Stratoszféra jellemzői, funkciói, hőmérséklete

az sztratoszféra Ez a Föld légkörének egyik rétege, amely a troposzféra és a mezoszféra között helyezkedik el. A sztratoszféra alsó határának magassága változik, de a bolygó középsõ szélességein 10 km-re lehet számítani. A felső határ a Föld felszínén található 50 km magasság.

A Föld légköre a bolygót körülvevő gázhalmaz. A kémiai összetétel és a hőmérsékletváltozás szerint 5 rétegre oszlik: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra és exoszféra.

A troposzféra a Föld felszínéről 10 km magasra terjed. A következő réteg, a sztratoszféra a Föld felszínétől 10 km-ről 50 km-re halad.

A mezoszféra 50 km-től 80 km-ig terjed. A 80 km-től 500 km-ig terjedő termoszféra, végül pedig az exoszféra 500 km és 10 000 km közötti, az interplanetáris tér határértéke.

index

• 1 A sztratoszféra jellemzői
  • 1.1
  • 1.2 Felépítés
  • 1.3 Kémiai összetétel
• 2 Hőmérséklet
• 3 Ózon képződés
• 4 Funkciók
• 5 Az ózonréteg megsemmisítése
  • 5.1 CFC-vegyületek
  • 5.2 Nitrogén-oxidok
  • 5.3 Vékonyodás és lyukak az ózonrétegben
  • 5.4 A CFC-k használatára vonatkozó korlátozásokról szóló nemzetközi megállapodások
• 6 Miért nem repülnek a repülőgépek a sztratoszférában?
  • 6.1 A troposzférában közlekedő repülőgépek
  • 6.2 Miért szükséges a fülke nyomása?
  • 6.3 Repülők a sztratoszférában, szuperszonikus repülőgépek
  • 6.4 Az eddig kifejlesztett szuperszonikus repülőgépek hátrányai
• 7 Referenciák

A sztratoszféra jellemzői

elhelyezkedés

A sztratoszféra a troposzféra és a mezoszféra között helyezkedik el. Ennek a rétegnek az alsó határértéke a szélességi vagy távolsági távolságra az egyenlítői földi vonalig változik.

A bolygó pólusaiban a sztratoszféra a földfelszín felett 6 és 10 km között kezdődik. Az Egyenlítőben 16 és 20 km magasság között indul. A felső határ 50 km-re van a Föld felszínén.

struktúra

A sztratoszféra saját szerkezete van a rétegekben, amelyeket a hőmérséklet határoz meg: a hideg rétegek alul vannak, és a forró rétegek a tetején vannak.

Szintén a sztratoszférában van egy olyan réteg, ahol magas az ózonkoncentráció, az ózonréteg vagy az ozonoszféra, amely 30-60 km-re van a Föld felszínén..

Kémiai összetétel

A sztratoszférában a legfontosabb kémiai vegyület az ózon. A Föld légkörében jelenlévő összes ózon 85-90% -a sztratoszférában van.

Az ózon képződik a sztratoszférában fotokémiai reakcióval (kémiai reakció, ahol a fény beavatkozik), amely oxigént szenved. A sztratoszférában lévő gázok nagy része belép a troposzférából.

A sztratoszféra ózont tartalmaz (O₃), nitrogén (N₂), oxigén (O₂), nitrogén-oxidok, salétromsav (HNO)₃), kénsav (H₂SW₄), szilikátok és halogénezett vegyületek, például klór-fluor-szénhidrogének. Néhány ilyen anyag vulkáni kitörésekből származik. A vízgőz koncentrációja (H. \ T₂Vagy gázállapotban) a sztratoszférában nagyon alacsony.

A sztratoszférában a gázok keveréke vertikálisan nagyon lassú és gyakorlatilag nulla, a turbulencia hiánya miatt. Emiatt a kémiai vegyületek és más anyagok, amelyek ebben a rétegben lépnek be, hosszú ideig benne maradnak.

hőmérséklet

A sztratoszférában a hőmérséklet fordított viselkedést mutat a troposzférában. Ebben a rétegben a hőmérséklet a magassággal növekszik.

Ez a hőmérsékletnövekedés a hőt kibocsátó kémiai reakciók következménye, ahol az ózon beavatkozik (O₃). A sztratoszférában jelentős mennyiségű ózon van, amely elnyeli a Nap nagy energiájú ultraibolya sugárzását.

A sztratoszféra egy stabil réteg, turbulencia nélkül, amely összekeveri a gázokat. A legalacsonyabb részen a levegő hideg és sűrű, a legmagasabb rész pedig meleg és könnyű.

