Stratosferos charakteristikos, funkcijos, temperatūra

The stratosfera Tai vienas iš Žemės atmosferos sluoksnių, esančių tarp troposferos ir mezosferos. Apatinės stratosferos ribos aukštis skiriasi, tačiau tai gali būti laikoma 10 km planetos vidurinėmis platumomis. Jo viršutinė riba yra 50 km aukštis ant žemės paviršiaus.

Žemės atmosfera yra dujinis vokas, supantis planetą. Pagal cheminę sudėtį ir temperatūros svyravimus jis suskirstytas į 5 sluoksnius: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir eksosfera..

Troposfera tęsiasi nuo Žemės paviršiaus iki 10 km aukščio. Kitas sluoksnis, stratosfera, eina nuo 10 km iki 50 km virš Žemės paviršiaus.

Mesosphere svyruoja nuo 50 km iki 80 km aukščio. Termosfera nuo 80 km iki 500 km, o galiausiai eksosfera - nuo 500 km iki 10 000 km aukščio, tai yra tarpplanetinės erdvės riba..

Indeksas

• 1 Stratosferos charakteristikos
  • 1.1 Vieta
  • 1.2 Struktūra
  • 1.3 Cheminė sudėtis
• 2 Temperatūra
• 3 Ozono susidarymas
• 4 Funkcijos
• 5 Ozono sluoksnio naikinimas
  • 5.1 CFC junginiai
  • 5.2 Azoto oksidai
  • 5.3 Skiedimas ir skyles ozono sluoksnyje
  • 5.4 Tarptautiniai susitarimai dėl CFC naudojimo apribojimų
• 6 Kodėl lėktuvai nevažiuoja stratosferoje?
  • 6.1 Lėktuvai, skraidantys troposferoje
  • 6.2 Kodėl reikalingas kabinos slėgis?
  • 6.3 Skrydžiai stratosferoje, viršgarsiniu orlaiviu
  • 6.4 Iki šiol sukurtos viršgarsinio orlaivio trūkumai
• 7 Nuorodos

Stratosferos ypatybės

Vieta

Stratosfera yra tarp troposferos ir mezosferos. Apatinė šio sluoksnio riba skiriasi atsižvelgiant į platumą ar atstumą iki pusiaujo sausumos linijos.

Planetos poliuose stratosfera prasideda nuo 6 iki 10 km virš žemės paviršiaus. Ekvatoriuje jis prasideda nuo 16 iki 20 km aukščio. Viršutinė riba yra 50 km virš Žemės paviršiaus.

Struktūra

Stratosfera turi savo struktūrą sluoksniuose, kurie apibrėžiami pagal temperatūrą: šaltieji sluoksniai yra apačioje, o karštieji sluoksniai yra viršuje.

Be to, stratosferoje yra sluoksnis, kuriame yra didelė ozono koncentracija, vadinama ozono sluoksniu arba ozonosfera, kuri yra nuo 30 iki 60 km virš Žemės paviršiaus.

Cheminė sudėtis

Svarbiausias cheminis junginys stratosferoje yra ozonas. 85–90% viso Žemės atmosferoje esančio ozono yra stratosferoje.

Ozonas susidaro stratosferoje, naudojant fotocheminę reakciją (cheminę reakciją, kurioje veikia šviesa), kuri kenčia deguonį. Daugelis stratosferos dujų patenka į troposferą.

Stratosferoje yra ozono (O₃), azotas (N₂), deguonis (O₂), azoto oksidai, azoto rūgštis (HNO)₃), sieros rūgštis (H₂SO₄), silikatai ir halogeninti junginiai, pvz., chlorfluorangliavandeniliai. Kai kurios iš šių medžiagų yra iš ugnikalnių išsiveržimų. Vandens garų koncentracija (H. \ T₂Arba dujinėje būsenoje) tai yra labai maža.

Stratosferoje dujų susimaišymas vertikaliai yra labai lėtas ir praktiškai nulis, nes nėra turbulencijos. Dėl šios priežasties cheminiai junginiai ir kitos medžiagos, patekusios į šį sluoksnį, joje išlieka ilgą laiką.

Temperatūra

Temperatūra stratosferoje sukelia atvirkštinį elgesį su troposfera. Šiame sluoksnyje temperatūra pakyla aukštyje.

Šį temperatūros padidėjimą lemia cheminės reakcijos, kurios išskiria šilumą, kai ozonas įsikiša (O₃). Stratosferoje yra nemažai ozono, kuris sugeria saulės energiją ultravioletinių spindulių.

Stratosfera yra stabilus sluoksnis, be turbulencijos, maišantis dujas. Žemiausioje dalyje oras yra šaltas ir tankus, o aukščiausia - karštas ir lengvas.

