Ozon Tabakası ve Ozon Kirliliği

Arş. Gör. Deniz ERSOY
İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi, Çevre Bilimleri Anabilim Dalı, İSTANBUL

ÖZET
Ozon, 3 oksijen atomunun kovelent bağ ile birleşmesinden oluşan bir gazdır. Bu gazın, soluduğumuz havadaki konsantrasyonu çok düşüktür. Zaten yüksek konsantrasyonlarda, canlı organizmalar üzerinde zehirleyici tesir yapar. Fakat yeryüzünden 25-30 km. yükseklikteki stratosfer tabakasından solar radyasyonun etkisiyle ozon oluşumu daha fazladır ve burada dünyayı çepeçevre saran bir ozon tabakası oluşmuştur. Bu tabaka organizmalara zararlı ultraviyole ışınları soğurarak canlı hayatın devamını sağlar.
Antartika'da çalışmalar yapan bilim adamları, bir rastlantı sonucu buradaki ozon tabakasında önemli bir seyrelme tesbit ettiler. Başlangıçta buna, Antartika'ya özgün doğal atmosferik olayların sebep olduğu zannedildi. Ancak, daha sonra Kuzey Kutbunda da benzer seyrelme olduğu farkedilince, bunun daha başka bir nedeni olması gerektiği düşünüldü. Sonunda ozon tabakasındaki bu delinmeye stratosferde biriken insan yapımı gazların yol açtığı saptandı. Kloroflourokarbon (CFC) denilen ve sprayler, deodorantlar, böcek öldürücüleri, vb. gibi pek çok değişik alanlarda yaygın olarak kullanılan bileşikler, stratosfere değin bozulmadan çıkıyor ve atmosferik olaylar neticesinde kutuplara doğru yayılıyordu. Burada ozonla reaksiyona giriyor ve onun konsantrasyonunu düşürüyordu. Böylece kutuplar üzerindeki ozon tabakasında yırtılmalar meydana geliyordu.
Ozon tabakasında deliklerin oluşması, tüm dünyada geniş yankılar uyandırdı. Devletler, gelecekteki yaşamı tehdit eden bu olayın önüne geçmek için çeşitli tedbirler düşündüler. Öncelikle CFC'ler yerine kullanılabilecek gazların bulunması yönünde çalışmalar yapıldı. Ancak, bulunan alternatif gazların maliyetinin çok yüksek olması, bunların yaygınlaşmasını engelledi.
Her şeye rağmen bir şeyler yapılmayıldı, çünkü ozon tabakasındaki yırtılma büyük bir hızla genişliyordu. Bunun için gelişmiş ülkeler aralarında yaptıkları protokolde 2000 yılına kaar CFC üretimini yarıyarıya azaltma kararı aldılar. Bu olayın maddî boyutundan dolayı, üçüncü dünya ülkeleri bu anlaşmayı imzalamaya çekindiler. Daha sonra gelişmiş ülkeler, diğer ülkelere maddî yardım ve kolaylıklar sağlayarak protokolü imzalamalarını sağladılar. Türkiye'de kendisine maddî destek verilmesi halinde bu protokolü imzalamayı kabul etmiştir.
Teknolojinin geliştiği ve gezegenler arası yolculuğun düşünüldüğü günümüzde bile yaşanabilecek tek yer dünyamız olduğu için, bu konu herkes tarafından ciddiye alınmalıdır.

Ozon
Antik çağlardan beri insanlar fırtınalar sonrası havada oluşan ve kendine has kokusu olan bir gazın varlığının farkmdalardı. Homeros'un ünlü "İlyade" ve "Odyssea" adlı destanlarında da fırtına sonrası oluşan bu kokudan bahsedilmiştir. Bundan yüzyıllar sonra insanoğlu bu gazın ozon olduğunu öğrenmiştir. Kısaca tarif etmek gerekirse ozon, kimyasal formülü O3, olan, üç adet oksijen atomunun kovalent bağ ile birbirlerine bağlanmasından oluşan, oksitleme gücü yüksek, kokulu, renksiz bir gazdır.

