Стратосфере

Общее количество озона в атмосфере очень невелико-в среднем 4х10^-6% (по объему) или 7х10^-5% (по массе), что составляет 3х10¹² кг. Если все молекулы озона при температуре 15⁰С и давлении 10⁵ Па равномерно распределить над поверхностью Земли, то толщина слоя составит всего 3 мм. Все другие газы, входящие в состав воздуха земной атмосферы образуют слой толщиной 8 км.

Фотохимия образования озона в стратосфере была теоретически разработана, а затем подтверждена лабораторными и натурными исследованиями в 70-е гг, существенно уточнив прежнюю схему, созданную в 20-е гг. прошедшего столетия. Образование озона связано с фотодиссоциацией молекулярного кислорода, происходящей под действием жесткого коротковолнового солнечного излучения с длиной волны менее 242 нм: О₂ +hy = О + О.

Взаимодействие атомарного и молекулярного кислорода в присутствии третьей частицы М (молекулы любого газа, входящего в состав воздуха, участвующей в реакции без изменения своих свойств и воспринимающей избыток образующейся при реакции энергии) приводит к образованию озона:

О + О₂ + М = О₃ + М

Область максимальной концентрации озона- всего 8 p.p.m (8 частей на миллион частей воздуха)- получила название озонового слоя (озонового экрана или щита). Обычно озоновый слой расположен в стратосфере на высоте 20-30 км в зависимости от широты.

Модельные реконструкции газового состава прошлых эпох по результатам анализов антарктических ледовых кернов показали, в частности, что содержание озона в атмосфере изменялось очень незначительно. Систематические измерения содержания озона в атмосфере, начавшиеся с 20-х гг. прошлого столетия с помощью спектрофотометра Добсона также свидетельствует о том, что содержание озона относительно стабильно. Модифицированные варианты прибора Добсона до сих пор широко применяют на всех озонометрических станциях, которых в мире около 120, благодаря высокой точности измерения-1-2%. Спектрофотометр Добсона измеряет обшее количество озона в столбе атмосферы единичного сечения, которое выражается в единицах Добсона (Dobson units)-D.u., при этом!D.u.=2,7х10²⁰ молекул/м². Обычно количество озона в атмосфере Земли, включая Антарктиду, близко к 300 D.u., что соответствует тому трехмиллиметровому слою озона, о котором говорилось выше.

Одновременно с образованием озона идет процесс его непрерывного разрушения под действием внешнего солнечного излучения О₃+hy=О₂ +О, а также в результате реакции О+О₃ =2О₂. Схема этого естественного процесса разрушения озона была впервые предложена в 1930 г. английским ученым Сиднеем Чэпменом и получила название цикла Чэпмена.