Značilnosti stratosfere, funkcije, temperatura



The stratosfero Je ena od plasti Zemljine atmosfere, ki se nahaja med troposfero in mezosfero. Nadmorska višina spodnje meje stratosfere je različna, vendar jo lahko vzamemo za 10 km za srednje zemljepisne širine planeta. Njegova zgornja meja je 50 km nadmorske višine na površini Zemlje.

Zemljina atmosfera je plinasta ovojnica, ki obdaja planet. Glede na kemijsko sestavo in temperaturne spremembe je razdeljena na 5 plasti: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera in eksosfera.

Troposfera se razteza od površine Zemlje do višine 10 km. Naslednja plast, stratosfera, sega od 10 km do 50 km nad zemeljsko površino.

Mezosfera se giblje od 50 km do 80 km v višino. Termosfera od 80 km do 500 km in končno eksosfera sega od 500 km do 10.000 km v višino, kar je meja medplanetarnega prostora.

Indeks

  • 1 Značilnosti stratosfere
    • 1.1 Lokacija
    • 1.2 Struktura
    • 1.3 Kemijska sestava
  • 2 Temperatura
  • 3 Nastajanje ozona
  • 4 Funkcije
  • 5 Uničenje ozonskega plašča
    • 5.1 CFC spojine
    • 5.2 Dušikovi oksidi
    • 5.3 Redčenje in luknje v ozonskem plašču
    • 5.4 Mednarodni sporazumi o omejitvah uporabe CFC
  • 6 Zakaj letala ne letijo v stratosferi?
    • 6.1 Letala, ki letijo v troposferi
    • 6.2 Zakaj je potrebno pritiskanje kabine?
    • 6.3 Leti v stratosferi, nadzvočna letala
    • 6.4 Pomanjkljivosti do zdaj razvitih nadzvočnih letal
  • 7 Reference

Značilnosti stratosfere

Lokacija

Stratosfera se nahaja med troposfero in mezosfero. Spodnja meja te plasti se spreminja z zemljepisno širino ali razdaljo do ekvatorialne zemeljske črte.

Na poltih planeta se stratosfera začne med 6 in 10 km nad zemeljsko površino. Na ekvatorju se začne med 16 in 20 km nadmorske višine. Zgornja meja je 50 km nad površino Zemlje.

Struktura

Stratosfera ima svojo strukturo v slojih, ki so določeni s temperaturo: hladne plasti so na dnu, vroče plasti pa na vrhu..

Stratosfera ima tudi plast, kjer je visoka koncentracija ozona, imenovana ozonski plašč ali ozonosfera, ki je od 30 do 60 km nad zemeljsko površino..

Kemična sestava

Najpomembnejša kemična spojina v stratosferi je ozon. V stratosferi je 85 do 90% celotnega ozona, ki je prisoten v Zemljini atmosferi.

Ozon nastaja v stratosferi s pomočjo fotokemične reakcije (kemijska reakcija, pri kateri svetloba posega), ki trpi za kisikom. Velik del plinov v stratosferi vstopa iz troposfere.

Stratosfera vsebuje ozon (O3), dušik (N2kisik (O2), dušikovi oksidi, dušikova kislina (HNO)3), žveplova kislina (H2SO4), silikati in halogenirane spojine, kot so klorofluoroogljiki. Nekatere od teh snovi prihajajo iz vulkanskih izbruhov. Koncentracija vodne pare (H2Ali v plinastem stanju) v stratosferi je zelo nizko.

V stratosferi je mešanica plinov vertikalno zelo počasna in praktično nič, zaradi odsotnosti turbulence. Zato kemijske spojine in drugi materiali, ki vstopajo v to plast, ostanejo v njem dolgo časa.

Temperatura

Temperatura v stratosferi kaže obrnjeno obnašanje kot v troposferi. V tem sloju se temperatura poveča z nadmorsko višino.

To povišanje temperature je posledica pojavov kemičnih reakcij, ki sproščajo toploto, kjer se ozon poseže (O3). V stratosferi obstajajo velike količine ozona, ki absorbira visoko energijsko ultravijolično sevanje sonca.

Stratosfera je stabilna plast brez turbulence, ki meša pline. Zrak je v najnižjem delu hladen in gost, v najvišjem delu pa je vroč in svetel.

