Značajke, funkcije, temperatura stratosfere

stratosfera To je jedan od slojeva Zemljine atmosfere, smješten između troposfere i mezosfere. Nadmorska visina donje granice stratosfere varira, ali se može uzeti kao 10 km za srednje širine planeta. Njegova gornja granica je 50 km nadmorske visine na površini Zemlje.

Zemljina atmosfera je plinoviti omotač koji okružuje planet. Prema kemijskom sastavu i temperaturnim varijacijama, podijeljen je na 5 slojeva: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera.

Troposfera se proteže od površine Zemlje do visine od 10 km. Sljedeći sloj, stratosfera, ide od 10 km do 50 km iznad Zemljine površine.

Mezosfera se kreće od 50 km do 80 km u visinu. Termosfera od 80 km do 500 km, a na kraju i egzosfera proteže se od 500 km do 10 000 km u visinu, što je granica s međuplanetarnim prostorom.

indeks

• 1 Značajke stratosfere
  • 1,1 Mjesto
  • 1.2 Struktura
  • 1.3 Kemijski sastav
• 2 Temperatura
• 3 Stvaranje ozona
• 4 Funkcije
• 5 Uništavanje ozonskog omotača
  • 5.1 CFC spojevi
  • 5.2 Dušikovi oksidi
  • 5.3 Proređivanje i rupe u ozonskom omotaču
  • 5.4. Međunarodni sporazumi o ograničenjima uporabe CFC-a
• 6 Zašto avioni ne lete u stratosferi?
  • 6.1 Zrakoplovi koji lete u troposferi
  • 6.2 Zašto je potreban pritisak u kabini?
  • 6.3 Letovi u stratosferi, nadzvučni zrakoplovi
  • 6.4 Nedostaci razvijenih do sada nadzvučnih zrakoplova
• 7 Reference

Obilježja stratosfere

lokacija

Stratosfera se nalazi između troposfere i mezosfere. Donja granica ovog sloja varira s geografskom širinom ili udaljenosti do ekvatorijalne zemaljske linije.

Na polovima planeta, stratosfera počinje između 6 i 10 km iznad zemljine površine. Na ekvatoru počinje između 16 i 20 km nadmorske visine. Gornja granica je 50 km iznad površine Zemlje.

struktura

Stratosfera ima svoju strukturu u slojevima, koji su određeni temperaturom: hladni slojevi su na dnu, a vrući slojevi su na vrhu..

Također, stratosfera ima sloj gdje je visoka koncentracija ozona, nazvana ozonski sloj ili ozonosfera, koja je između 30 i 60 km iznad Zemljine površine..

Kemijski sastav

Najvažniji kemijski spoj u stratosferi je ozon. 85 do 90% ukupnog ozona prisutnog u Zemljinoj atmosferi je u stratosferi.

Ozon se formira u stratosferi putem fotokemijske reakcije (kemijska reakcija u kojoj svjetlo intervenira) koja pati od kisika. Veliki dio plinova u stratosferi ulazi iz troposfere.

Stratosfera sadrži ozon (O₃dušik (N₂kisik (O₂), dušikovi oksidi, dušična kiselina (HNO)₃sumporna kiselina (H₂SW₄), silikati i halogenirani spojevi, kao što su klorofluorougljici. Neke od tih tvari potječu od vulkanskih erupcija. Koncentracija vodene pare (H₂Ili u plinovitom stanju) u stratosferi, vrlo je niska.

U stratosferi, smjesa plinova vertikalno je vrlo spora i praktički nula, zbog odsutnosti turbulencije. Zbog toga kemijski spojevi i drugi materijali koji ulaze u taj sloj ostaju u njemu dugo vremena.

temperatura

Temperatura u stratosferi predstavlja obrnuto ponašanje u odnosu na troposferu. U ovom sloju temperatura raste s visinom.

To povećanje temperature posljedica je pojave kemijskih reakcija koje oslobađaju toplinu, gdje intervenira ozon (O₃). U stratosferi postoje znatne količine ozona, koji apsorbira visoko-energetsko ultraljubičasto zračenje Sunca.

Stratosfera je stabilan sloj, bez turbulencije koja miješa plinove. Zrak je hladan i gust u najnižem dijelu, au najvišem dijelu je vruće i svjetlo.

