ハロゲンと触媒的オゾン損失サイクル

成層圏オゾンを、酸素のみのチャップマン反応よりもはるかに効率的に破壊する触媒的ラジカルサイクル。

Definition

ハロゲンと触媒的オゾン損失サイクルとは、微量ラジカルが再生されながら繰り返しオゾンを破壊する反応連鎖であり、成層圏オゾン損失の大部分を占める。

Scope

水酸化物、窒素酸化物、塩素、臭素の触媒サイクル、消費されることなく多数のオゾン分子を破壊する触媒の概念、クロロフルオロカーボンとハロンのソースガスの化学、貯蔵種、およびオゾン破壊における異なる族の相対的効率を網羅する。

Core questions

• 微量ラジカルはどのようにして何千ものオゾン分子を破壊できるのか？
• 異なる高度でオゾン損失を支配する触媒族はどれか？
• 長寿命のソースガスはどのようにして塩素と臭素を成層圏に運ぶのか？

Key theories

触媒的オゾン破壊サイクル

一酸化窒素、塩素、臭素などのラジカルは、オゾンと原子状酸素と反応し、触媒を再生しながら奇数酸素を正味で破壊するサイクルを形成するため、少量の貯蔵量が膨大な量のオゾンを破壊する。

Mechanisms

触媒サイクルでは、ラジカルXがオゾンと反応してXOを形成し、次にXOが原子状酸素または別のXOと反応してXを再生する。これにより、奇数酸素が分子状酸素に変換されるという正味の効果が生じる。水酸基、一酸化窒素、塩素、臭素の各族は、それぞれこのようなサイクルを駆動し、異なる高度で優勢となる。塩素と臭素は、主に化学的に不活性なクロロフルオロカーボンとハロンとして成層圏に到達し、そこで光分解されて触媒を放出する。硝酸塩素などの貯蔵種は、一時的にそれらを隔離し、損失速度を調整する。

Clinical relevance

クロロフルオロカーボンの触媒的役割の特定は、オゾン層に対する人類の脅威を明らかにし、モントリオール議定書によるオゾン層破壊物質の段階的廃止の科学的根拠を提供した。

History

クルッツェンは1970年に窒素酸化物触媒サイクルを記述し、モリーナとローランドは1974年にクロロフルオロカーボンからの塩素原子触媒作用を特定した。南極での観測と合わせて、この業績は1995年のノーベル化学賞を受賞した。

Key figures

• Paul Crutzen
• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• crutzen1970
• molina1974

Frequently asked questions

なぜ触媒サイクルはオゾンに対してこれほど破壊的なのか？

各サイクルの終わりに触媒が再生されるため、単一の塩素または臭素原子は、成層圏から除去されるまでに何千ものオゾン分子を破壊することができる。