Stratosfēras īpašības, funkcijas, temperatūra

The stratosfēra Tas ir viens no Zemes atmosfēras slāņiem, kas atrodas starp troposfēru un mezosfēru. Stratosfēras apakšējās robežas augstums ir atšķirīgs, bet planētas vidus platuma grādos tas var būt 10 km. Tās augšējā robeža ir 50 km augstums uz Zemes virsmas.

Zemes atmosfēra ir gāzveida aploksne, kas ieskauj planētu. Saskaņā ar ķīmisko sastāvu un temperatūras svārstībām, tas ir sadalīts 5 slāņos: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, termosfēra un eksosfēra..

Troposfēra stiepjas no Zemes virsmas līdz 10 km augstumam. Nākamais slānis - stratosfēra - ir no 10 km līdz 50 km virs Zemes virsmas.

Mesosfēra svārstās no 50 km līdz 80 km. Termosfēra no 80 km līdz 500 km un, visbeidzot, eksosfēra stiepjas no 500 km līdz 10 000 km augstumā, kas ir robeža ar starpplanētu telpu..

Indekss

• 1 Stratosfēras raksturojums
  • 1.1
  • 1.2. Struktūra
  • 1.3 Ķīmiskais sastāvs
• 2 Temperatūra
• 3 Ozona veidošanās
• 4 Funkcijas
• 5 Ozona slāņa iznīcināšana
  • 5.1. CFC savienojumi
  • 5.2 Slāpekļa oksīdi
  • 5.3. Ozona slāņa atšķaidīšana un caurumi
  • 5.4 Starptautiskie nolīgumi par CFC izmantošanas ierobežojumiem
• 6 Kāpēc lidmašīnas lido stratosfērā?
  • 6.1. Gaisa kuģi, kas lido troposfērā
  • 6.2 Kāpēc nepieciešama kabīnes spiediena paaugstināšana?
  • 6.3. Lidojumi stratosfērā, virsskaņas lidmašīnas
  • 6.4 Līdz šim radušās virsskaņas lidmašīnu trūkumi
• 7 Atsauces

Stratosfēras raksturojums

Atrašanās vieta

Stratosfēra atrodas starp troposfēru un mezosfēru. Šī slāņa apakšējā robeža mainās atkarībā no platuma vai attāluma līdz zemeslīnijai.

Planētas polos stratosfēra sākas no 6 līdz 10 km virs zemes virsmas. Ekvatorā tas sākas no 16 līdz 20 km augstumā. Augšējā robeža ir 50 km virs Zemes virsmas.

Struktūra

Stratosfērā ir sava struktūra slāņos, ko nosaka temperatūra: aukstie slāņi ir apakšā, un karstie slāņi ir augšpusē.

Arī stratosfērā ir slānis, kur ir augsta ozona koncentrācija, ko sauc par ozona slāni vai ozonosfēru, kas ir no 30 līdz 60 km virs Zemes virsmas..

Ķīmiskais sastāvs

Svarīgākais ķīmiskais savienojums stratosfērā ir ozons. 85 līdz 90% no kopējā atmosfērā esošā ozona atrodas stratosfērā.

Ozons veidojas stratosfērā, izmantojot fotoķīmisku reakciju (ķīmisko reakciju, kurā notiek gaisma), kas cieš no skābekļa. Liela daļa stratosfērā esošo gāzu ienāk no troposfēras.

Stratosfērā ir ozons (O₃), slāpeklis (N₂), skābeklis (O₂), slāpekļa oksīdi, slāpekļskābe (HNO)₃), sērskābe (H) |₂SO₄), silikāti un halogenētie savienojumi, piemēram, hlorfluorogļūdeņraži. Dažas no šīm vielām nāk no vulkāna izvirdumiem. Ūdens tvaiku koncentrācija (H. \ T₂Vai arī gāzveida stāvoklī) tas ir ļoti zems.

Stratosfērā gāzes maisījums vertikāli ir ļoti lēns un praktiski nulle, jo nav turbulences. Šī iemesla dēļ ķīmiskie savienojumi un citi materiāli, kas nonāk šajā slānī, paliek tajā ilgu laiku.

Temperatūra

Temperatūra stratosfērā rada pretēju uzvedību troposfērā. Šajā slānī temperatūra paaugstinās augstumā.

Šis temperatūras pieaugums ir saistīts ar tādu ķīmisku reakciju rašanos, kas atbrīvo siltumu, ja ozons iejaucas (O₃). Stratosfērā ir ievērojams ozona daudzums, kas absorbē augstas enerģijas ultravioleto starojumu no Saules.

Stratosfēra ir stabils slānis bez turbulences, kas sajauc gāzes. Apakšējā daļā gaiss ir auksts un blīvs un augstākajā daļā tas ir karsts un viegls.

