大気層の別の見方① オゾン層

成層圏を学ぶときに、オゾン層の学習は切っても切り離せません。オゾンの存在が、成層圏を定義づける温度変化（上空ほど温度が上昇する）を作り出すからです。

また、大気中にある100万個の気体分子のうちの１個であるオゾンがなぜ問題にされるかというと、オゾン層が太陽からの紫外線をほとんど吸収してくれているからです。強い紫外線は人間含め地球上の生物に有害となります。オゾンの出現は、「地球大気の起源」においても重要な過程です。

ここでは、オゾンの生成・分解とオゾン層の果たしている役割について詳しく学んでいきましょう。

オゾンの生成

大気中の酸素（O₂）は、酸素原子（O）が２つ結合したものです。オゾン（O₃）は、酸素原子が３つ結合したものです。大気中のオゾンは、大気中の酸素から作り出されます。

酸素からオゾンを生成するときの行程は、２行程あります。

酸素分子は、紫外線（波長240nm以下）を吸収して、２つの酸素原子に分裂する性質があります。これを光解離（photodissociation）といいます。

波長240nm以下の紫外線はここで吸収され使用されるのですが、この反応が大気上層で発生するため、波長240nm以下の紫外線は地球上には届きません。

前の行程で生成された酸素原子（O）と、酸素分子（O₂）が結合してオゾン（O₃）ができます。ただしこの結合を起こすには、第三の分子（M）が必要になります。Mはなんでもよく、この結合を促進するための触媒に相当します。実際の大気では、窒素（N₂）や酸素分子（O₂）がその役目をします。

生成されたオゾンは不安定な物質であり、波長240nm〜320nmの太陽紫外線を吸収してもとの酸素分子に戻ります。

この反応で波長240nm〜320nmの太陽紫外線は吸収され使用されるので、波長240nm〜320nmの太陽紫外線は地球上には届きません。

すわなち、大気中では、以下の反応が連続して発生しています。

この２つの反応は、ここで書いてきたとおり、太陽の紫外線を吸収することで発生しています。このため、地上には波長300nmよりも短い波長の太陽光は到達しないのです。

成層圏にある気体分子の中で、オゾンが重要視される理由がここにあります。

ここでは紫外線について簡単に触れておきます。

「光」は、私たちが目で見ることができる可視光の他に、波長の短い紫外線、波長の長い赤外線があります。可視光の中で一番波長が短いのは「紫」なので、それよりも短い光線という事で「紫外線／ultraviolet radiation（UV）」と呼びます。

紫外線は、その波長域によって、UV-A、UV-B、UV-Cと分けられます。波長によって地上への到達量が変わってきます。

太陽紫外線の暴露で、私たちはどんな影響を受けるのでしょうか？