Ózonképződés

A sztratoszféra molekuláris oxigénben (O₂) az UV sugárzás hatása a Naptól elválik:

O₂  +  UV LIGHT → O + O

Az oxigénatomok (O) nagyon reaktívak és oxigén molekulákkal reagálnak (O₂) ózon képződése (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  hőség

Ebben a folyamatban a hő szabadul fel (exoterm reakció). Ez a kémiai reakció a sztratoszférában a hő forrása, és a felső rétegekben magas hőmérsékleteket hoz létre.

funkciók

A sztratoszféra a Föld bolygó minden formájának védelmi funkcióját teljesíti. Az ózonréteg megakadályozza, hogy a nagy energiájú ultraibolya (UV) sugárzás elérje a föld felszínét.

Az ózon elnyeli az ultraibolya fényt és bomlik atom oxigént (O) és molekuláris oxigént (O₂), amint azt a következő kémiai reakció mutatja:

O₃  + UV LIGHT → O + O₂

A sztratoszférában az ózon képződésének és megsemmisülésének folyamatai olyan egyensúlyban maradnak, amely megtartja állandó koncentrációját.

Ily módon az ózonréteg védőpajzsként működik az UV-sugárzás ellen, amely a genetikai mutációk, a bőrrák, a növények és a növények általános megsemmisülésének oka..

Az ózonréteg megsemmisítése

CFC-vegyületek

Az 1970-es évektől kezdve a kutatók nagy aggodalmukat fejezték ki a klór-fluor-szénhidrogének (CFC) ózonrétegre gyakorolt ​​káros hatásai miatt..

1930-ban bevezetésre kerültek a klór-fluor-szénhidrogén-vegyületek kereskedelmi nevű freonok alkalmazása. Ezek közé tartozik a CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Freon 12), C₂F₃Cl₃ (Freon 113) és C₂F₄Cl₂ (Freon 114). Ezek a vegyületek könnyen összenyomhatók, viszonylag nem reagálnak és nem gyúlékonyak.

Az ammóniát helyettesítő hűtőközegekben és hűtőkben kezdtek használni hűtőközegként (NH₃) és kén-dioxid (SO)₂) folyadék (nagyon mérgező).

Ezt követően a CFC-ket nagy mennyiségben használták eldobható műanyag termékek gyártásához, mint a kereskedelmi termékek hajtóanyagai konzerv aeroszolok formájában, valamint az elektronikus eszközkártyák tisztítására használt oldószerek..

A CFC-k széles körű és széles körű használata komoly környezeti problémát okozott, mivel az iparágakban használt és a hűtőközeg-felhasználások a légkörbe kerülnek..

A légkörben ezek a vegyületek lassan diffundálnak a sztratoszférába; ebben a rétegben az UV sugárzás következtében bomlik:

CFCi_{3 →} CFCi₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

A klór atomok nagyon könnyen reagálnak az ózonnal és elpusztítják azt:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Egy klóratom több mint 100 000 ózonmolekulát képes elpusztítani.

Nitrogén-oxidok

NOx és NOx nitrogén-oxidok₂ az ózon elpusztításával reagálnak. Ezeknek a nitrogén-oxidoknak a sztratoszférában való jelenléte a szuperszonikus légijármű-motorok által kibocsátott gázok, a Földön végzett emberi tevékenységből származó kibocsátások és a vulkáni tevékenység miatt következik be..

Vékonyodás és lyukak az ózonrétegben

Az 1980-as években kiderült, hogy az ózonrétegben egy nyílás keletkezett a déli sark fölött. Ezen a területen az ózon mennyisége felére csökkent.

Azt is felfedezték, hogy az északi sarkon és az egész sztratoszférában az ózonréteg hígult, azaz csökkentette annak szélességét, mivel az ózon mennyisége jelentősen csökkent.

Az ózon elvesztése a sztratoszférában komoly következményekkel jár a bolygó életére, és számos ország elfogadta, hogy a CFC-k használatának drasztikus csökkentése vagy teljes megszüntetése szükséges és sürgős..

Nemzetközi megállapodások a CFC-k használatának korlátozásáról

1978-ban számos ország megtiltotta a CFC-k használatát hajtóanyagként a kereskedelmi termékek aeroszol formájában. 1987-ben az iparosodott országok túlnyomó többsége aláírta az úgynevezett Montreali Jegyzőkönyvet, amely nemzetközi megállapodás volt, amelyben kitűzött célokat határoztak meg a CFC-gyártás fokozatos csökkentésére és teljes megszüntetésére 2000-ben.

Számos ország megsértette a Montreali Jegyzőkönyvet, mivel ez a CFC-k csökkentése és megszüntetése hatással lenne gazdaságukra, és a gazdasági érdekeket a Föld bolygó életének megőrzése előtt tenné..

