Hur mycket UV absorberar ozon?

Högt i stratosfären, cirka 32 kilometer (20 miles) över jordytan, är förhållandena precis rätta för att upprätthålla en koncentration på 8 delar per miljon ozon. Det är bra eftersom det ozon absorberar starkt ultraviolett strålning som annars skulle skapa förhållanden ogästvänliga för liv på jorden. Det första steget för att förstå ozonskiktets betydelse är att förstå hur väl ozon absorberar ultraviolett strålning.

Ozon bildas när en fri syreatom kolliderar med en syremolekyl. Det är lite mer komplicerat än så för att en annan molekyl måste vara i grannskapet för att på ett sätt driva den ozonbildande reaktionen. En syremolekyl består av två syreatomer och en ozonmolekyl består av tre syreatomer.

Ozonmolekyler absorberar ultraviolett strålning, och när de gör det delas de upp i en tvåatoms syremolekyl och en fri syreatom. När lufttrycket är precis rätt, kommer det fria syret snabbt att hitta en annan syremolekyl och bilda en annan ozonmolekyl.

På höjden där ozonbildningshastigheten överensstämmer med ultraviolett absorption finns det ett stabilt ozonskikt.

Ultraviolett eller UV-strålning kallas ofta UV-ljus eftersom det är en form av elektromagnetisk strålning som bara skiljer sig något från synligt ljus. Den lilla skillnaden är dock mycket viktig, för buntar av UV-ljus innehåller mer energi än synligt ljus. UV-spektrumet börjar där det synliga spektrumet slutar, med våglängder runt 400 nanometer (mindre än 400 miljardelar av en gård). UV-spektrumet täcker våglängdsområdet ner till 100 nanometer. Ju kortare våglängden är, desto högre blir strålningsenergin. UV-spektrumet är uppdelat i tre regioner, kallade UV-A, UV-B och UV-C. UV-A täcker från 400 till 320 nanometer; UV-B fortsätter ner till 280 nanometer; UV-C innehåller resten, från 280 till 100 nanometer.

Samspelet mellan ljus och materia är ett utbyte av energi. Till exempel kan en elektron i en atom ha extra energi att bli av med. Ett sätt att dumpa den extra energin är genom att sända ut en liten bunt ljus som kallas foton. Fotonens energi matchar den extra energi elektronen blir av med. Det fungerar också tvärtom. Om energin i en foton exakt matchar den energi som en elektron behöver, kan foton donera den energin till elektronen. Om foton antingen har för mycket eller för lite energi absorberas det inte.

Ultraviolett ljus har mer energi än radio, infrarött eller synligt ljus. Detta innebär att vissa ultravioletta - särskilt de kortare våglängderna - har så mycket energi att de kan riva bort elektroner från sina hematomer eller molekyler. Det är en process som kallas jonisering, och det är därför ultravioletta vågor är farliga: De joniserar elektroner och skadar molekyler. UV-C-vågor är de farligaste, sedan kommer UV-B och slutligen UV-A.

Det visar sig att energinivåerna för elektroner i ozonmolekylen matchar det ultravioletta spektrumet. Ozon absorberar mer än 99 procent av UV-C-strålarna - den farligaste delen av spektrumet. Ozon absorberar cirka 90 procent av UV-B-strålarna - men de 10 procent som klarar det är en stor faktor för att framkalla solbränna och utlösa hudcancer. Ozon absorberar cirka 50 procent av UV-A-strålarna.

Dessa siffror beror på densiteten av ozon i atmosfären. Klorfluorkolväteutsläpp förändrar balansen mellan ozonskapande och förstörelse, lutar det mot förstörelse och minskar ozondensiteten i stratosfären. Om den trenden skulle fortsätta på obestämd tid förklarar NASA hur allvarliga konsekvenserna skulle bli: "Utan ozon skulle solens intensiva UV-strålning sterilisera jordens yta."