成層圏オゾン光化学

成層圏においてオゾンを生成・破壊し、オゾン層を維持する光化学反応。

Definition

成層圏オゾン光化学とは、成層圏におけるオゾン生成および破壊を太陽光によって駆動される一連の反応であり、酸素のみのチャップマン機構から始まる。

Scope

分子状酸素と原子状酸素からのオゾン生成と破壊に関するチャップマン機構、奇数酸素の概念、オゾンの垂直分布、チャップマンの予測と観測の間の不一致、および成層圏を加熱する紫外線の吸収について網羅する。

Core questions

• チャップマン機構はどのようにオゾン層を生成するのか？
• チャップマンサイクルだけではなぜ成層圏オゾンを過大評価するのか？
• オゾンの吸収は成層圏の温度構造をどのように形成するのか？

Key theories

チャップマン機構

分子状酸素の光分解によって原子が生成され、それがオゾンを形成する一方、オゾンの光分解と再結合がオゾンを破壊し、奇数酸素の定常状態の存在量を定義する。

Mechanisms

短波長の紫外線太陽光は、分子状酸素を原子に解離させ、その原子が酸素分子と結合してオゾンを形成する。オゾン自体も光分解によって分子状酸素と原子状酸素に戻り、原子状酸素とオゾンのファミリー（奇数酸素と呼ばれる）は、約25キロメートルでピークに達する光化学的定常状態に到達する。酸素のみのチャップマンサイクルではオゾンを過大評価するため、観測と一致させるためには追加の触媒的損失サイクルが必要となる。オゾンによる紫外線の吸収は成層圏を暖め、その温度逆転層を形成する。

Clinical relevance

オゾン層は生物学的に有害な紫外線を吸収するため、その光化学を定量化することは、オゾン層の自然な状態と枯渇に対する脆弱性の両方を理解するための基礎となる。

History

シドニー・チャップマンは1930年に成層圏オゾンの光化学理論を提唱し、オゾン層の最初の定量的説明を提供した。これは成層圏化学の出発点として現在も残っている。

Key figures

• Sydney Chapman
• Guy Brasseur

Seminal works

• chapman1930
• brasseur2005

Frequently asked questions

奇数酸素とは何か？

奇数酸素とは、原子状酸素とオゾンからなる化学ファミリーであり、これらは急速に相互変換するため、まとめて扱われる。その総存在量は、より遅い生成反応と損失反応によってのみ変化する。