なぜオゾン層は地上25km上空にあるの？

Question

O3はO2やN2より質量が大きいのになぜ、地表に下がってこないのでしょうか。

fjnobu · Answer

参考にしてください。
紫外線により生成し、赤外線により消えるのですね。
安定して其処にあるのではないので、高層に存在するのですね。

参考URL：http://kakaku.com/item/K0000237563/spec/

Hikaru99 · Answer

オゾンの場合は他の気体（空気）よりも重いのにという条件だけに着目してしまうと答えが見えてきません。

オゾンは成層圏の高度10～25 kmに最も多く存在し、それ以上、高いところ、あるいは低いところでは少なくなります。なぜそうなるかというと、オゾンが成層圏の上部で生成しているからです。

成層圏の上部では、酸素分子が波長240 nm以下の紫外線で酸素原子となります（１）。その酸素原子が酸素分子と反応し、オゾンとなります（２）。Ｍは反応で生じるエネルギーを受け取る物質です。窒素分子や酸素分子です。

●オゾンの生成
Ｏ２　＋　ｈν　→　Ｏ　＋　Ｏ　　　　（１）
Ｏ＋　Ｏ２　＋　Ｍ　→　Ｏ３　＋　Ｍ　（２）

生成したオゾンは重たいので成層圏の下の方へ落ちていくことになりますが、成層圏の下部では、オゾンが波長320 nm以下の紫外線で酸素原子と酸素分子となります（３）。そして、生成した酸素原子がオゾンと反応し、酸素分子となります（４）。

●オゾンの分解
Ｏ３　＋　ｈν　→　Ｏ　＋　Ｏ２　　　（３）
Ｏ　＋　Ｏ３　→　２Ｏ２　　　　　　　（４）

このように、オゾンは成層圏の上部で生成されますが、成層圏の下部で分解して酸素になります。オゾン層とうのはオゾンがたくさん存在していると同時に、オゾンが生成・分解しているところです。ですから、成層圏にあるオゾンは地表に落ちてこないのです。

Verhalten · Answer

地上のオゾンはほとんどが成層圏のオゾンが対流で
地上に降りて来たものなのだそうです。

地球の大気の進化から見ますと、

地表近くにあったオゾン層は、濃度が高くなると高度を取るようになり
現在の高度へ移動した。

となります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E7%90%83%E3%81%AE%E5%A4%A7%E6%B0%97

つまり、原始地球の酸素濃度の上昇と共に成層圏に追いやられてしまったらしいのです。

Charlie24 · Answer

直接の回答ではないけれど、

> 地上のオゾンはほとんどが成層圏のオゾンが対流で
> 地上に降りて来たものなのだそうです。

それはないです。そうであれば光化学オキシダントの対策なんて
対流をなくすか還元剤をばらまくしかなくなる。
まあ台風とかで成層圏のオゾンが降りてくることはあるけど。

ちなみに国立環境研究所での研究成果のサイトを示します。

参考URL：http://www.nies.go.jp/kanko/news/29/29-2/29-2-04.html

Verhalten · Answer

良く勉強されていますね。

ただ、
そんな暇があるなら私の質問にでも回答すると「とても気分が良い」でしょう。
礼節は非常に重んじています。

感情（小脳）でなく、理性（大脳）で学問するよう、お互い心がけましょう。

気分で「回答する。しない。ブロックだ。」
こう言う「論外者」の回答など望んではいません。

紹介頂いた独立法人ですが、ターゲットをあまりに絞り過ぎていると考えます。（光化学オキシダント）

その為、
間違った認識をしてしまう可能性があります。

気象庁のホームページが理解しやすいでしょう。
http://www.data.kishou.go.jp/obs-env/cdrom/report/html/2_6.html

