โอโซน

ก๊าซโอโซนบริสุทธิ์จะมีสีน้ำเงินแก่ มีกลิ่นคล้ายคลอรีนจางๆ ถ้าดมเข้าไปมากๆ จะปวดศีรษะ โอโซนละลายน้ำได้มากกว่าก๊าซออกซิเจน มีจุดเดือดที่ -111.5 องศาเซลเซียส และมีจุดหลอมเหลวที่ -251 องศาเซลเซียส เมื่ออยู่ในสภาวะที่เป็นก๊าซบริสุทธิ์จะเสถียรภาพดีพอสมควร แต่ถ้ามีสารอินทรีย์ปนอยู่ในน้ำแล้ว โอโซนจะสลายตัวเป็นออกซิเจนได้ง่าย ถ้าผสมอยู่กับอากาศจะค่อยๆกลายเป็นออกซิเจน ถ้าอุณหภูมิถึง 300 องศาเซลเซียส จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว

แหล่งที่มา

1. เกิดตามธรรมชาติ เกิดจากการรวมตัวกันของโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน โดยมีรังสีอุลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 242 นาโนเมตร เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้เกิดพลังงานที่จะดึงเอาโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนให้แตกตัวเป็นอะตอมของออกซิเจน 2 อะตอม และเมื่ออะตอมของออกซิเจน 1 อะตอมพบกับโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนจะเกิดการรวมตัวดังสมการ
    

                         O₂  ---- (uv) ----- O+O 
                         O+O₂ ---- O₃   

   
          โอโซนที่เกิดขึ้นนี้สามารถดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตแล้วแตกตัวกลายเป็นก๊าซออกซิเจนและรวมตัวกับอะตอมของออกซิจน กลายเป็นโอโซนได้อีก โดยมีรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งจะเกิดเช่นนี้ไปได้เรื่อยๆ โดยไม่มีที่สิ้นสุดแบบปฏิกิริยาลูกโซ่ โอโซนยังสามารถเกิดได้เองในอากาศจากพายุฝนฟ้าคะนองหรือจากฟ้าแลบได้อีกด้วย กระบวนการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวนี้เรียกว่าขบวนการโพโตเคมีคอล(Photochamical process) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดก๊าซโอโซนและสลายตัวพร้อมกัน และในที่สุดปฏิกิริยาของก๊าซโอโซนก็จะอยู่ในภาวะสมดุลโดยที่อัตราการเกิดและสลายตัวเท่ากัน

2. เกิดจากการกระทำของมนุษย์ โอโซนถูกผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น การกำจัดน้ำเสียและใช้ฆ่าเชื้อ การเตรียมก๊าซโอโซนที่สะดวกที่สุดใช้ไฟฟ้า silent electrical discharge กระทำกับอากาศหรือกับก๊าซออกซิเจน ซึ่งกา๊ซออกซิเจนบางส่วนเท่านั้นที่กลายเป็นโอโซน ถ้าใช้อากาศ เรียกก๊าซผสมนี้ว่า ไอโอไนซ์แอร์ (ozonised air) ถ้าใช้ก๊าซออกซิเจนก๊าซโอโซนที่เกิดขึ้นจะปนอยู่กับก๊าซออกซิเจนที่เหลือ เรียกว่า ozonised oxygen เครื่องมือที่ใช้เตรียมก๊าซโอโซนด้วยวิธีนี้เรียกว่า โอโนไนเซอร์ (ozonizer)

โอโซนเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศส่วนหนึ่งที่ปกคลุมผิวโลก ซึ่งมีลักษณะเป็นชั้นบางๆ บริเวณที่อยู่แปรผันอยู่ระหว่างระดับน้ำทะเลขึ้นไปถึงระยะ 60 กิโลเมตร โอโซนส่วนใหญ่อยู่ที่ชั้นบรรยากาศสตาร์โตสเฟียร์ซึ่งพบประมาณร้อยละ 89 - 90 ส่วนที่เหลือจะกระจายอยู่ชั้นโทรโพสเฟียร์และเมโซสเฟียร์ ชั้นโอโซนจะทำหน้าที่กรองแสงอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์โดยสามารถดูดแสง UV-B ความยาวคลื่นระหว่าง 280 - 320 นาโนเมตร ไว้ได้ประมาณ ร้อยละ 70 - 90 รังสี UV-B นี้เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต โอโซนยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดหรือควบคุมอุณหภูมิของโลกและบรรยากาศ โดยสามารถดูดรังสีอินฟราเรดซึ่งสะท้อนจากผิวโลกและจากชั้นสตราโตสเฟียร์ได้ ทำให้อุณหภูมิบรรยากาศโลกชั้นนี้สูงขึ้น มีผลต่อสภาพภูมิอากาศของผิวโลก