Ustvarjanje ozona

V molekularnem kisiku v stratosferi (O2) je ločen z učinkom ultravijoličnega (UV) sevanja sonca:

O2  +  UV SVETLOBA → O + O

Atomi kisika (O) so visoko reaktivni in reagirajo s kisikovimi molekulami (O2), da tvorijo ozon (O3):

O + O2 →  O3  +  Toplota

Pri tem se sprosti toplota (eksotermna reakcija). Ta kemijska reakcija je vir toplote v stratosferi in izvira iz visokih temperatur v zgornjih plasteh.

Funkcije

Stratosfera izpolnjuje zaščitno funkcijo vseh oblik življenja, ki obstajajo na planetu Zemlja. Ozonski plašč preprečuje, da bi visokoenergetsko ultravijolično (UV) sevanje doseglo zemeljsko površino.

Ozon absorbira ultravijolično svetlobo in razpade na atomski kisik (O) in molekularni kisik (O2), kot kaže naslednja kemijska reakcija:

O3  + UV SVETLOBA → O + O2

V stratosferi so procesi nastajanja in uničevanja ozona v ravnotežju, ki ohranja njegovo stalno koncentracijo.

Na ta način deluje ozonski plašč kot zaščitni ščit pred UV sevanjem, ki je vzrok za genetske mutacije, kožni rak, uničevanje pridelkov in rastlin na splošno..

Uničenje ozonskega plašča

CFC spojine

Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja so raziskovalci izrazili veliko zaskrbljenost zaradi škodljivih učinkov klorofluoroogljikovodikov (CFC) na ozonski plašč..

Leta 1930 je bila uvedena uporaba klorofluoroogljikovih spojin, imenovanih komercialno freoni. Med temi so CFCl3 (Freon 11), CF2Cl2 (Freon 12), C2F3Cl3 (Freon 113) in C2F4Cl2 (Freon 114). Te spojine so lahko stisljive, relativno neaktivne in nevnetljive.

Začeli so se uporabljati kot hladilna sredstva v klimatskih napravah in hladilnikih, ki nadomeščajo amoniak (NH3) in žveplov dioksid (SO)2) tekočina (zelo strupena).

Kasneje se CFC uporabljajo v velikih količinah pri izdelavi plastičnih predmetov za enkratno uporabo, kot pogonska sredstva za komercialne proizvode v obliki aerosolov v pločevinkah in kot topila za čiščenje kartic z elektronskimi napravami..

Razširjena in obsežna uporaba CFC je povzročila resen okoljski problem, saj se tisti, ki se uporabljajo v industriji, in uporaba hladilnega sredstva odvajajo v ozračje..

V ozračju te spojine počasi difundirajo v stratosfero; v tem sloju se razgradijo zaradi UV sevanja:

CFCl3 → CFCl2  +  Cl

CF2Cl2  → CF2Cl + Cl

Klorov atomi se zelo enostavno odzovejo z ozonom in ga uničijo: \ t

Cl + O3  → ClO + O2

En sam atom klora lahko uniči več kot 100.000 molekul ozona.

Dušikovi oksidi

Dušikovih oksidov NOx in NOx2 reagirajo z uničevanjem ozona. Prisotnost teh dušikovih oksidov v stratosferi je posledica plinov, ki jih oddajajo nadzvočne letalske motorje, emisij iz človeških dejavnosti na Zemlji in vulkanske dejavnosti..

Redčenje in luknje v ozonskem plašču

V osemdesetih letih 20. stoletja je bilo ugotovljeno, da se je ozonska plast odprla nad območjem Južnega pola. Na tem področju se je količina ozona zmanjšala za polovico.

Ugotovljeno je bilo tudi, da se je ozonska plast nad severnim polom in v celotni stratosferi redčila, kar pomeni, da je zmanjšala širino ozona, ker se je količina ozona znatno zmanjšala.

Izguba ozona v stratosferi ima resne posledice za življenje na planetu in več držav je sprejelo, da je drastično zmanjšanje ali popolna odprava uporabe CFC nujna in nujna..

Mednarodni sporazumi o omejevanju uporabe CFC

Leta 1978 so mnoge države prepovedale uporabo CFC kot pogonskih snovi za komercialne proizvode v obliki aerosolov. Leta 1987 je velika večina industrijskih držav podpisala tako imenovani Montrealski protokol, mednarodni sporazum, kjer so bili zastavljeni cilji za postopno zmanjšanje proizvodnje CFC in njeno popolno odpravo v letu 2000..

