Stratosfærens egenskaber, funktioner, temperatur



den stratosfæren Det er et af lagene i Jordens atmosfære, der ligger mellem troposfæren og mesosfæren. Højden af ​​den nedre grænse af stratosfæren varierer, men den kan tages som 10 km for de midterste breddegrader af planeten. Den øvre grænse er 50 km højden på jordens overflade.

Jordens atmosfære er den gasformede konvolut, der omgiver planeten. Ifølge den kemiske sammensætning og temperaturvariation er den opdelt i 5 lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren og eksosfæren.

Troposfæren strækker sig fra jordens overflade til 10 km i højden. Det næste lag, stratosfæren, går fra 10 km til 50 km over jordens overflade.

Mesosfæren spænder fra 50 km til 80 km i højden. Termosfæren fra 80 km til 500 km, og til sidst strækker eksosfæren fra 500 km til 10 000 km i højden, idet grænsen er med interplanetarisk plads.

indeks

  • 1 Characteristics of the stratosphere
    • 1.1 Placering
    • 1.2 Struktur
    • 1.3 Kemisk sammensætning
  • 2 Temperatur
  • 3 Ozondannelse
  • 4 funktioner
  • 5 Ødelæggelse af ozonlaget
    • 5.1 CFC-forbindelser
    • 5.2 Nitrogenoxider
    • 5.3 Tyndning og huller i ozonlaget
    • 5.4 Internationale aftaler om begrænsninger af brugen af ​​CFC'er
  • 6 Hvorfor fly ikke flyver i stratosfæren?
    • 6.1 Fly, der flyver i troposfæren
    • 6.2 Hvorfor booth trykkeri er påkrævet?
    • 6.3 Flyvninger i stratosfæren, supersoniske fly
    • 6.4 Ulemper ved supersoniske fly udviklet til dato
  • 7 referencer

Karakteristika for stratosfæren

placering

Stratosfæren ligger mellem troposfæren og mesosfæren. Den nederste grænse for dette lag varierer med bredden eller afstanden til den ækvatoriale jordlinie.

På polens poler begynder stratosfæren mellem 6 og 10 km over jordens overflade. I ækvator starter den mellem 16 og 20 km højde. Den øvre grænse er 50 km over jordens overflade.

struktur

Stratosfæren har sin egen struktur i lag, som er defineret af temperatur: de kolde lag er i bunden, og de varme lag er øverst.

Stratosfæren har også et lag, hvor der er en høj koncentration af ozon, kaldet ozonlaget eller ozonosfæren, som ligger mellem 30 og 60 km over jordens overflade.

Kemisk sammensætning

Den vigtigste kemiske forbindelse i stratosfæren er ozon. 85 til 90% af den totale ozon, der er til stede i jordens atmosfære, ligger i stratosfæren.

Ozon dannes i stratosfæren ved hjælp af en fotokemisk reaktion (kemisk reaktion, hvor lys intervenerer), der lider oxygen. Meget af gasserne i stratosfæren kommer ind fra troposfæren.

Stratosfæren indeholder ozon (O3), nitrogen (N2), oxygen (O2), nitrogenoxider, salpetersyre (HNO)3), svovlsyre (H2SW4), silicater og halogenerede forbindelser, såsom chlorfluorcarboner. Nogle af disse stoffer kommer fra vulkanudbrud. Koncentrationen af ​​vanddamp (H2Eller i en gasform) i stratosfæren er den meget lav.

I stratosfæren er blandingen af ​​gasser lodret meget langsom og praktisk talt nul på grund af fraværet af turbulens. Af denne grund forbliver de kemiske forbindelser og andre materialer, der kommer ind i dette lag, i det i lang tid.

temperatur

Temperaturen i stratosfæren præsenterer en omvendt opførsel til den i troposfæren. I dette lag øges temperaturen med højde.

Denne stigning i temperatur skyldes forekomsten af ​​kemiske reaktioner, der frigiver varme, hvor ozon intervenerer (O3). I stratosfæren er der betydelige mængder ozon, som absorberer ultraviolet stråling fra høj energi fra solen.

Stratosfæren er et stabilt lag uden turbulens, der blander gassen. Luften er kold og tæt i den nederste del og i den højeste del er den varm og lys.

