돕슨 단위

돕슨 단위(Dobson unit, DU)는 지구 대기권을 통과하는 수직 기둥에 있는 미량 기체의 양을 측정하는 단위이다. 이는 대기 중 오존 연구에서 유래되었고 주로 사용되며, "총 오존"이라고 불리는 총 기둥량은 성층권 오존층의 높은 오존 농도에 의해 지배된다.

돕슨 단위는 표준 온도 압력 (STP)에서 총 기둥량에 의해 형성될 순수 기체층의 두께(10 μm 단위)로 정의된다. 이는 때때로 '밀리-앳모-센티미터'라고도 불린다. 따라서 대기 중 오존의 일반적인 기둥량인 300 DU는 온도가 STP를 따를 경우 지구 표면에서 3 mm 두께의 순수 기체층을 형성할 것이다.

돕슨 단위는 1920년대에 옥스퍼드 대학교의 연구원이었던 고든 돕슨의 이름을 따서 명명되었다. 그는 오존층에 의한 태양 자외선의 다른 대역의 차등 흡수를 측정하기 위해 이중 프리즘 단색기를 사용하여 지상에서 총 오존을 측정하는 최초의 장비를 만들었다. 돕슨 오존 분광광도계라고 불리는 이 장비는 대기 오존을 모니터링하는 전 세계 네트워크의 중추를 형성했으며, 1984년 남극 오존 구멍의 발견 원천이 되었다.

 오존 
NASA는 오존에 대해 220 DU의 기준값을 사용한다. 이 값은 남극 오존 구멍 관측의 시작점으로 선택되었는데, 220 돕슨 단위 미만의 값은 1979년 이전에 발견되지 않았기 때문이다. 또한 남극 상공의 직접 측정 결과, 220 돕슨 단위 미만의 기둥 오존 수준은 염소 (원소) 및 브로민 화합물로 인한 오존 손실의 결과이다.

 이산화 황 
또한 돕슨 단위는 이산화 황의 총 기둥 밀도를 설명하는 데 자주 사용되는데, 이산화 황은 화석 연료의 연소, 다이메틸 설파이드를 방출하는 생물학적 과정, 또는 산불과 같은 자연 연소로 인해 대기 중에 소량으로 존재한다. 화산 폭발로 인해 많은 양의 이산화 황이 대기 중으로 방출될 수도 있다. 돕슨 단위는 이산화 황의 총 기둥량을 설명하는 데 사용되는데, 이는 자외선 위성 장비(예: TOMS)를 이용한 오존 원격탐사 초기부터 나타났기 때문이다.

 유도 

돕슨 단위는 이상 기체 법칙에서 유래한다.



여기서 P와 V는 각각 압력과 부피이고, n, R, T는 기체의 몰수, 기체 상수 (8.314 J/(mol·K)), 켈빈 단위의 온도(K)이다.

공기의 개수밀도는 단위 부피당 분자 또는 원자의 수이다.



실제 기체 법칙에 대입하면, 압력, 온도 및 실제 기체 상수를 사용하여 공기의 개수밀도를 구할 수 있다.



표준 온도 및 압력(T = 273 K, P = 101325 Pa)에서 공기의 개수밀도(분자/부피)는 이 방정식을 사용하여 다음과 같다.



줄을 파스칼 입방 미터로 단위 변환하면 분자/부피에 대한 방정식은 다음과 같다.

돕슨 단위는 단위 면적당 미량 기체의 총량이다. 대기 과학에서는 이를 기둥 밀도라고 한다. 그러나 입방 미터당 분자(부피) 단위를 제곱 센티미터당 분자(면적)로 어떻게 변환할까? 이는 적분을 통해 이루어져야 한다. 기둥 밀도를 얻으려면 총 기둥을 높이에 대해 적분한다. 돕슨 단위의 정의에 따르면, 1 DU는 표준 온도 및 압력에서 해수면까지 압축될 때 0.01 mm의 미량 기체에 해당한다. 따라서 공기의 개수밀도를 0에서 0.01 mm까지 적분하면 1 DU와 같아진다.

따라서 1 DU의 값은 제곱미터당 2.69개의 분자이다.

 각주 

분류:오존
분류:대기화학
분류:단위