ما هي نسبة الأشعة فوق البنفسجية التي يمتصها الأوزون؟

في أعالي طبقة الستراتوسفير ، على ارتفاع حوالي 32 كيلومترًا (20 ميلًا) فوق سطح الأرض ، فإن الظروف مناسبة تمامًا للحفاظ على تركيز 8 أجزاء في المليون من الأوزون. هذا شيء جيد لأن هذا الأوزون يمتص بقوة الأشعة فوق البنفسجية التي من شأنها أن تخلق ظروفًا غير ملائمة للحياة على الأرض. تتمثل الخطوة الأولى لفهم أهمية طبقة الأوزون في فهم مدى جودة امتصاص الأوزون للأشعة فوق البنفسجية.

يتكون الأوزون عندما تصطدم ذرة الأكسجين الحرة بجزيء الأكسجين. الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك بقليل لأن جزيءًا آخر يجب أن يكون في الجوار ليدفع نوعًا ما تفاعل تكوين الأوزون. يتكون جزيء الأكسجين من ذرتين من الأكسجين ، ويتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين.

تمتص جزيئات الأوزون الأشعة فوق البنفسجية ، وعندما تفعل ذلك فإنها تنقسم إلى جزيء أكسجين ثنائي الذرة وذرة أكسجين حرة. عندما يكون ضغط الهواء مناسبًا تمامًا ، سيجد الأكسجين الحر سريعًا جزيء أكسجين آخر ويصنع جزيء أوزون آخر.

عند الارتفاع حيث يتطابق معدل تكوين الأوزون مع معدل امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ، توجد طبقة أوزون مستقرة.

غالبًا ما يطلق على الأشعة فوق البنفسجية ، أو الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة فوق البنفسجية لأنها نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي يختلف قليلاً فقط عن الضوء المرئي. هذا الاختلاف الطفيف مهم للغاية ، لأن حزم الأشعة فوق البنفسجية تحتوي على طاقة أكثر من الضوء المرئي. يبدأ طيف الأشعة فوق البنفسجية من حيث ينتهي الطيف المرئي ، بأطوال موجية حوالي 400 نانومتر (أقل من 400 جزء من المليار من الياردة). يغطي طيف الأشعة فوق البنفسجية منطقة الطول الموجي حتى 100 نانومتر. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت طاقة الإشعاع. ينقسم طيف الأشعة فوق البنفسجية إلى ثلاث مناطق تسمى UV-A و UV-B و UV-C. يغطي UV-A من 400 إلى 320 نانومتر ؛ الأشعة فوق البنفسجية - باء تستمر في الانخفاض حتى 280 نانومتر ؛ تحتوي الأشعة فوق البنفسجية - ج على ما تبقى ، من 280 إلى 100 نانومتر.

التفاعل بين الضوء والمادة هو تبادل للطاقة. على سبيل المثال ، يمكن أن يمتلك الإلكترون الموجود في الذرة طاقة إضافية للتخلص منها. إحدى الطرق التي يمكن من خلالها تفريغ هذه الطاقة الإضافية هي إصدار حزمة صغيرة من الضوء تسمى الفوتون. تتطابق طاقة الفوتون مع الطاقة الإضافية التي يتخلص منها الإلكترون. إنه يعمل في الاتجاه المعاكس أيضًا. إذا كانت طاقة الفوتون تتطابق تمامًا مع الطاقة التي يحتاجها الإلكترون ، فيمكن للفوتون التبرع بهذه الطاقة للإلكترون. إذا كان الفوتون يحتوي على طاقة كبيرة جدًا أو قليلة جدًا ، فلن يتم امتصاصه.

يحتوي الضوء فوق البنفسجي على طاقة أكثر من الراديو أو الأشعة تحت الحمراء أو الضوء المرئي. هذا يعني أن بعض الأشعة فوق البنفسجية - خاصةً الأطوال الموجية الأقصر - لديها الكثير من الطاقة التي يمكنها أن تمزق الإلكترونات بعيدًا عن ذراتها أو جزيئاتها. هذه عملية تسمى التأين ، ولهذا السبب تعتبر الموجات فوق البنفسجية خطيرة: فهي تؤين الإلكترونات وتتلف الجزيئات. الموجات فوق البنفسجية - ج هي الأكثر خطورة ، ثم تأتي بعد ذلك الأشعة فوق البنفسجية - باء وأخيراً الأشعة فوق البنفسجية - أ.

اتضح أن مستويات طاقة الإلكترونات في جزيء الأوزون تتطابق مع طيف الأشعة فوق البنفسجية. يمتص الأوزون أكثر من 99 بالمائة من الأشعة فوق البنفسجية - أخطر جزء من الطيف. يمتص الأوزون حوالي 90 في المائة من الأشعة فوق البنفسجية - ب - لكن نسبة 10 في المائة التي تمر منه هي عامل كبير في إحداث حروق الشمس والتسبب في سرطان الجلد. يمتص الأوزون حوالي 50 بالمائة من الأشعة فوق البنفسجية - أ.

هذه الأرقام تعتمد على كثافة الأوزون في الغلاف الجوي. تغير انبعاثات الكلوروفلوروكربون توازن تكوين الأوزون وتدميره ، وتميله نحو التدمير وتقليل كثافة الأوزون في الستراتوسفير. إذا استمر هذا الاتجاه إلى أجل غير مسمى ، توضح وكالة ناسا مدى خطورة العواقب: "بدون الأوزون ، فإن أشعة الشمس فوق البنفسجية الشديدة ستعقم سطح الأرض."