Hóa học Tầng ôzôn Bình lưu

Hóa học tầng ôzôn bình lưu giải thích cách tầng ôzôn hình thành, được điều hòa tự nhiên và bị suy giảm bởi các chu trình xúc tác liên quan đến các loài clo, brom và nitơ.

Definition

Quang hóa học của ôzôn trong tầng bình lưu, bao gồm sự hình thành của nó từ ôxy phân tử và sự phá hủy xúc tác của nó bởi các loài gốc tự do vi lượng.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ chế Chapman về sự hình thành ôzôn, các chu trình xúc tác HOx, NOx, ClOx và BrOx phá hủy ôzôn, hóa học dị thể trên các đám mây tầng bình lưu vùng cực tạo ra lỗ thủng ôzôn, và vai trò của các chất làm suy giảm ôzôn cùng với quy định của chúng.

Core questions

• Ôzôn được tạo ra và phá hủy như thế nào trong tầng bình lưu không bị xáo trộn?
• Tại sao các gốc clo và brom lại phá hủy ôzôn một cách xúc tác?
• Điều gì khiến lỗ thủng ôzôn Nam Cực mang tính thời vụ và nghiêm trọng đến vậy?
• Những chất nào hiện đang chiếm ưu thế trong việc làm suy giảm ôzôn khi các halocarbon được quy định giảm dần?

Key theories

Chu trình Chapman

Ôzôn được hình thành do quang phân ôxy phân tử sau đó là tái tổ hợp, và bị phá hủy bởi quang phân và phản ứng với ôxy nguyên tử, thiết lập một hồ sơ ôzôn trạng thái ổn định tự nhiên.

Sự phá hủy ôzôn halogen xúc tác

Các gốc clo và brom được giải phóng từ halocarbon phá hủy ôzôn một cách xúc tác, với sự hoạt hóa dị thể trên các đám mây tầng bình lưu vùng cực giải thích lỗ thủng ôzôn Nam Cực vào mùa xuân.

Mechanisms

Các chu trình xúc tác tái tạo gốc tự do phá hủy, do đó một lượng nhỏ clo hoặc brom có thể phá hủy nhiều phân tử ôzôn. Vào mùa đông vùng cực, các phản ứng trên các hạt mây chuyển đổi các loài dự trữ trơ thành các dạng hoạt động quang phân, khi mặt trời mọc sẽ thúc đẩy sự mất ôzôn nhanh chóng của ClO-dimer.

Clinical relevance

Hóa học này đã trực tiếp cung cấp thông tin cho Nghị định thư Montreal, vốn đã loại bỏ dần các chất làm suy giảm ôzôn chính. Khi các chất đó giảm dần, nitơ oxit đã trở thành chất phát thải làm suy giảm ôzôn còn lại chiếm ưu thế, liên kết việc bảo vệ ôzôn với nông nghiệp và chính sách khí hậu.

History

Crutzen, Molina và Rowland đã thiết lập lý thuyết suy giảm xúc tác vào những năm 1970, và việc phát hiện bất ngờ lỗ thủng ôzôn Nam Cực vào năm 1985 đã xác nhận và mở rộng lý thuyết này thông qua hóa học dị thể vùng cực, mang lại Giải Nobel năm 1995.

Key figures

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

Seminal works

• farman1985
• ravishankara2009
• finlaysonPitts2000

Frequently asked questions

Lỗ thủng ôzôn có đang phục hồi không?

Các quan sát cho thấy sự phục hồi dần dần sau khi Nghị định thư Montreal loại bỏ dần các chất làm suy giảm ôzôn, mặc dù việc phục hồi hoàn toàn dự kiến sẽ mất hàng thập kỷ.