Ozono susidarymas

Stratosferos molekuliniame deguonyje (O₂) skiriasi nuo ultravioletinių (UV) spindulių poveikio nuo Saulės:

O₂  +  UV LIGHT → O + O

Deguonies atomai (O) yra labai reaktyvūs ir reaguoja su deguonies molekulėmis (O₂) sudaryti ozoną (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  Šiluma

Šiame procese išsiskiria šiluma (egzoterminė reakcija). Ši cheminė reakcija yra šilumos šaltinis stratosferoje ir atsiranda aukšta temperatūra viršutiniuose sluoksniuose.

Funkcijos

Stratosfera atlieka visų Žemės planetoje egzistuojančių gyvenimo formų apsauginę funkciją. Ozono sluoksnis neleidžia pasiekti didelės energijos ultravioletinės (UV) spinduliuotės į žemės paviršių.

Ozonas sugeria ultravioletinę šviesą ir skilsta į atominį deguonį (O) ir molekulinį deguonį (O₂), kaip matyti iš šios cheminės reakcijos:

O₃  + UV LIGHT → O + O₂

Stratosferoje ozono susidarymo ir naikinimo procesai turi pusiausvyrą, palaikančią nuolatinę koncentraciją.

Tokiu būdu ozono sluoksnis veikia kaip apsauginis skydas nuo UV spindulių, kuris yra genetinių mutacijų, odos vėžio, pasėlių ir augalų sunaikinimo apskritai priežastis..

Ozono sluoksnio naikinimas

CFC junginiai

Nuo 1970 m. Mokslininkai išreiškė didelį susirūpinimą dėl žalingo chlorfluorangliavandenilių (CFC) poveikio ozono sluoksniui..

1930 m. Buvo įvestas chlorfluorangliavandenilių junginių, vadinamų freonais, naudojimas. Tarp jų yra CFCl₃ (Freonas 11), CF₂Cl₂ (Freonas 12), C₂F₃Cl₃ (Freonas 113) ir C₂F₄Cl₂ (Freonas 114). Šie junginiai yra lengvai suspaudžiami, santykinai nereaguoti ir nedegūs.

Jie pradėjo naudoti kaip šaltnešiai oro kondicionieriuose ir šaldytuvuose, pakeičiant amoniaką (NH)₃) ir sieros dioksidas (SO)₂) skystis (labai toksiškas).

Vėliau CFC buvo naudojami dideliais kiekiais gaminant vienkartinius plastikinius daiktus, kaip komercinių produktų variklius aerozolių konservų pavidalu ir kaip tirpiklius elektroninių prietaisų kortelių valymui..

Plačiai paplitęs ir plataus masto CFC naudojimas sukėlė rimtą aplinkosaugos problemą, nes pramonėje ir šaltnešio naudojimui naudojami gaminiai išleidžiami į atmosferą..

Atmosferoje šie junginiai lėtai pasklinda į stratosferą; šiame sluoksnyje jie susidaro dėl UV spinduliuotės:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Chloro atomai lengvai reaguoja su ozonu ir jį sunaikina:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Vienas chloro atomas gali sunaikinti daugiau nei 100 000 ozono molekulių.

Azoto oksidai

NOx ir NOx azoto oksidai₂ jie reaguoja sunaikindami ozoną. Šių azoto oksidų buvimas stratosferoje atsiranda dėl viršgarsinių orlaivių variklių išmetamų dujų, į žmogaus veiklą žemėje išmetamų teršalų ir vulkaninės veiklos..

Skiedimas ir skyles ozono sluoksnyje

Devintajame dešimtmetyje buvo nustatyta, kad virš pietų polių zonos susidarė ozono sluoksnio anga. Šioje srityje ozono kiekis buvo sumažintas perpus.

Taip pat buvo nustatyta, kad ozono sluoksnis sumažėjo per Šiaurės ašigalį ir visą stratosferą, ty sumažėjo jo plotis, nes ozono kiekis gerokai sumažėjo.

Ozono praradimas stratosferoje turi rimtų pasekmių gyvenimui planetoje, ir kelios šalys sutiko, kad būtina iš esmės sumažinti arba visiškai pašalinti CFC naudojimą..

Tarptautiniai susitarimai dėl CFC naudojimo ribojimo

1978 m. Daugelis šalių uždraudė naudoti CFC kaip pramoninių aerozolių pavidalo produktų variklius. 1987 m. Didžioji dauguma pramoninių šalių pasirašė vadinamąjį Monrealio protokolą - tarptautinį susitarimą, kuriame buvo nustatyti tikslai laipsniškai mažinti CFC gamybą ir visiškai panaikinti 2000 m..

