Chemistry Labs
Nâng cao · 20 phút

Tầng ozon — tấm chắn tia UV

So sánh UV mặt trời ở đỉnh khí quyển và ở mặt đất, rồi đọc tiết diện hấp thụ của ozon.

Mục tiêu

Định lượng phần UV-C và UV-B mà tầng ozon loại bỏ, và liên hệ vùng lủng với các dải Hartley, Huggins.

Dụng cụ và hoá chất

Hai panel phổ: bức xạ mặt trời 200–400 nm có và không có ozon, và tiết diện hấp thụ của OX3\ce{O3} trên thang logarit.

Cách làm

  1. Ở chế độ thứ nhất, so sánh hai đường dưới 280 nm: đường ở mặt đất gần như bằng không — UV-C không bao giờ tới ta.
  2. Theo đường mặt đất qua 280–315 nm (UV-B): nó dốc lên nhưng vẫn thấp hơn xa đường đỉnh khí quyển.
  3. Chuyển sang chế độ tiết diện: xác định cực đại Hartley gần 255 nm và đuôi Huggins yếu hơn về phía 350 nm.

Điều cần quan sát

  • Gần như 100 % UV-C (< 280 nm) và ≈ 90 % UV-B bị loại trước khi tới bề mặt; UV-A đi qua gần như nguyên vẹn.
  • Tiết diện đạt cực đại σ≈10−17\sigma \approx 10^{-17} cm²/phân tử gần 255 nm — đủ lớn để một lớp chỉ ≈ 3 mm ở STP che chắn cả hành tinh.

Giải thích

UV hấp thụ quang phân ozon: OX3+hν→OX2+O\ce{O3 + h\nu -> O2 + O} (dải Hartley, λ < 310 nm) rồi O+OX2+M→OX3+M\ce{O + O2 + M -> O3 + M} tái tạo — chu trình Chapman. Năng lượng mỗi photon thành nhiệt, nên tầng bình lưu nóng nhất ở đỉnh. Nếu OX3\ce{O3} giảm (ví dụ do xúc tác clo từ CFC), UV-B truyền qua tăng theo hàm mũ vì hấp thụ tuân theo Beer–Lambert I=I0e−σNlI = I_0 e^{-\sigma N l}: mất 10 % ozon kéo UV-B mặt đất lên khoảng 12 %.

Nhà hoá học liên quan

Paul J. CrutzenMario J. MolinaF. Sherwood Rowland

Chủ đề liên quan

Phản ứng quang hoá trong khí quyểnTầng ozon, hiệu ứng nhà kính

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.