STRATOSFERA: CHARAKTERISTIKOS, FUNKCIJOS, TEMPERATŪRA - APLINKA - 2025

Stratosfera yra vienas iš Žemės atmosferos sluoksnių, esančių tarp troposferos ir mezosferos. Stratosferos apatinės ribos aukštis skiriasi, tačiau vidutinėmis planetos platumomis galima laikyti 10 km. Viršutinė jo riba yra 50 km aukščio virš Žemės paviršiaus.

Žemės atmosfera yra dujinis vokas, supantis planetą. Pagal cheminę sudėtį ir temperatūros pokyčius jis yra padalintas į 5 sluoksnius: troposferą, stratosferą, mezosferą, termosferą ir egzosferą.

1 pav. Stratosfera iš kosmoso. Šaltinis: NOSA Galicijos kosmoso agentūra

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

Mezosferos aukštis siekia nuo 50 km iki 80 km. Termosfera nuo 80 km iki 500 km, o galiausiai egzosfera tęsiasi nuo 500 km iki 10 000 km aukščio, tai yra tarpplanetinės erdvės riba.

Stratosferos charakteristikos

Vieta

Stratosfera yra tarp troposferos ir mezosferos. Apatinė šio sluoksnio riba kinta priklausomai nuo platumos ar atstumo nuo Žemės pusiaujo linijos.

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

Struktūra

Stratosfera turi savo sluoksniuotą struktūrą, kurią apibrėžia temperatūra: šalti sluoksniai yra apačioje, o karšti sluoksniai yra viršuje.

Taip pat stratosferoje yra sluoksnis, kuriame yra didelė ozono koncentracija, vadinama ozono sluoksniu arba ozonosfera, kuris yra nuo 30 iki 60 km virš žemės paviršiaus.

Cheminė sudėtis

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

Ozonas susidaro stratosferoje vykstant fotocheminei reakcijai (cheminei reakcijai, kai įsikiša šviesa), kurioje vyksta deguonis. Didžioji dalis stratosferos dujų patenka iš troposferos.

Stratosferoje yra ozono (O ₃ ), azoto (N ₂ ), deguonies (O ₂ ), azoto oksidų, azoto rūgšties (HNO ₃ ), sieros rūgšties (H ₂ SO ₄ ), silikatų ir halogenintų junginių, tokių kaip chlorfluorangliavandeniliai. Kai kurios iš šių medžiagų kyla iš ugnikalnių išsiveržimų. Vandens garų (H ₂ O dujinėje būsenoje) koncentracija stratosferoje yra labai maža.

Stratosferoje vertikalus dujų maišymasis vyksta labai lėtai ir praktiškai nėra lygus, nes nėra turbulencijos. Dėl šios priežasties chemikalai ir kitos medžiagos, patenkančios į šį sluoksnį, ilgą laiką lieka jame.

Temperatūra

Temperatūra stratosferoje rodo atvirkštinį elgesį su troposfera. Šiame sluoksnyje temperatūra didėja didėjant aukščiui.

Šis temperatūros padidėjimas atsiranda dėl cheminių reakcijų, išskiriančių šilumą, kur įsiterpia ozonas (O ₃ ). Stratosferoje yra nemažai ozono, kuris sugeria aukštos energijos ultravioletinę saulės spinduliuotę.

Stratosfera yra stabilus sluoksnis, kuriame nėra turbulencijos dujoms maišyti. Oras yra šaltas ir tankus apatinėje dalyje, o viršutinėje - šiltas ir lengvas.

Ozono susidarymas

Stratosferoje molekulinį deguonį (O ₂ ) išskiria ultravioletinių (UV) saulės spindulių poveikis:

O ₂ + UV ŠVIESA → O + O

Deguonies (O) atomai yra labai reaktyvūs ir reaguoja su deguonies (O ₂ ) molekulėmis , sudarydami ozoną (O ₃ ):

O + O _{2 →} O ₃ + šiluma

Šiame procese išsiskiria šiluma (egzoterminė reakcija). Ši cheminė reakcija yra šilumos šaltinis stratosferoje ir sukelia aukštą jos temperatūrą viršutiniuose sluoksniuose.

funkcijos

Stratosfera atlieka apsauginę visų gyvybės formų, egzistuojančių Žemės planetoje, funkciją. Ozono sluoksnis neleidžia aukštos energijos ultravioletiniams (UV) spinduliams patekti į žemės paviršių.