Formiranje ozona

U molekularnom kisiku u stratosferi (O₂) je odvojen djelovanjem ultraljubičastog (UV) zračenja od Sunca:

O₂  +  UV SVJETLO → O + O

Atomi kisika (O) su visoko reaktivni i reagiraju s molekulama kisika (O₂) da se formira ozon (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  vrućina

U tom se procesu oslobađa toplina (egzotermna reakcija). Ova kemijska reakcija je izvor topline u stratosferi i potiče njezine visoke temperature u gornjim slojevima.

funkcije

Stratosfera ispunjava zaštitnu funkciju svih oblika života koji postoje na planeti Zemlji. Ozonski omotač sprječava ultravioletno (UV) zračenje visoke energije da dopre do površine Zemlje.

Ozon apsorbira ultraljubičasto svjetlo i razgrađuje se na atomski kisik (O) i molekularni kisik (O₂), kao što pokazuje sljedeća kemijska reakcija:

O₃  + UV SVJETLO → O + O₂

U stratosferi, procesi stvaranja i uništavanja ozona su u ravnoteži koja održava njenu stalnu koncentraciju.

Na taj način ozonski omotač djeluje kao zaštitni štit od UV zračenja, što je uzrok genetskih mutacija, raka kože, uništavanja usjeva i biljaka općenito.

Uništavanje ozonskog omotača

CFC spojevi

Od 1970-ih, istraživači su izrazili veliku zabrinutost zbog štetnog djelovanja klorofluorougljika (CFC) na ozonski omotač..

Godine 1930. uvedena je upotreba klorofluorougljikovodičnih spojeva zvanih komercijalnih freona. Među njima su CFCl₃ (Freon 11), CF₂cl₂ (Freon 12), C₂F₃cl₃ (Freon 113) i C₂F₄cl₂ (Freon 114). Ovi spojevi su lako stlačivi, relativno nereaktivni i nezapaljivi.

Počeli su se koristiti kao rashladna sredstva u klima uređajima i hladnjacima, zamjenjujući amonijak (NH₃) i sumpornog dioksida (SO)₂) tekućina (visoko toksično).

Nakon toga, CFC se koriste u velikim količinama u proizvodnji plastičnih predmeta za jednokratnu upotrebu, kao pogonska goriva za komercijalne proizvode u obliku konzerviranih aerosola, te kao otapala za čišćenje kartica elektroničkih uređaja..

Široko rasprostranjena i velika uporaba CFC-a uzrokovala je ozbiljan ekološki problem, budući da se one koje se koriste u industriji i rashladnim sredstvima ispuštaju u atmosferu.

U atmosferi se ti spojevi polako šire u stratosferu; u ovom sloju se podvrgavaju razgradnji uslijed UV zračenja:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  cl

CF₂cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Atomi klora vrlo lako reagiraju s ozonom i uništavaju ga:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Jedan atom klora može uništiti više od 100.000 molekula ozona.

Dušični oksidi

NOx i NOx dušikovi oksidi₂ reagiraju uništavanjem ozona. Prisutnost ovih dušikovih oksida u stratosferi je zbog plinova koje emitiraju supersonični zrakoplovni motori, do emisija iz ljudskih aktivnosti na Zemlji i do vulkanske aktivnosti..

Stanjivanje i rupe u ozonskom omotaču

Osamdesetih godina 20. stoljeća otkriveno je da se iznad područja Južnog pola formirao otvor u ozonskom sloju. U ovom području količina ozona je smanjena za polovicu.

Također je otkriveno da se preko Sjevernog pola iu cijeloj stratosferi ozonski omotač prorijedio, odnosno smanjio širinu jer je količina ozona znatno smanjena..

Gubitak ozona u stratosferi ima ozbiljne posljedice za život na planeti, a nekoliko je zemalja prihvatilo da je drastično smanjenje ili potpuno uklanjanje uporabe CFC-a nužno i hitno..

Međunarodni sporazumi o ograničavanju uporabe CFC-a

Godine 1978. mnoge su zemlje zabranile uporabu CFC-a kao pogonskog goriva za komercijalne proizvode u obliku aerosola. Godine 1987. velika većina industrijaliziranih zemalja potpisala je tzv. Montrealski protokol, međunarodni sporazum u kojem su postavljeni ciljevi za postupno smanjenje proizvodnje CFC-a i njegovo potpuno uklanjanje 2000. godine.

