Die Ozon-Schicht ist eine Schicht in der Atmosphäre der Erde, die relativ hohe Konzentrationen des Ozons (O) enthält. Jedoch, "relativ hoch," im Fall vom Ozon, ist noch hinsichtlich gewöhnlichen Sauerstoffes sehr klein, und ist weniger als 10 Teile pro Million mit der durchschnittlichen Ozon-Konzentration in der Atmosphäre der Erde, die nur ungefähr 0.6 Teile pro Million ist. Die Ozon-Schicht wird im niedrigeren Teil der Stratosphäre von ungefähr über der Erde hauptsächlich gelegen, obwohl sich die Dicke jahreszeitlich und geografisch ändert.

Die Ozon-Schicht wurde 1913 von den französischen Physikern Charles Fabry und Henri Buisson entdeckt. Seine Eigenschaften wurden im Detail vom britischen Meteorologen G. M. B. Dobson erforscht, der einen einfachen spectrophotometer entwickelt hat (Dobsonmeter), der verwendet werden konnte, um stratosphärischen Ozon vom Boden zu messen. Zwischen 1928 und 1958 hat Dobson ein Weltnetz von Ozon-Mithörstationen eingesetzt, die fortsetzen, bis jetzt zu funktionieren. Die "Einheit von Dobson", ein günstiges Maß der säulenartigen Dichte des Ozons oben, wird in seiner Ehre genannt.

Die Ozon-Schicht absorbiert 97-99 % der mittleren Frequenz der Sonne ultraviolettes Licht (von ungefähr 200 nm bis 315 nm Wellenlänge), der potenziell ausgestellte Lebensformen auf der Erde beschädigt.

Ursprung des Ozons

Die fotochemischen Mechanismen, die die Ozon-Schicht verursachen, wurden vom britischen Physiker Sidney Chapman 1930 entdeckt. Der Ozon in der Stratosphäre der Erde wird durch ultraviolette leichte bemerkenswerte Sauerstoff-Moleküle geschaffen, die zwei Sauerstoff-Atome (O) enthalten, sie in individuelle Sauerstoff-Atome (Atomsauerstoff) spaltend; der Atomsauerstoff verbindet sich dann mit ungebrochenem O, um Ozon, O zu schaffen. Das Ozon-Molekül ist auch (obwohl, in der Stratosphäre, langlebig) nicht stabil, und wenn ultraviolettes Licht Ozon schlägt, spaltet es sich in ein Molekül von O und ein Atom von Atomsauerstoff auf, ein ständiger Prozess hat den Zyklus des Ozon-Sauerstoffes genannt, so eine Ozon-Schicht in der Stratosphäre, dem Gebiet von ungefähr über der Oberfläche der Erde schaffend. Ungefähr 90 % des Ozons in unserer Atmosphäre werden in der Stratosphäre enthalten. Ozon-Konzentrationen sind zwischen ungefähr am größten, wo sie sich von ungefähr 2 bis 8 Teilen pro Million erstrecken. Wenn der ganze Ozon zum Druck der Luft auf Meereshöhe zusammengepresst würde, würde es nur 3 Millimeter dick sein.

Ultraviolettes Licht und Ozon

Obwohl die Konzentration des Ozons in der Ozon-Schicht sehr klein ist, ist es für das Leben lebenswichtig wichtig, weil es biologisch schädliche ultraviolette (UV) Radiation absorbiert, die aus der Sonne kommt. Äußerst kurzer oder Vakuum-UV (

Ozon ist zum grössten Teil von UV-A durchsichtig, so erreicht der grösste Teil davon die Oberfläche. Jedoch ist dieser Typ der UV Radiation bedeutsam weniger schädlich, obwohl es genetischen Schaden potenziell verursachen kann (sieh ultraviolett für mehr über UV-A).

Vertrieb des Ozons in der Stratosphäre

Die Dicke der Ozon-Schicht — d. h. die Summe des Ozons in einer Säule oben — ändert sich durch einen großen Faktor weltweit, in der Nähe vom Äquator und größer zu den Polen im Allgemeinen kleiner seiend. Es ändert sich auch mit der Jahreszeit, während des Frühlings und dünner während des Herbstes in der Nordhemisphäre im Allgemeinen dicker seiend. Die Gründe für diese Breite und Saisonabhängigkeit werden kompliziert, atmosphärische Umlauf-Muster sowie Sonnenintensität einschließend.

