Stratosphere: egenskaper, funksjoner, temperatur
Stratosfæren er et av lagene i jordens atmosfære, plassert mellom troposfæren og mesosfæren. Høyden til den nedre grensen på stratosfæren varierer, men den kan tas som 10 km for de midterste breddgrader av planeten. Øvre grense er 50 km høyde på jordens overflate.
Jordens atmosfære er den gassformede konvolutten som omgir planeten. I henhold til kjemisk sammensetning og temperaturvariasjon er den delt inn i 5 lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren og eksosfæren.
Troposfæren strekker seg fra jordens overflate til 10 km i høyden. Det neste laget, stratosfæren, går fra 10 km til 50 km over jordens overflate.
Mesosfæren varierer fra 50 km til 80 km i høyden. Termosfæren fra 80 km til 500 km, og til slutt eksosfæren strekker seg fra 500 km til 10 000 km i høyden, som er grensen med interplanetarisk plass.
Kjennetegn på stratosfæren
plassering
Stratosfæren ligger mellom troposfæren og mesosfæren. Den nedre grensen til dette laget varierer med breddegraden eller avstanden til ekvatorial terrestrisk linje.
På polen på planeten begynner stratosfæren mellom 6 og 10 km over jordens overflate. I ekvator begynner den mellom 16 og 20 km høyde. Den øvre grensen er 50 km over jordens overflate.
struktur
Stratosfæren har sin egen struktur i lag, som er definert av temperatur: de kalde lagene er i bunnen, og de varme lagene er øverst.
Stratosfæren har også et lag der det er en høy konsentrasjon av ozon, kalt ozonlaget eller ozonosfæren, som ligger mellom 30 og 60 km over jordens overflate.
Kjemisk sammensetning
Den viktigste kjemiske forbindelsen i stratosfæren er ozon. 85 til 90% av total ozon tilstede i jordens atmosfære finnes i stratosfæren.
Ozon er dannet i stratosfæren ved hjelp av en fotokjemisk reaksjon (kjemisk reaksjon hvor lys intervenerer) som lider oksygen. Mye av gassene i stratosfæren kommer fra troposfæren.
Stratosfæren inneholder ozon (O 3 ), nitrogen (N 2 ), oksygen (O 2 ), nitrogenoksyder, salpetersyre (HNO 3 ), svovelsyre (H 2 SO 4 ), silikater og halogenerte forbindelser, slik som klorfluorkarboner. Noen av disse stoffene kommer fra vulkanske utbrudd. Konsentrasjonen av vanndamp (H 2 O i en gassformet tilstand) i stratosfæren er svært lav.
I stratosfæren er blandingen av gasser vertikalt svært langsom og praktisk talt null, på grunn av fravær av turbulens. Av denne grunn forblir kjemiske forbindelser og andre materialer som kommer inn i dette laget i det i lang tid.
temperaturen
Temperaturen i stratosfæren gir en omvendt oppførsel til det i troposfæren. I dette laget øker temperaturen med høyde.
Denne temperaturøkningen skyldes forekomsten av kjemiske reaksjoner som frigjør varme, hvor ozon intervenerer (O 3 ). I stratosfæren er det betydelige mengder ozon, som absorberer ultraviolett stråling fra høy energi fra solen.
Stratosfæren er et stabilt lag, uten turbulens som blander gassene. Luften er kald og tett i den nederste delen og i den høyeste delen er det varmt og lett.
Ozonformasjon
I stratosfæren er molekylær oksygen (O 2 ) dissosiert av effekten av ultraviolett (UV) stråling fra solen:
O 2 + UV LYS → O + O
Oksygenatomer (O) er svært reaktive og reagerer med oksygenmolekyler (O 2 ) for å danne ozon (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + Varme
I denne prosessen frigjøres varme (eksoterm reaksjon). Denne kjemiske reaksjonen er kilden til varme i stratosfæren og forårsaker høye temperaturer i de øvre lagene.
funksjoner
Stratosfæren oppfyller en beskyttende funksjon av alle livsformer som finnes på planeten Jorden. Ozonlaget forhindrer høy energi ultrafiolett (UV) stråling fra å nå jordens overflate.
Ozon absorberer ultrafiolett lys og dekomponerer til atom oksygen (O) og molekylært oksygen (O 2 ), som vist ved følgende kjemiske reaksjon:
O 3 + UV LYS → O + O 2
I stratosfæren er prosessene for dannelse og ødeleggelse av ozon i en balanse som opprettholder sin konstante konsentrasjon.
På denne måten fungerer ozonlaget som et beskyttende skjold mot UV-stråling, som er årsaken til genetiske mutasjoner, hudkreft, ødeleggelse av avlinger og planter generelt.
Ødeleggelse av ozonlaget
CFC-forbindelser
Siden 1970-tallet har forskere uttrykt stor bekymring for skadelige effekter av klorfluorkarbonforbindelser på ozonlaget.
I 1930 ble bruken av klorfluorkarbonforbindelser kalt kommersielle freons introdusert. Blant disse er CFCl 3 (Freon 11), CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) og C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114). Disse forbindelsene er lett komprimerbare, relativt ureaktive og ikke-brennbare.
De begynte å bli brukt som kjølemidler i klimaanlegg og kjøleskap, som erstatter ammoniakk (NH 3 ) og flytende svoveldioksid (SO 2 ) (svært giftig).
