نضوب الأوزون

الأوزون، في حين أنه مكون أقلي في الغلاف الجوي للأرض، مسؤول عن معظم امتصاص الأشعة فوق البنفسجية. تتناقص كمية إشعاع الموجة المتوسطة التي تخترق طبقة الأوزون بشكل كبير مع سماكة المسار المائل وكثافة الطبقة. عندما تنخفض مستويات أوزون الستراتوسفير، تصل المستويات الأعلى من الأشعة فوق البنفسجية إلى سطح الأرض. يرجع تاريخ التكوين الفينولي المدفوع بالأشعة فوق البنفسجية (UV-driven phenolic) في حلقات الأشجار إلى بداية نضوب طبقة الأوزون في خطوط العرض الشمالية إلى أواخر القرن السابع عشر. [4][5][6]

في أكتوبر 2008، نشرت وكالة الفضاء الإكوادورية تقريرًا بعنوان "هيبيريون (HIPERION)". استخدمت الدراسة أدوات أرضية في الإكوادور وبيانات آخر 28 عامًا من 12 قمراً صناعياً من عدة بلدان، ووجدت أن الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى خطوط العرض الاستوائية كانت أكبر بكثير مما كان متوقعًا، مع ارتفاع مؤشر الأشعة فوق البنفسجية إلى 24 في كيتو، تعتبر منظمة الصحة العالمية 11 مؤشرًا متطرفًا وخطرًا كبيرًا على الصحة. وخلص التقرير إلى أن مستويات الأوزون المستنفدة حول خطوط العرض الوسطى للكوكب تعرض بالفعل للخطر أعداد كبيرة من السكان في هذه المناطق.[7] في وقت لاحق، نشرت وكالة الفضاء البيروفية دراستها الخاصة، والتي أسفرت عن نفس النتائج تقريبًا مثل الدراسة الإكوادورية.

تؤدي زيادة الأشعة فوق البنفسجية السطحية إلى زيادة أوزون التروبوسفير. من المُسلَّم به عمومًا أن الأوزون على مستوى الأرض يمثل خطرًا على الصحة، لأن الأوزون سام بسبب خصائصه المؤكسدة القوية. تكون المخاطر عالية بشكل خاص بالنسبة للأطفال الصغار وكبار السن والذين يعانون من الربو أو صعوبات التنفس الأخرى. في هذا الوقت، يُنتَج الأوزون على مستوى الأرض بشكل أساسي من خلال تأثير الأشعة فوق البنفسجية على غازات الاحتراق من عوادم المركبات. [8]

اتساع ثقب الأوزون يؤدي إلى تعرض الأرض للأشعة فوق البنفسجية حيث يؤدي ذلك إلى خلل في جهاز مناعة الإنسان والإضرار بالعيون وارتفاع الإصابة بسرطان الجلد.

أما بالنسبة للنباتات فقد ثبت أن التعرض لكميات الأشعة فوق البنفسجية تلحق الضرر باليخضور وبالتالي انخفاض القدرة الإنتاجية مما يهدد الأمن الغذائي على سطح الكرة الأرضية.

أما بالنسبة للحيوانات فهي تمتاز بوجود الشعر أو الريش فهي أقل ضررا بالإصابة بسرطان الجلد، ولكن عند تعرضها لكمية إشعاع مرتفعة فأغلب الظن أنها سوف تعاني من الضرر مثل إصابة العيون والتغييرات الجينية التي تحدث طفرات عديدة. أما بالنسبة للعوالق النباتية واليرقات فإنها أول ما تتأثر بالإشعاع المتزايد كونها طافية على سطح البحر وأما الأحياء المائية الأخرى فيعتقد العلماء بأنها أكثر أمانا من غيرها نتيجة وجود الماء الذي يحميها.

و يعتقد العلماء أن تسارع نضوب الأوزون سوف يؤدي إلى اختلالات عالمية ضارة في مناخ الأرض علما بأن مركبات الكلوروفلوروكربون هي ضمن غازات الاحتباس الحراري.

