자연과학 Ozone layer 오존층
분야
hwp오존층은 지구 대기에서 오존의 농도가 상대적으로 많이 포함되어있는 층이다. 오존층은 태양복사 에너지 중에서 지구 생명체에 잠재적으로 위험을 주는 짧은 파장의 자외선97~99% 흡수한다. 지구 오존의 90%이상이 이층에 존재한다. 상대적으로 많다는 뜻은 수ppm의 농도로 지구 대기의 낮은 층의 매우 적은 오존의 양에 비교해서 매우 많다는 것이다. 오존층은 성층권의 하단에 위치하며 높이는 15~35Km로 오존층의 두께는 계절이나 지역에 따라 다르다. 오존층은 1913년 프랑스의 물리학자 찰스 파브리와 앙리 비숑이 발견했다. 오존층의 특징은 간단한 분광기를 발전시켜 지면부터 성층권까지 계산한 영국의 기상학자 G.M.B. 돕슨이 발견했다. 1928년과 1958년 동안 돕슨은 세계적인 오존층 모니터링 기구를 창립하고 그 연구는 현재까지 계속되고 있다.
오존의 기원
오존의 광화학적인 메카니즘에 의해 오존층의 생성되는 원리는 1930년 영국의 물리학자 시드니 챔프만에 의해 알려졌다. 성층권의 오존층은 자외선이 산소분자를 공격하고, 산소분자는 산소원자로 해리된다. 산소 원자가 산소 분자와 결합하여 오존이 생성된다. 오존분자는 안정하지 않기 때문에 산소분자와 산소원자로 쪼개진다. 이러한 연속적인 과정을 오존-산소 순화이라 부른다. 이런 식으로 오존이 성층권에서 생성되고, 지역에 따라 10~50Km의 높이를 갖는다. 지구 대기에 존재하는 오존의 90%이 성층권에 존재하고 그 양은 약 2~8ppm이다. 만약 모든 오존을 평균 해수면의 높이에 펼쳐놓으면 그 두께가 수mm 밖에 되지 않는다. 대기권의 오존 중에서 10%가 대류권에 포함되어있다. 대류권의 오존은 두 가지 원인에 의해 존재하는데 첫 번째는 성층권에서 수송된 오존이고, 두 번째는 다른 메카니즘에 의해 생성되는 아주 작은 양이다.
1. 1개의 산소분자가 광해리되 어 두개의 산소 원자를 만든다. (느리다)
2. 태양 자외선에 의해 오존이 깨져 오존과 산소 원자는 계속적으로 전환된다. 그리고 오존 원자는 다른 오존 분자와 반응한다.(빠르다)
3. 오존은 산소 원자, 산소분자, 염소 같은 다른 분자에 의해 반응을 잃는다.(느리다)
자외선과 오존
오존층의 오존 농도가 매우 적음에도 불구하고, 오존층은 생물학적으로 매우 해로운 태양복사 방출 에너지인 자외선을 흡수하기 때문에 매우 중요하다. 자외선은 파장에 따라 다음의세 가지로 분류된다. UV-A, UV-B, UV-C, UV-C는 인간에게 매우 해롭다. 하지만 UV-C는 35Km 높이에 있는 오존에 의해서 모두 차단된다. 하지만 흥미롭게도 주목할 점은 낮은 높이에 있는 오존 가스는 오염가스로 의학적으로 여러 가지 문제를 일으킨다. UV-B는 피부를 태우고, 과다할 경우 유전자에 손상을 입혀 피부암을 유발할 정도로 위험함을 가지고 있다. 오존층은 매우 효과적으로 파장이 290nm인 UV-B를 차단한다. 지구 표면에서의 UV-B강도는 지구 대기 최상부의 1/3500이다. 그럼에도 불구하고 약간의 UV-B는 지구 표면에 도달한다. 대부분의 UV-A는 자구 표면에 도달한다. UV-B는 유해성이 크지는 않지만 유전자에 손상을 입히는 가능성을 가지고 있다. 오존층의 결핍은 더 많은 자외선을 통과시킬 것이고 특별히 유해한 파장의 자외선이 지구 표면에 도달한다면, 살아있는 유기체들의 유적학적인 손상을 증가시킬 것이다.