Keletas šalių pažeidė Monrealio protokolą, nes šis CFC mažinimas ir panaikinimas paveiktų jų ekonomiką, taigi ekonominiai interesai prieš išsaugant gyvybę planetoje.

Kodėl lėktuvai nelanko stratosferoje?

Lėktuvo skrydžio metu yra 4 pagrindinės jėgos: liftas, lėktuvo svoris, pasipriešinimas ir traukos jėga.

Keltuvas yra jėga, kuri turi plokštumą ir stumia ją į viršų; Kuo didesnis oro tankis, tuo didesnis liftas. Kita vertus, svoris yra jėga, kuria Žemės gravitacija traukia plokštumą į Žemės centrą.

Atsparumas yra jėga, kuri lėtina ar neleidžia lėktuvui judėti. Ši atsparumo jėga veikia priešinga kryptimi plokštumos trajektorijai.

Stūmimas yra jėga, judanti plokštuma į priekį. Kaip matome, stūmimas ir pakėlimas palengvina skrydį; svoris ir pasipriešinimas veikia lėktuvo skrydžiui.

Orlaivis jie skrenda troposferoje

Komerciniai ir civiliniai lėktuvai trumpais atstumais plaukia maždaug iki 10 000 metrų aukščio, ty viršutinėje troposferos riboje..

Visuose lėktuvuose būtina, kad kabina būtų suslėgta, ty suslėgto oro pumpavimas lėktuvo lėktuve..

Kodėl reikalingas kabinos slėgis?

Kadangi orlaivis pakyla aukštesniame aukštyje, sumažėja išorinis atmosferos slėgis ir sumažėja deguonies kiekis.

Jei į saloną neįleidžiamas oro slėgis, keleiviai nukentėtų nuo hipoksijos (arba kalnų ligos), o tokie simptomai kaip nuovargis, galvos svaigimas, galvos skausmas ir sąmonės netekimas dėl deguonies trūkumo..

Jei suslėgto oro tiekimas į saloną arba dekompresija įvyksta, gedimas įvyktų, kai orlaivis turi nedelsiant nusileisti, o visi jo keleiviai turėtų dėvėti deguonies kaukes.

Skrydžiai stratosferoje, viršgarsiniu orlaiviu

Aukštesniame nei 10 000 metrų aukštyje, stratosferoje, dujinio sluoksnio tankis yra mažesnis, todėl liftas, kuris skatina skrydį, taip pat yra mažesnis.

Kita vertus, šiais dideliais aukščiais deguonies kiekis (O₂) ore yra mažesnis, ir tai reikalinga tiek deginant dyzelinį kurą, kuris daro orlaivio variklį, tiek ir veiksmingai spaudžiant saloną.

Aukštyje, viršijančioje 10 000 metrų virš žemės paviršiaus, lėktuvas turi eiti labai dideliu greičiu, vadinamu viršgarsiniu, pasiekiančiu daugiau nei 1225 km / val..

Šiuolaikinio orlaivio orlaivio trūkumai

Supersoniniai skrydžiai gamina vadinamuosius garsinius sprogimus, kurie yra labai garsūs triukšmai, panašūs į griaustinį. Šie triukšmai neigiamai veikia gyvūnus ir žmones.

Be to, šie viršgarsiniai orlaiviai turi naudoti daugiau degalų ir todėl gaminti daugiau oro teršalų nei orlaiviai, plaukiantys mažesniame aukštyje..

Į viršgarsinį orlaivį jų gamybai reikia daug galingesnių variklių ir brangių specialių medžiagų. Komerciniai skrydžiai buvo tokie ekonomiški, kad jų įgyvendinimas nebuvo pelningas.

Nuorodos

1. S.M., Hegglinas, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada ir et. (2017). Viršutinės troposferos ir stratosferos vandens garų ir ozono įvertinimas Reanalizėse kaip S-RIP dalis. Atmosferos chemija ir fizika. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. ir kt. (2019). Silpni Stratospheric Polar Vortex įvykiai, moduliuoti Arkties jūros ir ledo nuostoliais. Geofizinių tyrimų žurnalas: atmosferos. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. ir kt. (2019). Troposferos-Stratosferos dinaminė jungtis, atsižvelgiant į Šiaurės Atlanto sūkurinių variklių kintamumą. Japonijos mokslo ir technologijų agentūra. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D. M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosferinė įtaka troposferiniams reaktyviniams srautams, audros takams ir paviršiaus orui. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Stratosferos-troposferos mainai: apžvalga ir tai, ką sužinojome iš STACCATO. Geofizinių tyrimų žurnalas: atmosferos. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratosferinis ozono sluoksnis. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (red.) 20 metų ozono mažėjimas. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5