Ozondannelse

I stratosfæren molekylær oxygen (O2) er dissocieret af effekten af ​​ultraviolet (UV) stråling fra solen:

O2  +  UV LYS → O + O

Oxygenatomer (O) er yderst reaktive og reagerer med oxygenmolekyler (O2) til dannelse af ozon (O3):

O + O2 →  O3  +  hede

I denne proces frigives varme (eksoterm reaktion). Denne kemiske reaktion er kilden til varme i stratosfæren og stammer fra høje temperaturer i de øverste lag.

funktioner

Stratosfæren opfylder en beskyttende funktion af alle former for liv, der eksisterer på planeten Jorden. Ozonlaget forhindrer høj energi ultraviolet (UV) stråling fra at nå jordens overflade.

Ozon absorberer ultraviolet lys og nedbrydes til atom oxygen (O) og molekylært oxygen (O2) som vist ved den følgende kemiske reaktion:

O3  + UV LYS → O + O2

I stratosfæren er processerne for dannelse og destruktion af ozon i en balance, der opretholder sin konstante koncentration.

På denne måde fungerer ozonlaget som et beskyttende skjold mod UV-stråling, hvilket er årsagen til genetiske mutationer, hudkræft, ødelæggelse af afgrøder og planter generelt.

Ødelæggelse af ozonlaget

CFC-forbindelser

Siden 1970'erne har forskere udtrykt stor bekymring over de skadelige virkninger af chlorfluorcarboner (CFC) på ozonlaget..

I 1930 blev brugen af ​​chlorfluorcarbonforbindelser kaldet kommercielle freons indført. Blandt disse er CFCI3 (Freon 11), CF2cl2 (Freon 12), C2F3cl3 (Freon 113) og C2F4cl2 (Freon 114). Disse forbindelser er let komprimerbare, relativt ureaktive og ikke-brændbare.

De begyndte at blive brugt som kølemidler i klimaanlæg og køleskabe, der erstatter ammoniak (NH3) og svovldioxid (SO)2) flydende (meget giftig).

Efterfølgende har CFC'er været anvendt i store mængder til fremstilling af engangsprodukter, som drivmidler til kommercielle produkter i form af dåse-aerosoler og som opløsningsmidler til rengøring af elektroniske enhedskort.

Den udbredte og store anvendelse af CFC'er har forårsaget et alvorligt miljøproblem, da de, der anvendes til industri og kølemiddel, udledes i atmosfæren.

I atmosfæren diffunderer disse forbindelser langsomt ind i stratosfæren; i dette lag gennemgår de nedbrydning på grund af UV-stråling:

CFCL3 → CFCL2  +  cl

CF2cl2  → CF2Cl + Cl

Kloratomer reagerer meget let med ozon og ødelægger det:

Cl + O3  → ClO + 02

Et enkelt chloratom kan ødelægge mere end 100.000 ozonmolekyler.

Nitrogenoxider

NOx og NOx nitrogenoxider2 de reagerer ved at ødelægge ozon. Tilstedeværelsen af ​​disse nitrogenoxider i stratosfæren skyldes de gasser, der udledes af supersoniske flymotorer, emissioner fra menneskelige aktiviteter på Jorden og til vulkansk aktivitet.

Tyndning og huller i ozonlaget

I 1980'erne blev det opdaget, at en åbning i ozonlaget var dannet over Sydpolen. På dette område var mængden af ​​ozon reduceret med halvdelen.

Det blev også opdaget, at ozonlaget over nordpolen og i hele stratosfæren har tyndet, det vil sige at det har reduceret sin bredde, fordi mængden af ​​ozon er faldet betydeligt.

Tapetet af ozon i stratosfæren har alvorlige konsekvenser for livet på planeten, og flere lande har accepteret, at en drastisk reduktion eller fuldstændig eliminering af brugen af ​​CFC er nødvendig og uopsættelig..

Internationale aftaler om begrænsning af brugen af ​​CFC'er

I 1978 forbød mange lande brugen af ​​CFC'er som drivmidler til kommercielle produkter i form af aerosoler. I 1987 undertegnede langt de fleste industrialiserede lande den såkaldte Montreal-protokol, en international aftale, hvor der blev fastsat mål for den gradvise reduktion af CFC-fremstillingen og den samlede eliminering i år 2000.