Ozona veidošanās

Stratosfēras molekulārajā skābeklī (O₂) ir atdalīta ar ultravioleto (UV) starojuma ietekmi no Saules:

O₂  +  UV LIGHT → O + O

Skābekļa atomi (O) ir ļoti reaktīvi un reaģē ar skābekļa molekulām (O₂), lai veidotu ozonu (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  Siltums

Šajā procesā tiek izdalīts siltums (eksotermiska reakcija). Šī ķīmiskā reakcija ir siltuma avots stratosfērā un rada augstās temperatūras augšējos slāņos.

Funkcijas

Stratosfēra pilda visu dzīvības formu, kas pastāv uz Zemes, aizsardzības funkciju. Ozona slānis novērš augstas enerģijas ultravioletā starojuma (UV) nokļūšanu zemes virsmā.

Ozons absorbē ultravioleto gaismu un sadalās līdz atomu skābeklim (O) un molekulārajam skābeklim (O₂), kā parādīts šādā ķīmiskā reakcijā: \ t

O₃  + UV LIGHT → O + O₂

Stratosfērā ozona veidošanās un iznīcināšanas procesi ir līdzsvarā, kas saglabā nemainīgu koncentrāciju.

Tādā veidā ozona slānis darbojas kā aizsargājošs aizsargs pret UV starojumu, kas ir ģenētisko mutāciju, ādas vēža, kultūraugu un augu iznīcināšanas pamatā..

Ozona slāņa iznīcināšana

CFC savienojumi

Kopš 1970. gadiem pētnieki ir pauduši lielas bažas par hlorfluorogļūdeņražu (CFC) kaitīgo ietekmi uz ozona slāni..

1930. gadā tika ieviesti hlorfluorogļūdeņražu savienojumi, ko sauc par komerciāli freoniem. To vidū ir CFCl₃ (Freons 11), CF₂Cl₂ (Freons 12), C₂F₃Cl₃ (Freons 113) un C₂F₄Cl₂ (Freons 114). Šie savienojumi ir viegli saspiežami, relatīvi nereaģējoši un neuzliesmojoši.

Tos sāka izmantot kā dzesētājus gaisa kondicionieros un ledusskapjos, nomainot amonjaku (NH₃) un sēra dioksīds (SO)₂) šķidrums (ļoti toksisks).

Pēc tam CFC ir izmantoti lielos daudzumos vienreizlietojamu plastmasas izstrādājumu ražošanā, kā komercproduktu propelenti konservētu aerosolu veidā un kā šķīdinātāji elektronisko ierīču karšu tīrīšanai..

CFC plaša un liela mēroga izmantošana ir radījusi nopietnas vides problēmas, jo rūpniecībā un dzesēšanas iekārtās izmantotās vielas tiek novadītas atmosfērā..

Atmosfērā šie savienojumi lēnām izkliedējas stratosfērā; šajā slānī UV starojums izraisa sadalīšanos:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Hlora atomi ļoti viegli reaģē ar ozonu un iznīcina to:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Viens hlora atoms var iznīcināt vairāk nekā 100 000 ozona molekulu.

Slāpekļa oksīdi

NOx un NOx slāpekļa oksīdi₂ tie reaģē, iznīcinot ozonu. Šo slāpekļa oksīdu klātbūtne stratosfērā ir saistīta ar pārnacionālo gaisa kuģu dzinēju radītajām gāzēm, emisijām no cilvēka darbībām uz Zemes un vulkānisko darbību..

Retināšana un caurumi ozona slānī

Deviņdesmitajos gados tika atklāts, ka virs Dienvidpola apgabala ir izveidojusies ozona slāņa atveres. Šajā jomā ozona daudzums tika samazināts uz pusi.

Tika arī atklāts, ka ozona slānis ir samazinājies ziemeļu polā un visā stratosfērā, ti, tas ir samazinājis tā platumu, jo ozona daudzums ir ievērojami samazinājies.

Ozona zudumam stratosfērā ir nopietnas sekas uz dzīvību uz planētas, un vairākas valstis ir atzinušas, ka ir nepieciešams un steidzami nepieciešams samazināt CFC lietošanu..

Starptautiskie nolīgumi par CFC izmantošanas ierobežošanu

1978. gadā daudzas valstis aizliedza izmantot CFC kā degvielas komerciāliem produktiem aerosolu veidā. 1987. gadā lielākā daļa rūpnieciski attīstīto valstu parakstīja tā saukto Monreālas protokolu - starptautisku nolīgumu, kurā tika noteikti mērķi pakāpeniskai CFC ražošanas samazināšanai un tās pilnīgai likvidēšanai 2000. gadā.

