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臭氧层——紫外线的屏障

对比大气层顶与地面的太阳紫外线，再读取臭氧的吸收截面。

目标

定量分析臭氧层消除了多少 UV-C 和 UV-B，并把凹陷与 Hartley 和 Huggins 吸收带联系起来。

仪器与试剂

两个光谱面板：有无臭氧时 200–400 nm 的太阳辐照度，以及对数坐标的 $\ce{O3}$ 吸收截面。

步骤

在第一个视图中比较 280 nm 以下的两条曲线：地面曲线几乎为零——UV-C 永远到不了地面。
沿地面曲线看 280–315 nm（UV-B）：曲线陡升但仍远低于大气层顶曲线。
切换到截面视图：找到 255 nm 附近的 Hartley 峰和伸向 350 nm 的较弱 Huggins 尾部。

观察要点

几乎所有 UV-C（< 280 nm）和约 90 % 的 UV-B 在到达地表前被消除；UV-A 几乎原样通过。
吸收截面在 255 nm 附近达 $\sigma \approx 10^{-17}$ cm²/分子——大到标准状况下仅约 3 mm 厚的臭氧层就能屏蔽整个地球。

讲解

被吸收的紫外线使臭氧光解： $\ce{O3 + h\nu -> O2 + O}$ （Hartley 带，λ < 310 nm），随后 $\ce{O + O2 + M -> O3 + M}$ 重新生成——即查普曼循环。每个光子的能量转化为热，因此平流层顶部最暖。若 $\ce{O3}$ 减少（例如 CFC 释放的氯催化），由于吸收遵循 Beer–Lambert 定律 $I = I_0 e^{-\sigma N l}$ ，透过的 UV-B 呈指数增长：臭氧损失 10 % 会使地表 UV-B 增加约 12 %。

臭氧层——紫外线的屏障

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仪器与试剂

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观察要点

讲解

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