Da stratosphärischer Ozon durch die UV Sonnenradiation erzeugt wird, könnte man annehmen, die höchsten Ozon-Niveaus über die Wendekreise und das niedrigste über polare Gebiete zu finden. Dasselbe Argument würde dazu bringen, die höchsten Ozon-Niveaus im Sommer und das niedrigste im Winter zu erwarten. Das beobachtete Verhalten ist sehr verschieden: Der grösste Teil des Ozons wird Mitte zu hohen Breiten der nördlichen und südlichen Halbkugeln gefunden, und die höchsten Niveaus werden im Frühling, nicht Sommer und das niedrigste im Herbst, nicht Winter in der Nordhemisphäre gefunden. Während des Winters nimmt die Ozon-Schicht wirklich eingehend zu. Dieses Rätsel wird durch die vorherrschenden stratosphärischen Windmuster erklärt, die als der Umlauf des Brauers-Dobson bekannt sind. Während der grösste Teil des Ozons tatsächlich über die Wendekreise geschaffen wird, transportiert der stratosphärische Umlauf ihn dann poleward und nach unten zur niedrigeren Stratosphäre der hohen Breiten. Jedoch in der südlichen Halbkugel, infolge des Ozon-Loch-Phänomenes, sind die niedrigsten Beträge des Säulenozons gefunden überall in der Welt über die Antarktis in der südlichen Frühlingsperiode des Septembers und Oktobers.

Die Ozon-Schicht ist in der Höhe in den Wendekreisen, und tiefer in der Höhe im extratropics besonders in den polaren Gebieten höher. Diese Höhe-Schwankung des Ozons ergibt sich aus dem langsamen Umlauf, der die mit dem Ozon schlechte Luft aus der Troposphäre in die Stratosphäre hebt. Da sich diese Luft langsam in den Wendekreisen erhebt, wird Ozon durch die Obersonne der photolyzes Sauerstoff-Moleküle erzeugt. Da sich dieser langsame Umlauf zur Mitte Breiten biegt, trägt es die am Ozon reiche Luft von der tropischen mittleren Stratosphäre bis die Mitte und hohen Breiten niedrigere Stratosphäre. Die hohen Ozon-Konzentrationen an hohen Breiten sind wegen der Anhäufung des Ozons an niedrigeren Höhen.

Der Umlauf des Brauers-Dobson bewegt sich sehr langsam. Die Zeit musste sich heben ein Luftpaket von der tropischen Tropopause ist nahe ungefähr 4-5 Monate (über pro Tag). Wenn auch der Ozon in der niedrigeren tropischen Stratosphäre an einer sehr langsamen Rate erzeugt wird, ist der sich hebende Umlauf so langsam, dass Ozon bis zu relativ hohen Niveaus bauen kann, als es reicht.

Ozon-Beträge über die kontinentalen Vereinigten Staaten (25°N zu 49°N) sind im nördlichen Frühling (April und Mai) am höchsten. Diese Ozon-Beträge fallen über den Kurs des Sommers zu ihren niedrigsten Beträgen im Oktober um, und erheben sich dann wieder über den Kurs des Winters. Wieder ist der Windtransport des Ozons für die Saisonevolution dieser höheren Breite-Ozon-Muster hauptsächlich verantwortlich.

Der Gesamtsäulenbetrag des Ozons nimmt allgemein zu, als wir uns von den Wendekreisen bis höhere Breiten in beiden Halbkugeln bewegen. Jedoch sind die gesamten Säulenbeträge in der Nordhemisphäre hohe Breiten größer als in der südlichen Halbkugel hohe Breiten. Außerdem, während die höchsten Beträge des Säulenozons über die Arktis im nördlichen Frühling (März-April) vorkommen, ist das Gegenteil über die Antarktis wahr, wo die niedrigsten Beträge des Säulenozons im südlichen Frühling (September-Oktober) vorkommen.