Ozon'un Oluşumu
Ozon atmosferin üst kısımlarında ve alt kısımlarında farklı şekillerde oluşur. Atmosferin alt tabakalarında (troposferde) atmosferden sağlanan elektriksel enerji ile ozon oluşumu meydan gelir; ancak bu oluşum son derece sınırlıdır ve bir dış müdahale olmaksızın, troposferdeki ozon konsantrasyonu 0,1 ilâ 0,4 ppm. arasındadır.
Yerden yaklaşık 50 km. yukarıdaki stratosfer tabakasında ise solar radyasyonun etkisiyle moleküler oksijen parçalanır ve oksijen atomu haline dönüşür:

O2 + E -> O+O

Oluşan oksijen atomlarının her biri, moleküler oksijenle kolayca birleşir ve ozonu oluşturur:

O + O2 -H>O3

Bu reaksiyonların neticesinde, stratosferde dünyamızı çepeçevre saran bir ozon tabakası oluşmuştur. Bu tabaka, ekvator bölgesinde yaklaşık 26 km. yükseklikte, kutup bölgelerinde ise yaklaşık 18 km. yüksekliktedir. 15 ile 45. kilometreler arasında solar radyasyon yoluyla ozon oluşumu gerçekleşir, ancak yoğunluk bu mesafelerden aşağı inildikçe ve yukarı çıkıldıkça giderek azalır ve sıfıra yaklaşır.

Ozon Tabakasının Görevleri
Ozon, havadaki konsantrasyonu az olan gazlardan biri olmasına rağmen varlığı dünya için çok önemlidir. Çünkü stratosferdeki ozon tabakası uzaydan gelen pek çok zararlı ışınlara karşı bir kalkan görevi görmektedir.
Ozon, dalga boyu 2400 Angström'den küçük ışınlarla reaksiyona girer ve bu ışınların tabakanın altına geçmesini engeller. Dalga boyu 2800 Angström'den küçük mor ötesi ışınların canlı organizmalar üzerinde tahribat yaptığı bilinmektedir.
Stratosferdeki ozon tabakası 2400 Angström ve daha küçük ışınları soğurarak, uzaydan gelen, organizmalara zararlı ışınların büyük bir kısmını dünyamıza geçirmez.
Ozon tabakasının, dünyanın genel iklimi üzerinde de etkileri vardır. Mor ötesi ışınlarının soğurulması sıcaklığı düşürmekte ve ısı dengesinin düzenlenmesine yardımcı olmaktadır.

Troposferdeki Ozon Dengesi
Troposferde ozon, atmosferdeki elektriksel enerji ile oluşur. Meselâ bir fırtınadan sonra, şimşek ve yıldırımların etkisiyle havadaki ozon konsantrasyonu bir nebze artar. Ancak, "dışarıdan bir müdahale" olmazsa, soluduğumuz havadaki ozon konsantrasyonu 0.1 ile 0.4 ppm. arasındadır. Burada "dışarıdan müdahele" diyerek insanın endüstriyel ve teknolojik gelişiminin çevre üzerindeki etkileri kastedilmektedir.
Güneş ışınlarının motorlu taşıtlardan ve sanayi ocaklarından atılan gazlarla etkileşmesinden ozon oluşur. Başlangıçta bunun güzel bir olay olduğu düşünülebilir. Öyle ya, stratosferdeki ozon tabakasında incelme varken atmosfere fazladan ozon katılması dünyanın dengelerini olumlu yönde etkilemelidir. Ancak burada bir kez daha doğal dengelerin ne kadar hassas olduğunu görüyoruz. Çünkü solduğumuz havadaki ozon konsantrasyonu 0.4 ppm.'in üstüne çıktığı zaman canlı organizmaların üzerinde zehirleyici etkisi vardır.
Göz yaşarmasına, akciğer rahatsızlıklarına neden olur. Ayrıca asit yağmurlarının oluşmasını sağlayarak ormanlara ve eşyalara zarar verir.
Kirletici ortamların bulunduğu yerlerde, günün güneşli saatlerinde, troposferdeki ozonun ortalama olarak % 6 oranında arttığı bulunmuştur. Bu tür kirleticilerin güneş ışınlarının etkisinde kalmamaları, dolayısı ile zehirli ozon oluşmaması için gece çalışıp gündüz uyumamız gerekmektedir. Ancak bu pratik bir çözüm değildir ve troposferdeki ozon kirlenmesinin önüne geçmek için şu anda kesin bir çözüm yoktur.

