La absorción de Chappuis ( francés: [ʃapɥi] ) se refiere a la absorción de radiación electromagnética por el ozono , que es especialmente notable en la capa de ozono , que absorbe una pequeña parte de la luz solar en la parte visible del espectro electromagnético . Las bandas de absorción de Chappuis ocurren en longitudes de onda entre 400 y 650 nm . Dentro de este rango hay dos máximos de absorción de altura similar a 575 y 603 nm. [1] [2]
En comparación con la absorción de luz ultravioleta por la capa de ozono, conocida como absorciones de Hartley y Huggins, la absorción de Chappuis es claramente más débil. [3] Junto con la dispersión de Rayleigh , contribuye al color azul del cielo y se nota cuando la luz tiene que recorrer un largo camino a través de la atmósfera de la Tierra . Por esta razón, la absorción de Chappuis solo tiene un efecto significativo sobre el color del cielo al amanecer y al anochecer , durante la llamada hora azul . [4] Lleva el nombre del químico francés James Chappuis (1854-1934), quien descubrió este efecto. [5]
Historia
James Chappuis fue el primer investigador (en 1880) en notar que la luz que pasa a través del gas ozono tiene un tinte azul. Atribuyó este efecto a la absorción en las partes amarilla, naranja y roja del espectro de luz. [6] El químico francés Auguste Houzeau ya había demostrado en 1858 que la atmósfera contiene rastros de ozono, por lo que Chappuis supuso que el ozono podría explicar el color azul del cielo. Ciertamente era consciente de que esta no era la única explicación posible, ya que la luz azul que se puede ver desde la superficie de la Tierra está polarizada. La polarización no puede explicarse por la absorción de luz por el ozono, pero puede explicarse por la dispersión de Rayleigh , que ya era conocida en la época de Chappuis. Los científicos contemporáneos pensaron que la dispersión de Rayleigh era suficiente para explicar el cielo azul, por lo que la idea de que el ozono podría desempeñar un papel finalmente se olvidó. [5]
A principios de la década de 1950, Edward Hulburt estaba realizando una investigación sobre el cielo al anochecer para verificar las predicciones teóricas sobre la temperatura y la densidad de la atmósfera superior sobre la base de la luz dispersa medida en la superficie de la Tierra. [7] La idea básica era que después de que el Sol pasa por debajo del horizonte, continúa iluminando las capas superiores de la atmósfera. Hulburt deseaba relacionar la intensidad de la luz que llega a la superficie de la Tierra a través de la dispersión de Rayleigh con la abundancia de partículas en cada altitud, ya que la luz del sol atraviesa la atmósfera a diferentes alturas durante el transcurso de la puesta del sol. En sus mediciones, realizadas en 1952 en Sacramento Peak en Nuevo México , encontró que la intensidad de la luz medida era menor en un factor de 2 a 4 que el valor predicho. Sus predicciones se basaron en su teoría y en mediciones que se realizaron en la atmósfera superior solo unos años antes mediante vuelos de cohetes lanzados no lejos de Sacramento Peak. La magnitud de la desviación entre la predicción y las mediciones fotométricas realizadas en Sacramento Peak excluyó un mero error de medición . Hasta entonces, la teoría había predicho que el cielo en el cenit durante la puesta del sol debería aparecer entre azul verdoso y gris, y el color debería cambiar a amarillo durante la puesta del sol. Obviamente, esto estaba en conflicto con la observación diaria de que el color azul del cielo en el cenit al anochecer cambia solo de manera imperceptible. Como Hulburt sabía acerca de la absorción por ozono, y como el rango espectral de la absorción de Chappuis había sido medido con mayor precisión solo unos años antes por la pareja francesa Arlette y Étienne Vassy, intentó explicar este efecto en sus cálculos. Esto hizo que las mediciones estuvieran completamente de acuerdo con las predicciones teóricas. Los resultados de Hulburt se confirmaron repetidamente en los años siguientes. De hecho, no todos los efectos de color al atardecer en un cielo despejado pueden explicarse por las capas más profundas. Con este fin, probablemente sea necesario tener en cuenta la extinción espectral por aerosoles en simulaciones teóricas. [8]
Independientemente de Hulburt, el meteorólogo francés Jean Dubois había propuesto unos años antes que la absorción de Chappuis tenía un efecto sobre otro fenómeno de color del cielo al anochecer. Dubois trabajó en la llamada " sombra de la Tierra " en su tesis doctoral en la década de 1940, y planteó la hipótesis de que este efecto también podría atribuirse a la absorción de Chappuis. [5] Sin embargo, esta conjetura no está respaldada por mediciones más recientes. [9]
Base fisica
