Концентрация озона

Изучая атмосферу Земли, концентрация озона должна быть больше там, где более интенсивно солнечное излучение — в низких широтах, причем летом. Однако данные измерения озона показывают, что это не так.

Концентрация озона в высоких широтах больше, чем в низких, и не летом, а весной. Причина такого несоответствия скрывается в том, что на количество озона в атмосфере влияют различные динамические процессы, в результате которых он «кочует» из одного места в другое, в частности, из одних широт в другие.

Если такие движения не существенны, то говорят, что выполняется условие фотохимического равновесия. Чаще всего это условие нарушается ниже 25−30 км.

Если движение озона нарушило первоначально существовавшее фотохимическое равновесие, то оно с течением времени восстанавливается. Но на разных высотах в атмосфере условия различны, поэтому различно и время этого восстановления.

Так, на высотах больше 25 км равновесие восстанавливается очень быстро (за четверть часа), в слое между 20 и 25 км значительно медленнее (за несколько суток), а где максимальная концентрация озона (ниже 20 км), оно может существовать очень долго.

Нарушение фотохимического равновесия будет влиять на распределение озона, в частности, по вертикали. Все это действительно проявляется в экспериментально полученных высотных профилях, где имеется концентрация озона.

Поскольку озон может существовать долго, особенно в нижних слоях, то он успевает принимать участие в турбулентной и молекулярной диффузии. Последняя направлена главным образом по вертикали, поскольку в этом направлении наблюдается самая большая концентрация озона.

В результате молекулярной диффузии озон постепенно диффундирует в те области, где он отсутствует, или туда, где его меньше. Иначе говоря, диффузия стремится выровнять распределение озона до однородного по высоте.

Турбулентная диффузия также заставляет озон перемещаться по вертикали. Поэтому при определении его высотного распределения необходимо не только определить, сколько молекул образуется в фотохимических реакциях и сколько их исчезает, но и вычислить их баланс.

Следует обязательно учитывать и движения молекул озона в результате молекулярной и турбулентной диффузии, а также движения всей массы воздуха, как конвективные (нисходящие и восходящие), так и адвективные (горизонтальные).