Озоно-кислородный цикл

Озон-кислородный цикл в озоновом слое : 1. Кислород фотолизируется до атомарного кислорода 2. Кислород и озон непрерывно взаимопревращаются. Солнечное УФ расщепляет кислород; молекулярный и атомарный кислород вместе образуют озон. 3. Озон теряется при реакции с атомарным кислородом (плюс другие следовые атомы).

Озон кислородного цикл представляет собой процесс, посредством которого озон непрерывно регенерирует в Землях «ы стратосфере, превращая ультрафиолетовое излучение (УФ) в теплый. В 1930 году Сидней Чепмен решил проблему химии. Атмосферные ученые обычно называют этот процесс циклом Чепмена.

Большая часть производства озона происходит в тропических верхних слоях стратосферы и мезосферы. Общая масса озона, производимого в день на земном шаре, составляет около 400 миллионов метрических тонн. Глобальная масса озона относительно постоянна и составляет около 3 миллиардов метрических тонн, что означает, что Солнце производит около 12% озонового слоя каждый день.

Химия

Часть серии по
Биогеохимические циклы
Круговорот воды Круговорот воды круговорот глубокой воды
Углеродный цикл Глобальный атмосферный земной океанический Секвестр поглотитель углерода глубокий углеродный цикл почвенный углерод микоризные грибы Бореальные леса
Питательный цикл Водородный цикл Азотный цикл человеческое воздействие нитрификация азот и лишайники фиксация ассимиляция Кислородный цикл Цикл фосфора ассимиляция Серный цикл ассимиляция
Рок-цикл Рок-цикл Кальциевый цикл Цикл кремнезема Карбонатно-силикатный цикл
Морской цикл Морские биогеохимические циклы Биологический насос микробная петля вирусный шунт Известняковая слизь Кремнистый ил
Метановый цикл Атмосферный метан Клатрат метана гипотеза клатратной пушки Выбросы метана в Арктике
Другие циклы алюминий мышьяк бор бром кадмий хлор хром медь фтор золото йод железо привести литий марганец Меркурий озон-кислород селен ванадий цинк
похожие темы Биогеохимия геохимический цикл химический цикл химия окружающей среды Биосеквестрация Закисление океана кислотный дождь Биогеохимические планетарные границы
Исследовательские группы DAAC ГЕОТРАСЫ ИМБЕР НОБМ СОЛАС
v т е

1. Создание: молекула кислорода расщепляется ( фотолизируется ) ультрафиолетовым светом более высокой частоты (верхний предел УФ-В, УФ-С и выше) на два атома кислорода (см. Рисунок):

   O 2 + ℎν (lt;242 нм) → 2 O

   Затем каждый атом кислорода быстро соединяется с молекулой кислорода, образуя молекулу озона:

   О + О 2 → О 3

2. Озон-кислородный цикл: молекулы озона, образованные в результате вышеуказанной реакции, поглощают излучение с соответствующей длиной волны между УФ-С и УФ-В. Трехатомная молекула озона становится двухатомным молекулярным кислородом плюс свободный атом кислорода (см. Рисунок):

   O 3 + ℎν (240–310 нм) → O 2 + O

   Произведенный атомарный кислород быстро вступает в реакцию с другой молекулой кислорода, чтобы преобразовать озон:

   О + О 2 + А → О 3 + А

   где A обозначает другую молекулу или атом, например N 2 или O 2, который необходим в реакции, поскольку в противном случае энергия и импульс не были бы сохранены: существует избыточная энергия реакции, которая проявляется как дополнительная кинетическая энергия. Эти две реакции образуют цикл озон-кислород, в котором химическая энергия, выделяемая при объединении O и O 2, преобразуется в кинетическую энергию движения молекул. Общий эффект состоит в том, чтобы преобразовать проникающий УФ-В свет в тепло без каких-либо чистых потерь озона. Этот цикл поддерживает стабильный баланс озонового слоя, одновременно защищая нижние слои атмосферы от ультрафиолетового излучения, которое вредно для большинства живых существ. Это также один из двух основных источников тепла в стратосфере (другой - кинетическая энергия, выделяющаяся при фотолизе O 2 в атомы O).

3. Удаление: если атом кислорода и молекула озона встречаются, они рекомбинируют с образованием двух молекул кислорода:

   О 3 + О → 2 О 2

   И если два атома кислорода встречаются, они реагируют с образованием одной молекулы кислорода:

   2 О → О 2

Общее количество озона в стратосфере определяется балансом между производством за счет солнечной радиации и удалением. Скорость удаления низкая, так как концентрация свободных атомов O очень мала.

В дополнение к только что упомянутым реакциям некоторые свободные радикалы, наиболее важными из которых являются гидроксил (ОН), оксид азота (NO) и атомы хлора (Cl) и брома (Br), катализируют реакцию рекомбинации, приводя к образованию озонового слоя, который тоньше, чем было бы без катализаторов.

Большая часть ОН и NO естественным образом присутствует в стратосфере, но деятельность человека, особенно выбросы хлорфторуглеродов ( ХФУ ) и галонов, значительно увеличила концентрации Cl и Br, что привело к истощению озонового слоя. Каждый атом Cl или Br может катализировать десятки тысяч реакций разложения, прежде чем он будет удален из стратосферы.

внешние ссылки

• Стратосферный озон: электронный учебник
• Солнце и климат Земли

использованная литература