يُفترض مبدئيًا أن نضوب طبقة الأوزون والسماح بأشعة الموجة المتوسطة (UVB) الزائدة يزيد الضرر الذي يلحق بالحمض النووي للنبات. لقد وجدت التقارير أنه عندما تتعرض النباتات لأشعة الموجة المتوسطة بشكل مشابه لنضوب طبقة الأوزون في الستراتوسفير، لم يكن هناك تغيير كبير في ارتفاع النبات أو كتلة الأوراق، ولكن أظهرت استجابة في الكتلة الحيوية للنبات ومساحة الأوراق في انخفاض طفيف.[9] ومع ذلك، فقد أظهرت أشعة الموجة المتوسطة تقليل العائد الكمي للنظام الضوئي الثاني.[10] يحدث تلف الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة فقط في ظل التعرض الشديد، كما أن معظم النباتات تحتوي أيضًا على مركبات الفلافونويد الممتصة للأشعة فوق البنفسجية التي تسمح لها بالتأقلم مع الإشعاع الموجود. تتأثر النباتات التي تأثرت بالإشعاع طوال فترة التطور بشكل أكبر بعدم القدرة على اعتراض الضوء بمساحة ورقة أكبر من تأثر أنظمة التمثيل الضوئي.[11] من المُرجَّح أن يكون الضرر الناتج عن أشعة الموجة المتوسطة مهمًا على تفاعلات الأنواع أكثر من تأثيره على النباتات نفسها. [12]

رُبِط أكثر أشكال سرطان الجلد شيوعًا لدى البشر، سرطان الخلايا القاعدية والحرشفية، بشدة بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية. إن الآلية التي تحفّز الأشعة فوق البنفسجية من خلالها هذه السرطانات مفهومة جيدًا، فامتصاص إشعاع الموجة المتوسطة يتسبب في تكوين قواعد البيريميدين في جزيء الدنا لتشكل الثنائيات، مما يؤدي إلى أخطاء النسخ عندما يتكاثر الحمض النووي. هذه السرطانات خفيفة نسبيًا ونادرًا ما تكون قاتلة، على الرغم من أن علاج سرطان الخلايا الحرشفية يتطلب أحيانًا جراحة ترميمية واسعة النطاق. من خلال الجمع بين البيانات الوبائية ونتائج الدراسات التي أجريت على الحيوانات، قدر العلماء أن كل انخفاض بنسبة 1% في أوزون الستراتوسفير طويل الأمد سيزيد من حدوث هذه السرطانات بنسبة 2٪. [13]

شكل آخر من أشكال سرطان الجلد، هو الورم الميلانيني، وهو أقل شيوعًا ولكنه أكثر خطورة بكثير، حيث يكون قاتلًا في حوالي 15-20% من الحالات التي شُخِّصَت. العلاقة بين الورم الميلانيني والتعرض للأشعة فوق البنفسجية ليست مفهومة تمامًا بعد، ولكن يبدو أن كلًا من إشعاعات الموجة المتوسطة والأشعة فوق بنفسجية الطويلة متورطان في ذلك. بسبب عدم اليقين هذا، من الصعب تقدير تأثير نضوب الأوزون على حدوث الورم الميلانيني. أظهرت إحدى الدراسات أن زيادة إشعاعات الموجة المتوسطة بنسبة 10% ارتبطت بزيادة بنسبة 19% في الأورام الميلانينية للرجال و 16% عند النساء. أظهرت دراسة أُجريت على أشخاص في بونتا أريناس، في الطرف الجنوبي من تشيلي، زيادة بنسبة 56% في الورم الميلانيني وزيادة بنسبة 46% في سرطان الجلد غير الميلانيني على مدى سبع سنوات، إلى جانب انخفاض الأوزون وزيادة مستويات الأشعة فوق البنفسجية. [13][14]

تشير الدراسات الوبائية إلى وجود ارتباط بين إعتام عدسة العين القشري والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، باستخدام تقديرات تقريبية للتعرض وتقنيات مختلفة لتقييم الإعتام. أُجرِي تقييم مفصل لتعرض العين للأشعة فوق البنفسجية في دراسة أُجريت على رجال خليج تشيزبيك، حيث ارتبطت الزيادات في متوسط التعرض السنوي للعين بزيادة خطر الإعتام القشري لعدسة العين. في هذه المجموعة المعرضة بشدة من الذكور البيض في الغالب، كان الدليل الذي يربط الإعتام القشري بالتعرض لأشعة الشمس هو الأقوى حتى الآن. بناءً على هذه النتائج، من المتوقَّع أن يتسبب نضوب طبقة الأوزون في حدوث مئات الآلاف من حالات إعتام عدسة العين الإضافية بحلول عام 2050. [15][16]

