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Concept
Cycle ozone-oxygène
Résumé
vignette|Cycle de Chapman
Le cycle ozone-oxygène est le processus par lequel l'ozone est continuellement régénéré dans la stratosphère, en passant par la conversion du rayonnement ultraviolet (UV) en chaleur. Étudié par Sydney Chapman vers les années 1930. Le processus est communément appelé le cycle de Chapman par les scientifiques.
La plupart de la production d'ozone se produit dans la zone tropicale supérieure de la stratosphère et de la mésosphère. La masse totale de la couche d'ozone produites par jour sur la terre est d'environ de tonnes métriques. La masse globale de l'ozone est relativement constante, à environ de tonnes, ce qui signifie que le Soleil produit environ 12 % de la couche d'ozone chaque jour.
Création: une molécule de dioxygène est divisée (photolyse) par des rayons UV de plus grande fréquence (UV-B, UV-C et au-dessus) en deux atomes d'oxygène isolés, appelés radicalaires (voir figure):
O2 + hν → 2 O•
Chaque atome d'oxygène radicalaire se combine rapidement avec une molécule de dioxygène pour former une molécule d'ozone:
O• + O2 → O3
Le cycle ozone-oxygène: les molécules d'ozone formées par la réaction ci-dessus ont la capacité d'absorber des rayonnements ayant une longueur d'onde entre les UV-C et UV-B. La molécule d'ozone (triatomique) devient une molécule d'oxygène (diatomique) et un atome d'oxygène (voir figure):
O3 + hν(240-310 nm) → O2 + O•
Le radical d'oxygène produit réagit rapidement avec une autre molécule de dioxygène pour reformer de l'ozone:
O• + O2 → O3 + EK
où EK désigne l'excès d'énergie de la réaction qui se manifeste comme un supplément d'énergie cinétique. Ces deux réactions forment le cycle ozone-oxygène, dans lequel l'énergie chimique libérée lors de la réaction entre O• et O2 est convertie en énergie cinétique du mouvement moléculaire. L'effet global est de convertir en chaleur les rayons UV-B pénétrant, sans aucune perte nette d'ozone. Ce cycle a lieu dans la couche d'ozone dans un équilibre stable, tout en protégeant les couches inférieures de l'atmosphère contre les rayons UV (alors nocifs pour la plupart des êtres vivants).
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