Stratosfäärin ominaisuudet, toiminnot, lämpötila

stratosfääri Se on yksi maan ilmakehän kerroksista, joka sijaitsee troposfäärin ja mesosfäärin välissä. Stratosfäärin alarajan korkeus vaihtelee, mutta se voidaan ottaa 10 km: n päähän planeetan keskialueilla. Sen yläraja on maan pinnan korkeus 50 km.

Maan tunnelma on planeetan ympärillä oleva kaasumainen kirjekuori. Kemiallisen koostumuksen ja lämpötilan vaihtelun mukaan se on jaettu 5 kerrokseen: troposfääri, stratosfääri, mesosfääri, termosfääri ja eksosfääri.

Troposfääri ulottuu maan pinnasta 10 kilometrin korkeuteen. Seuraava kerros, stratosfääri, kulkee 10 km: stä 50 km: n päähän maan pinnan yläpuolelle.

Mesosfääri on 50 - 80 km. Termospallo 80 km: stä 500 km: iin ja lopulta eksosfääri ulottuu 500 km: stä 10 000 km: iin, ja se on raja-alue interplanetaarisella avaruudella.

indeksi

• 1 Stratosfäärin ominaisuudet
  • 1.1 Sijainti
  • 1.2 Rakenne
  • 1.3 Kemiallinen koostumus
• 2 Lämpötila
• 3 Otsonin muodostuminen
• 4 Toiminnot
• 5 Otsonikerroksen tuhoaminen
  • 5.1 CFC-yhdisteet
  • 5.2 Typen oksidit
  • 5.3 Ohenne ja aukot otsonikerroksessa
  • 5.4 Kansainväliset sopimukset CFC-yhdisteiden käytön rajoituksista
• 6 Miksi lentokoneet eivät lennä stratosfäärissä?
  • 6.1 Troposfäärissä lentävät ilma-alukset
  • 6.2 Miksi tulipesän paineistus on tarpeen?
  • 6.3 Lennot stratosfäärissä, yliäänikone
  • 6.4 Tähän mennessä kehitettyjen yliäänikoneiden haitat
• 7 Viitteet

Stratosfäärin ominaisuudet

sijainti

Stratosfääri sijaitsee troposfäärin ja mesosfäärin välissä. Tämän kerroksen alaraja vaihtelee leveysasteella tai etäisyydellä päiväntasaajan maanpäällisestä linjasta.

Planeetan pylväissä stratosfääri alkaa 6–10 km maanpinnan yläpuolella. Päiväntasaajassa se alkaa 16 ja 20 kilometrin korkeudessa. Yläraja on 50 km maan pinnan yläpuolella.

rakenne

Stratosfäärillä on oma rakenteensa kerroksissa, jotka määritellään lämpötilan mukaan: kylmät kerrokset ovat pohjassa, ja kuumia kerroksia on yläosassa.

Myös stratosfäärissä on kerros, jossa otsonikerros tai otsonipallo on suuri otsonikonsentraatio, joka on 30-60 km maanpinnan yläpuolella.

Kemiallinen koostumus

Tärkein kemiallinen yhdiste stratosfäärissä on otsoni. 85-90% maan ilmakehässä esiintyvästä otsonista on stratosfäärissä.

Otsoni muodostuu stratosfäärissä fotokemiallisen reaktion avulla (kemiallinen reaktio, jossa valo vaikuttaa), joka kärsii hapesta. Suuri osa stratosfäärin kaasuista tulee troposfääristä.

Stratosfääri sisältää otsonia (O₃), typpi (N₂), happi (O₂), typen oksidit, typpihappo (HNO)₃), rikkihappo (H₂SW₄), silikaatit ja halogenoidut yhdisteet, kuten kloorifluorihiilivedyt. Jotkut näistä aineista ovat tulivuorenpurkauksia. Vesihöyryn pitoisuus (H. \ T₂Tai kaasumaisessa tilassa) stratosfäärissä se on hyvin alhainen.

Stratosfäärissä kaasujen seos vertikaalisesti on hyvin hidasta ja käytännöllisesti katsoen nolla turbulenssin puuttumisen vuoksi. Tästä syystä kemialliset yhdisteet ja muut materiaalit, jotka tulevat tähän kerrokseen, pysyvät siinä pitkään.

lämpötila

Stratosfäärin lämpötila aiheuttaa päinvastaisen käyttäytymisen troposfäärissä. Tässä kerroksessa lämpötila nousee korkeudella.

Tämä lämpötilan nousu johtuu sellaisten kemiallisten reaktioiden esiintymisestä, jotka vapauttavat lämpöä, jossa otsoni vaikuttaa (O₃). Stratosfäärissä on huomattavia määriä otsonia, joka absorboi auringon korkean energian ultraviolettisäteilyä.

Stratosfääri on stabiili kerros ilman turbulenssia, joka sekoittaa kaasuja. Ilma on kylmä ja tiheä alimmassa osassa ja korkeimmalla osalla se on kuuma ja kevyt.

