เคมีในชั้นสตราโตสเฟียร์และโอโซน

เคมีที่สร้างและทำลายชั้นโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ รวมถึงวัฏจักรคะตะไลติกที่มีส่วนทำให้โอโซนลดลง

Definition

เคมีในชั้นสตราโตสเฟียร์และโอโซน คือการศึกษาปฏิกิริยาที่ควบคุมปริมาณของโอโซนและชนิดที่เกี่ยวข้องในชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นโอโซนที่ช่วยป้องกันพื้นผิวโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลต

Scope

ขอบเขตนี้ครอบคลุมการก่อตัวและการทำลายโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ด้วยปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่อธิบายโดยกลไกของแชปแมน วัฏจักรคะตะไลติกที่เกี่ยวข้องกับชนิดของไฮโดรเจน ไนโตรเจน คลอรีน และโบรมีน บทบาทของก๊าซต้นกำเนิดที่มีฮาโลเจน เคมีวิวิธพันธ์บนเมฆสตราโตสเฟียร์ขั้วโลก และหลุมโอโซนขั้วโลกในฤดูใบไม้ผลิและการฟื้นตัวภายใต้กฎระเบียบระหว่างประเทศ

Sub-topics

• วงจรฮาโลเจนและการเร่งปฏิกิริยาการสลายโอโซน
• การลดลงของโอโซนบริเวณขั้วโลก
• เคมีเชิงแสงของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์

Core questions

• ชั้นโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ก่อตัวและคงอยู่ได้อย่างไร?
• วัฏจักรคะตะไลติกใดที่ทำลายโอโซน และเหตุใดจึงมีประสิทธิภาพสูง?
• อะไรเป็นสาเหตุของหลุมโอโซนขั้วโลก และชั้นโอโซนกำลังฟื้นตัวอย่างไร?

Key theories

กลไกของแชปแมน

ชุดของปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเท่านั้นที่สร้างและทำลายโอโซน ซึ่งอธิบายการมีอยู่ของชั้นโอโซนแม้ว่าจะคาดการณ์ปริมาณโอโซนสูงเกินไป

การทำลายโอโซนแบบคะตะไลติก

อนุมูลร่องรอยจากไฮโดรเจน ไนโตรเจน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งชนิดของฮาโลเจน ทำลายโอโซนแบบคะตะไลติก โดยคลอรีนจากคลอโรฟลูออโรคาร์บอนถูกระบุว่าเป็นภัยคุกคามที่สำคัญจากกิจกรรมของมนุษย์

Mechanisms

แสงอัลตราไวโอเลตจะแยกโมเลกุลออกซิเจน และอะตอมจะรวมตัวกับออกซิเจนเพื่อสร้างโอโซน; วัฏจักรการก่อตัวและการสลายด้วยแสงของแชปแมนกำหนดปริมาณโอโซนพื้นฐาน ระดับโอโซนที่แท้จริงจะต่ำกว่าเนื่องจากวัฏจักรคะตะไลติกที่เกี่ยวข้องกับอนุมูลไฮดรอกซิล ไนตริกออกไซด์ คลอรีน และโบรมีน ทำลายโอโซนโดยไม่ถูกใช้ไป ก๊าซต้นกำเนิดที่มีฮาโลเจนที่มีอายุยาวนานจะขนส่งคลอรีนและโบรมีนไปยังชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งการสลายด้วยแสงจะปล่อยตัวเร่งปฏิกิริยา และปฏิกิริยาแบบวิวิธพันธ์บนเมฆสตราโตสเฟียร์ขั้วโลกจะกระตุ้นให้เกิดการลดลงอย่างรุนแรงตามฤดูกาล

Clinical relevance

โอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย ดังนั้นความเข้าใจในเคมีของมันจึงเป็นพื้นฐานของพิธีสารมอนทรีออล และยังคงเป็นแนวทางในการประเมินการฟื้นตัวของชั้นโอโซน

History

แชปแมนเสนอการทำงานของโอโซนที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเท่านั้นในปี 1930; ครูทเซน โมลินา และโรว์แลนด์ เปิดเผยบทบาทคะตะไลติกของไนโตรเจนออกไซด์และคลอโรฟลูออโรคาร์บอนในทศวรรษ 1970 ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1995 และการค้นพบหลุมโอโซนแอนตาร์กติกในปี 1985 ได้กระตุ้นให้เกิดพิธีสารมอนทรีออล

Key figures

• Mario Molina
• F. Sherwood Rowland
• Paul Crutzen
• Susan Solomon

Seminal works

• molina1974
• brasseur2005

Frequently asked questions

หลุมโอโซนกำลังฟื้นตัวหรือไม่?

ใช่ หลังจากการเลิกใช้สารทำลายโอโซนตามพิธีสารมอนทรีออล ปริมาณคลอรีนและโบรมีนในชั้นสตราโตสเฟียร์กำลังลดลง และการสังเกตการณ์บ่งชี้ว่าชั้นโอโซนกำลังฟื้นตัวอย่างช้าๆ