Chappuis emilimi

Chappuis emilimi (Fransızca: [ʃapɥi] ) elektromanyetik spektrumun görünür kısmında güneş ışığının küçük bir kısmını emen ozon tabakasında özellikle belirgin olan ozon tarafından elektromanyetik radyasyonun emilmesini ifade eder. Chappuis absorpsiyon bantları, 400 ile 650 nm arasındaki dalga boylarındadır. Bu aralık içinde, 575 ve 603 nm'de benzer yüksekliğe sahip iki absorpsiyon maksimumu vardır.
Hartley ve Huggins absorpsiyonları olarak bilinen ozon tabakası tarafından ultraviyole ışığın absorpsiyonu ile karşılaştırıldığında, Chappuis absorpsiyonu belirgin şekilde daha zayıftır. Rayleigh saçılmasıyla birlikte gökyüzünün mavi rengine katkıda bulunur ancak ışığın Dünya atmosferinde uzun bir yol kat ettiği durumlarda ön plana çıkmaktadır. Bu nedenle, Chappui absorpsiyonu gökyüzünün rengi üzerinde yalnızca mavi saat olarak adlandırılan şafak ve alacakaranlıkta gözlemlenebilir bir etkiye sahiptir. Adını, bu etkiyi keşfeden Fransız kimyager James Chappuis'den (18541934) almıştır.
Tarihçe
James Chappuis, ozon gazından geçen ışığın mavi bir tonu olduğunu fark eden ilk araştırmacıydı (1880'de). Bu etkiyi, ışık tayfının sarı, turuncu ve kırmızı kısımlarındaki absorpsiyona bağladı. Fransız kimyager Auguste Houzeau, 1858'de atmosferin eser miktarda ozon içerdiğini göstermişti, bu nedenle Chappuis, ozonun gökyüzünün mavi rengini açıklayabileceği savını ortaya attı. Dünya yüzeyinden görülebilen mavi ışık polarize olduğundan, bunun tek olası açıklama olmadığının kesinlikle farkındaydı. Polarizasyon, ozon tarafından ışık absorpsiyonu ile açıklanamaz, ancak Chappuis'in zamanında yaygın olarak bilinen Rayleigh saçılması ile açıklanabilir. Günün bilim adamları, Rayleigh saçılımının mavi gökyüzünü açıklamak için yeterli olduğunu düşündüler ve bu nedenle ozonun bir rol oynayabileceği fikri sonunda unutuldu.
1950'lerin başında Edward Hulburt, Dünya yüzeyinde ölçülen dağınık ışık temelinde üst atmosferin sıcaklığı ve yoğunluğuna ilişkin teorik tahminleri doğrulamak için alacakaranlıkta gökyüzü üzerinde araştırma yapıyordu. Temel fikir, Güneş'in ufkun altından geçtikten sonra atmosferin üst katmanlarını aydınlatmaya devam etmesiydi. Hulburt, Rayleigh saçılması yoluyla Dünya yüzeyine ulaşan ışığın yoğunluğunu, gün batımı boyunca güneş ışığı atmosferden farklı yüksekliklerde geçerken, her yükseklikteki parçacıkların bolluğuyla ilişkilendirmeyi diliyordu. 1952'de New Mexico'daki Sacramento Peak'te yaptığı ölçümlerde, ölçülen ışığın yoğunluğunun tahmin edilen değerden 2 ila 4 kat daha düşük olduğunu buldu. Tahminleri, teorisine ve sadece birkaç yıl önce Sacramento Zirvesi'nden pek de uzak olmayan bir yere fırlatılan roket uçuşlarıyla üst atmosferde yapılan ölçümlere dayanıyordu. Sacramento Peak'te yapılan tahmin ve fotometrik ölçümler arasındaki sapmanın büyüklüğü, yalnızca ölçüm hatası ile açıklandı. O zamana kadar teoriler, gün batımı sırasında zirvede gökyüzünün mavi-yeşilden griye görünmesi gerektiğini ve alacakaranlıkta rengin sarıya dönmesi gerektiği yönündedydi. Bu, alacakaranlıkta zirvede gökyüzünün mavi renginin yalnızca algılanamaz bir şekilde değiştiğine dair günlük gözlemlerle açıkça çelişiyordu. Hulburt, ozon tarafından absorpsiyonu bildiğinden ve Chappui'nin absorpsiyonunun spektral aralığı daha kesin olarak yalnızca birkaç yıl önce Fransız çift Arlette ve Etienne Vassy tarafından ölçüldüğünden, hesaplamalarında bu etkiyi açıklamaya çalıştı. Bu, ölçümleri teorik tahminlerle tamamen uyumlu hale getirdi. Hulburt'un sonuçları sonraki yıllarda defalarca doğrulandı. Gerçekten de, alacakaranlıkta açık gökyüzündeki tüm renkler daha derindeki katmanlarla açıklanamamaktadı. Bu amaçla muhtemelen teorik simülasyonlarda aerosollerin spektral yok oluşunu hesaba katmak gerekmektedir.
