Карактеристике стратосфере, функције, температура



Тхе стратосфера То је један од слојева Земљине атмосфере, смјештен између тропосфере и мезосфере. Надморска висина доње границе стратосфере варира, али се може узети као 10 км за средње ширине планете. Његова горња граница је висина од 50 км на површини Земље.

Земљина атмосфера је плиновити омотач који окружује планету. Према хемијском саставу и температурним варијацијама, подељен је на 5 слојева: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и егзосфера.

Тропосфера се простире од површине Земље до висине од 10 км. Следећи слој, стратосфера, иде од 10 км до 50 км изнад Земљине површине.

Мезосфера се креће од 50 км до 80 км у висину. Термосфера од 80 км до 500 км, а на крају и егзосфера се протеже од 500 км до 10.000 км у висину, што је граница са међупланетарним простором.

Индек

  • 1 Карактеристике стратосфере
    • Локација
    • 1.2 Структура
    • 1.3 Хемијски састав
  • 2 Температуре
  • 3 Формирање озона
  • 4 Функције
  • 5 Уништавање озонског омотача
    • 5.1 ЦФЦ спојеви
    • 5.2 Азотни оксиди
    • 5.3 Проређивање и рупе у озонском омотачу
    • 5.4 Међународни споразуми о ограничењу употребе ЦФЦ-а
  • 6 Зашто авиони не лете у стратосфери?
    • 6.1 Авиони који лете у тропосфери
    • 6.2 Зашто је потребан притисак у кабини?
    • 6.3 Летови у стратосфери, суперсонични авиони
    • 6.4 Недостаци развијених до сада надзвучних авиона
  • 7 Референце

Карактеристике стратосфере

Локација

Стратосфера се налази између тропосфере и мезосфере. Доња граница овог слоја варира са географском ширином или растојањем до екваторијалне земаљске линије.

На половима планете, стратосфера почиње између 6 и 10 км изнад земљине површине. На екватору почиње између 16 и 20 км надморске висине. Горња граница је 50 км изнад површине Земље.

Структура

Стратосфера има своју структуру у слојевима, који су дефинисани температуром: хладни слојеви су на дну, а врући слојеви су на врху..

Такође, стратосфера има слој где постоји висока концентрација озона, названа озонски омотач или озоносфера, која је између 30 и 60 км изнад Земљине површине..

Хемијски састав

Најважнији хемијски спој у стратосфери је озон. 85 до 90% укупног озона присутног у Земљиној атмосфери је у стратосфери.

Озон се формира у стратосфери путем фотокемијске реакције (хемијска реакција у којој светлост интервенише) која пати од кисеоника. Велики део гасова у стратосфери улази из тропосфере.

Стратосфера садржи озон (О3), азот (Н2кисеоник (О2), азотни оксиди, азотна киселина (ХНО)3сумпорна киселина (Х2СО4), силикати и халогенирана једињења, као што су хлорофлуороугљеници. Неке од ових супстанци потичу од вулканских ерупција. Концентрација водене паре (Х2Или у гасовитом стању) у стратосфери је веома ниско.

У стратосфери, мешавина гасова вертикално је веома спора и практично нула, због одсуства турбуленције. Из тог разлога, хемијска једињења и други материјали који улазе у овај слој остају у њему дуго времена.

Температуре

Температура у стратосфери представља обрнуто понашање у односу на тропосферу. У овом слоју температура расте са висином.

Ово повећање температуре је последица појаве хемијских реакција које ослобађају топлоту, где се интервенише озон (О3). У стратосфери постоје знатне количине озона, који апсорбује високо-енергетско ултраљубичасто зрачење од Сунца.

Стратосфера је стабилан слој, без турбуленције која мијеша гасове. Ваздух је хладан и густ у најнижем делу, ау највишем делу је топао и светао.

Формирање озона

У молекуларном кисеонику стратосфере (О2) је дисоциран ефектом ултраљубичастог (УВ) зрачења од Сунца:

О2  +  УВ СВЕТЛО → О + О

Атоми кисеоника (О) су високо реактивни и реагују са молекулима кисеоника (О2) да се формира озон (О3):

О + О2 →  О3  +  Хеат

У овом процесу ослобађа се топлота (егзотермна реакција). Ова хемијска реакција је извор топлоте у стратосфери и ствара високе температуре у горњим слојевима.