Flere lande har overtrådt Montreal-protokollen, fordi denne reduktion og eliminering af CFC'er ville påvirke deres økonomi, sætte økonomiske interesser før bevarelsen af ​​livet på planeten Jorden.

Hvorfor flyver ikke fly i stratosfæren?

Under flyvningen af ​​et fly er der 4 grundlæggende kræfter: hejsen, flyvemaskinens vægt, modstanden og trykket.

Elevatoren er en kraft, der holder flyet og skubber den op; Jo højere luftdensiteten er, desto større er løftet. Vægt på den anden side er den kraft, som jordens tyngdekraft trækker flyet mod jordens midte.

Modstand er en kraft, der bremser eller forhindrer flyets fremskridt. Denne modstandskraft virker i modsat retning til flyets bane.

Skubbet er den kraft, der flytter flyet fremad. Som vi ser, favoriserer push og lift flyet; vægten og modstanden virker for at ulempe flyets flyve.

Aircraft that de flyver i troposfæren

De kommercielle og civile flyvemaskiner til korte afstande flyver ca. 10.000 meter højde, det vil sige i den øvre grænse af troposfæren.

I alle fly er det nødvendigt, at der er tryk på kabinen, der består af pumpning af trykluft i flyvemaskinens cockpit.

Hvorfor booth pressurization er påkrævet?

Når flyet stiger til højere højder, falder det ydre atmosfæriske tryk, og iltindholdet falder også.

Hvis trykluft ikke leveres til kabinen, vil passagererne lide af hypoxi (eller bjergsygdom) med symptomer som træthed, svimmelhed, hovedpine og bevidsthedstab på grund af manglende ilt.

Hvis der opstår en fejl i tilførslen af ​​trykluft til kabinen eller dekompression, en nødsituation, hvor flyet skal stige ned umiddelbart til stede, og alle beboere bør bære iltmasker.

Flyvninger i stratosfæren, supersoniske fly

I de højere luftlag på 10.000 meter i stratosfæren, densiteten af ​​gassen lag er mindre, og derfor elevatoren kraft, der favoriserer flyvningen er også lavere.

På den anden side er oxygenindholdet (O.2) I luften er lavere, og dette er nødvendigt for både dieselolie forbrænding, der driver flymotorer til en effektiv kabinetrykket.

Ved højere højder på 10.000 meter over jordens overflade, flyet har at gå til meget høje hastigheder, kaldet Supersonic, der overstiger 1.225 km / t ved havoverfladen.

Ulemper ved supersoniske fly udviklet til nutiden

De supersoniske fly producerer såkaldte soniske eksplosioner, som er meget høje lyde svarende til torden. Disse lyde påvirker dyr og mennesker negativt.

Derudover skal disse supersoniske fly bruge mere brændstof og producerer derfor flere luftforurenende stoffer end fly, der flyver i lavere højder..

Supersoniske fly kræver meget mere kraftfulde motorer og dyre specialmaterialer til deres fremstilling. Kommercielle flyvninger var så økonomisk bekostelige, at deres gennemførelse ikke har været rentabel.

referencer

  1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada og et. (2017). Vurdering af øvre troposfæriske og stratosfæriske vanddamp og ozon i reanalyser som del af S-RIP. Atmosfærisk kemi og fysik. 17: 12743-12778. doi: 10,5194 / acp-17-12743-2017
  2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et al. (2019). Svage Stratosfæriske Polar Vortex Events Moduleret af Arktis Hav-Is Tab. Journal of Geophysical Research: Atmosfærer. 124 (2): 858-869. doi: 10,1029 / 2018JD029222
  3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et al. (2019). Troposfæren-Stratosfærens dynamiske kobling i forhold til den nordatlantiske Eddy-Driven Jet Variability. Japan Videnskab og Teknologi Agency. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
  4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D. M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosfærisk indflydelse på troposfæriske jetstrømme, stormspor og overfladevejr. Nature 8: 433-440.
  5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Stratosfær-troposfærudveksling: En gennemgang, og hvad vi har lært fra STACCATO. Journal of Geophysical Research: Atmosfærer. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
  6. Rowland F.S. (2009) Stratospheric Ozone Depletion. I: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Tyve års ozonnedgang. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5