Ozonas sugeria ultravioletinę šviesą ir skyla į atominį deguonį (O) ir molekulinį deguonį (O ₂ ), kaip rodo ši cheminė reakcija:

O ₃ + UV ŠVIESA → O + O ₂

Stratosferoje ozono susidarymo ir sunaikinimo procesai vyksta pusiausvyroje, palaikančioje pastovią koncentraciją.

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

Ozono sluoksnio sunaikinimas

CFC junginiai

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

1930 m. Buvo pradėti naudoti chlorfluorangliavandenilio junginiai, komerciškai vadinami freonais. Tarp jų yra CFCl ₃ (freono 11), CF ₂ Cl ₂ (freono 12), C ₂ F ₃ Cl ₃ (freono 113) ir C ₂ F ₄ Cl ₂ (freono 114). Šie junginiai yra lengvai suspaudžiami, santykinai nereaktyvūs ir nedegus.

Jie buvo pradėti naudoti kaip šaltnešiai oro kondicionieriuose ir šaldytuvuose, pakeisdami amoniaką (NH ₃ ) ir skystą sieros dioksidą (SO ₂ ) (labai toksišką).

Vėliau CFC dideliais kiekiais buvo naudojamas gaminant vienkartinius plastikinius gaminius, kaip komercinių produktų svaidomąsias medžiagas aerozolių pavidalu skardinėse ir kaip elektroninių prietaisų kortelių valymo tirpiklius.

Plačiai paplitęs CFC naudojimas sukėlė rimtą aplinkos problemą, nes pramonėje naudojami ir šaltnešiai naudojami į atmosferą.

Atmosferoje šie junginiai lėtai difunduoja į stratosferą; šiame sluoksnyje jie suskaidomi dėl UV spinduliuotės poveikio:

CFCl _{3 →} CFCl ₂ + Cl

CF ₂ Cl _{2 →} CF ₂ Cl + Cl

Chloro atomai labai lengvai reaguoja su ozonu ir jį sunaikina:

Cl + O ₃ → ClO + O ₂

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

Azoto oksidai

Azoto oksidai NO ir NO ₂ reaguoja naikindami ozoną. Šie azoto oksidai stratosferoje yra dėl viršgarsinių orlaivių variklių skleidžiamų dujų, dėl žmonių veiklos Žemėje išmetamų dujų ir vulkaninės veiklos.

Ozono sluoksnio skiedimas ir skylės

Devintajame dešimtmetyje buvo nustatyta, kad virš Pietų ašigalio zonos ozono sluoksnyje susidarė skylė. Šioje srityje ozono kiekis buvo sumažintas per pusę.

Taip pat buvo išsiaiškinta, kad virš Šiaurės ašigalio ir visoje stratosferoje apsauginis ozono sluoksnis yra plonas, ty sumažėjo jo plotis, nes žymiai sumažėjo ozono kiekis.

Ozono nykimas stratosferoje turi rimtų padarinių planetos gyvenimui, ir kelios šalys pripažino, kad būtina drastiškai sumažinti CFC naudojimą arba visiškai jį panaikinti.

Tarptautiniai susitarimai dėl CFC naudojimo apribojimo

1978 m. Daugelis šalių uždraudė CFC naudoti kaip svaidomąsias medžiagas komerciniuose aerozolių gaminiuose. 1987 m. Didžioji dalis išsivysčiusių šalių pasirašė vadinamąjį Monrealio protokolą - tarptautinį susitarimą, kuriame buvo nustatyti tikslai laipsniškai mažinti CFC gamybą ir visiškai jį panaikinti iki 2000 m.

Kelios šalys neįvykdė Monrealio protokolo, nes toks CFC sumažinimas ir panaikinimas paveiktų jų ekonomiką, o ekonominiai interesai būtų iškeliami prieš išsaugojant gyvybę Žemėje.

Kodėl stratosferoje neskraido lėktuvai?

Lėktuvo skrydžio metu veikia 4 pagrindinės jėgos: kėlimas, lėktuvo svoris, tempimas ir trauka.