Функције

Стратосфера испуњава заштитну функцију свих облика живота који постоје на планети Земљи. Озонски омотач спречава високо-енергетско ултраљубичасто (УВ) зрачење да досегне површину Земље.

Озон апсорбује ултраљубичасту светлост и разлаже се на атомски кисеоник (О) и молекуларни кисеоник (О2), као што показује следећа хемијска реакција:

О3  + УВ СВЕТЛО → О + О2

У стратосфери, процеси формирања и уништавања озона су у равнотежи која одржава њену сталну концентрацију.

На овај начин, озонски омотач ради као заштитни штит од УВ зрачења, што је узрок генетских мутација, рака коже, уништавања усјева и биљака уопште..

Уништавање озонског омотача

ЦФЦ једињења

Од 1970-их, истраживачи су изразили велику забринутост због штетног дјеловања клорофлуороугљика (ЦФЦ) на озонски омотач..

Године 1930. уведена је употреба хлорофлуороугљичних једињења која се називају комерцијални фреони. Међу њима су ЦФЦл3 (Фреон 11), ЦФ2Цл2 (Фреон 12), Ц2Ф3Цл3 (Фреон 113) и Ц2Ф4Цл2 (Фреон 114). Ова једињења су лако компресибилна, релативно нереактивна и незапаљива.

Почели су да се користе као расхладна средства у клима уређајима и хладњацима, замјењујући амонијак (НХ3) и сумпор диоксида (СО)2) течност (високо токсична).

Након тога, ЦФЦ се користе у великим количинама у производњи пластичних предмета за једнократну употребу, као погонска горива за комерцијалне производе у облику конзервираних аеросола, и као растварачи за чишћење картица електронских уређаја..

Широко распрострањена и велика употреба ЦФЦ-а проузроковала је озбиљан еколошки проблем, будући да се они који се користе у индустрији и расхладним средствима испуштају у атмосферу..

У атмосфери, ова једињења се споро шире у стратосферу; у овом слоју се подвргавају разградњи услед УВ зрачења:

ЦФЦл3 → ЦФЦл2  +  Цл

ЦФ2Цл2  → ЦФ2Цл + Цл

Атоми хлора веома лако реагују са озоном и уништавају га:

Цл + О3  → ЦлО + О2

Један атом хлора може уништити више од 100.000 молекула озона.

Азотни оксиди

НОк и НОк азотни оксиди2 реагују уништавањем озона. Присуство ових оксида азота у стратосфери је последица гасова емитованих од стране суперсоничних авионских мотора, до емисија из људских активности на Земљи и до вулканске активности..

Стањивање и рупе у озонском слоју

Осамдесетих година прошлог вијека откривено је да се изнад подручја Јужног пола формирао отвор у озонском омотачу. У овом подручју количина озона је преполовљена.

Такође је откривено да се преко Северног пола и кроз стратосферу озонски омотач проредио, односно да је смањио ширину јер је количина озона знатно опала..

Губитак озона у стратосфери има озбиљне посљедице за живот на планети, а неколико земаља је прихватило да је драстично смањење или потпуна елиминација употребе ЦФЦ-а неопходна и хитна..

Међународни споразуми о ограничавању употребе ЦФЦ-а

Године 1978. многе земље су забраниле употребу ЦФЦ-а као погонског горива за комерцијалне производе у облику аеросола. Године 1987. велика већина индустријализираних земаља потписала је тзв. Монтреалски протокол, међународни споразум у којем су постављени циљеви за постепено смањење производње ЦФЦ-а и његова потпуна елиминација у 2000. години..

Неколико земаља је прекршило Монтреалски протокол, јер би то смањење и елиминација ЦФЦ-а утицало на њихову економију, стављајући економске интересе пред очување живота на планети Земљи..

Зашто авиони не лете у стратосфери?

Током лета авиона постоје 4 основне силе: лифт, тежина авиона, отпор и потисак \ т.

Дизало је сила која држи авион и гура га; што је већа густина ваздуха, то је већи лифт. Са друге стране, тежина је сила којом Земљина гравитација вуче раван према центру Земље.

