Unité Dobson

L’ unité Dobson (DU) est une unité de mesure de la quantité d’un gaz traceur dans une colonne verticale à travers l’ atmosphère terrestre . Il est à l’origine et continue d’être principalement utilisé pour l’ ozone atmosphérique , dont la quantité totale de colonne, généralement appelée « ozone total » et parfois « abondance de colonne », est dominée par les fortes concentrations d’ozone dans la couche d’ozone stratosphérique .

L’unité Dobson est définie comme l’épaisseur (en unités de 10 μm) de cette couche de gaz pur qui serait formée par la quantité totale de colonne dans des Conditions standard de température et de pression (STP). ^{[1] [2]} Ceci est parfois appelé ‘milli-atmo-centimètre.’ Une quantité de colonne typique de 300 DU d’ozone atmosphérique formerait donc une couche de gaz pur de 3 mm à la surface de la Terre si sa température et sa pression étaient conformes au STP.

L’unité Dobson porte le nom de Gordon Dobson , un chercheur de l’ Université d’Oxford qui, dans les années 1920, a construit le premier instrument pour mesurer l’ozone total du sol, en utilisant un monochromateur à double prisme pour mesurer l’absorption différentielle de différentes bandes d’ultraviolets solaires. rayonnement par la couche d’ozone. Cet instrument, appelé spectrophotomètre d’ozone Dobson , a constitué l’épine dorsale du réseau mondial de surveillance de l’ozone atmosphérique ^[3] et a été à l’origine de la découverte en 1984 du Trou d’ozone antarctique . ^[4]

Ozone

La NASA utilise une valeur de référence de 220 DU pour l’ozone. Cela a été choisi comme point de départ pour les observations du Trou dans la couche d’ozone de l’Antarctique , car des valeurs inférieures à 220 unités Dobson n’ont pas été trouvées avant 1979. De plus, à partir de mesures directes au-dessus de l’Antarctique, un niveau d’ozone dans la colonne inférieur à 220 unités Dobson est un résultat. de la perte d’ozone due aux composés chlorés et bromés . ^[5]

Le dioxyde de soufre

De plus, les unités Dobson sont souvent utilisées pour décrire les densités totales de colonne de dioxyde de soufre , qui se produit dans l’atmosphère en petites quantités en raison de la combustion de combustibles fossiles, de processus biologiques libérant du sulfure de diméthyle , ou par combustion naturelle comme les incendies de forêt. De grandes quantités de dioxyde de soufre peuvent également être libérées dans l’atmosphère par des éruptions volcaniques. L’unité Dobson est utilisée pour décrire les quantités totales de colonne de dioxyde de soufre car elle est apparue au tout début de la télédétection de l’ozone sur les instruments satellitaires ultraviolets (tels que TOMS ).

Dérivation

L’unité Dobson est issue de la loi des gaz parfaits

P V = n R J , {displaystyle PV=nRT,}

où P et V sont respectivement la pression et le volume, et n , R et T sont le nombre de moles de gaz, la constante de gaz (8,314 J/(mol·K)), et T est la température en kelvins (K).

La densité numérique de l’air est le nombre de molécules ou d’atomes par unité de volume :

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Classement mondial senior FIVB

Jun 29, 2022

Racine carrée moyenne

May 25, 2022

Anita Dobson

May 18, 2022

Suppr

May 5, 2022

n air = UN un v n V , {displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}n}{V}},} ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}n}{V}},}$ ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}n}{V}},}$

et lorsqu’il est branché sur la loi des gaz réels, la densité numérique de l’air est trouvée en utilisant la pression, la température et la constante des gaz réels :

n air = UN un v P R T . {displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}.} ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}.}$ ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}.}$

La densité numérique (molécules/volume) de l’air à température et pression standard ( T = 273 K et P = 101325 Pa) est, en utilisant cette équation,

n air = A a v P R T = ( 6.02 × 10 23 molecules mol ) ⋅ ( 101325 Pa ) 8.314 J mol K ⋅ 273 K . {displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}={frac {(6.02times 10^{23},{frac {text{molécules }}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})}{8.314{frac {text{J}}{text{mol K}}}cdot 273~ {text{K}}}}.} ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}={frac {(6.02times 10^{23},{frac {text{molecules}}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})}{8.314{frac {text{J}}{text{mol K}}}cdot 273~{text{K}}}}.}$ ${displaystyle n_{text{air}}={frac {A_{av}P}{RT}}={frac {(6.02times 10^{23},{frac {text{molecules}}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})}{8.314{frac {text{J}}{text{mol K}}}cdot 273~{text{K}}}}.}$