対流圏オゾンの供給源は

１　成層圏からの流入
２　対流圏での光化学反応による生成

その発生場所は

ジェット気流の蛇行と密接に関連するという特徴がある

＞その原因については、冬季に蓄積したオゾン前駆物質によるオゾン光化学生成が、春季の日射量の増加によって高まることと、春季の低気圧活動にともなう成層圏からのオゾン輸送の活発化の2つが候補として挙げられている

局地的（国内的）視野でに捉えず、グローバルに成層圏からのオゾン輸送とオキシダントの比率を
冷静に分析するべきと考えます。

Charlie24 · Answer

ひとまず思ったことを。

この手のサイトに限らず、インターネットというのはチェック機能を果たしたところを
通過した情報のみがオープンになるということはなく、
極端な話、発信元がうそを言っていてもそれはオープンになり得ます
（おそらく#5様が#3で記載した内容は、とあるサイトを引用されたのかと思います。
Wikipediaも間違った記載があれば他の人が修正するので、
間違った内容は比較的少ないと思いますが、それでも間違いはあります）。

そしてこのサイトは何か分からないことがあった人が使うサイトであり、
今回の質問者様は回答に対して自分で咀嚼しなおして理解されているようなので
良いのですが、質問によっては回答を鵜呑みにする方もいます。
また質問者様の要求が満たされ質問が閉じられても、この後、
この質問を参考にする人が出る可能性があります。そのため、間違っている記載があれば
それを指摘するべきなのでは？というのが自分のスタンスではあります
（とはいっても余計な議論に発展する可能性があることから、運営側から
削除されることもありますが）。

そんなことから、自分の記載内容も間違っていれば是非指摘していただきたいとは
思っています（それがさらなる勉強につながりますので）。

で、#5様の本題へ。

> 紹介頂いた独立法人ですが、ターゲットをあまりに絞り過ぎていると考えます。（光化学オキシダント）

オゾンの話をしていたのに、光化学オキシダントの話をしてしまったので、
釈迦に説法かもしれませんが用語の説明を。
光化学オキシダントとは、大気中の汚染物質が光化学反応を起こすことで生成される
汚染物質の総称です。で、この物質が注目されたのは高度経済成長の時期に発生した
光化学スモッグにより目やのどなどの痛みを感じる事件が起きたことになります。

光化学オキシダントの主成分はオゾンなのですが、当時は大気中のオゾンを
単独で測定する技術はありませんでした。そのため、ヨウ化カリウムを使い、
オゾンによりヨウ素を遊離させ測定したのですが、この場合、オゾンだけでなく
ヨウ素を酸化することができる物質なら何でも対象となってしまいます。
そのため本当に測りたかったのはオゾンだけど、PANなども含めて測定し、
それが環境基準の対象となったというわけです。

しかし近年、紫外線吸収法などオゾンを単独で測定できる方法が開発され、
環境省で行っている自動測定機にこの方法が追加されました。そのとき、
オゾンの測定値をもって光化学オキシダントの測定値として差し支えないとしています
（実質、光化学オキシダントはほとんどオゾンなので）。
現在、環境省の自動測定機で光化学オキシダントを測定する装置は
ほぼ紫外線吸収法なので、オゾンを測定しているのですが、
環境基準の項目としてはまだ光化学オキシダントのままなのです。

そんなことから自分もそうでしたが、環境省だけでなく研究者も含めて本来は別の用語である
”光化学オキシダント”と”オゾン”が混同して使われているところがあります。
その辺が誤解を招いたようであれば謝ります。

> 局地的（国内的）視野でに捉えず、グローバルに成層圏からのオゾン輸送と
> オキシダントの比率を冷静に分析するべきと考えます。

自分の示したサイトのことを言っているのであれば、半球規模で行われていますよね
（日本に届く量を考えた場合に全球規模で行う必要があるかについては、
汚染物質の寿命、南半球に北米やヨーロッパあるいは近年、発展の目覚しい中国に
相当する汚染物質発生源となる地域があるか、という観点から、あまり意味はないと
思います。中国同様発展しつつあるインドですら日本では影響はあまりないという
研究例もありますので）。
国立環境研究所のウェブサイトで発表した内容は、ペーパーになっているものを
説明しなおしたものが多いので、詳細について興味があれば、
元を探ってみてはいかがかと思います。
ちなみに成層圏オゾンの降下に関する研究は7Beを用いたものもあり、
そこから推定する手法もあります。