Nekoliko je zemalja prekršilo Montrealski protokol, jer bi to smanjenje i uklanjanje CFC-a utjecalo na njihovo gospodarstvo, stavljajući gospodarske interese prije očuvanja života na planeti Zemlji..

Zašto avioni ne lete u stratosferi?

Za vrijeme leta aviona postoje 4 osnovne sile: podizanje, težina zrakoplova, otpor i potisak.

Dizalo je sila koja drži ravninu i gura je prema gore; što je veća gustoća zraka, to je veće podizanje. Težina, s druge strane, je sila kojom Zemljina gravitacija vuče ravninu prema središtu Zemlje.

Otpor je sila koja usporava ili sprječava napredovanje aviona. Ova sila otpora djeluje u suprotnom smjeru od putanje aviona.

Pritisak je sila koja pomiče avion prema naprijed. Kao što vidimo, guranje i dizanje pogoduju bijegu; težina i otpor djeluju tako da ometaju let zrakoplova.

Zrakoplovi koji lete u troposferi

Komercijalni i civilni zrakoplovi na kratke udaljenosti lete otprilike do 10.000 metara visine, to jest, u gornjoj granici troposfere.

U svim zrakoplovima potrebno je da postoji kabina pod tlakom, koja se sastoji od pumpanja komprimiranog zraka u pilotskoj kabini aviona.

Zašto je potreban pritisak u kabini?

Kako se zrakoplov uzdiže na više nadmorske visine, vanjski atmosferski tlak se smanjuje i sadržaj kisika također se smanjuje.

Ako se u kabinu ne dovodi zrak pod tlakom, putnici bi imali hipoksiju (ili planinsku bolest), sa simptomima kao što su umor, vrtoglavica, glavobolja i gubitak svijesti zbog nedostatka kisika..

Ako dođe do kvara u dovodu komprimiranog zraka u kabinu ili dekompresije, pojavit će se opasnost u kojoj zrakoplov mora odmah pasti, a svi putnici moraju nositi maske s kisikom.

Letovi u stratosferi, nadzvučni zrakoplovi

Na visinama većim od 10.000 metara, u stratosferi, gustoća plinovitog sloja je niža, te je stoga i lift koji pogoduje letu niži.

S druge strane, na tim velikim visinama sadržaj kisika (O₂) u zraku je manja, a to je potrebno kako za izgaranje dizelskog goriva koje čini motor zrakoplova radom, tako i za djelotvoran pritisak u kabini.

Na visinama većim od 10.000 metara iznad zemljine površine, zrakoplov mora ići na vrlo visokim brzinama, nazvanim nadzvučnim, dosežući preko 1225 km / h na razini mora.

Nedostaci nadzvučnih zrakoplova razvijeni su do danas

Supersonični letovi proizvode takozvane zvučne eksplozije, koje su vrlo glasne zvukove slične gromu. Ti zvukovi negativno utječu na životinje i ljude.

Osim toga, ovi nadzvučni zrakoplovi moraju koristiti više goriva i stoga proizvesti više onečišćujućih tvari u zraku od zrakoplova koji lete na nižim visinama..

Supersonični zrakoplovi zahtijevaju mnogo snažnije motore i skupe specijalne materijale za njihovu proizvodnju. Komercijalni letovi su bili toliko ekonomski skupi da njihova provedba nije bila profitabilna.

reference

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada i sur. (2017). Procjena gornje troposferske i stratosferske vodene pare i ozona u reanalizama kao dio S-RIP-a. Atmosferska kemija i fizika. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. i dr. (2019). Slaba događanja polarnog vrtloga u stratosferi modulirana gubitkom arktičkog mora. Časopis za geofizička istraživanja: Atmosfere. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. i sur. (2019). Dinamičko povezivanje troposfersko-stratosferne u odnosu na sjevernoatlantsku varijabilnost mlaznih motora s Eddy. Japanska agencija za znanost i tehnologiju. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosferski utjecaj na troposferske mlazne struje, oluje i površinske vremenske prilike. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. i sur. (2003). Razmjena u stratosferi-troposferi: pregled i ono što smo naučili od STACCATO-a. Časopis za geofizička istraživanja: Atmosfere. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Oštećenje stratosferskog ozona. U: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Dvadeset godina pada ozona. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5