בוודאי שמעתם על "החור באוזון" ועל הסכנות שהביא איתו. מה עושה האוזון באטמוספרת כדור הארץ ולמה הידלדלות האוזון היא בעיה? נסביר כאן מהי שכבת האוזון, כיצד נוצר בה חור ואיך פועלות מדינות העולם כדי למנוע את התרחבותו

אוֹזוֹן הוא מולקולה המורכבת משלושה אטומים של חמצן וסימנו הכימי הוא O3, לעומת מולקולת החמצן שאנו נושמים שמורכבת משני אטומי חמצן וסימנה O2. הריח האופייני של "לפני הגשם" שכולנו מכירים, נובע מאוזון שנוצר בשרשרת של תגובות כימיות באטמוספרה [1]. שכבת האוזון מצויה בסטרוספרה, חלקה האמצעי של אטמוספרת כדור הארץ, בגובה 50-10 ק"מ מעל פני כדור הארץ, והיא בעלת חשיבות מכרעת לקיום חיים בעולם. שכבת האוזון נוצרת באופן טבעי באמצעות תגובה בין קרינה על-סגולה (UV) המגיעה מהשמש ובין מולקולות חמצן O2. בכך, שכבת האוזון למעשה מסננת את הקרינה העל-סגולה המגיעה מהשמש, ומורידה את הסיכון בחשיפה אליה. כידוע, קרינה על-סגולה מאור השמש מסכנת את היצורים החיים, ובבני אדם ובעלי חיים נוספים היא אחד הגורמים העיקריים לסרטן העור.

בשנות ה-70 של המאה הקודמת החלו להתפרסם מחקרים על אודות הידלדלות שכבת האוזון וכתוצאה מכך חדירה של קרינה על-סגולה מסוכנת דרכה [2], [3]. בשנת 1972 המדען ג'יימס לאבלוק היה הראשון לזהות באטמוספרה פחמימנים, כלומר תרכובות הבנויות מפחמן ומימן, המכילים גם אטומי כלור ופלואור [4]. תרכובות אלה נקראו Chlorofluorocarbons, או בקיצור CFCs. בשנת 1974 התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature מאמרם של המדענים רולנד ומולינה מאוניברסיטת קליפורניה, שהפך לנקודת מפנה בתפיסה של נושא החור באוזון כאשר טען כי יש קשר ישיר בין פליטת גזים מזהמים מעשה ידי-אדם ובין הצטמצמות שכבת האוזון מעל אנטארקטיקה [5]. 

במאמר הם גרסו שמולקולות CFCs הן הגורם העיקרי להידלדלות שכבת האוזון [6]. המולקולות הללו מפרקות את האוזון באמצעות סדרה של תגובות כימיות ובכך גורמות להידלדלות העצומה של שכבת האוזון. כיצד זה קורה? במפגש עם קרני השמש תרכובות CFCs מתפרקות, מה שמוביל להיווצרות רדיקל של כלור (·Cl) אשר יכול להגיב עם מולקולת האוזון ליצירת הרדיקל כלור חד-חמצני (•ClO) וחמצן (O2) (ראו איור 1). רדיקלים הם למעשה צורונים כימיים בעלי אלקטרונים לא מזווגים ועל כן הם אינם יציבים מבחינה כימית ומשתתפים בקלות בתגובות כימיות [7]. על עבודתם בתחום הכימיה האטמוספרית, ובפרט ההיווצרות וההתפרקות של אוזון הם זכו (יחד עם הכימאי ההולנדי פול קרוצן) בפרס נובל לכימיה לשנת 1995.

איור 1: במפגש עם קרני השמש תרכובות CFCs מתפרקות, מה שמוביל להיווצרות רדיקל של כלור (·Cl) אשר יכול להגיב עם מולקולת האוזון ליצירת הרדיקל כלור חד-חמצני (•ClO) וחמצן (O2) | מקור: ויקיפדיה