يُنتَج فيتامين د في الجلد عن طريق الأشعة فوق البنفسجية. وبالتالي، فإن التعرض العالي للأشعة فوق البنفسجية يرفع فيتامين د البشري في أولئك الذين يعانون من نقص فيه. تُظهِر الأبحاث الحديثة (بشكل أساسي منذ بروتوكول مونتريال) أن العديد من البشر لديهم مستويات أقل من فيتامين د المثالية. على وجه الخصوص، في سكان الولايات المتحدة، عُثِر على الربع الأدنى من فيتامين د (<17.8 نانوغرام/مل) باستخدام معلومات من المسح الوطني لفحص الصحة والتغذية ليكون مرتبطًا بزيادة في الوفيات لجميع الأسباب في عموم السكان. في حين أن مستوى فيتامين د في الدم الذي يزيد عن 100 نانوغرام/مل يبدو أنه يرفع الكالسيوم في الدم بشكل مفرط ويرتبط بارتفاع معدل الوفيات، فإن الجسم لديه آليات تمنع أشعة الشمس من إنتاج فيتامين د بما يزيد عن احتياجات الجسم. [17][18][19]

من المتوقع أن تؤثر زيادة الأشعة فوق البنفسجية على المحاصيل. يعتمد عدد من أنواع النباتات المهمة اقتصاديًا، مثل الأرز، على البكتيريا الزرقاء المقيمة في جذورها من أجل الاحتفاظ بالنيتروجين. البكتيريا الزرقاء حساسة للأشعة فوق البنفسجية وسوف تتأثر بزيادتها. على الرغم من آليات تقليل أو إصلاح آثار زيادة الأشعة فوق البنفسجية، فإن النباتات لديها قدرة محدودة على التكيف مع المستويات المتزايدة من الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي يمكن أن يتأثر نمو النبات بشكل مباشر بالأشعة فوق البنفسجية. [20][21]

السويد هي أول دولة تمنع استخدام الرشاشات (مثل المبيدات الحشرية) التي تحتوي على كلوروفلوروكربون (CFC) في 23 يناير، 1978. تلتها بعض الدول مثل الولايات المتحدة الأمريكية، كندا والنرويج. وقد منعت المجموعة الأوروبية اقتراح مشابه. حتى في الولايات المتحدة, ما زال غاز كلوروفلوروكربون يستخدم في أماكن أخرى مثل الثلاجات والمنظفات الصناعية حتى بعد اكتشاف ثقب طبقة الأوزون بالقطب الجنوبي في سنة 1985. بعد محادثات ومعاهدة دولية (بروتوكول مونتريال), تم وقف إنتاج كلوروفلوروكربون (CFC) بشكل كبير ابتداً من 1987 وبشكل كامل في عام 1996.

في 2 اغسطس 2003, قام العلماء بالإعلان ان استنزاف طبقة الأوزون قد بدأ يتباطأ بعد حظر استخدام الكلوروفلوروكربون (CFC).

ثلاث أقمار اصطناعية وثلاث محطات أرضية أثبتت بطئ استنزاف طبقة الأوزون العليا بشكل كبير خلال العقد الماضي. تمت الدراسة من خلال منظمة الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي (American Geophysical Union). بعض الإنحلال ما زال قائم في طبقة الأوزون بسبب عدم قيام بعض الدول بمنع استخدام الكلوروفلوروكربون (CFC) بالإضافة إلى وجوده مسبقاً في طبقة الستراتوسفير قبل منع استخدامه, حيث له فترة انحلال طويلة من 50 إلى أكثر من 100 سنة, ولذلك تحتاج طبقة الأوزون لرجوعها بشكل كامل لعدة عقود.

حالياً يتم تركيب مكونات تحتوي على (C-H) لتحل كبديل لاستخدام الكلوروفلوروكربون (CFC) مثل هايدروكوروفلوروكربون (HCFC), حيث ان هذه المركبات أكثر نشاط ولحسن الحظ لا تبقى فترة كافية في الغلاف الجوي لتصل إلى طبقة الستراتوسفير حيث تؤثر على طبقة الأوزون.^{[بحاجة لمصدر]}