Otsonin muodostuminen

Stratosfäärin molekyylihapossa (O₂) erotetaan UV-säteilyn vaikutuksesta auringosta:

O₂  +  UV-VALO → O + O

Happiatomit (O) ovat erittäin reaktiivisia ja reagoivat happimolekyylien kanssa (O₂) otsonin muodostamiseksi (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  lämpö

Tässä prosessissa vapautuu lämpöä (eksoterminen reaktio). Tämä kemiallinen reaktio on lämmönlähteenä stratosfäärissä ja syntyy sen korkeista lämpötiloista ylemmissä kerroksissa.

tehtävät

Stratosfääri täyttää kaikkien planeetalla esiintyvien elämän muotojen suojaavan toiminnon. Otsonikerros estää korkean energian ultraviolettisäteilyn (UV) pääsyn maan pinnalle.

Otsoni absorboi ultraviolettivaloa ja hajoaa atomihapoksi (O) ja molekyylihapoksi (O₂), kuten seuraavasta kemiallisesta reaktiosta ilmenee:

O₃  + UV-VALO → O + O₂

Stratosfäärissä otsonin muodostumis- ja tuhoamisprosessit ovat tasapainossa, joka säilyttää sen jatkuvan konsentraation.

Tällä tavalla otsonikerros toimii suojaavana suojana UV-säteilyltä, joka on geneettisten mutaatioiden, ihosyövän, kasvien ja kasvien hävittämisen yleinen syy..

Otsonikerroksen tuhoaminen

CFC-yhdisteet

1970-luvulta lähtien tutkijat ovat ilmaisseet suurta huolta kloorifluorihiilivetyjen (CFC) haitallisista vaikutuksista otsonikerrokseen..

Vuonna 1930 otettiin käyttöön kloorifluorihiilivetyyhdisteitä, joita kutsutaan kaupallisesti freoneiksi. Näiden joukossa ovat CFCl₃ (Freon 11), CF₂cl₂ (Freon 12), C₂F₃cl₃ (Freon 113) ja C₂F₄cl₂ (Freon 114). Nämä yhdisteet ovat helposti puristettavissa, suhteellisen reagoimattomia ja syttymättömiä.

Niitä alkoi käyttää kylmäaineina ilmastointilaitteissa ja jääkaapissa ammoniakin korvaamiseksi (NH₃) ja rikkidioksidi (SO)₂) neste (erittäin myrkyllinen).

Tämän jälkeen CFC-yhdisteitä on käytetty suuria määriä kertakäyttöisten muovituotteiden valmistuksessa, kaupallisten tuotteiden propellenteina aerosolien säilykkeiden muodossa ja liuottimina elektronisten laitteiden korttien puhdistukseen..

CFC-yhdisteiden laajamittainen ja laajamittainen käyttö on aiheuttanut vakavan ympäristöongelman, koska teollisuudessa käytettävät ja kylmäaineen käyttötavat päästetään ilmakehään.

Ilmakehässä nämä yhdisteet diffundoituvat hitaasti stratosfääriin; tässä kerroksessa ne hajoavat UV-säteilyn vuoksi:

cfcl_{3 →} cfcl₂  +  cl

CF₂cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Klooriatomit reagoivat hyvin helposti otsonin kanssa ja tuhoavat sen:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Yksittäinen klooriatomi voi tuhota yli 100 000 otsonimolekyyliä.

Typpioksidit

NOx- ja NOx-typen oksidit₂ ne reagoivat tuhoamalla otsonia. Näiden typen oksidien esiintyminen stratosfäärissä johtuu yliherkkien ilma-alusten moottoreiden päästämistä kaasuista, ihmisen toiminnan aiheuttamista päästöistä maapallolla ja tulivuoren aktiivisuudesta..

Ohenne ja aukot otsonikerroksessa

1980-luvulla havaittiin, että otsonikerroksen aukko oli muodostunut etelänavan alueen yläpuolelle. Tällä alueella otsonin määrä oli vähentynyt puoleen.

Lisäksi havaittiin, että pohjoisnavalle ja koko stratosfäärille otsonikerros on ohentunut, eli se on vähentänyt sen leveyttä, koska otsonin määrä on vähentynyt huomattavasti.

Otsonin häviämisellä stratosfäärissä on vakavia seurauksia elämälle planeetalla, ja useat maat ovat hyväksyneet, että CFC-yhdisteiden käytön vähentäminen tai poistaminen on välttämätöntä ja kiireellistä..

Kansainväliset sopimukset CFC-yhdisteiden käytön rajoittamisesta

Monissa maissa vuonna 1978 kiellettiin CFC-yhdisteiden käyttö aerosolien muodossa olevien kaupallisten tuotteiden ponneaineina. Vuonna 1987 valtaosa teollisuusmaista allekirjoitti niin sanotun Montrealin pöytäkirjan, kansainvälisen sopimuksen, jossa asetettiin tavoitteet CFC-valmistuksen asteittaiselle vähentämiselle ja sen poistamiselle vuonna 2000.

