オゾンは空気よりも重いのに何故オゾン層ができる？

質問

質問です。
オゾン（分子量48）は空気（分子量28.8）よりも重いのに何故オゾン層ができるのでしょうか？
お手数ですが、よろしくお願いします。

回答No.4

htms42 · ベストアンサー

ｗｉｋｉｐｅｄｉａでオゾン層を調べると

＞「オゾンは、地上から約20～50kmほどの成層圏に多く存在し、特に地上から20～25kmの高さで最も密度が高くなる。」

理科年表の地学の項に大気の組成の高度分布が載っています。高度１００ｋｍほどまでは成分物質の組成比はほぼ一定です。多いほうからＮ２，Ｏ２，Ａｒです。組成比が変わりませんので平均分子量は一定になります。窒素と酸素は分子量が２８，３２と比較的近いですがＡｒは４０ですからかなり違いがあります。オゾンの４８に近いです。組成比が一定ということは充分にかき混ぜが起こっているということでしょう（理化学辞典はこの範囲を均質圏と呼んでいます）。それよりも高くなると軽い粒子の割合が多くなります。原子状の酸素や窒素も存在するようになります。オゾンの存在量の変化も記載されています。グラフでは酸素分子の線に平行になっています。酸素分子の存在量との比が一定であるということです。

オゾンの量の多いところは材料である酸素の量と透過してくる紫外線の量との兼ね合いで決まるのではないでしょうか。
オゾンができるためには２つのステップが必要です。
（１）酸素分子が紫外線を吸収して２つの酸素原子に分かれる。
（２）生じた酸素原子が酸素分子と結合する。
（１）はどこでも起こります。
（２）はある程度酸素濃度が高くないと起こりません。１００ｋｍを超えると遊離の酸素原子が多くなりオゾンが殆ど存在しなくなっているのは結合する相手の酸素分子が少ないからです。出会いのチャンスが少なすぎるのでしょう。

ｗｉｋｉでは
＞「成層圏中では、太陽からの242nm以下の波長の紫外線を吸収して酸素分子が光解離し酸素原子になる。この酸素原子が酸素分子と結びついてオゾンとなる。」

と書かれています。前半は成層圏中でとは限らないのです。高度が下がってくるにしたがって酸素分子の濃度が増えてきますからオゾンの生成量も増えてきます。下に来れば来るほど紫外線が吸収されている度合いも増えてきます。残りが少なくなるのです。成層圏がその兼ね合いのピークになったということのようです。その場所が対流の影響があまり大きくない場所であったということも濃度の維持には効いているでしょう。
でも対流はあるでしょう。成層圏の上での中間圏ではまた温度が下がり始めます。上に行くと温度が上がるというのがはっきりと出てくるのは電離圏になってからです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%82%BE%E3%83%B3%E5%B1%A4

大気の構造は次のサイトを見てください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E6%B0%97

質量の大きいオゾンが下に降りてこないということには出来たり壊れたりしているということも関係すると思います。分子量４８のままでいるのではないのです。別の波長の紫外線を吸収して酸素分子と酸素原子に戻る変化が同時に起こっています。オゾン層がなくなると地上にまで達する紫外線量が増えるといわれているのはこの変化と関係しています。
酸素分子が酸素原子に分かれるときに吸収される紫外線とオゾンが酸素分子と酸素原子に分かれるときに吸収される紫外線は波長に違いがあります。両方の働きで地表に達する有害な（波長の短い）紫外線が殆ど吸収されてしまうのでしょう。

以上、推測を交えて書かせてもらいました。
理科年表にある図（大気中にある種々の物質の量の高度変化）は参考になると思います。

回答No.3

aya-tagu

オゾン層を構成しているオゾンは酸素分子が太陽からの紫外線を吸収して酸素原子になったものが酸素分子と結びついてできたものです。

オゾン層は、成層圏の下層部に存在していてます。
成層圏では下部が低温、上層部が高温なので大気の対流はありません。
そのことがオゾン層を安定に保つのに役立っているのです。

回答No.2

toshiz00

一般に熱いものは上にいく傾向があります。
それは、お風呂の水やエアコンの風により実感できます。　
これにより対流ができ大気がかき混ぜられます、だから、有害物質があまり我々の健康に影響がされないのです。（大量、長い間の排出は別）
よって、空気より重い酸素が長い時間をかけ上に行きます・・
また、富士山をイメージして、地上から上に上がるほど寒くなりますが、限界があります。それは、紫外線によるものです。
寒いの限界地点が成層圏で、酸素が、そこで紫外線によりラジカル原子反応し、このラジカル酸素は反応性が高く（不安定？）、反応しない酸素に結合してオゾンになる。

こんなんじゃないのかな？有機化学を参考にしましたので間違っていたらすみません。

回答No.1

kantansi

オゾン層のオゾンは対流圏の外側の成層圏（地上から２０－５０ｋｍ）中で、太陽からの紫外線を吸収した酸素分子が光解離し酸素原子になり、この酸素原子が酸素分子と結びついて発生したものだからです。