Miért nem repülnek a repülőgépek a sztratoszférában?

A repülőgép repülése során 4 alapvető erő van: a lift, a repülőgép súlya, az ellenállás és a tolóerő.

A lift egy olyan erő, amely a síkot tartja és felemeli; minél nagyobb a levegő sűrűsége, annál nagyobb a lift. Másrészt a tömeg az az erő, amellyel a Föld gravitációja a Föld közepe felé húzza a síkot.

Az ellenállás olyan erő, amely lassítja vagy megakadályozza a sík előrehaladását. Ez az ellenállási erő ellentétes irányba hat a sík pályájára.

A push az erő, amely előre mozgatja a síkot. Ahogy látjuk, a toló és emelő kedvez a repülésnek; a tömeg és az ellenállás a repülőgép repülésének hátrányára késztet.

Légi jármű a troposzférában repülnek

A kereskedelmi és polgári repülőgépek rövid távolságra repülnek, körülbelül 10 000 méter magasságban, azaz a troposzféra felső határában..

Minden repülőgépen szükség van a kabin nyomás alá helyezésére, amely a sűrített levegő szivattyúzásából áll a repülőgép pilótafülkéjében..

Miért szükséges a fülke nyomása?

Mivel a repülőgép magasabb magasságokra emelkedik, a külső légköri nyomás csökken, és az oxigéntartalom is csökken.

Ha a kabinba nincs nyomás alatt lévő levegő, az utasok hipoxiát (vagy hegyi betegséget) szenvednek, olyan tünetekkel, mint a fáradtság, szédülés, fejfájás és az oxigénhiány miatt az eszméletvesztés..

Ha a kabinba szállított sűrített levegő vagy dekompresszió meghibásodik, vészhelyzet lépne fel, amikor a repülőgépnek azonnal le kell lennie, és az összes utasnak oxigénmaszkokat kell viselnie.

Repülések a sztratoszférában, szuperszonikus repülőgépek

A sztratoszférában a 10.000 méternél nagyobb magasságoknál a gáz-halmazállapotú réteg sűrűsége alacsonyabb, ezért a repülést támogató emelő is alacsonyabb.

Másrészt, ezeken a nagy magasságokon az oxigéntartalom (O₂) a levegőben kisebb, és ez mind a légi jármű motorját alkotó dízelüzemanyag elégetéséhez, mind a kabinban lévő hatékony nyomásnyomáshoz szükséges..

A föld felszíne fölötti 10 000 méteres magasságoknál a síknak nagyon nagy sebességgel kell mennie, amit szuperszonikusnak neveznek, és amely a tengerszint felett 1,225 km / órát ér el.

A szuperszonikus repülőgépek hátrányai a mai napig fejlődtek

A szuperszonikus járatok úgynevezett hangrobbanásokat hoznak létre, amelyek nagyon hangos zajok, mint a mennydörgés. Ezek a zajok negatívan hatnak az állatokra és az emberekre.

Ezen túlmenően, ezeknek a szuperszonikus repülőgépeknek több üzemanyagot kell használniuk, és ezért több levegőszennyező anyagot kell termelniük, mint az alacsonyabb magasságban közlekedő repülőgépek..

A szuperszonikus repülőgépek gyártásához sokkal erősebb motorokat és drága speciális anyagokat igényelnek. A kereskedelmi járatok annyira gazdaságosak voltak, hogy megvalósításuk nem volt nyereséges.

referenciák

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada és et. (2017). A felső troposzféra és a sztratoszférikus vízgőz és az ózon értékelése az R-RIP részeként. Légköri kémia és fizika. 17: 12743-12778. doi: 10,5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. és mtsai. (2019). Gyenge Stratoszféra Polar Vortex események, amelyeket az Északi-sark-jég veszteség modulál. Journal of Geophysical Research: Atmoszférák. 124 (2): 858-869. doi: 10,1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. és munkatársai. (2019). Troposzféra-Stratoszféra Dinamikus csatolás az észak-atlanti Eddy-hajtású Jet variabilitás szempontjából. Japán Tudományos és Technológiai Ügynökség. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D. M., Butchart, N. és mtsai. (2015). Stratoszféra hatása a troposzférikus sugárfolyásokra, a vihar pályákra és a felületi időjárásra. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. és mtsai. (2003). Stratoszféra-troposzféra cseréje: áttekintés, és amit a STACCATO-tól tanultunk. Journal of Geophysical Research: Atmoszférák. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratoszféra ózonkiesés. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (szerk.) Húsz év Ozone Decline. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5