Some current problems in atmospheric ozone chemistry; role of chemical kinetics

Combustion Centre, Harwell Laboratory, Didcot, Oxon, U.K., OXI1 ORA, U.K.

Abstract

A review is given on selected aspects of the reaction mechanisms of current interest in the chemistry of atmospheric ozone. Atmospheric ozone is produced and removed by a complex series of elementary gas-phase photochemical reactions involving O_x, HO_x, NO_x, ClO_x, and hydrocarbon species. At the present time there is a good knowledge of the basic processes involved in ozone chemistry in the stratosphere and the troposphere and the kinetics of most of the key reactions are well defined. There are a number of difficulties in the theoretical descriptions of observed ozone behaviour which may be due to uncertainties in the chemistry. Examples are the failure to predict present day ozone in the photochemically controlled region above 35 km altitude and the large reductions in the ozone column in the Antarctic Spring which has been observed in recent years.

In the troposphere there is growing evidence that ozone and other trace gases have changed appreciably from pre-industrial concentrations, due to chemical reactions involving man-made pollutants. Quantitative investigation of the mechanisms by which these changes may occur requires a sound laboratory kinetics data base.

Résumé

Dans cet article sont présentés certains aspects des mécanismes réactionnels mettant en jeu l’ozone atmosphérique. L’ozone est produit et détruit dans l’atmosphère par une série complexe de réactions élémentaires en phase gazeuse, chimiques ou photochimiques, mettant en jeu O_x, HO_x, NO_x, ClO_x et des hydrocarbures.

A l’heure actuelle, on connaît bien les mécanismes de base de la chimie de l’ozone dans la stratosphère et la troposphère ainsi que la cinétique des réactions importantes. Il subsiste un certain nombre de problèmes dans la description théorique du comportement de l’ozone qui pourraient être dûs à des incertitudes dans la chimie. Ainsi on ne peut prédire la concentration d’ozone diurne dans la zone controllée photochimiquement au-dessus de 35 km d’altitude, de même que les fortes réductions dans la colonne d’ozone observées pendant le printemps austral durant les dernières années.

Dans la troposphère, on est de plus en plus certain que les concentrations d’ozone et autres gaz à l’état de trace ont changé notablement par rapport aux valeurs de l’époque pré-industrielle, à cause de réactions chimiques impliquant des espèces produites par l’homme. Une étude quantitative des mécanismes à l’origine de ces changements nécessite une base de données très sûre des paramètres cinétiques.