المؤتمر الأمريكي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH) الأوزون على أنه مادة مسرطنة.
ما إن نسمع كلمة الأوزون حتّى يتبادر إلى أذهاننا على الفور تلك الطبقة التي تحيط بكوكب الأرض، والمُعرّضة باستمرار لخطر التآكل؛ بسبب التلوث البيئي الناجم عن المجتمع الصناعي الاستهلاكي الذي نحيا فيه. لكن ما هو غاز الأوزون بالضبط، وهل يتوقف دوره عند الحفاظ على كوكبنا فقط؟ حسنًا! سنتطرق في هذا المقال لعرض بحث موجز عن هذا الغاز ذو الأهمية الفعّالة، فضلًا عن ذِكر أبرز فوائده وأضراره.
غاز الأوزون
غاز الأوزون هو عبارة عن جزيء يتشكّل من ثلاث ذرات أكسجين لتصبح صيغته الكيميائية O3، ويتكوّن بكميات ضئيلة نتيجة تفاعلات كيميائية بين أكاسيد النيتروجين NOX والمركبات العضوية المتطايرة (VOC) والتي تُعرف أيضًا بالهيدروكربونات (Hydrocarbons)، ويتم هذا التفاعل بتحفيز من ضوء الشمس والحرارة. ومن الممكن أن يحدث بالقرب من سطح الأرض، أو في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.
الأوزون بين حماية الكوكب وتهديد الحياة
الأوزون غاز سام، وإذا استنشقه الإنسان أو امتصه النبات فإنه يهدد حياة كل منهما، لكن مهلًا! ألا يساهم الأوزون في الحفاظ على كوكب الأرض؟ بل إن هناك يومًا عالميًّا لحفظ طبقة الأوزون اتُفق على أن يكون 16 أيلول/ سبتمبر من كل عام. في الحقيقة، غاز الأوزون ليس شرًا مطلقًا، يمكننا القول أن معدل خطورته يتناسب مع قربه من سطح الأرض. كلما اقترب الأوزون من السطح أصبح ضارًا، وكلما ابتعد صار حاميًا للكوكب!
في طبقة الستراتوسفير (the stratosphere) الطبقة العليا من الغلاف الجوي، تصطف جزيئات الأوزون O3 لتشكّل طبقة واقية تُعرف بطبقة الأوزون، تحمي الأرض من خطر الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس والتي تسبب أضرارًا بالغة للإنسان والحيوان، أي أن الأوزون في هذه الطبقة يلعب دورًا حيويًا للحفاظ على الحياة. ويقع على مسافة تقدر بحوالي 10 إلى 30 ميلًا فوق سطح الأرض.
أمّا بخصوص الأوزون الضار فهو ذاك الذي يتواجد بالقرب من مستوى سطح الأرض في طبقة التروبوسفير، ويمثل خطرًا على صحة الإنسان والبيئة، يبلغ التركيز الطبيعي للأوزون حوالي 10 أجزاء في المليار (0.000001 بالمائة) من تركيز الغازات في الغلاف الجوي. والتعرّض لمستويات مرتفعة من غاز الأوزون يقدرها العلماء على أنها أكثر من 70 جزءًا في المليار لمدة 8 ساعات أو أكثر أمر غير صحي تمامًا، تتحقق هذه التركيزات في المدن والحضر؛ حيث يزداد تلوث الهواء بعوادم السيارات والغازات الضارة بصورة أكثر وضوحًا مقارنةً بالريف.
ومن العوامل البارزة التي تساعد على تشكُّل الأوزون بالقرب من سطح الأرض ما يلي:
- عوادم السيارات والانبعاثات الصادرة عن العمليات الصناعية المختلفة، والتي تحتوي على أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة (المتفاعلات الرئيسية) في تفاعل تكوين الأوزون.
- الأشعة فوق البنفسجية المتواجدة في ضوء الشمس.
ترتفع كميات الأوزون القريب من سطح الأرض في فصل الصيف، حيث النهار الطويل الذي يسمح بزيادة معدل التعرَّض للأشعة فوق البنفسجية. لكن هذا لا ينفي احتمالية تكوّن الأوزون في فصل الربيع والخريف وحتى الشتاء طالما توافرت الظروف البيئية المناسبة.
تحضير غاز الأوزون
عادةً ما يتم تحضير الأوزون بواسطة عملية التفريغ الكهربي لغاز الأكسجين أو الهواء الجاف (الخالي من بخار الماء). فينتج خليط من الأوزون والغازات الأصلية الداخلة في التفاعل، ويُستخدم في الأغراض الصناعية. ولكن يمكن الحصول على الأوزون النقي بطرقٍ مختلفة منها على سبيل المثال؛ عملية التسييل (Liquefaction)؛ مما يؤدي إلى انفصال خليط الأكسجين والأوزون إلى طبقتين، تحتوي الطبقة الأكثر كثافة على حوالي 75% أوزون فقط. يتميز الأوزون المركّز بنشاطه وعدم ثباته الشديد، مما يجعل من تحضيره عملية صعبة وخطيرة.
الأوزون أكثر كثافة من الأكسجين بحوالي مرة ونصف، وعند درجة حرارة −112 درجة مئوية (−170 درجة فهرنهايت) يتكثف إلى سائل أزرق داكن، والذي يتجمد عند -251.4 درجة مئوية (−420 درجة فهرنهايت). يتحلل الغاز بسرعة عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت)، أو عند درجة حرارة الغرفة شريطةً وجود محفزات معينة.
على الرغم من التشابه الكبير بين الأوزون والأكسجين، إلّا أن الأول أكثر تفاعلًا، مما يجعله عاملًا مؤكسدًا قويًّا. ومفيدًا بشكلٍ خاص في عمليات تحويل الأوليفينات (Olefins) إلى ألدهيدات (Aldehydes) أو كيتونات (Ketones) أو أحماض كربوكسيلية. يستعمل تجاريًا كمُبيّض للمركبات العضوية نظرًا لقدرته على إزالة الألوان. الأوزون مبيد قوي للجراثيم، لذا يتم استخدامه لتعقيم مياه الشرب، وإزالة الروائح والنكهات الكريهة.
أضرار غاز الأوزون على الإنسان
يمكن أن يؤدي الأوزون إلى تفاقم الحالة الصحية لمرضى الربو، علاوةً على زيادة خطر التعرض لأمراض الجهاز التنفسي مثل الالتهاب الرئوي والتهاب الشعب الهوائية. وتقدر أقل النسب المسببة للسميّة بحوالي 50 جزء في المليون. وتشمل الأعراض عند المستويات المنخفضة - 60-200 جزء في المليون- ألمًا يتمركز أسفل عظم القص، والسعال، وجفاف الحلق، وضيق التنفس. لا يصنف المؤتمر الأمريكي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH) الأوزون على أنه مادة مسرطنة.