Dünyamızı saran atmosfer tabakası çeşitli katmanlardan meydana gelmiştir. Bunlar dünya yüzeyinden dışa doğru Troposfer, Stratosfer, Mezosfer, İyonosfer ve Magnetosfer (Ekzosfer) olarak isimlendirilir. Stratosfer yaklaşık 50 km yükseklikteki ikinci tabaka olmakla birlikte ozon tabakası adı verilen yeryüzünü morötesi ışınlardan koruyan “koruyucu melek” de bu katmanda yer almaktadır.
Ozon kelimesi Yunanca’da koklamak anlamına gelen “Ozein” kelimesinden gelmektedir. Ozon 1781’de ilk defa Van Marum’un dikkatini çekmiş, daha sonra F. Schoenbein 1840’ta bu gaza ozon adını vermiştir. Ozon, laboratuarda ilk defa 1860 yılında J. L. Soret tarafından elde edilmiştir. Ozon, üç oksijen atomunun kovalent bağ ile birleşmesinden oluşan bir gazdır. Kimyasal formülü O3 olan ozon; oksitleme gücü yüksek, renksiz, solunum yollarını tahrip gücü çok yüksek ve ağır kokulu bir gazdır. Gökyüzünün mavi renkte görünmesi bu gaz nedeniyle olmaktadır.
Güneşten gelen yüksek enerjili ultraviyole radyasyonunun etkisiyle atmosferde oksijen molekülü (O2) parçalanarak, serbest oksijen atomu (O) haline dönüşmektedir. Daha sonra bu serbest haldeki oksijen atomları yine ultraviyole ışınların etkisiyle oksijen molekülüyle (O2) birleşerek ozon molekülünü (O3) oluşturmaktadırlar. Yüksek enerjili ultraviyole radyasyonu (UV) ozonun hem oluşumunda, hem de parçalanmasında tek başına etkin bir rol oynamaktadır.
1995 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaşan Prof. Paul Crutzen, Prof. Mario Molina ve Prof. Sherwood Rowland atmosferde ozon oluşumu ve parçalanmasının kimyasal reaksiyonlarla açıklanmasında çok önemli katkıları olan üç bilim adamıdır. Çalışmalarının en önemli yanı günlük hayatta kullanılan bazı kimyasal maddelerin ozon değişimi reaksiyonlarında etkin rol oynadığını ve bu maddelerin ozon tabakasının incelmesine neden olduğunu açıkça belirtmesidir.
Ozon, atmosferde en yoğun olarak, troposfer ve stratosfer tabakaları olmak üzere iki ayrı tabakada ve ayrı şekilde bulunmaktadır. Bunlardan ilki, yerden yaklaşık 10-15 km’ler arasında bulunan, atmosferdeki toplam ozonun % 10’unu oluşturan ve insan kaynaklı olan troposferik ozondur (endüstriyel atıklar, egzoz gazı vb). 1 m3 havada yaklaşık 8 mm3 kadar ozon bulunur. Troposferik ozon, küresel iklim değişikliğinde rol oynayan sera gazları arasında dördüncü sırada gelmektedir. Uzun dalga boylu radyasyonun atmosferde kalmasına, atmosferdeki sera etkisinin artmasına neden olur. Küresel iklim değişikliğindeki sera etkisine katkısı %7 kadardır. İnsan sağlığını olumsuz etkilediğinden ‘kötü huylu ozon’ olarak isimlendirilmektedir. Kötü huylu ozon kaynaklarından biri olan azot oksitler (NOx); büyük çoğunlukla motorlu araçlardan (%49), enerji santrallerinden (%28), endüstriyel faaliyetlerden (%13) ve ticari aktivitelerden (%5) oluşmaktadırlar. İkincisi ise; stratosfer tabakası içerisinde, yerden yaklaşık 10-50 km’ler arasında doğal olarak bulunan ve atmosferdeki toplam ozonun %90’ını oluşturan stratosferik ozondur. Güneşten gelen zararlı ultraviyole radyasyonu tutması nedeniyle hayati önem taşır ve ‘iyi huylu ozon’ olarak isimlendirilir.