Отпор је сила која успорава или спречава напредовање авиона. Ова сила отпора делује у супротном смеру од путање авиона.

Притисак је сила која помера авион напред. Као што видимо, гурање и дизање погодују лету; Тежина и отпорност су у супротности са летом авиона.

Аирцрафт тхат лете у тропосфери

Комерцијални и цивилни авиони на кратке удаљености лете отприлике до 10.000 метара висине, то јест, у горњој граници тропосфере.

У свим авионима неопходно је да постоји кабина под притиском, која се састоји од пумпања компримованог ваздуха у кабини авиона.

Зашто је потребан притисак у кабини?

Како се авион уздиже на веће висине, спољни атмосферски притисак се смањује и садржај кисеоника се такође смањује.

Ако се ваздух под притиском не доводи у кабину, путници ће патити од хипоксије (или планинске болести), са симптомима као што су умор, вртоглавица, главобоља и губитак свести услед недостатка кисеоника..

Ако дође до квара у доводу компримованог ваздуха у кабину или декомпресије, наступиће хитан случај када се ваздухоплов мора одмах спустити, а сви његови путници треба да носе маске са кисеоником..

Летови у стратосфери, суперсонични авиони

На висинама већим од 10.000 метара, у стратосфери, густина гасовитог слоја је нижа, а самим тим и лифт који фаворизује лет је нижи.

С друге стране, на овим великим висинама садржај кисеоника (О2) у ваздуху је мањи, а то је потребно и за сагоревање дизел горива које чини мотор ваздухоплова радом, и за ефективан притисак у кабини.

На висинама већим од 10.000 метара изнад земљине површине, авион мора ићи на веома високим брзинама, названим надзвучно, достижући преко 1225 км / х на нивоу мора.

Недостаци суперсоничног авиона развијени до сада

Суперсонични летови производе такозване звучне експлозије, које су веома гласне буке сличне грмљавини. Ови звукови негативно утичу на животиње и људе.

Поред тога, ови суперсонични авиони треба да користе више горива и стога производе више загађивача ваздуха од авиона који лети на нижим висинама..

Суперсонични авиони захтевају много снажније моторе и скупе специјалне материјале за њихову производњу. Комерцијални летови су били толико економски скупи да њихова имплементација није била профитабилна.

Референце

  1. С.М., Хегглин, М.И., Фујивара, М., Драгани, Р., Харада, и сур. (2017). Процјена горње тропосферске и стратосферске водене паре и озона у реанализама као дио С-РИП. Атмоспхериц Цхемистри анд Пхисицс. 17: 12743-12778. дои: 10.5194 / ацп-17-12743-2017
  2. Хосхи, К., Укита, Ј., Хонда, М. Накамура, Т., Иамазаки, К. и др. (2019). Слабо стање стратосферског поларног вртлога које је модификовао Арцтиц Сеа-Ице Лосс. Часопис за геофизичка истраживања: Атмосфере. 124 (2): 858-869. дои: 10.1029 / 2018ЈД029222
  3. Икбал, В., Ханнацхи, А., Хироока, Т., Цхафик, Л., Харада, И. и др. (2019). Динамичко повезивање тропосфере-стратосфере у односу на северно-атлантску варијабилност млазних мотора са Едди-јем. Јапанска агенција за науку и технологију. дои: 10.2151 / јмсј.2019-037
  4. Кидстон, Ј., Сцаифе, А.А., Хардиман, С.Ц., Митцхелл, Д.М., Бутцхарт, Н. ет ал. (2015). Стратосферски утицај на тропосферске млазне струје, трагове олуја и површинско време. Натуре 8: 433-440.
  5. Стохл, А., Бонасони П., Цристофанелли, П., Цоллинс, В., Феицхтер Ј. ет ал. (2003). Размјена у стратосфери-тропосфери: преглед и оно што смо научили од СТАЦЦАТО-а. Часопис за геофизичка истраживања: Атмосфере. 108 (Д12). дои: 10.1029 / 2002јД002490
  6. Ровланд Ф.С. (2009) Стратоспхериц Озоне Деплетион. У: Зерефос Ц., Цонтопоулос Г., Скалкеас Г. (едс) Двадесет година пада озона. Спрингер. дои: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5