OZON TABAKASININ YIRTILMASI
Yırtılmanın Sebepleri
1993 yılı Ekim ayında bilim adamları ozon tabakasını incelerken, bir rastlantı sonucu Antartika üzerinde önemli miktar bir seyrelme tesbit ettiler.
Bilim adamları öncelikle bu olayın Antartika'ya özgü bir olay olduğu varsayımını ortaya attılar. Çünkü Antartika'da atmosfer büyük bir hızla (yaklaşık 100 km/saat) burgaç biçiminde döner. Buna "kutup burgacı" adı verilir. Bu olay bir kahve fincanının karıştırılması şeklinde düşünüldüğünde daha kolay kavranabilir. Kaşıkla düzgün bir şekilde karıştırılan fincanın tam merkezindeki nokta, kahvenin dönme hareketine uymaz; o nokta hareketten yalıtılmıştır. Antartika'da da burgacın merkezi hava akımlarından yalıtılmıştır ve buradaki hava aylarca sabit kalır. Bu burgaç Antartika'da kış aylarında oluşan bir durumdur. Bu dönemde aşağılardan stratosfere doğru yükselen hava akımları olur ve toprağa yakın katmanlarda (troposferde) ozon konsantrasyonu çok düşük olduğu için, stratosferdeki ozon konsantrasyonunda bir seyrelme meydana gelir. Kış mevsiminin sonuyla birlikte bu burgaç kaybolur ve burgacın kenarlarında toplanan hava merkeze doğru yayılır. Böylece ozon konsantrasyonu eski seviyesine döner.
Eğer bu teori tamamen doğru olsaydı, burgaç yalnız Antartika'ya özgü meteorolojik bir olay olduğu için, ozon tabakasında belirli mevsimlerdeki seyrelmenin yalnız Antartika'ya özgü bir olay olması gerekirdi. Ancak kuzey kutbu üzerinde yapılan araştırmalarda, bu bölgedeki ozon tabakasında da benzer incelmeler olduğu saptanmıştır.
İkinci bir teori ise güneşin etkinliğidir.
Araştırmacılar, güney kutbunda ozon tabakasının kalınlığının minimun değerinin, güneşin göründüğü günlerle çakıştığını değerlendirerek şöyle bir varsayım öne sürdüler. Güneşin belirmesi ve ışınımın artmasıyla, 100 km. yüksekliklerdeki azotoksit (NOx) oluşumu hızlanır, bu da, reaksiyona giren maddelerden ozonun, miktarını azaltır. Ancak yerinde yapılan incelemelerde azotoksit miktarının çok yoğun olmadığı ve bu teorinin de geçersiz olduğu anlaşılmıştır.
Sonunda Amerikalı bilim adamlarnın Antartika'da yaptıkları ozon araştırmasında, bu olayın; stratosferin klor içeren insan icadı birçok bileşikle kirlenmesinden meydana geldiği düşünülmüştür. Daha sonra yapılan geniş çaplı araştırmalar bu varsayımın doğruluğunu ispatlamış ve diğer teorileri geçersiz kılmıştır.
Böylece insanlar kendi ürettikleri teknolojinin ne denli korkunç sonuçlara varabileceğini bir kez daha görmüş oldular. Ozonun parçalanmasına neden olan kloro flouro karbonlar (CFC) günlük hayatımızda çok sık kullandığımız organik bileşiklerdir. Böcek öldürüceler, traş köpükleri, deodorantlar, evcil hayvanların besin ürünleri, yangın söndürücüler, soğutucular akla ilk gelen CFC içeren maddelerdir. CFC'lerin bu kadar yaygın kullanılmalarının sebepleri zehirleyici etkilerinin olmaması, patlayıcı özellik göstermemeleridir. Yalnız bir özellikleri daha vardır. Herşeye karşı, çok uzun süre dayanırlar. Bir kez salındıktan sonra hiç bozulmadan stratosfere dek yükselirler. Buradaki hava akımlarıyla da kutuplara doğru yayılırlar.
Dünyada CFC içeren ürünler yaklaşık 1.100.000 tondur. Bunların 800.000 ton kadarı ozonun azalmasına neden olur. CFC'lerin bozulma süreleri 65 ile 120 yıl arasındadır. Bunlar mor ötesi ışınlarla yok edilene dek stratosferde toplanırlar. Buradan açığa çıkan klor, ozonun yok olmasının temel nedenidir.
Fluon olarak bilinen CFC'li bileşikler, troposferde çözülmemelerine karşın, statosferde ultraviyole ışınların etkisiyle ayrışırlar ve böylece, fluora göre daha kolay parçalanan klor serbest kalır. Stratosferdeki ortamda ozon en reaktif maddelerden biridir. Çünkü molekülünde bulundurduğu 3 oksijen atomundan biri ayrılmaya müsaittir. Bu da serbest kalan klorla birleşir ve CIO oluşturur. Oksijen molekülü de serbest kalır.

