Химия стратосферного озона

Химия стратосферного озона объясняет, как образуется озоновый слой, как он естественным образом регулируется и как истощается каталитическими циклами с участием хлора, брома и азота.

Definition

Фотохимия озона в стратосфере, включая его образование из молекулярного кислорода и его каталитическое разрушение следовыми радикальными частицами.

Scope

Эта тема охватывает механизм Чепмена для образования озона, каталитические циклы HOx, NOx, ClOx и BrOx, разрушающие озон, гетерогенную химию на полярных стратосферных облаках, которая приводит к образованию озоновой дыры, а также роль озоноразрушающих веществ и их регулирование.

Core questions

• Как озон образуется и разрушается в невозмущенной стратосфере?
• Почему радикалы хлора и брома каталитически разрушают озон?
• Что делает антарктическую озоновую дыру сезонной и такой серьезной?
• Какие вещества теперь доминируют в разрушении озона по мере сокращения регулируемых галогеноуглеродов?

Key theories

Цикл Чепмена

Озон образуется путем фотолиза молекулярного кислорода с последующей рекомбинацией и разрушается путем фотолиза и реакции с атомарным кислородом, устанавливая естественный стационарный профиль озона.

Каталитическое разрушение озона галогенами

Радикалы хлора и брома, высвобождающиеся из галогеноуглеродов, каталитически разрушают озон, при этом гетерогенная активация на полярных стратосферных облаках объясняет весеннюю антарктическую озоновую дыру.

Mechanisms

Каталитические циклы регенерируют разрушающий радикал, поэтому небольшой запас хлора или брома разрушает множество молекул озона. В полярную зиму реакции на частицах облаков превращают инертные резервуарные частицы в фотолитически активные формы, которые с восходом солнца вызывают быструю потерю озона димером ClO.

Clinical relevance

Химические исследования непосредственно послужили основой для Монреальского протокола, который предусматривал поэтапный отказ от основных озоноразрушающих веществ. По мере сокращения этих веществ закись азота стала доминирующим оставшимся озоноразрушающим выбросом, связывая защиту озона с сельским хозяйством и климатической политикой.

History

Крутцен, Молина и Роуленд разработали теорию каталитического истощения в 1970-х годах, а неожиданное обнаружение антарктической озоновой дыры в 1985 году подтвердило и расширило ее за счет полярной гетерогенной химии, что принесло им Нобелевскую премию в 1995 году.

Key figures

• Sydney Chapman
• Paul J. Crutzen
• Mario J. Molina
• F. Sherwood Rowland

Seminal works

• farman1985
• ravishankara2009
• finlaysonPitts2000

Frequently asked questions

Восстанавливается ли озоновая дыра?

Наблюдения показывают постепенное восстановление после поэтапного отказа от озоноразрушающих веществ в соответствии с Монреальским протоколом, хотя полное заживление, как ожидается, займет десятилетия.