Ozon yoğunluğu stratosferde bölgesel ve mevsimsel farklılıklar gösterir. Yoğunluk kış aylarında yaz mevsimine göre artar ve kutuplarda ekvatora nazaran daha sık bulunur. Kutup enlemlerinde ozon yoğunluğu 16-18 km yüksekliklerde en yüksek değerine ulaşırken, ekvator üzerinde yaklaşık 25 km yükseklikte maksimum olmaktadır. Güney Kutbu’ndaki ozon yoğunluğunun azalması Kuzey Kutbu’ndakinden daha ciddi olmakla birlikte, yapılan gözlemler kuzey yarımküredeki azalmanın kutupsal dinamiklerden kaynaklandığını göstermektedir. Bu bölgedeki sıcaklığın Güney Kutbu’nda olduğu kadar çok azalmaması, dolayısıyla da kimyasal reaksiyonlar için gerekli koşulların oluşmaması Kuzey Kutbu’ndaki ozon azalmasının güneydekinden daha az olmasının başlıca nedenidir. Troposferdeki ozon, atmosferdeki elektriksel enerji ile de oluşur. Örneğin; bir fırtınadan sonra oluşan şimşek ve yıldırımların etkisiyle havadaki ozon konsantrasyonu biraz artar. Endüstriyel ve teknolojik faktörlerden kaynaklanan kirlilik sonucu salınan gazlarla etkileşen güneş ışığı sonucu ozon oluştuğu için, havadaki ozon konsantrasyonu olması gereken aralığın üstüne çıkar. Böylece canlı organizmalar için zehir etkisi yaratır. Kirletici ortamların bulunduğu yerlerde ve günün güneşli saatlerinde troposferdeki ozonun ortalama %6 oranında arttığı bulunmuştur. Ozon, yükseltgen ve bakteri öldürücü olarak kullanılır. Özellikle kapalı ortamların havasını ve suları mikroplardan dezenfekte etmekte, istenmeyen tat ve kokuların giderilmesinde kullanılmaktadır. Havanın, sağlığa elverişli olmasını sağlayan güçlü bir bakteri öldürücüdür. Ozon, yüksek oksidasyon gücüyle, diğer dezenfektanlara göre çok üstündür. Kararsız yapısının oksidasyon etkisiyle, bir taraftan bakteri, virüs, küf ve mantar gibi organikleri yok ederken; diğer taraftan demir, mangan, klor, nitrit, vb. maddeleri de oksitleyerek ortamdan uzaklaştırır. Ayrıca tekstil ürünlerinin ağartılmasında, şarabın ve odunun yaşlandırılmasında ve bazı kimyasalların üretiminde kullanılır.
Ozon tabakası dünyamız üzerinde koruyucu ve düzenleyici iki ayrı işleve sahip bir katman olup, sanayi devrimi ile birlikte atmosferde konsantrasyonu hızla artan çeşitli türdeki kirletici gazlarla tepkimeye girerek değişime uğramıştır. Bu bozulma bilim adamlarının ancak 1980’li yıllarda Antarktika üzerindeki Halley Bay’da ozon konsantrasyonunun %40 daha az olduğunu anlamalarıyla ortaya çıkmıştır. Bu tabaka güneşten gelen zararlı ultraviyole (UVB, UVC) ışınların dünyaya ulaşmasını engellemektedir. Dolayısıyla koruyucu bir filtre görevi yapmaktadır. Bu zararlı ışınlar bir şekilde yeryüzündeki canlı organizmaların hepsine zarar vermektedir ve ozon tabakası zarar gördükçe de dünyaya ulaşan ışınların miktarı artmaktadır. Düzenleyici olarak da Dünya’nın genel iklimi üzerinde faydası vardır. Morötesi ışınların soğurulması sıcaklığı düşürmekte ve ısı dengesinin düzenlenmesine yardımcı olmaktadır. Ozon tabakasını bozan en önemli etken Kloroflorokarbon (CFC) gazlarıdır. 1928 yılında yeni bir gaz türü olarak bulunan CFC gazları çok ilginç özelliklere sahiptirler: Zehirli, aşındırıcı ve yanıcı değil, oldukça kararlı, uzun ömürlü ve uçucudur. Bu üstün özelliklerinden dolayı “harika gaz” olarak adlandırılırlar. Bu gazların yoğunlukları düşük olduğu için havadan daha hafif haldedirler ve atmosferin en üst katmanlarına kadar çıkabilirler (yaklaşık 11.000 metre). CFC gazlarının bozunma süresi 65 ile 120 yıl arasındadır. Bunlar morötesi ışınlarla yok edilene kadar stratosferde toplanırlar. CFC gazları yüksek enerjili güneş ışınları ile karşılaştıklarında ozon moleküllerini parçalarlar. Parçalanan ozon atomları nedeniyle stratosfer tabakası içerisindeki ozonun yoğunluğu azalır ve güneş radyasyonunun zararlı etkilerinin yeryüzüne kadar ulaşmasına neden olur. Buna da diğer bir deyişle ozon tabakasının delinmesi denir. Bir tane klor atomu binlerce ozon molekülünü yok edecek kapasiteye sahiptir. Atmosferin üst katmanlarına doğru yavaşça yükselen CFC gazları stratosferin üst katmanlarına ulaştığında güneşin UV ışınlarıyla karşılaşır ve morötesi ışınların etkisiyle parçalanarak klor atomu açığa çıkarır. Ortaklanmamış bir elektron içeren bu klor radikali hemen her madde ile tepkimeye girer. Stratosferin üst katmanlarında tepkimeye girebileceği ilk madde de ozondur. Cl atomu O3 ile tepkimeye girer ve onu katalitik olarak oksijen molekülüne dönüştürür. Yani klor, ozon molekülünü oksijen molekülüne çevirirken kendisi değişmeden kalır ve ozonu oksijene dönüştürme görevini sürdürür. Bir klor atomu yüz bin ozon molekülünü oksijen molekülüne dönüştürür. Bu nedenle de ozon ile oksijen arasındaki doğal denge bozulur ve atmosferdeki ozon derişimi hızla azalmaya başlar.
Bu olumsuzluğa rağmen ozon tabakasının kendini yenileme özelliği vardır. Bu yenileme işlemi ancak CFC gazlarının atmosfere serbest bırakılmasının durdurulmasıyla gerçekleşebilir.
Ozon Tabakasının İncelmesine Neden Olan Maddeler
- Kloroflorokarbon (CFC)
- Hidrokloroflorokarbon (HCFC)
- Hidrobromoflorokarbon (HBFC)
- Halonlar
- Karbontetraklorid
- Metilkloroform
- Metilbromürasidi