Useat maat ovat rikkoneet Montrealin pöytäkirjaa, koska CFC-yhdisteiden vähentäminen ja poistaminen vaikuttaisi heidän talouteensa ja asettaisi taloudelliset intressit ennen elämän säilyttämistä maapallolla.

Miksi lentokoneet eivät lennä stratosfäärissä?

Lentokoneen lennon aikana on neljä perusvoimaa: hissi, lentokoneen paino, vastus ja työntövoima.

Hissi on voima, joka pitää tason ja työntää sen ylös; Mitä suurempi ilmatiheys on, sitä suurempi on hissi. Paino puolestaan ​​on voima, jolla maapallon painovoima vetää tasoa kohti maan keskiosaa.

Vastus on voima, joka hidastaa tai estää lentokoneen etenemisen. Tämä vastusvoima toimii vastakkaiseen suuntaan koneen liikeradalle.

Työntö on voima, joka siirtää tasoa eteenpäin. Kuten näemme, nosto ja nosto suosivat lentoa; paino ja vastus vaikuttavat haitallisesti lentokoneen lentoon.

Ilma-alus he lentävät troposfäärissä

Kaupalliset ja siviililentokoneet, joilla on lyhyitä matkoja, lentävät noin 10 000 metrin korkeuteen eli troposfäärin ylärajaan..

Kaikissa lentokoneissa on välttämätöntä, että matkustamossa on paineistettu paineilman pumppaus lentokoneen ohjaamossa..

Miksi tulipesän paineistusta tarvitaan?

Kun lentokone nousee korkeampiin korkeuksiin, ulkoinen ilmakehän paine laskee ja happipitoisuus pienenee.

Jos paineilmaa ei toimiteta matkustamoon, matkustajat kärsivät hypoksiasta (tai vuoristosairaudesta), jossa oireet, kuten väsymys, huimaus, päänsärky ja tajunnan menetys hapenpuutteen vuoksi.

Mikäli paineilman syöttö hytissä tai dekompressiossa tapahtuu, hätätilanteessa syntyy hätätilanne, kun ilma-aluksen on laskeuduttava välittömästi, ja kaikkien sen asukkaiden tulisi käyttää happimaskkia.

Lennot stratosfäärissä, ylilääketieteellinen ilma

Korkeammilla kuin 10 000 metrin korkeuksilla stratosfäärissä kaasumaisen kerroksen tiheys on pienempi, ja siksi lentoa suosiva hissi on myös pienempi.

Toisaalta näissä suurissa korkeuksissa happipitoisuus (O₂) ilma on pienempi, ja sitä tarvitaan sekä lentokoneen moottorina toimivan dieselpolttoaineen polttamiseen että tehokkaaseen paineistamiseen matkustamossa.

Kun korkeus on yli 10 000 metriä maanpinnan yläpuolella, koneen on läpäistävä erittäin suurilla nopeuksilla, joita kutsutaan yliäänisuuntaiseksi ja joka ylittää 1225 km / h merenpinnan tasolla.

Supersonic-ilma-aluksen haitat kehittyivät nykyään

Ylikehäiset lennot tuottavat niin sanottuja ääniräjähdyksiä, jotka ovat hyvin kovia ääniä kuin ukkonen. Nämä äänet vaikuttavat negatiivisesti eläimiin ja ihmisiin.

Lisäksi näiden yliäänikoneiden on käytettävä enemmän polttoainetta, ja sen vuoksi ne tuottavat enemmän ilman epäpuhtauksia kuin lentokoneissa, jotka lentävät alemmilla korkeuksilla..

Supersonic-ilma-alukset vaativat paljon tehokkaampia moottoreita ja kalliita erikoismateriaaleja niiden valmistukseen. Kaupalliset lennot olivat niin taloudellisesti kalliita, että niiden toteuttaminen ei ollut kannattavaa.

viittaukset

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada ja et. (2017). Ylemmän troposfäärin ja stratosfäärin vesihöyryn ja otsonin arviointi reanalyyseissä osana S-RIP: ää. Ilmakehän kemia ja fysiikka. 17: 12743-12778. doi: 10,5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et. (2019). Heikko Stratospheric Polar Vortex -tapahtumat, joita Arktisenmeren ja Jäähäviön moduloivat. Journal of Geophysical Research: Ilmakehät. 124 (2): 858-869. doi: 10,1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et ai. (2019). Troposfääri-Stratosfäärin dynaaminen kytkentä suhteessa Pohjois-Atlantin pyörrevirtausmuuttujaan. Japanin tiede- ja teknologiavirasto. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D. M., Butchart, N. et ai. (2015). Stratosfäärinen vaikutus troposfäärisiin suihkuvirtoihin, myrskyn raiteisiin ja pinnan säähän. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et ai. (2003). Stratosfääri-troposfäärinvaihto: katsaus ja se, mitä olemme oppineet STACCATOsta. Journal of Geophysical Research: Ilmakehät. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratospheric Ozone Depletion. Julkaisussa: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (toim.) Kaksikymmentä vuotta otsonin heikkenemistä. Springer. doi: 10,1007 / 978-90-481-2469-5_5