La unidad Dobson (DU) es una unidad de medida de la cantidad de un gas traza en una columna vertical a través de la atmósfera terrestre . Se originó y continúa utilizándose principalmente con respecto al estudio del ozono atmosférico , cuya cantidad total de columnas, generalmente denominada "ozono total" y, a veces, "abundancia de columnas", está dominada por las altas concentraciones de ozono en la estratosfera. capa de ozono .
La unidad Dobson se define como el espesor (en unidades de 10 μm) de la capa de gas puro que se formaría por la cantidad total de la columna en condiciones estándar de temperatura y presión (STP). [1] [2] Esto a veces se denomina "mili-atmo-centímetro". Por lo tanto, una cantidad típica de columna de 300 DU de ozono atmosférico formaría una capa de 3 mm de gas puro en la superficie de la Tierra si su temperatura y presión se ajustaran a STP.
La unidad Dobson lleva el nombre de Gordon Dobson , un investigador de la Universidad de Oxford que en los años 1920 construyó el primer instrumento para medir el ozono total desde el suelo, haciendo uso de un monocromador de doble prisma para medir la absorción diferencial de diferentes bandas de radiación ultravioleta solar. Radiación por la capa de ozono. Este instrumento, denominado espectrofotómetro de ozono Dobson , ha formado la columna vertebral de la red mundial de seguimiento del ozono atmosférico [3] y fue la fuente del descubrimiento en 1984 del agujero de ozono en la Antártida . [4]
La NASA utiliza un valor de referencia de 220 DU para el ozono. Este fue elegido como punto de partida para las observaciones del agujero de ozono en la Antártida , ya que antes de 1979 no se encontraron valores inferiores a 220 unidades Dobson. Además, a partir de mediciones directas sobre la Antártida, el resultado es un nivel de columna de ozono inferior a 220 unidades Dobson. de la pérdida de ozono debida a los compuestos de cloro y bromo . [5]
Además, las unidades Dobson se utilizan a menudo para describir las densidades totales de columna de dióxido de azufre , que se produce en la atmósfera en pequeñas cantidades debido a la combustión de combustibles fósiles, a partir de procesos biológicos que liberan sulfuro de dimetilo o por combustión natural como los incendios forestales. Las erupciones volcánicas también pueden liberar a la atmósfera grandes cantidades de dióxido de azufre. La unidad Dobson se utiliza para describir las cantidades totales de columna de dióxido de azufre porque apareció en los primeros días de la teledetección del ozono en instrumentos satelitales ultravioleta (como TOMS ).
La unidad Dobson surge de la ley de los gases ideales.
donde P y V son presión y volumen respectivamente, y n , R y T son el número de moles de gas, la constante del gas (8,314 J/(mol·K)) y T es la temperatura en kelvins (K).
La densidad numérica del aire es el número de moléculas o átomos por unidad de volumen:
y cuando se conecta a la ley de los gases reales, la densidad numérica del aire se encuentra usando la presión, la temperatura y la constante de los gases reales:
La densidad numérica (moléculas/volumen) del aire a temperatura y presión estándar ( T = 273 K y P = 101325 Pa) es, usando esta ecuación,
Con algunas conversiones de unidades de julios a pascales metros cúbicos, la ecuación para moléculas/volumen es
Una unidad Dobson es la cantidad total de gas traza por unidad de área. En las ciencias atmosféricas, esto se conoce como densidad de columna. Pero ¿cómo se pueden convertir unidades de moléculas por metro cúbico , un volumen, a moléculas por centímetro cuadrado , un área? Esto debe hacerse mediante la integración. Para obtener la densidad de la columna, integre la columna total sobre una altura. Según la definición de unidades Dobson, 1 DU = 0,01 mm de gas traza cuando se comprime hasta el nivel del mar a temperatura y presión estándar. Entonces, integrando la densidad numérica del aire de 0 a 0,01 mm, se vuelve igual a 1 DU:
Por tanto el valor de 1 DU es 2,69 × 1020 moléculas por metro cuadrado.