Vairākas valstis ir pārkāpušas Monreālas protokolu, jo šī CFC samazināšana un likvidēšana ietekmētu viņu ekonomiku, liekot ekonomiskās intereses pirms dzīvības saglabāšanas uz planētas Zemes..

Kāpēc lidmašīnas lido stratosfērā?

Lidmašīnas lidojuma laikā ir četri pamata spēki: lifts, lidmašīnas svars, pretestība un vilces spēks..

Lifts ir spēks, kas tur plakni un nospiež to uz augšu; jo augstāks gaisa blīvums, jo lielāks pacēlājs. No otras puses, svars ir spēks, ar kuru Zemes gravitācija velk plakni pret Zemes centru.

Izturība ir spēks, kas palēnina vai novērš lidmašīnas attīstību. Šis pretestības spēks darbojas pretējā virzienā pret plaknes trajektoriju.

Spiediens ir spēks, kas pārvieto plakni uz priekšu. Kā redzams, stumšanas un pacelšanās veicina lidojumu; svars un pretestība darbojas, lai nelabvēlīgi ietekmētu lidmašīnas lidojumu.

Lidmašīnas to tie lido troposfērā

Tirdzniecības un civilās lidmašīnas ar nelieliem attālumiem lido aptuveni 10 000 metru augstumā, tas ir, troposfēras augšējā robežā..

Visās lidmašīnās ir nepieciešams kabīnes spiediens, kas sastāv no saspiesta gaisa sūknēšanas lidmašīnas kabīnē..

Kāpēc nepieciešams kabīnes spiediens?

Tā kā gaisa kuģis pacelsies augstākos augstumos, samazinās ārējais atmosfēras spiediens un samazinās arī skābekļa saturs.

Ja kabīnē netiek piegādāts saspiests gaiss, pasažieri cieš no hipoksijas (vai kalnu slimības), kuriem ir tādi simptomi kā nogurums, reibonis, galvassāpes un samaņas zudums skābekļa trūkuma dēļ..

Ja saspiesta gaisa padeve kabīnē vai dekompresija rodas, avārijas situācija rastos, ja lidmašīna nekavējoties nolaistos, un visiem tās iemītniekiem jāvalkā skābekļa maskas..

Lidojumi stratosfērā, virsskaņas lidmašīnas

Augstumā, kas ir lielāks par 10 000 metriem, stratosfērā gāzveida slāņa blīvums ir zemāks, un līdz ar to lifts, kas veicina lidojumu, ir zemāks.

No otras puses, šajos lielajos augstumos skābekļa saturs (O₂) gaisā ir mazāks, un tas ir nepieciešams gan dīzeļdegvielas sadedzināšanai, kas nodrošina gaisa kuģa dzinēju, gan efektīvai spiedienam kabīnē..

Augstumā, kas ir lielāks par 10 000 metriem virs zemes virsmas, plaknei jādodas ļoti lielā ātrumā, ko sauc par pārnacionālu, sasniedzot vairāk nekā 1225 km / h jūras līmenī.

Virsskaņas lidmašīnu trūkumi, kas attīstīti līdz šim

Pārnacionālie lidojumi rada tā saucamos skaņas sprādzienus, kas ir ļoti skaļi trokšņi, kas ir līdzīgi pērkona iedarbībai. Šie trokšņi negatīvi ietekmē dzīvniekus un cilvēkus.

Turklāt šiem virsskaņas lidaparātiem ir jāizmanto vairāk degvielas, un tāpēc tie rada vairāk gaisa piesārņotāju nekā gaisa kuģi, kas lido zemākā augstumā..

Virsskaņas lidaparātiem ir vajadzīgi daudz jaudīgāki dzinēji un dārgi speciāli materiāli to ražošanai. Komerciālie lidojumi bija tik ekonomiski dārgi, ka to īstenošana nav bijusi rentabla.

Atsauces

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada un et. (2017). Augšējā troposfēras un stratosfēras ūdens tvaiku un ozona novērtējums reanalīzēs kā daļa no S-RIP. Atmosfēras ķīmija un fizika. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et al. (2019). Vāja Stratospheric Polar Vortex notikumi, ko modulē Arktikas jūras ledus zudums. Journal of Geophysical Research: Atmosfēras. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et all. (2019). Troposfēras-Stratosfēras dinamiskā savienošana attiecībā uz Ziemeļatlantijas Eddy-Driven Jet Variabilitāti. Japānas Zinātnes un tehnoloģiju aģentūra. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosfēras ietekme uz troposfēras strūklas plūsmām, vētra trasēm un virsmas laika apstākļiem. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter, J. et al. (2003). Stratosfēras-troposfēras apmaiņa: pārskats un tas, ko esam iemācījušies no STACCATO. Journal of Geophysical Research: Atmosfēras. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratosfēras ozona noārdīšanās. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Divdesmit gadi ozona samazināšanās. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5