เคมีของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์

เคมีของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์อธิบายถึงวิธีการก่อตัวของชั้นโอโซน การควบคุมตามธรรมชาติ และการถูกทำลายโดยวัฏจักรคะตะไลติกที่เกี่ยวข้องกับคลอรีน โบรมีน และไนโตรเจนสปีชีส์

Definition

เคมีเชิงแสงของโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ รวมถึงการก่อตัวจากออกซิเจนโมเลกุลและการถูกทำลายแบบคะตะไลติกโดยสารอนุมูลอิสระปริมาณน้อย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกของแชปแมนสำหรับการก่อตัวของโอโซน วัฏจักรคะตะไลติก HOx, NOx, ClOx และ BrOx ที่ทำลายโอโซน เคมีแบบเฮเทอโรจีนัสบนเมฆสตราโตสเฟียร์ขั้วโลกที่ทำให้เกิดรูโหว่โอโซน และบทบาทของสารทำลายโอโซนและการควบคุมสารเหล่านั้น

Core questions

• โอโซนถูกผลิตและทำลายอย่างไรในชั้นสตราโตสเฟียร์ที่ยังไม่ถูกรบกวน?
• เหตุใดอนุมูลคลอรีนและโบรมีนจึงทำลายโอโซนแบบคะตะไลติก?
• อะไรทำให้รูโหว่โอโซนในแอนตาร์กติกเป็นไปตามฤดูกาลและรุนแรงมาก?
• สารใดที่ตอนนี้เป็นสาเหตุหลักของการทำลายโอโซนเมื่อสารฮาโลคาร์บอนที่ถูกควบคุมลดลง?

Key theories

วัฏจักรแชปแมน

โอโซนก่อตัวจากการสลายด้วยแสงของออกซิเจนโมเลกุลตามด้วยการรวมตัวกัน และถูกทำลายโดยการสลายด้วยแสงและปฏิกิริยากับออกซิเจนอะตอม ซึ่งกำหนดโปรไฟล์โอโซนที่สมดุลตามธรรมชาติ

การทำลายโอโซนด้วยฮาโลเจนแบบคะตะไลติก

อนุมูลคลอรีนและโบรมีนที่ปล่อยออกมาจากฮาโลคาร์บอนจะทำลายโอโซนแบบคะตะไลติก โดยการกระตุ้นแบบเฮเทอโรจีนัสบนเมฆสตราโตสเฟียร์ขั้วโลกอธิบายถึงรูโหว่โอโซนในแอนตาร์กติกช่วงฤดูใบไม้ผลิ

Mechanisms

วัฏจักรคะตะไลติกจะสร้างอนุมูลอิสระที่ทำลายโอโซนขึ้นใหม่ ดังนั้นคลอรีนหรือโบรมีนปริมาณน้อยจึงสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้จำนวนมาก ในฤดูหนาวขั้วโลก ปฏิกิริยาบนอนุภาคเมฆจะเปลี่ยนสารกักเก็บเฉื่อยให้เป็นรูปแบบที่ว่องไวต่อแสง ซึ่งเมื่อพระอาทิตย์ขึ้นจะขับเคลื่อนการสูญเสียโอโซนอย่างรวดเร็วจาก ClO-dimer

Clinical relevance

เคมีดังกล่าวเป็นข้อมูลโดยตรงสำหรับพิธีสารมอนทรีออล ซึ่งได้ยกเลิกการใช้สารทำลายโอโซนหลักๆ เมื่อสารเหล่านั้นลดลง ไนตรัสออกไซด์จึงกลายเป็นสารทำลายโอโซนที่เหลืออยู่ซึ่งมีการปล่อยมากที่สุด ซึ่งเชื่อมโยงการปกป้องโอโซนเข้ากับนโยบายการเกษตรและสภาพภูมิอากาศ

History

ครุทเซน โมลินา และโรว์แลนด์ ได้สร้างทฤษฎีการทำลายโอโซนแบบคะตะไลติกขึ้นในปี 1970 และการตรวจพบรูโหว่โอโซนในแอนตาร์กติกโดยไม่คาดคิดในปี 1985 ได้ยืนยันและขยายทฤษฎีดังกล่าวผ่านเคมีแบบเฮเทอโรจีนัสในขั้วโลก ซึ่งทำให้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1995

Key figures

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

Seminal works

• farman1985
• ravishankara2009
• finlaysonPitts2000

Frequently asked questions

รูโหว่โอโซนกำลังฟื้นตัวหรือไม่?

การสังเกตการณ์บ่งชี้ว่ามีการฟื้นตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปหลังจากการยกเลิกการใช้สารทำลายโอโซนตามพิธีสารมอนทรีออล แม้ว่าการฟื้นตัวเต็มที่คาดว่าจะใช้เวลาหลายทศวรรษ