※ [本文得原作者同意转录自 TY_Research 看板] 发信人: [email protected] (Faith), 看板: TY_Research 标 题: Re: [问题] 臭氧为什麽集中在平流层？ 发信站: 无名小站 (Wed May 4 02:11:08 2005) 转信站: ptt!Group.NCTU!grouppost!Group.NCTU!wretch ※ 引述《[email protected] (梦想与幸福)》之铭言： > 大家都知道平流层臭氧比较多 > 那…为什麽会集中在平流层呢？ 其实是因为有臭氧层所以才有平流层的.... 臭氧主要吸收波长小於320 nm的紫外线 吸收的能量使周围的大气温度升高 因为臭氧层的缘故 温度不像在对流层内一样随高度下降 而是逐渐随高度升高 所以这一层相当稳定 (冷空气在下 暖空气在上) 与对流层不同 被定义为平流层 有趣的是平流层顶(50km)温度最高 臭氧却不是最多的 这是因为平流层顶臭氧虽少 该波段的紫外线却很强 而臭氧吸收紫外线的能力很好 即使浓度少 仍可以拦截相当多紫外线并加热大气 所以在臭氧浓度最高的地方(25~30km)该波段紫外线一大部分都已被上方的臭氧吸收 温度上升反而不多 至於为什麽臭氧是在25~30km的高度浓度最高 往上至中气层或往下至对流层浓度都减少呢? 这个要由臭氧形成与消失的化学反应来看 先看臭氧的形成反应 氧分子先被波长小於240 nm的紫外线光解成两个氧原子: jO2 O2 + hv -----> O + O (1) 氧原子会很迅速与氧分子反应形成臭氧: k2 O + O2 + M -----> O3 + M (2) 其中M是third body, 通常直接想成是空气分子 碰撞後会把氧原子带的高能量带走 形成的臭氧因此稳定下来 不会因为逆反应再分解回O + O2 臭氧形成後会被波长小於320 nm的紫外线光解 jO3 O3 + hv -----> O2 + O (3) 但是这样臭氧还没有真的消失 因为反应(3)产生的O又可以跟氧分子反应 也就是再走一次反应(2)形成臭氧 但是O如果是跟臭氧反应的话 k4 O + O3 -----> 2O2 (4) 变成两个氧分子 臭氧才真的消失 上面四个反应合称为Chapman Mechanism 是决定臭氧浓度的重要机制 反应(2)跟反应(3)的速度比(1)跟(4)快很多 所以可以O3跟O可以很快速地彼此转换 但是产生O与摧毁O3的速度却很慢 通常把O3跟O看成同一族并称之为Ox (odd oxygen family) 而Chapman Mechaism可以简化成下图: ----------------- jO2 | k2 | k4 O2-----> | O <-----> O3 | -----> O2 | jO3 | ----------------- Ox 反应(1)控制Ox的生成 反应(4)控制其消失 在40km以上高度大气很稀薄 紫外线又强 所以氧分子不够多 反应(1)能形成的Ox有限 而且Ox也比较多以氧原子O存在 (因为O3很快被光解成O) 因此臭氧浓度较低 而在20km以下 氧气浓度虽高 但是240nm的紫外线都在上方被吸收掉了 所以产生的Ox总量很少 尽管Ox中以O3居多 仍然不及25~30km附近的浓度 所以臭氧层的高度就是240nm紫外线还够强 氧分子够多 Ox也多以O3形式存在的位置 上面是定性的说法 如果由反应方程解出O3浓度的稳定解 再把这个解随高度的变化画出来 也会得到浓度在25~30km最高且向上向下递减的结果 不过由Chapman Mechanism解出的臭氧浓度会比实际量测的浓度高 (可以参考这个图:http://www.ems.psu.edu/~brune/m465/m465f027.jpg) 因为在平流层还有其他化学物质会与Ox反应 (像是氢氧基家族HOx family, 氮氧基家族NOx family, 卤素家族ClOx,BrOx...) 其结果大多是加速反应(4)的进行 让Ox变少 称为Catalytic loss cycle 上面所说的可以参考这份讲义 http://www.gps.caltech.edu/~ac171/AC171_2005_lecture07.pdf 会有比较清楚的式子跟图 -- 夫兵者不祥之器物或恶之故有道者不处君子居则贵左用兵则贵右兵者不祥之器非君子 之器不得已BBS telnet://bbs.wretch.cc 开个人板 超快 不用连署不可得志於天下 矣吉事尚左凶事尚右偏将军居左上将军居右言以丧礼处之杀人之众以哀悲泣之战胜以 丧礼处之道常无名朴虽小天下莫能臣侯王若能守之万物将自宾天地相合以降甘露民莫 之令而自均始制有名名亦既有夫亦将知止知止可以不殆DHCP-228-177.caltech.edu海 -- ※ 编辑: Piin 来自: 131.215.67.221 (01/10 05:42)