Stratosfærens egenskaper, funksjoner, temperatur

De stratosfæren Det er et av lagene i jordens atmosfære, som ligger mellom troposfæren og mesosfæren. Høyden på den nedre grensen til stratosfæren varierer, men kan tas som 10 km for de midterste breddegradene på planeten. Den øvre grensen er 50 km over jordens overflate..

Jordens atmosfære er den gassformede konvolutten som omgir planeten. I henhold til den kjemiske sammensetningen og temperaturvariasjonen er den delt inn i 5 lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren og eksosfæren..

Troposfæren strekker seg fra jordoverflaten og opp til 10 km i høyden. Det neste laget, stratosfæren, strekker seg fra 10 km til 50 km over jordoverflaten..

Mesosfæren varierer fra 50 km til 80 km i høyden. Termosfæren fra 80 km til 500 km, og til slutt strekker eksosfæren seg fra 500 km til 10 000 km i høyden, og er grensen for det interplanetære rommet.

Artikkelindeks

• 1 Egenskaper for stratosfæren
  • 1.1 Plassering
  • 1.2 Struktur
  • 1.3 Kjemisk sammensetning
• 2 Temperatur
• 3 Ozondannelse
• 4 funksjoner
• 5 Ødeleggelse av ozonlaget
  • 5.1 CFC-forbindelser
  • 5.2 Nitrogenoksider
  • 5.3 Tynning og hull i ozonlaget
  • 5.4 Internasjonale avtaler om begrensning av bruken av CFC
• 6 Hvorfor fly ikke fly i stratosfæren?
  • 6.1 Fly som flyr i troposfæren
  • 6.2 Hvorfor er hyttetrykk nødvendig??
  • 6.3 Flyreiser i stratosfæren, supersoniske fly
  • 6.4 Ulemper med supersoniske fly som hittil er utviklet
• 7 Referanser

Kjennetegn ved stratosfæren

plassering

Stratosfæren ligger mellom troposfæren og mesosfæren. Den nedre grensen for dette laget varierer med breddegrad eller avstand fra jordens ekvatorlinje..

På planetens poler begynner stratosfæren mellom 6 og 10 km over jordoverflaten. Ved ekvator begynner den mellom 16 og 20 km høyde. Den øvre grensen er 50 km over jordens overflate.

Struktur

Stratosfæren har sin egen lagdelte struktur, som er definert av temperatur: kalde lag er i bunnen, og varme lag 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 jordoverflaten..

Kjemisk oppbygning

Den viktigste kjemiske forbindelsen i stratosfæren er ozon. 85 til 90% av den totale ozon som er tilstede i jordens atmosfære finnes i stratosfæren.

Ozon dannes i stratosfæren gjennom en fotokjemisk reaksjon (kjemisk reaksjon der lys griper inn) som oksygen gjennomgår. Mye av gassene i stratosfæren kommer inn fra troposfæren.

Stratosfæren inneholder ozon (O₃), nitrogen (N_to), oksygen (O_to), nitrogenoksider, salpetersyre (HNO₃), svovelsyre (H_toSW₄), silikater og halogenerte forbindelser, slik som klorfluorkarboner. Noen av disse stoffene kommer fra vulkanutbrudd. Vanndampkonsentrasjonen (H_toEller i gassform) i stratosfæren, det er veldig lavt.

I stratosfæren er den vertikale gassblandingen veldig treg 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 lenge..

Temperatur

Temperaturen i stratosfæren viser en omvendt oppførsel i forhold til troposfæren. I dette laget øker temperaturen med høyden.

Denne økningen i temperatur skyldes forekomsten av kjemiske reaksjoner som frigjør varme, der ozon (O₃). Det er betydelige mengder ozon i stratosfæren, som absorberer høyenergi ultrafiolett stråling fra solen.

Stratosfæren er et stabilt lag, uten turbulens for gasser å blande seg. Luften er kald og tett i den nedre delen, og i den øvre delen er den varm og lett.

Ozondannelse

I stratosfæren molekylært oksygen (O_to) er dissosiert av effekten av ultrafiolett (UV) stråling fra solen:

ELLER_to  +  UV-LYS → O + O

Oksygen (O) atomer er svært reaktive og reagerer med oksygenmolekyler (O_to) for å danne ozon (O₃):

O + O_{2 →}  ELLER₃  +  Varmt

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 at høyenergi ultrafiolett (UV) stråling når jordoverflaten.

Ozon absorberer ultrafiolett lys og brytes ned i atomoksygen (O) og molekylært oksygen (O_to), som vist ved følgende kjemiske reaksjon:

ELLER₃  + UV-LYS → O + O_to

I stratosfæren er prosessene for dannelse og ødeleggelse av ozon i en likevekt 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..

Ozonlagsdestruksjon

CFC-forbindelser

Siden 1970-tallet har forskere uttrykt stor bekymring for skadevirkningene av klorfluorkarboner (CFC) på ozonlaget..

I 1930 ble bruk av klorfluorkarbonforbindelser kommersielt kalt freons introdusert. Blant disse er CFCl₃ (freon 11), CF_toCl_to (freon 12), C_toF₃Cl₃ (Freon 113) og C_toF₄Cl_to (freon 114). Disse forbindelsene er lett komprimerbare, relativt ureaktive og ikke-brennbare..

De begynte å bli brukt som kjølemedier i klimaanlegg og kjøleskap, og erstattet ammoniakk (NH₃) og svoveldioksid (SO_to) væske (svært giftig).

Deretter har CFC blitt brukt i store mengder ved fremstilling av engangsplastgjenstander, som drivmidler for kommersielle produkter i form av aerosoler i bokser, og som rengjøringsmidler for elektroniske enhetskort..

