5 Por que uma camada de ozônio \left(\mathrm{O}_{3}\right) é formada na borda da camada de oxigênio \left(\mathrm{O}_{2}\right) na atmosfera?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a camada de ozônio \mathrm{O}_{3} se forma na borda da região onde há maior concentração de oxigênio molecular \mathrm{O}_{2} na atmosfera. O conteúdo envolve o mecanismo de formação e destruição de ozônio via fotodissociação de \mathrm{O}_{2} e recombinação envolvendo radiação ultravioleta (mecanismo de Chapman).

Passo 2

Para que haja produção de átomos de oxigênio atômico necessários à síntese de \mathrm{O}_{3}, a molécula \mathrm{O}_{2} deve ser dissociada por fótons de alta energia. Essa fotodissociação ocorre segundo a reação
\mathrm{O}_{2} + h\nu \;(\lambda <240\,\text{nm}) \;\longrightarrow\; 2\,\mathrm{O},
e só é eficiente em altitudes onde a radiação ultravioleta de comprimento de onda muito curto ainda não foi toda absorvida.

Passo 3

Os átomos de oxigênio livres então reagem com \mathrm{O}_{2} para formar ozônio, seguindo
\mathrm{O} + \mathrm{O}_{2} + M \;\longrightarrow\; \mathrm{O}_{3} + M,
onde M representa qualquer molécula que absorva o excesso de energia. Essa etapa ocorre numa região onde há simultaneamente radiação UV suficiente para gerar \mathrm{O} e densidade razoável de \mathrm{O}_{2}.

Passo 4

Acima dessa borda, a concentração de \mathrm{O}_{2} cai muito e não há moléculas suficientes para formar \mathrm{O}_{3}. Abaixo, a radiação UV de alta energia já foi quase totalmente bloqueada, impedindo a fotodissociação de \mathrm{O}_{2}. O pico de formação de \mathrm{O}_{3} ocorre, portanto, na altitude em que há o balanço ótimo entre disponibilidade de fótons UV e densidade de \mathrm{O}_{2}.

Resposta

A camada de ozônio se forma na borda da camada de \mathrm{O}_{2} porque ali ainda chega radiação UV de alta energia capaz de dissociar \mathrm{O}_{2} em átomos, e ao mesmo tempo há oxigênio molecular em quantidade suficiente para que esses átomos se recombinem formando \mathrm{O}_{3}.

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