Več držav je kršilo Montrealski protokol, ker bi to zmanjšanje in odprava CFC-jev vplivalo na njihovo gospodarstvo in postavilo gospodarske interese pred ohranitev življenja na planetu Zemljo.

Zakaj letala ne letijo v stratosferi?

Med letom letala obstajajo 4 osnovne sile: dvigalo, teža letala, upornost in potisk \ t.

Dvigalo je sila, ki drži ravnino in jo potisne navzgor; večja je gostota zraka, večje je dvigalo. Po drugi strani je teža sila, s katero gravitacija Zemlje potegne ravnino proti središču Zemlje.

Upor je sila, ki upočasni ali prepreči napredovanje ravnine. Ta uporna sila deluje v nasprotni smeri od trajektorije ravnine.

Poteg je sila, ki premakne letalo naprej. Kot vidimo, je potiskanje in dvigovanje v prid poletu; Teža in upornost ogrozita let letala.

Letala, ki letijo v troposferi

Komercialna in civilna letala na kratkih razdaljah letijo približno do 10.000 metrov višine, to je v zgornji meji troposfere.

Na vseh letalih je potrebno, da je kabina pod pritiskom, ki je sestavljena iz črpanja stisnjenega zraka v pilotski kabini letala..

Zakaj je potrebno pritiskanje kabine?

Ker se letalo dviguje na višje nadmorske višine, se zunanji atmosferski tlak zniža, vsebina kisika pa se zmanjša.

Če se v kabino ne dovoli stisnjen zrak, bi potniki trpeli zaradi hipoksije (ali gorske bolezni) s simptomi, kot so utrujenost, omotica, glavobol in izguba zavesti zaradi pomanjkanja kisika..

Če pride do okvare v dovodu stisnjenega zraka v kabino ali dekompresije, bi prišlo do izrednega dogodka, v katerem bi se moral zrakoplov takoj spustiti, vsi potniki pa bi morali nositi kisikove maske..

Leti v stratosferi, nadzvočna letala

Na višinah nad 10.000 metrov, v stratosferi, je gostota plinske plasti nižja, zato je tudi dvigalo, ki daje prednost letenju, nižje..

Po drugi strani pa pri teh velikih višinah vsebnost kisika (O2) je v zraku manjši, kar je potrebno tako za zgorevanje dizelskega goriva, ki omogoča delovanje motorja zrakoplova, kot tudi za učinkovit pritisk v kabini.

Na višinah, večjih od 10.000 metrov nad zemeljsko površino, mora letalo voziti na zelo visokih hitrostih, imenovanih nadzvočni, ki doseže več kot 1225 km / h na morski gladini.

Slabosti nadzvočnih letal so se razvile do danes

Nadzvočni leti proizvajajo ti zvočne eksplozije, ki so zelo glasni zvoki, podobni gromu. Ti šumovi negativno vplivajo na živali in ljudi.

Poleg tega morajo ta nadzvočna letala porabiti več goriva in zato proizvesti več onesnaževal zraka kot letala, ki letijo na nižjih višinah..

Supersonična letala zahtevajo veliko močnejše motorje in drage posebne materiale za njihovo izdelavo. Komercialni leti so bili tako ekonomsko dragi, da njihovo izvajanje ni bilo donosno.

Reference

  1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada in et. (2017). Ocena zgornje troposferske in stratosferske vodne pare in ozona v reanalizah kot del S-RIP. Atmosferska kemija in fizika. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
  2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. in vsi. (2019). Slabi dogodki v stratosferskem polarnem vrtincu, ki jih je moduliral Arktični morski led. Revija za geofizikalne raziskave: atmosfere. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
  3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et al. (2019). Dinamično spenjanje troposfersko-stratosferske zasedbe glede na severnoatlantsko variabilnost mlaznih motorjev. Japonska agencija za znanost in tehnologijo. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
  4. Kidston, J., Scaife, A.A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosferski vpliv na troposferske curke, neurje in površinsko vreme. Nature 8: 433-440.
  5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Stratosfersko-troposferska izmenjava: pregled in kaj smo se naučili iz STACCATO. Revija za geofizikalne raziskave: atmosfere. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
  6. Rowland F.S. (2009) Zmanjšanje stratosferskega ozona. V: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (ur.) Dvajset let padca ozona. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5