Fransız meteorolog Jean Dubois, Hulburt'tan bağımsız olarak, birkaç yıl önce Chappui'nin absorpsiyonunun alacakaranlıkta gökyüzünün başka bir renk fenomeni üzerinde bir etkisi olduğunu öne sürmüştü. Dubois, 1940'larda doktora tezinde sözde " Dünya'nın gölgesi " üzerinde çalıştı ve bu etkinin Chappui'nin özümsemesine de atfedilebileceğini öne sürdü. Ancak, bu varsayım daha yeni ölçümlerle desteklenmemektedir.
Fiziki temeller
Chappuis absorpsiyonu, 400 ile 650 nm dalga boyu aralığında sürekli bir absorpsiyondur. Ozon molekülünün fotodisosiyasyonu (parçalanmasından) kaynaklanır. Absorpsiyon maksimumu 603 nm civarındadır ve 5.23 10 −21 cm2 ve tesir kesitine sahiptir. 2 ve daha küçük maksimum 575 nm'dir ve tesir kesiti 4.83'tür 10 −21 cm2. Chappuis bantlarındaki absorbans enerjisi 1,8 ile 3,1 eV arasındadır. Ölçülen değerler, absorpsiyon mekanizmasının sıcaklığa neredeyse hiç bağlı olmadığını göstermektedir, bu sapma yüzde üçten azdır. Maksimum değeri civarında, Chappuis absorpsiyonu, Hartley bantları aralığında ultraviyole ışığın absorpsiyonundan yaklaşık üç büyüklük mertebesi daha zayıftır. Bu durumda dahi, Chappuis absorpsiyonu, Dünya atmosferindeki görünür spektrumdaki dikkate değer birkaç absorpsiyon sürecinden biridir.
Daha kısa dalga boylarında Chappuis bantlarının absorpsiyon spektrumu üzerine kaplanan, moleküler titreşimlerin neden olduğu kısmen düzensiz ve dağınık bantlardır. Bu bantların düzensizliği, ozon molekülünün ayrışmadan önce yalnızca son derece kısa bir süre için uyarılmış bir durumda olduğu anlamına gelir. Bu kısa uyarım sırasında, bazı bükülme titreşimlerinin katkıları olsa da, çoğunlukla simetrik gerilme titreşimlerine maruz kalmaktadır Titreşim yapısının deneysel verilerle uyumlu tutarlı bir teorik açıklaması, uzun süre çözülmemiş bir sorundu; bugün bile, Chappuis absorpsiyonu tüm ayrıntıları teoriyle açıklanamamaktadır.
Tıpkı ultraviyole ışığı emdiği zaman olduğu gibi, ozon molekülü Chappuis absorpsiyonu sırasında bir O2 molekülüne ve bir O atomuna ayrışabilir. Bununla birlikte, Hartley ve Huggins absorpsiyonlarının aksine, ayrışma ürünleri uyarılmış durumda kalmaz. Chappuis bantlarındaki ayrışma, Dünya atmosferinde 30 km irtifanın altındaki ozonu içeren en önemli fotokimyasal süreçtir. Bu irtifanın üzerinde, Hartley bandındaki absorpsiyonlar ağır basar. Bununla birlikte, ne Hartley ne de Chappuis absorpsiyonları, yüksek potansiyel fotoayrışma oranına rağmen, stratosferde önemli ozon kaybına neden olmaz, çünkü element halindeki oksijenin bir O2 molekülüyle karşılaşma ve yeniden ozona dönüşme olasılığı yüksektir.