質問者様：大きく脱線してしまい申し訳ありませんでした。

Charlie24 · Answer

念のため。

#4で”それはないです。”と書いたのを誤解されていたらと思いまして。

それはないですと書いたのは、”地上のオゾンは「ほとんどが」成層圏のオゾンが
対流で地上に降りて来た”、ということがないのであって、
成層圏のオゾンが対流圏に下りてくるという現象がないといった意味ではありません。
言葉足らずで申し訳ありません。

八方尾根のような近くに汚染物質発生源がほとんどないような地域では
大気中オゾン濃度のうち、成層圏のオゾンが対流圏に下りてくるものの比率が
高いのですが、気象条件によっては日本国内由来あるいは中国からの越境輸送が
相当量存在し、また北米やヨーロッパからの越境輸送はバックグラウンド的に存在します。

Hikaru99 · Answer

空気の主成分は窒素と酸素ですが、空気には空気の平均分子量２９より重い気体も含まれています。例えば、二酸化炭素は分子量４４です。なので二酸化炭素の気体を部屋の中などでゆっくり放出すると、二酸化炭素は下の方にたまります。

自然界において、二酸化炭素の発生源の多くは地表付近にあります。しかし、発生した二酸化炭素が地表付近にたまるかというと、そうはなりません。二酸化炭素はすぐに拡散して空気に混ざってしまいます。そうやって、いったん大気中に舞い上がった二酸化炭素が発生したときと同じような濃度で地表付近に落ちてくることはありません。

ただし、大気中の二酸化炭素の濃度を高度ごとに調べてみると、どの高度でも二酸化炭素は大気中に一様に混ざっていますが、高度が高くなるほど、二酸化炭素の割合がだんだん少なくなります。これは二酸化炭素が他の気体に比べて重いためです。オゾンも重さだけ考えると、同じように分布するはずです。しかし、オゾンはそのほとんどがオゾン層の下部で酸素になってしまうので、二酸化炭素のような分布は見せません。結果的に、地表に下がってこないということになります。

Hikaru99 · Answer

太古の地球にも、現在とは組成が違うとは言え、大気がありました。おそらく、二酸化炭素、水蒸気、窒素が比較的たくさんあったと思います。やがて、バクテリアや植物が生まれて酸素が作られるようになりますが、その酸素は太古の大気中に拡散していったでしょう。
当時の大気の主成分を考えると、酸素は当時の空気の平均分子量より軽いはずですから、重さの面からも上昇しやすかったでしょうね。やがて、大気の成分は、酸素が増えて、二酸化炭素が減っていき、現在のようになりました。大気中の酸素濃度が高くなり、上層でオゾン層が形成されるようになったのだろうと思います。

Hikaru99 · Answer

最初に酸素を作り始めたのは紫外線の影響を受けない海中のバクテリアです。バクテリアが大繁殖して酸素が作られました。

なぜオゾン層は地上25km上空にあるの？

参考にしてください。

この回答への補足

オゾンの場合は他の気体（空気）よりも重いのにという条件だけに着目してしまうと答えが見えてきません。

この回答への補足

地上のオゾンはほとんどが成層圏のオゾンが対流で

この回答への補足

直接の回答ではないけれど、

良く勉強されていますね。

ひとまず思ったことを。

念のため。

この回答への補足

空気の主成分は窒素と酸素ですが、空気には空気の平均分子量２９より重い気体も含まれています。

この回答への補足

太古の地球にも、現在とは組成が違うとは言え、大気がありました。

この回答への補足

最初に酸素を作り始めたのは紫外線の影響を受けない海中のバクテリアです。

この回答への補足

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