Avec certaines conversions d’unités de joules en pascal mètres cubes, l’équation molécules / volume est

( 6.02 × 10 23 molecules mol ) ⋅ ( 101325 Pa ) 8.314 Pa m 3 mol K ⋅ 273 K = 2.69 × 10 25 molecules ⋅ m − 3 . {displaystyle {frac {(6.02times 10^{23}~{frac {text{molecules}}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})} {8.314~{frac {{text{Pa}},{text{m}}^{3}}{text{mol K}}}cdot 273~{text{K}}}} =2,69fois 10^{25}~{text{molécules}}cdot {text{m}}^{-3}.} ${displaystyle {frac {(6.02times 10^{23}~{frac {text{molecules}}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})}{8.314~{frac {{text{Pa}},{text{m}}^{3}}{text{mol K}}}cdot 273~{text{K}}}}=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}.}$ ${displaystyle {frac {(6.02times 10^{23}~{frac {text{molecules}}{text{mol}}})cdot (101325~{text{Pa}})}{8.314~{frac {{text{Pa}},{text{m}}^{3}}{text{mol K}}}cdot 273~{text{K}}}}=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}.}$

Une unité Dobson est la quantité totale d’un gaz traceur par unité de surface. Dans les sciences de l’atmosphère, on parle de densité de colonne. Mais comment passe-t-on des unités de molécules par mètre cube , un volume, à des molécules par centimètre carré , une aire ? Cela doit se faire par intégration. Pour obtenir une densité de colonne, il faut intégrer la colonne totale sur une hauteur. Selon la définition des unités Dobson, nous voyons que 1 DU = 0,01 mm de gaz trace lorsqu’il est comprimé jusqu’au niveau de la mer à température et pression standard. Donc si on intègre notre densité numérique d’air de 0 à 0,01 mm, on trouve la densité numérique qui est égale à 1 DU :

∫ 0 mm 0.01 mm ( 2.69 × 10 25 molecules ⋅ m − 3 ) d x = 2.69 × 10 25 molecules ⋅ m − 3 ⋅ 0.01 mm − 2.69 × 10 25 molecules ⋅ m − 3 ⋅ 0 mm {displaystyle int _{0~{text{mm}}}^{0.01~{text{mm}}}(2.69times 10^{25}~{text{molécules}}cdot { text{m}}^{-3}),mathrm {d} x=2,69times 10^{25}~{text{molécules}}cdot {text{m}}^{-3} cdot 0,01~{text{mm}}-2,69times 10^{25}~{text{molécules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 0~{text{ mm}}} ${displaystyle int _{0~{text{mm}}}^{0.01~{text{mm}}}(2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}),mathrm {d} x=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 0.01~{text{mm}}-2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 0~{text{mm}}}$ ${displaystyle int _{0~{text{mm}}}^{0.01~{text{mm}}}(2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}),mathrm {d} x=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 0.01~{text{mm}}-2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 0~{text{mm}}}$ = 2.69 × 10 25 molecules ⋅ m − 3 ⋅ 10 − 5 m = 2.69 × 10 20 molecules ⋅ m − 2 . {displaystyle {}=2,69fois 10^{25}~{text{molécules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 10^{-5}~{text{m }}=2,69fois 10^{20}~{text{molécules}}cdot {text{m}}^{-2}.} ${displaystyle {}=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 10^{-5}~{text{m}}=2.69times 10^{20}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-2}.}$ ${displaystyle {}=2.69times 10^{25}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-3}cdot 10^{-5}~{text{m}}=2.69times 10^{20}~{text{molecules}}cdot {text{m}}^{-2}.}$

Et ainsi nous arrivons à la valeur de 1 DU, qui est de 2,69 × 10²⁰ molécules par mètre carré.

Références

^ “Ozone Hole Watch: Faits sur les unités Dobson” .
^ IUPAC , Compendium de terminologie chimique , 2e éd. (le “Livre d’or”) (1997). Version corrigée en ligne : (2006–) ” Unité Dobson en chimie atmosphérique “. doi : 10.1351/goldbook.D01827
^ Staehelin, Johannes (2008). “Surveillance mondiale de l’ozone atmosphérique” . Bulletin de l’OMM . 57 (1).
^ Farman, JC; Gardiner, BG; Shankin, JD (1985). “De grandes pertes d’ozone total dans l’Antarctique révèlent une interaction saisonnière ClO _x /NO _x “. Nature . 315 (16 mai 1985): 207-210. Bibcode : 1985Natur.315..207F . doi : 10.1038/315207a0 .
^ “Observation du trou d’ozone” . NASA . Récupéré le 21/10/2007 .