ปริมาณที่ถูกทำลาย

โอโซนส่วนใหญ่อยู่ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ โดยมีความเข้มข้นประมาณ 10 ส่วนในล้านส่วน ซึ่งเป็นปริมาณน้อยมากแต่ก็มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตต่างๆ ปัจจุบันพบว่ามีการปล่อยสารเคมีต่างๆขึ้นสู่บรรยากาศมากขึ้น ทำให้ก๊าซโอโซนน้อยลงจากการใช้เครื่องมือต่างๆวัดพบว่าโอโซนลดลงร้อยละ 2-3 ที่ระดับความสูง 30-40 กิโลเมตรและจากการใช้เครื่อง สเปคโทรมิเตอร์ (Spectrometer) ตรวจวัดปริมาณโอโซนในบริเวณขั้วโลกได้ของเดือนตุลาคมในทุกปี ซึ่งเริ่มตั้งแต่ปี 1957 เป็นต้นไปก็ได้พบว่าปริมาณของโอโซนที่อยู่เหนือบริเวณขั้วโลกได้ลดลงเกือบ 40 เปอร์เซนต์ และลดลงมากที่สุดในปี 1970

ผลการตรวจวัดระดับโอโซนในบรรยากาศได้รับการยืนยันในปี 1975 จากการใช้ดาวเทียมสำรวจ ได้แสดงให้เห็นว่าเกิดความเสียหายขึ้นต่อชั้นโอโซนเหนือบริเวณขั้วโลกได้ และได้พบความเสียหายได้ขยายตัวมายังบริเวณเส้นศูนย์สูตรประมาณ 45 องศาใต้ ซึ่งองค์การนาซ่าของสหรัฐก็ได้ทำการตรวจสอบสภาพบรรยากาศของโลกได้รายงานว่า เกิดมีลักษณะความเข้มของแสงอาทิตย์ที่ผ่านบรรยากาศไม่สม่ำเสมอจึงได้หาสาเหตุและพบว่าโอโซนที่อยู่รอบโลกในชั้นบรรยากาศโดยเฉพาะบริเวณขั้วโลกใต้ และขั้วโลกเหนือได้ลดลงเป็นหย่อม ๆ และเกิดมากขึ้นเป็นลำดับบางหย่อมคิดเป็นพื้นที่ได้ประมาณ 9 ล้านตารางกิโลเมตร การที่โอโซนในชั้นสตราโตเพียร์ถูกทำลายไปเนื่องจากสารเคมีที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศและสารที่สำคัญคือ CFCs ซึ่งจะมีผลทำให้ UV ส่องมาถึงโลกมากขึ้นมีผลเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตได้

สารเคมี 2 ชนิดที่อยู่ในรูปของก๊าซ ในชั้นบรรยากาศที่ทำลายโอโซนได้คือคลอรีนออกไซด์(Chlorine Oxides; ClOx) และ ไนโตรเจนออกไซด์ (Nitrogen Oxides ; Nox)

ไนโตรเจนออกไซด์มาจากไนตรัสออกไซด์ (Nitrous Oxides ; N2O) ซึ่งมีจุดกำเนิดตามธรรมชาติที่ผิวโลก เช่น กระบวนการ denitrication ของจุลินทรีย์และในบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ เกิดจากฟ้าแลบฟ้าร้อง พวกเครื่องบินที่บินเร็วเหนือเสียง(SST) ที่ปล่อยไนตริกออกไซด์จากไอเสียและยังมีสารพวกฮาโลเจน (Halogen) โดยเฉพาะพวกก๊าซโบมีน(Br) ที่สามารถสลายโอโซนได้ในทางทฤษฎี

ขบวนการสำคัญที่สุดที่ทำลายโอโซนคือขบวนการที่มีอะตอมของคลอรีน ไนตริกออกไซด์ ไฮโดรเจนออกไซด์ โบมีน และ ไฮรโดรเจนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ผลของปฏิกิริยาที่ทำกับโอโซนหรือออกซิเจนนั้น จะทำให้อะตอมของสารพวกนั้นออกมาและเริ่มต้นใหม่เป็นวงจร ดังนี้

                    O₃    +     Solar radiation----------------  O + O₂

                     O  + XO₃ --------------------- X  +  O₂

                    X  + O₃      ---------------------  XO   +  O_{2
                    ------------------------------------------------------------------------------------------------}
                      Net 2O₃                                    3O₂