Ozon-Erschöpfung

Die Ozon-Schicht kann durch freie radikale Katalysatoren, einschließlich Stickstoffoxyds (NO), Stickoxyds (NO), hydroxyl (OH), Atomchlor (Kl.) und Atombrom (Br) entleert werden. Während es natürliche Quellen für alle diese Arten gibt, haben die Konzentrationen des Chlors und Broms deutlich in den letzten Jahren wegen der Ausgabe von großen Mengen von künstlichen Organohalogen-Zusammensetzungen, besonders chlorofluorocarbons (CFCs) und bromofluorocarbons zugenommen. Diese hoch stabilen Zusammensetzungen sind dazu fähig, den Anstieg zur Stratosphäre zu überleben, wo Cl und Radikale von Br durch die Handlung des ultravioletten Lichtes befreit werden. Jeder Radikale ist dann frei, eine Kettenreaktion zu beginnen und zu katalysieren, die dazu fähig ist, mehr als 100,000 Ozon-Moleküle zu brechen. Die Depression des Ozons in der Stratosphäre läuft auf die Ozon-Moleküle hinaus, die unfähig sind, Ultraviolettstrahlung zu absorbieren. Folglich ist unabsorbierte und gefährliche ultraviolette-B Radiation im Stande, die Oberfläche der Erde zu erreichen. Ozon-Niveaus über die Nordhemisphäre sind um 4 % pro Jahrzehnt gefallen. Über etwa 5 % der Oberfläche der Erde, um die Nord- und Südpole, sind viel größere Saisonniedergänge gesehen worden, und werden als Ozon-Löcher beschrieben.

2009 war Stickoxyd (NO) die größte Ozon entleerende durch menschliche Tätigkeiten ausgestrahlte Substanz.

Regulierung

1978 haben die Vereinigten Staaten, Kanada und Norwegen Verbote verordnet, Aerosol-Sprays Zu CFC-enthalten, die, wie man denkt, die Ozon-Schicht beschädigen. Die Europäische Gemeinschaft hat einen analogen Vorschlag zurückgewiesen dasselbe zu machen. In den Vereinigten Staaten hat chlorofluorocarbons fortgesetzt, in anderen Anwendungen, wie Kühlung und Industriereinigung bis die Entdeckung des Antarktischen Ozon-Loches 1985 verwendet zu werden. Nach der Verhandlung eines internationalen Vertrags (das Montrealer Protokoll) wurde CFC Produktion scharf beschränkt, 1987 beginnend, und hat sich völlig vor 1996 stufenweise zurückgezogen. Seit dieser Zeit ist der Vertrag amendiert worden, um CFC Produktion nach 1995 in den entwickelten Ländern, und später im Entwickeln zu verbieten. Heute haben mehr als 160 Länder den Vertrag unterzeichnet. Wenn er am 1. Januar 1996 beginnen wird, wird nur wiederverwandter und aufgestapelter CFCs für den Gebrauch in entwickelten Ländern wie die Vereinigten Staaten verfügbar sein. Diese Produktion phaseout ist wegen Anstrengungen möglich sicherzustellen, dass es geben wird, wechseln gegen Chemikalien und Technologien für den ganzen CFC-Gebrauch aus.

Am 2. August 2003 haben Wissenschaftler bekannt gegeben, dass sich die Erschöpfung der Ozon-Schicht wegen des internationalen Verbots von CFCs verlangsamen kann. Drei Satelliten und drei Boden-Stationen haben bestätigt, dass sich die obere Atmosphäre-Ozon-Erschöpfungsrate bedeutsam während des letzten Jahrzehnts verlangsamt hat. Die Studie wurde von der amerikanischen Geophysikalischen Vereinigung organisiert. Wie man erwarten kann, geht eine Depression wegen CFCs weiter, der von Nationen verwendet ist, die sie, und wegen Benzins nicht verboten haben, das bereits in der Stratosphäre ist. CFCs haben sehr lange atmosphärische Lebenszeiten, im Intervall von 50 zu mehr als 100 Jahren, so, wie man erwartet, verlangt die Endwiederherstellung der Ozon-Schicht mehrere Lebenszeiten.

Zusammensetzungen, die C-H Obligationen (wie hydrochlorofluorocarbons oder HCFCs) enthalten, sind entworfen worden, um die Funktion von CFCs zu ersetzen. Diese Ersatzzusammensetzungen sind mehr reaktiv und weniger wahrscheinlich, lange genug in der Atmosphäre zu überleben, um die Stratosphäre zu erreichen, wo sie die Ozon-Schicht betreffen konnten. Weniger zerstörend seiend als CFCs kann HCFCs einen negativen Einfluss auf die Ozon-Schicht haben, so werden sie auch stufenweise eingestellt.

Siehe auch

• Programm von OzonAction

Weiterführende Literatur

• Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N. (1998). Atmosphärische Chemie und Physik: Von der Luftverschmutzung bis Klimaveränderung. Internationale Standardbuchnummer von John Wiley and Sons, Inc 0-471-17816-0.

Links

• Stratosphärischer Ozon: ein elektronisches Lehrbuch

• NASA. Das Studieren der Umgebung der Erde vom Raum. Juni 2000. (zugegriffen am 3. November 2010)