O3 + C1 -^C1O + O2

O/on tabakasının delinmesi olayında en ilginç noktalardan biri de, bunun kutuplarda başlamasıdır. Çünkü CFC'lu- bileşiklerin yoğun kullanıldığı gelişmiş ülkeler kutuplardan hayli uzaktadır. Bu gazların kutuplara doğru akışı atmosfer hareketleri nedeniyledir.
Dünya atmosferi hareketlidir ve bu güneşten aldığı enerji ile orantılıdır. Çünkü atmosfer, güneş enerjisinin % 40'ını soğurur ve hareketliliği bundan kaynaklanır.
Hareketliliği açıklamak için dünya atmosferi enlemlerine göre 3 bölgeye ayrılır. 3 büyük ölçekli konvektif hareket vardır. Bu hareketler, yeryüzeyinde stratosfer tabakasına kadar çıkar ve sıcak bölgeden havayı alarak 30-35 km.'lere kadar çıkartıp orada da dairesel bir çevrimle soğuk havayı yeryüzüne indirirler. Bu çevirimlerden bir tanesi ekvator bölgesinde, bir tanesi 33°-66° enlemleri arasında, bir tanesi de kutup bölgesindedir.
Bu şekilde üretilen yapay maddeler üst katmanlara ulaşmakta ve güneşten gelen enerjiyle kimyasal olaylar ozonun değişimine neden olmaktadır.

Yırtılmanın Durumu ve Gelişimi
İngiliz Doğal Çevre Araştırmaları Konseyi, yaptırdığı araştırmalar neticesinde 1979 ile 1985 yılları arasında geçen 6 yıl içinde, güney kutbundaki ozon konsantrasyonundaki azalmanın % 40 gibi ürkütücü bir rakam olduğunu belirlemiş ve tüm dünyanın dikkatini bu yöne çekmiştir. Bunun üzerine Aldrin Kruager ve Richard Stolarski adlı 2 Amerikalı bilim adamı, uzayda bulunan Nimbus 7 uydusundan alınan bilgilerle önce İngilizlerin tesbitini doğruladılar ve bu olayın daha ürkütücü bir boyutunu da gözler önüne serdiler. Yapılan ölçümlere göre 1984 ile 1985 yıllarının Ekim ayları arasında güney kutbundaki ozon konsantrasyonu % 16 düşmüştü. Öyleyse ozon tabakasındaki incelmenin hızı inanılmaz bir şekilde artmaktaydı.
Antartika üzerindeki ozon tabakasında açıklığın büyüklüğü, A.B.D.'nin yüzeyinin yarısı büyüklüğünde olduğundan (yaklaşık 4.5 milyon km2), buradaki durum şimdiden ciddi bir boyut kazanmıştır. Buna ek olarak Donald Heath adlı bir bilim adamı, kuzey kutbu üzerinde de benzer bir açıklık bulmuştur. Burada en çok zarar gören bölgenin merkezi, İskandinavya ve kutup arasında bulunan Spitbergen'in yukarısıdır.
Ozon tabakasındaki azalma St. Petersburg'a kadar uzanmaktadır. Kuzey kutbunda ozon tabakasındaki yıllık azalmanın % 1,5-2 arasında olduğu tesbit edilmiştir. Azalma % 2,6 ile Şubat'ta ve % 2,2 ile Ekim'de en fazladır. Yani güney kutbundaki olayın benzeri, kuzey kutbunun da başına gelmektedir.
Uzaydaki Nimbus 7 adlı Amerikan Uydusu bize ozon tabakasının durumu hakkında en önemli bilgi veren kaynaktır. Buradan elde edilen resimler her 2 kutup üzerindeki açıklığın varlığını ve boyutunu göstermektedir. Bu iki deliğin bilimsel adlan "Antartika Ozon Deliği" ve "Artik Ozon Deliği" şeklindedir.
Ozon tabakasının yoğunluğunu belirten değere Dobson Unit (DU) adı verilir. Ozon tabakasının güvenlik açısından sahip olması gereken miktar 300 DU'dur. Ancak çoğu yerde bu değer 200 DU'yu bile bulmamaktadır hatta 109 DU gibi çok düşük değerler de saptanmıştır.

MsXLabs Üye Girişi