オゾン層 紫外線吸収のメカニズム

質問

オゾン層が紫外線を吸収するメカニズムについて調べております。
お詳しい方がおられましたら、ぜひご教授いただければ幸いです。

オゾンが酸素分子と酸素原子から生成されるとき、紫外線の作用で酸素分子が酸素原子が解離することは知っています。
オゾンの生成熱はおよそ-145kJ程度ですから、上記の反応でオゾンが生成されるときにエネルギーが必要になります。このエネルギーを紫外線が与えているとすれば納得できます。

としますと、オゾンが紫外線の作用でまた分解することと、その際にエネルギーが系の外に放出されること、オゾン層が紫外線を吸収する事実、この3つがつながらないのです。

ウィキペディアでオゾン層の項目を見ますと、反応の過程におけるエネルギーの授受が示されていますが、一般式なのでその規模がわかりません。
検索していくつかのサイトも参考にしましたが、「オゾン層は紫外線を吸収する」という一般的なレベルにとどまっているところが多く、疑問が解決できませんでした。

詳細な説明がある文献やサイトの情報でもありがたいです。
よろしくお願いいたします。

回答No.1

DexMachina · ベストアンサー

> オゾンが紫外線の作用でまた分解することと、その際にエネルギーが系の外に放出されること、
> オゾン層が紫外線を吸収する事実、この3つがつながらないのです。

同じWikipediaの「成層圏」(オゾン層のページからもリンクあり)に、多少説明が出ています：
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%88%90%E5%B1%A4%E5%9C%8F

『成層圏の特徴』の段に、「成層圏で高度とともに温度が上昇するのは、成層圏の中に存在する
オゾン層が太陽からの紫外線を吸収するから」という説明があります。
つまり、O2からO3が生じるときには紫外線が吸収される一方で、O3が分解するときには紫外線
ではなく熱(赤外線)として放出されるため、全体としては「紫外線の吸収(＋熱の放出)」になると
いうことでしょう。

なお、O3の分解時の紫外線は、分解反応を起こすために必要な励起エネルギーとして使用される
ものと思います。
(励起分も含めた余剰エネルギーは、分解反応後は熱として放出されることになります)

お礼

DexMachinaさん、ご回答ありがとうございました。

＞成層圏で高度とともに温度が上昇するのは
「オゾン層が太陽からの紫外線を吸収するから」、それにより化学反応の際に余剰エネルギーが熱線として放出されるから、とまで説明しないと不十分ですね。

自分なりに調査を続けた結果、実は紫外線にも種類があり（波長の違いによる）、オゾン生成の際とオゾン破壊の際に作用する紫外線は別の種類のものという結論にたどり着きました。

ある程度の知識がある人間が読めば正しく理解できても、初めて学習するような立場の人間が本質を間違わずに納得できるような説明が必要ですね。