La absorción de Chappuis es una absorción continua en el rango de longitud de onda entre 400 y 650 nm. Es causada por la fotodisociación (ruptura) de la molécula de ozono. El máximo de absorción se sitúa en torno a 603 nm, con una sección transversal de 5,23 10 −21 cm 2 . Un segundo máximo, algo menor en ca. 575 nm tiene una sección transversal de 4.83 10-21 cm 2 . [2] La energía de absorbancia en las bandas de Chappuis se encuentra entre 1.8 y 3.1 eV . Los valores medidos implican que el mecanismo de absorción apenas depende de la temperatura; la desviación representa menos del tres por ciento. Alrededor de su máximo, la absorción de Chappuis es aproximadamente tres órdenes de magnitud más débil que la absorción de la luz ultravioleta en el rango de las bandas de Hartley. [10] De hecho, la absorción de Chappuis es uno de los pocos procesos de absorción notables dentro del espectro visible en la atmósfera terrestre. [11]
Superpuestas en el espectro de absorción de las bandas de Chappuis en longitudes de onda más cortas hay bandas parcialmente irregulares y difusas causadas por vibraciones moleculares . La irregularidad de estas bandas implica que la molécula de ozono está sólo por un tiempo extremadamente corto en un estado excitado antes de disociarse. [10] Durante esta breve excitación, la mayoría de las veces experimenta vibraciones de estiramiento simétricas, aunque con algunas contribuciones de las vibraciones de flexión. [1] Una explicación teórica consistente de la estructura de vibración que está en línea con los datos experimentales fue durante mucho tiempo un problema sin resolver; incluso hoy, no todos los detalles de la absorción de Chappuis pueden explicarse por la teoría. [10]
Al igual que cuando absorbe la luz ultravioleta, la molécula de ozono puede descomponerse en una molécula de O 2 y un átomo de O durante la absorción de Chappuis. Sin embargo, a diferencia de las absorciones de Hartley y Huggins, los productos de descomposición no permanecen en un estado excitado. La disociación en las bandas de Chappuis es el proceso fotoquímico más importante que involucra al ozono en la atmósfera terrestre por debajo de una altitud de 30 km. Sobre esta altitud, es superado por las absorciones en la banda de Hartley. Sin embargo, ni las absorciones de Hartley ni las de Chappuis causan una pérdida significativa de ozono en la estratosfera, a pesar de la alta tasa de fotodisociación potencial, porque el oxígeno elemental tiene una alta probabilidad de encontrar una molécula de O 2 y volver a recombinarse en ozono. [12]
Referencias
- ↑ a b Bogumil, Konstanze (2005). Absorptionsspektroskopie von Ozon und anderen, wichtigen, atmosphärischen Spurengasen mit dem SCIAMACHY-Satellitenspektrometer im ultravioletten bis nahinfraroten Spektralbereich (PDF) (Tesis) (en alemán). Universidad de Bremen . págs. 21-26.
- ^ a b Brion, J .; Chakir, A .; Charbonnier, J .; Daumont, D .; Parisse, C .; Malicet, J. (1998). "Mediciones de los espectros de absorción de la molécula de ozono en la región de 350 a 830 nm" (PDF) . Revista de Química Atmosférica . 30 (2): 291–99. Código Bibliográfico : 1998JAtC ... 30..291B . doi : 10.1023 / A: 1006036924364 . S2CID 25037900 .
- ^ Vázquez, M .; Pallé, E .; Rodríguez, P. Montañés (12 de marzo de 2010). La Tierra como un planeta distante: una piedra de Rosetta para la búsqueda de mundos similares a la Tierra . Springer Science & Business Media. pag. 159. ISBN 9781441916846.
- ^ Der Brockhaus Wetter und Klima: Phänomene, Vorhersage, Klimawandel (en alemán) (1. Aufl ed.). Leipzig : Brockhaus, F A. 2009. p. 54. ISBN 9783765333811. OCLC 316287956 .
- ^ a b c Hoeppe, Götz (2007). Por qué el cielo es azul: descubriendo el color de la vida . Prensa de la Universidad de Princeton . págs. 238–53. ISBN 978-0691124537.
- ^ Hautefille, P .; Chappuis, J. (1880). "Sur la liquéfaction de l'ozone et sur la couleur à l'état gaseux". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences . 91 : 552-525.
- ^ Hulburt, EO (1 de julio de 1938). "El brillo del cielo crepuscular y la densidad y temperatura de la atmósfera" . JOSA . 28 (7): 227–236. doi : 10.1364 / JOSA.28.000227 .
- ^ Lee, Raymond L .; Meyer, Wolfgang; Hoeppe, Götz (2011). "Ozono atmosférico y colores del cielo crepuscular antártico" (PDF) . Óptica aplicada . 50 (28): F162–71. Código bibliográfico : 2011ApOpt..50F.162L . doi : 10.1364 / AO.50.00F162 . PMID 22016241 .
- ^ Lee, Raymond L. (1 de febrero de 2015). "Medición y modelado del cinturón de Venus del crepúsculo" . Óptica aplicada . 54 (4): B194 – B203. Código bibliográfico : 2015ApOpt..54B.194L . doi : 10.1364 / AO.54.00B194 . ISSN 2155-3165 . PMID 25967826 .
- ^ a b c Grebenshchikov, S. Yu .; Qu, Z.-W .; Zhu, H .; Schinke, R. (27 de abril de 2007). "Nuevas investigaciones teóricas de la fotodisociación del ozono en las bandas de Hartley, Huggins, Chappuis y Wulf". Física Química Física Química . 9 (17): 2044–64. Código Bibliográfico : 2007PCCP .... 9.2044G . doi : 10.1039 / b701020f . ISSN 1463-9084 . PMID 17464386 .
- ^ Fischer, Herbert. "Wechselwirkung zwischen Strahlung und Erdatmosphäre: Absorción y emisión" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de septiembre de 2015.
- ^ "Erster Zwischenbericht der Enquete-Kommission" Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre. " " (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
enlaces externos
- Götz Hoeppe: Himmelslicht. Spiegelbild des Erdklimas. Auf: fu-berlin.de.
- Wetterlexikon: Chappuis-Absorcion. Auf: deutscher-wetterdienst.de.