Den utstrakte bruken av CFC i store mengder har forårsaket et alvorlig miljøproblem, siden de som brukes i industri og bruk av kjølemiddel slippes ut i atmosfæren..

I atmosfæren diffunderer disse forbindelsene sakte inn i stratosfæren; i dette laget lider de nedbrytning på grunn av effekten av UV-stråling:

CFCl_{3 →} CFCl_to  +  Cl

CF_toCl_{to  →} CF_toCl + Cl

Kloratomer reagerer veldig enkelt med ozon og ødelegger det:

Cl + O₃  → ClO + O_to

Et enkelt kloratom kan ødelegge mer enn 100.000 ozonmolekyler.

Nitrogenoksider

Nitrogenoksider NO og NO_to De reagerer ved å ødelegge ozon. Tilstedeværelsen av disse nitrogenoksidene i stratosfæren skyldes gasser som slippes ut av supersoniske flymotorer, utslipp fra menneskelige aktiviteter på jorden og vulkansk aktivitet..

Tynning og hull i ozonlaget

På 1980-tallet ble det oppdaget at det hadde dannet seg et hull i ozonlaget over Sydpol-området. I dette området var mengden ozon redusert med halvparten.

Det ble også oppdaget at over nordpolen og gjennom stratosfæren har det beskyttende ozonlaget blitt tynnere, det vil si at det har redusert bredden fordi ozonmengden har redusert betydelig..

Tap av ozon i stratosfæren har alvorlige konsekvenser for livet på planeten, og flere land har akseptert at en drastisk reduksjon eller en fullstendig eliminering av bruken av CFC er nødvendig og haster..

Internasjonale avtaler om begrensning av bruken av CFC

I 1978 forbød mange land bruk av CFC som drivstoff i kommersielle aerosolprodukter. I 1987 undertegnet de aller fleste industriland den såkalte Montreal-protokollen, en internasjonal avtale der mål ble satt for gradvis reduksjon av CFC-produksjon og total eliminering innen 2000..

Flere land har unnlatt å overholde Montreal-protokollen, fordi denne reduksjonen og eliminering av CFC vil påvirke økonomien deres og sette økonomiske interesser foran bevaring av liv på planeten Jorden..

Hvorfor flyr ikke fly i stratosfæren?

Under flyturen av et fly virker fire grunnleggende krefter: løft, vekten til flyet, motstand og skyvekraft..

Heis er en kraft som støtter flyet og skyver det oppover; jo høyere lufttettheten, jo større heisen. Vekt er derimot den kraften som Jordens tyngdekraft trekker flyet mot sentrum av jorden..

Motstand er en kraft som bremser eller hindrer flyet i å bevege seg fremover. Denne motstandskraften virker i motsatt retning av flyets bane.

Støt er kraften som beveger flyet fremover. Som vi kan se, skyver og løfter favorittflyging; vekt og motstand virker for å ugunstig flyets fly.

Fly som de flyr i troposfæren

Kommersielle og sivile fly på korte avstander, fly omtrent 10 000 meter over havet, det vil si i den øvre grensen til troposfæren.

Alle fly krever kabintrykk, som består i å pumpe trykkluft inn i flykabinen..

Hvorfor kreves hyttetrykk?

Når flyet stiger opp til høyere høyder, reduseres det ytre atmosfæretrykket og oksygeninnholdet reduseres også..

Hvis det ikke ble tilført trykkluft til hytta, ville passasjerene lide av hypoksi (eller fjellsyke), med symptomer som tretthet, svimmelhet, hodepine og bevissthetstap på grunn av oksygenmangel.

Hvis det oppstår feil i tilførselen av komprimert luft til kabinen eller dekompresjon, vil det oppstå en nødsituasjon der flyet må ned med en gang, og alle beboerne bør ha oksygenmasker.

Flyreiser i stratosfæren, supersoniske fly

I høyder over 10 000 meter, i stratosfæren, er tettheten av gasslaget lavere, og derfor er løftekraften som favoriserer flyging også lavere..

På den annen side, på disse høye høydene, oksygeninnholdet (O_to) i luften er mindre, og dette kreves både for forbrenning av diesel som får flymotoren til å fungere, og for et effektivt trykk i kabinen.

I høyder over 10.000 meter over jordoverflaten, må flyet gå i svært høye hastigheter, kalt supersonisk, og når over 1225 km / time på havnivå.

Ulemper med supersoniske fly utviklet til dags dato

Supersoniske flyvninger produserer såkalte soniske bommer, som har veldig høye lyder som ligner på torden. Disse lydene påvirker dyr og mennesker negativt.

I tillegg må disse supersoniske flyene bruke mer drivstoff, og produserer derfor mer luftforurensende stoffer enn fly som flyr i lavere høyder..

Supersoniske fly krever mye kraftigere motorer og dyre spesialmaterialer for å produsere. Kommersielle flyreiser var så kostbare økonomisk at gjennomføringen av dem ikke har vært lønnsom.

Referanser

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y et all. (2017). Vurdering av øvre troposfæriske og stratosfæriske vanndamp og ozon i reanalyser som en del av S-RIP. Atmosfærisk kjemi og fysikk. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et al. (2019). Svake stratosfæriske polarhvirvelhendelser modulert av det arktiske hav - istap. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et all. (2019). Troposphere-Stratosphere Dynamical Coupling in regard to the North Atlantic Eddy-Driven Jet Variability. Japan Science and Technology 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 innflytelse på troposfæriske jetstrømmer, stormspor og overflatevær. Natur 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Stratosphere - troposphere exchange: En gjennomgang, og hva vi har lært av STACCATO. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratosfærisk ozonmangel. I: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (red.) Twenty Years of Ozone Decline. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5