Фотохимия стратосферного озона

Фотохимические реакции, которые образуют и разрушают озон в стратосфере и поддерживают озоновый слой.

Definition

Фотохимия стратосферного озона — это совокупность реакций, движимых солнечным светом, которые производят и разрушают озон в стратосфере, начиная с кислородного механизма Чепмена.

Scope

Охватывает механизм Чепмена образования и разрушения озона из молекулярного и атомарного кислорода, концепцию нечётного кислорода, вертикальное распределение озона, расхождение между предсказаниями Чепмена и наблюдениями, а также поглощение ультрафиолетового излучения, которое нагревает стратосферу.

Core questions

• Как механизм Чепмена создает озоновый слой?
• Почему один только цикл Чепмена переоценивает количество стратосферного озона?
• Как поглощение озона формирует температурную структуру стратосферы?

Key theories

Механизм Чепмена

Фотолиз молекулярного кислорода создает атомы, которые образуют озон, в то время как фотолиз и рекомбинация озона разрушают его, определяя стационарное содержание нечётного кислорода.

Mechanisms

Коротковолновое ультрафиолетовое солнечное излучение диссоциирует молекулярный кислород на атомы, которые соединяются с молекулами кислорода, образуя озон. Сам озон фотолизируется обратно в молекулярный и атомарный кислород, и семейство атомарного кислорода и озона, называемое нечётным кислородом, достигает фотохимического стационарного состояния, пик которого приходится примерно на 25 километров. Поскольку кислородный цикл Чепмена переоценивает количество озона, для соответствия наблюдениям необходимы дополнительные каталитические циклы потерь; поглощение ультрафиолетового излучения озоном нагревает стратосферу и создает ее температурную инверсию.

Clinical relevance

Озоновый слой поглощает биологически вредное ультрафиолетовое излучение, и количественная оценка его фотохимии является основой для понимания как его естественного состояния, так и его уязвимости к истощению.

History

Сидни Чепмен предложил фотохимическую теорию стратосферного озона в 1930 году, предоставив первое количественное объяснение озонового слоя, которое остается отправной точкой для стратосферной химии.

Key figures

• Sydney Chapman
• Guy Brasseur

Seminal works

• chapman1930
• brasseur2005

Frequently asked questions

Что такое нечётный кислород?

Нечётный кислород — это химическое семейство, включающее атомарный кислород и озон, рассматриваемые вместе, поскольку они быстро взаимопревращаются; их общее содержание изменяется только посредством более медленных реакций образования и потерь.