מדוע אנו משתמשים בתרכובות CFCs? כאמור, אלו מולקולות המכילות אטומי פחמן, מימן, כלור ופלואור (ראו איור 2) והן משמשות בתעשייה בעיקר כחומרי קירור וכדלק למטוסים. הגז פריאון הוא דוגמה לתרכובת כזו [8]. מאחורי פיתוח הגז הזה ויישומו כחומר קירור במקררים ומזגנים עמדו תומאס מידג'לי ושותפיו למחקר בחברת ג'נרל מוטורס. מידג'לי חשף את הפריאון  בשנת 1930 והציג אותו כבטוח לשימוש, בהשוואה לאמוניה ונוזלי קירור רעילים אחרים אשר שימשו להפעלת מקררים באותה תקופה. מידג'לי ידוע גם כמדען שגילה שהוספת עופרת לבנזין משפרת את ביצועי המנוע [9]. באותה תקופה פיתוחיו נחשבו ככאלה שתרמו תרומה אדירה לאנושות. אולם, עופרת היא מתכת רעילה לאדם ולבעלי חיים ועל כן כיום רבים מחשיבים את מידג'לי כמדען שגרם להרס וזיהום רבים עקב תגליותיו.

איור 2: תרכובות CFC. משמאל מולקולת פריאון. האות C מייצגת פחמן, האות H מייצגת מימן, האות F מייצגת פלואור והאותיות Cl מייצגות כלור | מקור: ויקיפדיה

עקב מצבה העגום של שכבת האוזון, כפי שהציגו רולנד ומולינה במאמרם מ-1974, בשנים שלאחר מכן התגייסו המדינות החברות באו"ם לפעול כדי לצמצם את החור [10]. בשנת 1987 נחתם הסכם מונטריאול, אמנה בין-לאומית שנועדה להגן על שכבת האוזון מפני פגיעה, דרך הטלת הגבלות על ייצור חומרים המסכנים אותה [11]. כל 198 המדינות החברות באו"ם אישרו את הסכם מונטריאול, בכללן ישראל שאישרה את ההסכם בשנת 1992. 

כיום ברור כי הסכם מונטריאול הצליח להגיע לתוצאות הרצויות:

• הפחתה ניכרת בייצור רוב הכימיקלים המדללים את שכבת האוזון בעולם [12]
• בשנת 2019 הצטמצם החור באוזון לגודל הקטן ביותר מאז התגלה בשנות ה-70 של המאה הקודמת [13]
• כשני מיליון איש בשנה ניצלו מסרטן העור [14]

גם היום, למעלה מחמישים שנה לאחר גילוי החור באוזון, מדינות העולם עדיין ממשיכות בפעולות למניעת התרחבותו. בספטמבר 2022 התפרסם מחקר שמצא כי ריכוזי הכימיקלים המזיקים בסטרוספרה ירדו ביותר מ-50%, והם הריכוזים הנמוכים ביותר שנצפו מאז 1980 [15].

אין ספק שלאנושות יש עוד דרך ארוכה עד לסגירת החור באוזון באופן מלא, אך נראה כי אנו בדרך הנכונה ועל פי התחזיות, החור באוזון צפוי להיסגר לחלוטין עד 2066 [16]. מי מכם שמתעניין, יכול לעקוב אחר תהליך צמצום החור באוזון באתר נאס"א [17].

עריכה: גליה הלוי שדה

מקורות

[1] כתבה באתר מכון דוידסון אודות מקור ריחות הגשם

[2] מאמר אודות הידלדלות שכבת האוזון עקב פליטת גזי חממה ממטוסים על-קוליים

[3] מאמר הסוקר את הידלדלות שכבת האוזון עקב פליטת CFCs מאז 1970

[4] מאמרו של לאבלוק אודות מולקולות CFCs באטמוספרה

[5] מאמרם של רולנד ומולינה משנת 1974

[6] התגובה הכימית בין אוזון למולקולת CFC

[7] מאמר אודות השפעתם המזיקה של רדיקלים

[8] פוסט של "מדע גדול, בקטנה" מאת פלג בר-ספיר אודות מולקולת CFC

[9] הרצאה של פרופ' דוד איזנברג מהטכניון על אודות תומאס מידג'לי

[10] ציר הזמן של החור באוזון באתר האינטרנט של התוכנית הסביבתית של האו"ם (UNEP)

[11] פרוטוקול מונטריאול בוויקיפדיה

[12] הישגיה של אמנת מונטריאול באתר המשרד להגנת הסביבה

[13] סקירת הגודל של החור באוזון בשנים האחרונות

[14] תרומת אמנת מונטריאול להגנה על שכבת האוזון

[15] מחקר של מנהל האוקיינוסים והאטמוספרה הלאומי של ארה"ב על צמצום החור באוזון

[16] תחזית בנוגע לסגירת החור באוזון

[17] תהליך צמצום החור באוזון באתר נאס"א