Keltuvas yra jėga, palaikanti plokštumą ir stumianti ją aukštyn; kuo didesnis oro tankis, tuo didesnis keltuvas. Kita vertus, svoris yra jėga, kuria Žemės gravitacija traukia plokštumą link Žemės centro.

Atsparumas yra jėga, lėtinanti arba neleidžianti orlaiviui judėti į priekį. Ši pasipriešinimo jėga veikia priešinga kryptimi nei plokštumos kelias.

Trauka yra jėga, kuri juda plokštuma į priekį. Kaip matome, trauka ir keliamasis skrydis; svoris ir pasipriešinimas daro neigiamą poveikį lėktuvo skrydžiui.

Lėktuvas tai

Komerciniai ir civiliniai orlaiviai nedideliais atstumais skraido maždaug 10 000 metrų virš jūros lygio, tai yra viršutinėje troposferos riboje.

Visiems orlaiviams reikalingas slėgis salone, kurį sudaro suspausto oro siurbimas į orlaivio kabiną.

Kodėl reikalingas slėgis salone?

Orlaiviui kylant į didesnį aukštį, išorinis atmosferos slėgis mažėja ir deguonies kiekis taip pat mažėja.

Jei į saloną nebūtų tiekiamas suslėgtas oras, keleiviai kenčia nuo hipoksijos (ar kalnų ligos), pasireiškdami tokiais simptomais kaip nuovargis, galvos svaigimas, galvos skausmas ir sąmonės praradimas dėl deguonies trūkumo.

Jei sutrinka oro tiekimas į saloną arba dekompresija, kyla avarinė situacija, kai lėktuvas turi nedelsdamas nusileisti, o visi jame esantys keleiviai turėtų dėvėti deguonies kaukes.

Skrydžiai stratosferoje, viršgarsiniuose lėktuvuose

Didesniame nei 10000 metrų aukštyje stratosferoje dujinio sluoksnio tankis yra mažesnis, todėl ir skrydžiui palanki pakėlimo jėga yra mažesnė.

Kita vertus, tokiame dideliame aukštyje deguonies (O ₂ ) kiekis ore yra mažesnis, ir to reikia ir deginant dyzeliną, dėl kurio orlaivio variklis dirba, ir efektyviam slėgiui salone užtikrinti.

Aukštyje, esančioje daugiau nei 10 000 metrų virš žemės paviršiaus, lėktuvas turi skristi labai dideliu greičiu, vadinamu viršgarsiniu, ir viršyti 1225 km / val jūros lygį.

2 pav. „Concorde“ viršgarsinis komercinis orlaivis. Šaltinis: Eduardas Marmetas

Iki šiol sukurtų viršgarsinių orlaivių trūkumai

Viršgarsiniai skrydžiai sukelia vadinamuosius garsinius strėlės, kurie yra labai garsūs, panašūs į griaustinį. Šie triukšmai neigiamai veikia gyvūnus ir žmones.

Be to, šie viršgarsiniai orlaiviai turi naudoti daugiau degalų, todėl išskiria daugiau oro teršalų nei orlaiviai, skraidantys mažesniame aukštyje.

Viršgarsiniam orlaiviui gaminti reikia daug galingesnių variklių ir brangių specialių medžiagų. Komerciniai skrydžiai buvo tokie brangūs ekonomiškai, kad jų įgyvendinimas nebuvo pelningas.

Nuorodos

1. SM, Hegglin, MI, Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y ir visi. (2017). Viršutinių 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 m.). Silpni Arkties jūros modifikuoti poliarinio sūkurio įvykiai - ledo praradimas. 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 m.). Troposferos ir Stratosferos dinaminis ryšys atsižvelgiant į Šiaurės Atlanto sūkurinių sklidinų reaktyvumo kintamumą. Japonijos mokslo ir technologijų agentūra. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, SC, Mitchell, DM, Butchart, N. ir visi. (2015). Stratosferos įtaka troposferos reaktyviniams srautams, audrų trasoms ir paviršiaus orams. Gamta 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. ir kt. (2003). Stratosfera - troposferos mainai: apžvalga ir tai, ką mes sužinojome iš „STACCATO“. Geofizinių tyrimų žurnalas: atmosferos. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. „Rowland FS“ (2009 m.) Stratosferos ozono skilimas. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (red.) Ozono dvidešimt metų mažėjimas. Springeris. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5