Deretter har CFCer blitt brukt i store mengder til fremstilling av engangsprodukter av plast, som drivmidler for kommersielle produkter i form av aerosolbeholdere, og som løsemidler for rengjøring av elektroniske kort.
Den utbredte og store bruken av CFC har skapt et alvorlig miljøproblem, siden de som brukes i industri og bruk av kjølemiddel, slippes ut i atmosfæren.
I atmosfæren diffunderer disse stoffene langsomt inn i stratosfæren; i dette laget gjennomgår de nedbrytning på grunn av UV-stråling:
CFCl3 → CFCl2 + Cl
CF2Cl2 → CF2Cl + Cl
Kloratomer reagerer veldig lett med ozon og ødelegger det:
Cl + O3 → ClO + 02
Et enkelt kloratom kan ødelegge mer enn 100 000 ozonmolekyler.
Nitrogenoksider
Nitrogenoksider NO og NO 2 reagerer ved å ødelegge ozon. Tilstedeværelsen av disse nitrogenoksidene i stratosfæren skyldes gasser som utløses av supersoniske flymotorer, utslipp fra menneskelige aktiviteter på jorden og til vulkansk aktivitet.
Tynn og hull i ozonlaget
På 1980-tallet ble det oppdaget at en åpning i ozonlaget hadde dannet seg over Sørpolen. På dette området hadde mengden ozon blitt redusert med halvparten.
Det ble også oppdaget at ozonlaget over nordpolen og i hele stratosfæren har tynnet, det vil si at den har redusert bredden fordi mengden av ozon har gått betydelig ned.
Tapet av ozon i stratosfæren har alvorlige konsekvenser for livet på planeten, og flere land har akseptert at en drastisk reduksjon eller fullstendig eliminering av bruken av CFC er nødvendig og presserende.
Internasjonale avtaler om begrensning av bruk av CFCer
I 1978 forbød mange land bruken av CFC som drivmiddel for kommersielle produkter i form av aerosoler. I 1987 signerte de aller fleste industrialiserte land den såkalte Montreal-protokollen, en internasjonal avtale der mål ble satt for gradvis reduksjon av CFC-produksjonen og total eliminering i 2000.
Flere land har overtrådt Montreal-protokollen, fordi denne reduksjonen og eliminering av CFCer ville påvirke deres økonomi, sette økonomiske interesser før bevaring av livet på planeten Jorden.
Hvorfor flyr ikke fly i stratosfæren?
Under flyet av et fly er det 4 grunnleggende krefter: heisen, vekten av flyet, motstanden og kraften.
Heisen er en kraft som holder flyet og skyver det opp; Jo høyere lufthetthet, jo større heisen. Vekt, derimot, er den kraften med hvilken Jordens tyngdekraft trekker flyet mot sentrum av Jorden.
Motstand er en kraft som senker eller forhindrer flyets fremskritt. Denne motstandskraften virker i motsatt retning av flyets bane.
Trykk er kraften som flytter flyet fremover. Som vi ser, favoriserer push og løft flyet; vekten og motstandsbehandlingen disfavorerer flyet av flyet.
Fly som flyr i troposfæren
De kommersielle og sivile flyene til korte avstander flyr omtrent til 10.000 meter høyde, det vil si i øvre grense av troposfæren.
I alle fly er det nødvendig at det er trykk på hytta, som består av pumping av trykkluft i flyets cockpit.
Hvorfor kreves trykk på hytta?
Når flyet stiger til høyere høyder, reduseres det eksterne atmosfæretrykket og oksygeninnholdet reduseres også.
Hvis trykkluft ikke ble levert til hytta, vil passasjerene lide av hypoksi (eller fjellsykdom), med symptomer som tretthet, svimmelhet, hodepine og bevissthetstap på grunn av mangel på oksygen.
Hvis det oppstår en feil i tilførselen av trykkluft til hytta eller dekomprimering, oppstår det en nødsituasjon hvor flyet må synke umiddelbart, og alle beboerne skal ha oksygenmasker.
Fly i stratosfæren, supersonisk fly
Ved høyder større enn 10.000 meter, i stratosfæren, er densiteten av det gassformede laget lavere, og derfor er løftet som favoriserer fly, også mindre.
På disse høye høyder er oksygeninnholdet (O 2 ) i luften lavere, og dette kreves både for forbrenning av dieselbrennstoffet som gjør at motoren på flyet fungerer, og for effektiv trykkpåvirkning i hytta.
På høyder større enn 10.000 meter over jordens overflate, må flyet gå veldig høye hastigheter, kalt supersonisk, og nå over 1.225 km / t på havnivå.
Ulemper med supersonisk fly utviklet til nåtiden
De supersoniske flyene produserer såkalte soniske eksplosjoner, som er veldig høye lyder som ligner på torden. Disse lydene påvirker negativt dyr og mennesker.
I tillegg trenger disse supersoniske flyene å bruke mer drivstoff, og produserer derfor flere luftforurensende stoffer enn fly som flyr i lavere høyder.
Supersoniske fly krever mye kraftigere motorer og dyre spesialmaterialer for deres fremstilling. De kommersielle flyringene var så økonomisk dyrt at deres gjennomføring ikke har vært lønnsom.
