Az ózon kialakulása

Bolygónkon a bioszféra, az állatok és természetesen az emberi élet a sztratoszférában lezajló ózonképzõdés révén vált lehetségessé. Az ózon megvéd minket az UV-C és UV-B napsugárzástól (320 nm-nél kisebb hullámhosszúságú sugárzás), ami károsítja a biomolekulákat. A földtörténetben az ózon az oxigén megjelenése után képzõdhetett körülbelül 2000 és 600 millió évvel ezelõtt. De hogyan?

UV sugárzás irányítja az ózon kialakulását és bomlását

A sztratoszférában az oxigén két formája található: normál oxigén O2, ami két oxigén atomot tartalmaz, és az ózon O3, ami három oxigén atomot tartalmaz. Intenzív UV sugárzás szükséges, hogy egyik formából a másikba való átmenet megtörténhessen. Ez az oxigén molekulában a két oxigén atom közötti O-O kötést bontja. Az O atom reakcióba lép az oxigénnel (és energetikai okok miatt egy harmadik M molekulával) és ózont hoz létre. Ez az UV sugárzás (sárga nyíl) a Napból származik.

1. ózon fotoszintézis - a napfény felbontja az oxigén molekulákat, ami ózon kialakulásához vezet

Hasonló módon, fotolízis révén az ózon szétbomlik, ha az ózon molekula O-O kötését felbontja a napfény. Ebben az esetben az oxigén atom másik ózon molekulával lép reakcióba, és két oxigén molekulát hoz létre.

2. Ózon fotolízis - bomlás napfény hatására

Képzõdés a trópusokon, felhalmozódás a sarki területeken

Mivel a napsugárzás a trópusokon a legerõsebb, itt képzõdik a legtöbb ózon. Azonban a trópusokon a Nap nemcsak az ózonképzõdést kormányozza, hanem a troposzférikus levegõ mozgását magasabb szélességek felé.

Az ózon elszállítódik az Egyenlítõtõl a sarkok felé, ahol a hideg szubpoláris területeken felhalmozódik. Az eEgyenlítõn az ózonképzõdés, valamint a fotokémiai bomlás is gyors. Ezért az ózon itt nem tud felhalmozódni. A szubpoláris területeken azonban, a fotokémiai bomlás lassú, az Egyenlítõ felõli szállítás pedig fontos forrás. Az értékek a pólusokon alacsonyabbak, különösen télen, amikor a sarki éjszaka folyamán nincsen ózonképzõdés. Ennek következtében a legmagasabb értékeket a poláris területek fölött figyelték meg, mindaddig, míg az egész rendszert az anktartiszi tavasz idején az ózonlyuk kialakulása meg nem zavarta.

3. A jobboldali ábra az ózonszállítás elméletét mutatja. A belefoglalt szimuláció mutatja a mért ózon eloszlást a sarkvidék és az Egyenlítõ között (alacsony értékek = kék, magas értékek = piros). Nyilvánvaló, hogy az egyenlítõi levegõ alacsony ózontartalmú levegõ a nagyobb magasságok felé halad. Adatok GOME-ból (DLR, IUP Bréma).

Az ózon UV sugárzás abszorpciója

Ugyanaz az UV sugárzás, ami szükséges az ózonkeletkezéshez, elnyelõdik az ózonréteg molekulái révén. Ennek három következménye van:

1) Ez a sugárzás nem éri el a légkör alacsonyabb részeit, és így a Föld felszíne védve van.
2) A felhalmozódó ózon mennyisége korlátozott. A növekvõ ózon koncentrációval a bomlás valószínûsége is nõ. Ez egyensúly kialakulásához vezet.
3) Az UV sugárzásnak energiája van. Az energia hõsugárzássá alakul, és a sztratoszféra melegedéséhez vezet. Ez az oka, hogy a tropopauza felett a hõmérséklet változása ellenkezõ irányúvá válik.

4. Az ózon abszorpciója összehasonlítva más légköri összetevõk abszorpciójával a napsugárzás UV tartományában.
forrás: átvéve: Chemie Didaktik Duisburgi Egyetemtõl

Az ózonréteg vastagsága

Az ózonréteg kifejezés gyakran félreértik. Az ózonréteg azt jelenti, hogy összehasonlítva az alatta lévõ troposzférával és a felette lévõ mezoszférával, az ózon molekulák aránya magasabb a sztratoszféra 18 és 40 km közötti magasságában. Azonban ez az arány természetesen nagyon alacsony összehasonlítva a nitrogénnel és az oxigénnel. Nem több mint 10 molekula ózon 1 millió molekulából. De mivel az ózon a troposzférában még kevesebb, és a légköri ózon 90 %-a a sztratoszférában található, ezért hívjuk ezt a részt ózonrétegnek. Ez nem azt jelenti, hogy valahol a légkörben egy vékony ózonhártya található.

Dobson egység (DU)

Az ózont gyakran Dobson egységekben (DU) mérik. 300 DU az átlagos érték. Ez mit jelent? Ha feltesszük, hogy az összes ózon molekula nem lenne szétszóródva a teljes sztratoszférában és a 10 %-a a troposzférában, hanem egy vékony réteget képezne a földfelszínen, a réteg vastagsága körülbelül 3 mm (= 300 DU) lenne. 1 DU = 0.01 mm tiszta ózonréteg a Föld felszínén.

5. A Dobson egység megjelenítése (ha egy adott terület felett levõ valamennyi ózont 0°C-on 1 atm nyomásra sûrítenénk össze)
forrás:
Cambridgei Egyetem Ózonlyuk Körsétája

Az oldalról:

Szerzõ: Dr. Elmar Uherek - MPI for Chemistry, Mainz
pedagógiai lektor: Michael Seesing - Duisburgi Egyetem - 2003-07-02, Dr. Ellen K. Henriksen - Osloi Egyetem
tudományos lektor: Dr. John Crowley - MPI for Chemistry, Mainz 2004-05-06
pedagógiai lektor: Hendrik Förster & diákjai, Nordpfalz Gymnasium Kirchheim-Bolanden - 2004 március
utolsó javítás: 2004-05-10