Photochemie des stratosphärischen Ozons

Die photochemischen Reaktionen, die Ozon in der Stratosphäre bilden und zerstören und die Ozonschicht aufrechterhalten.

Definition

Die Photochemie des stratosphärischen Ozons ist die Gesamtheit der sonnenlichtgetriebenen Reaktionen, die Ozon in der Stratosphäre erzeugen und zerstören, beginnend mit dem nur Sauerstoff umfassenden Chapman-Mechanismus.

Scope

Umfasst den Chapman-Mechanismus der Ozonbildung und -zerstörung aus molekularem und atomarem Sauerstoff, das Konzept des „ungeraden Sauerstoffs“ (odd oxygen), die vertikale Verteilung des Ozons, die Diskrepanz zwischen Chapman-Vorhersagen und Beobachtungen sowie die Absorption ultravioletter Strahlung, die die Stratosphäre erwärmt.

Core questions

• Wie erzeugt der Chapman-Mechanismus die Ozonschicht?
• Warum überprognostiziert der Chapman-Zyklus allein das stratosphärische Ozon?
• Wie beeinflusst die Ozonabsorption die Temperaturstruktur der Stratosphäre?

Key theories

Chapman-Mechanismus

Die Photolyse von molekularem Sauerstoff erzeugt Atome, die Ozon bilden, während die Ozonphotolyse und Rekombination es zerstören, wodurch eine stationäre Menge an „ungeradem Sauerstoff“ (odd oxygen) definiert wird.

Mechanisms

Kurzwellige ultraviolette Sonnenstrahlung dissoziiert molekularen Sauerstoff in Atome, die sich mit Sauerstoffmolekülen zu Ozon verbinden. Ozon wird selbst photolysiert, zurück zu molekularem und atomarem Sauerstoff, und die Familie des atomaren Sauerstoffs und Ozons, als „ungerader Sauerstoff“ (odd oxygen) bezeichnet, erreicht einen photochemischen Gleichgewichtszustand, der bei etwa 25 Kilometern seinen Höhepunkt erreicht. Da der nur Sauerstoff umfassende Chapman-Zyklus Ozon überprognostiziert, sind zusätzliche katalytische Verlustzyklen erforderlich, um den Beobachtungen zu entsprechen; die Absorption ultravioletter Strahlung durch Ozon erwärmt die Stratosphäre und erzeugt deren Temperaturinversion.

Clinical relevance

Die Ozonschicht absorbiert biologisch schädliche ultraviolette Strahlung, und die Quantifizierung ihrer Photochemie ist die Grundlage für das Verständnis sowohl ihres natürlichen Zustands als auch ihrer Anfälligkeit für den Abbau.

History

Sydney Chapman schlug 1930 die photochemische Theorie des stratosphärischen Ozons vor und lieferte damit die erste quantitative Erklärung der Ozonschicht, die bis heute den Ausgangspunkt für die Stratosphärenchemie bildet.

Key figures

• Sydney Chapman
• Guy Brasseur

Seminal works

• chapman1930
• brasseur2005

Frequently asked questions

Was ist „ungerader Sauerstoff“ (odd oxygen)?

„Ungerader Sauerstoff“ (odd oxygen) ist die chemische Familie, die atomaren Sauerstoff und Ozon umfasst und zusammen behandelt wird, da sie sich schnell ineinander umwandeln; ihre Gesamtmenge ändert sich nur durch langsamere Produktions- und Verlustreaktionen.