Ozon w stratosferze
W stratosferze, czyli w drugiej od powierzchni Ziemi warstwie atmosfery, położonej na wysokości od około 12 km do 50 km, znajduje się warstwa o zwiększonej koncentracji ozonu, zwana ozonosferą. Największe stężenie ozonu występuje na wysokości między 15 a 30 km. Gdybyśmy jednak całą ilość ozonu znajdującego się w stratosferze przenieśli do hipotetycznych warunków panujących przy powierzchni Ziemi (przyjmując temperaturę 0 °C i ciśnienie 1013 hPa) to okazałoby się, że grubość tej warstwy wynosi zaledwie 3 mm. Jednostką, w której najczęściej określa się zawartość ozonu w atmosferze są jednostki Dobsona (DU) – te 3 mm to inaczej 300 DU (1 DU oznacza ilość ozonu, który w temperaturze 0 °C i w ciśnieniu 1013 hPa stworzyłby warstwę o grubości 0,1 mm).
Ozon znajdujący się w stratosferze podlega nieustannym przemianom. Powstaje w wyniku reakcji fotolizy (rozpadu) cząsteczek tlenu pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego, a następnie łączenia się cząstek dwuatomowych i pojedynczych, naładowanych atomów tlenu. Cykl powstawania i rozpadu ozonu, na cześć jego odkrywcy, nazywany jest cyklem Chapmana.
Schematy reakcji chemicznych zachodzących w ramach cyklu Chapmana
Stężenie ozonu zmienia się zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. Ozon produkowany głównie nad tropikami, jest następnie wraz z powietrzem krążącym w stratosferze transportowany w kierunku wyższych szerokości geograficznych. Ponadto jego ilość jest uzależniona od warunków pogodowych panujących w stratosferze, pory roku, a także od stężenia gazów zawierających chlor lub brom, które biorą udział w destrukcji ozonu.
Przestrzenna zmienność ilości ozonu atmosferycznego na kuli ziemskiej – przykładowe mapy dla 21.09.2020, 21.12.2020, 21.03.2021 i 21.06.2021; źródło: Environment and Climate Change Canada, Global Ozone Maps: https://exp-studies.tor.ec.gc.ca/e/ozone/Curr_allmap_g.htm
Ozon stratosferyczny jest niezwykle istotny z punktu widzenia życia na Ziemi. Chroni organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym (zwłaszcza UVC i UVB). Promieniowanie to, ze względu na dużą energię, uszkadza komórki, ma również działanie mutagenne. U roślin zwiększenie szkodliwego promieniowania UV skutkowałoby zmniejszeniem wydajności fotosyntezy, a co za tym idzie – zmniejszeniem płodów rolnych. Takie skutki były już obserwowane w przeszłości – gdy na skutek antropogenicznej emisji freonów czy halonów, nastąpiło zubożenie warstwy ozonowej i powstanie tzw. dziury ozonowej.
Źródła:
Christie, M. (2001). The Ozone Layer: A Philosophy of Science Perspective. Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511489129
Seigneur, C. (2019). The Stratospheric Ozone Layer. In Air Pollution: Concepts, Theory, and Applications (pp. 125-145). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/9781108674614.007
Hobbs, P. (2000). Stratospheric chemistry. In Introduction to Atmospheric Chemistry (pp. 164-184). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511808913.011
Langematz, U. Stratospheric ozone: down and up through the anthropocene. ChemTexts 5, 8 (2019). https://doi.org/10.1007/s40828-019-0082-7
