โอโซนดูดซับรังสียูวีได้กี่เปอร์เซ็นต์?

สูงในสตราโตสเฟียร์ซึ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกประมาณ 32 กิโลเมตร (20 ไมล์) เงื่อนไขเหมาะสมที่จะรักษาความเข้มข้น 8 ส่วนต่อล้านโอโซน นั่นเป็นสิ่งที่ดีเพราะโอโซนนั้นดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างแรง ซึ่งมิฉะนั้นจะสร้างสภาพที่ไม่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจถึงความสำคัญของชั้นโอโซนคือการทำความเข้าใจว่าโอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดีเพียงใด

โอโซนเกิดขึ้นเมื่ออะตอมออกซิเจนอิสระชนกับโมเลกุลออกซิเจน มันซับซ้อนกว่านั้นเล็กน้อยเพราะโมเลกุลอื่นจำเป็นต้องอยู่ในบริเวณใกล้เคียงเพื่อผลักดันปฏิกิริยาที่สร้างโอโซนตามมา โมเลกุลออกซิเจนประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนสองอะตอม และโมเลกุลของโอโซนประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจนสามอะตอม

โมเลกุลของโอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต และเมื่อดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต พวกมันจะแยกออกเป็นโมเลกุลออกซิเจนสองอะตอมและอะตอมออกซิเจนอิสระ เมื่อความกดอากาศเหมาะสม ออกซิเจนอิสระจะค้นหาโมเลกุลออกซิเจนอื่นอย่างรวดเร็ว และสร้างโมเลกุลของโอโซนอีกตัวหนึ่ง

ที่ระดับความสูงที่อัตราการก่อตัวของโอโซนตรงกับอัตราการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต จะมีชั้นโอโซนที่เสถียร

รังสีอัลตราไวโอเลตหรือ UV มักถูกเรียกว่าแสงยูวีเพราะเป็นรูปแบบของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างจากแสงที่มองเห็นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความแตกต่างเล็กน้อยนั้นมีความสำคัญมาก เนื่องจากกลุ่มแสงยูวีมีพลังงานมากกว่าแสงที่มองเห็นได้ สเปกตรัม UV เริ่มต้นที่สเปกตรัมที่มองเห็นได้สิ้นสุดลง โดยมีความยาวคลื่นประมาณ 400 นาโนเมตร (น้อยกว่า 400 พันล้านหลา) สเปกตรัม UV ครอบคลุมพื้นที่ความยาวคลื่นถึง 100 นาโนเมตร ยิ่งความยาวคลื่นสั้นเท่าใด พลังงานของรังสีก็จะยิ่งสูงขึ้น สเปกตรัม UV แบ่งออกเป็นสามส่วน เรียกว่า UV-A, UV-B และ UV-C UV-A ครอบคลุมตั้งแต่ 400 ถึง 320 นาโนเมตร; UV-B ยังคงลดลงถึง 280 นาโนเมตร; UV-C มีส่วนที่เหลือตั้งแต่ 280 ถึง 100 นาโนเมตร

ปฏิสัมพันธ์ของแสงและสสารเป็นการแลกเปลี่ยนพลังงาน ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนในอะตอมสามารถมีพลังงานพิเศษให้กำจัดออกไปได้ วิธีหนึ่งที่จะทิ้งพลังงานส่วนเกินนั้นก็คือการปล่อยกลุ่มแสงเล็กๆ ที่เรียกว่าโฟตอน พลังงานของโฟตอนตรงกับพลังงานพิเศษที่อิเล็กตรอนถูกกำจัดออกไป มันทำงานในทางกลับกันเช่นกัน ถ้าพลังงานของโฟตอนตรงกับพลังงานที่อิเล็กตรอนต้องการ โฟตอนสามารถบริจาคพลังงานนั้นให้กับอิเล็กตรอนได้ ถ้าโฟตอนมีพลังงานมากเกินไปหรือน้อยเกินไป โฟตอนจะไม่ถูกดูดซับ

แสงอัลตราไวโอเลตมีพลังงานมากกว่าคลื่นวิทยุ อินฟราเรด หรือแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งหมายความว่ารังสีอัลตราไวโอเลตบางชนิด โดยเฉพาะความยาวคลื่นที่สั้นกว่า มีพลังงานมากจนสามารถดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมหรือโมเลกุลในบ้านได้ นั่นคือกระบวนการที่เรียกว่าอิออไนเซชัน และนั่นเป็นสาเหตุที่คลื่นอัลตราไวโอเลตเป็นอันตราย: พวกมันแตกตัวเป็นไอออนอิเล็กตรอนและทำลายโมเลกุล คลื่น UV-C เป็นสิ่งที่อันตรายที่สุด จากนั้น UV-B และ UV-A ตามมาในที่สุด

ปรากฎว่าระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในโมเลกุลโอโซนตรงกับสเปกตรัมอัลตราไวโอเลต โอโซนดูดซับรังสี UV-C ได้มากกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นส่วนที่อันตรายที่สุดของสเปกตรัม โอโซนดูดซับรังสี UV-B ได้ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ แต่ 10 เปอร์เซ็นต์ที่ผ่านเข้าไปนั้นเป็นปัจจัยใหญ่ในการกระตุ้นผิวไหม้จากแดดและกระตุ้นให้เกิดมะเร็งผิวหนัง โอโซนดูดซับรังสี UV-A ได้ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์

ตัวเลขเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของโอโซนในชั้นบรรยากาศ การปล่อยคลอโรฟลูออโรคาร์บอนเปลี่ยนความสมดุลของการสร้างและการทำลายโอโซน โดยเอียงไปสู่การทำลายและลดความหนาแน่นของโอโซนในสตราโตสเฟียร์ หากแนวโน้มดังกล่าวยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนด NASA อธิบายว่าผลที่ตามมาจะร้ายแรงเพียงใด: "หากไม่มีโอโซน รังสียูวีที่รุนแรงของดวงอาทิตย์จะฆ่าเชื้อพื้นผิวโลก"