Stratosfääri omadused, funktsioonid, temperatuur

The stratosfäär See on üks Maa atmosfääri kihte, mis paikneb troposfääri ja mesosfääri vahel. Stratosfääri alumise piiri kõrgus varieerub, kuid seda võib võtta planeedi keskmistel laiuskraadidel 10 km. Selle ülemine piir on maa peal asuv 50 km kõrgus.

Maa atmosfäär on planeedi ümbritsev gaasiline ümbrik. Vastavalt keemilisele koostisele ja temperatuurivahemikule on see jagatud 5 kihiks: troposfäär, stratosfäär, mesosfäär, termosfäär ja eksosfäär..

Troposfäär ulatub Maa pinnast 10 km kõrgusele. Järgmine kiht, stratosfäär, läheb 10 km kuni 50 km Maa pinnast kõrgemale.

Mesosfäär on vahemikus 50 km kuni 80 km. Termosfäär 80 km kuni 500 km ja lõpuks eksosfäär ulatub 500 km kuni 10 000 km kõrgusele, mis on piiridevaheline ruum.

Indeks

• 1 Stratosfääri karakteristikud
  • 1.1 Asukoht
  • 1.2 Struktuur
  • 1.3 Keemiline koostis
• 2 Temperatuur
• 3 Osooni moodustumine
• 4 Funktsioonid
• 5 Osoonikihi hävitamine
  • 5.1 CFC ühendid
  • 5.2 Lämmastikoksiidid
  • 5.3 Ooonikihi hõrenemine ja avad
  • 5.4 Rahvusvahelised kokkulepped CFC-de kasutamise piirangute kohta
• 6 Miks lennukid ei liigu stratosfääris?
  • 6.1 Troposfääris lendavad õhusõidukid
  • 6.2 Miks on vaja kabiini survet?
  • 6.3 Lennud stratosfääris, ülehelikiirusega õhusõidukid
  • 6.4 Praeguseks väljatöötatud ülehelikiirusega õhusõidukite puudused
• 7 Viited

Stratosfääri karakteristikud

Asukoht

Stratosfäär asub troposfääri ja mesosfääri vahel. Selle kihi alumine piir varieerub vastavalt laiuskraadile või kaugusele ekvaatorilisele maismaale.

Planeedi pooluste juures algab stratosfäär 6 kuni 10 km kõrgusel maa pinnast. Ekvaator algab 16 ja 20 km kõrgusel. Ülemine piir on Maa pinnast 50 km.

Struktuur

Stratosfääril on oma struktuur kihtides, mis on määratletud temperatuuri järgi: külmad kihid on all ja kuumad kihid on üleval.

Samuti on stratosfääril kiht, kus on kõrge osooni kontsentratsioon, mida nimetatakse osoonikihiks või osonosfääriks, mis on 30 kuni 60 km Maa pinnast kõrgemal..

Keemiline koostis

Kõige olulisem keemiline ühend stratosfääris on osoon. 85 kuni 90% kogu atmosfääris sisalduvast osoonist on stratosfääris.

Osoon moodustub stratosfääris fotokeemilise reaktsiooni (keemiline reaktsioon, kus valgus sekkub) abil, mis kannab hapnikku. Suur osa stratosfääri gaasidest siseneb troposfäärist.

Stratosfäär sisaldab osooni (O₃), lämmastik (N₂), hapnik (O₂), lämmastikoksiidid, lämmastikhape (HNO)₃), väävelhape (H₂SO₄), silikaadid ja halogeenitud ühendid, nagu klorofluorosüsinikud. Mõned neist ainetest pärinevad vulkaanipurskest. Veeauru kontsentratsioon (H. \ T₂Või gaasilises olekus) on see stratosfääris väga madal.

Stratosfääris on gaaside segu vertikaalselt väga aeglane ja praktiliselt null, kuna turbulentsus puudub. Sel põhjusel jäävad sellesse kihti sisenevad keemilised ühendid ja muud materjalid sellesse pikka aega.

Temperatuur

Temperatuur stratosfääris on vastupidine käitumine troposfääris. Selles kihis kasvab temperatuur kõrgusel.

Selline temperatuuri tõus tuleneb keemiliste reaktsioonide esinemisest, mis vabastavad soojust, kus osoon sekkub (O₃). Stratosfääris on märkimisväärne kogus osooni, mis neelab päikest kõrge energiaga ultraviolettkiirgust.

Stratosfäär on stabiilne kiht, mis ei sisalda gaase segavat turbulentsi. Õhk on madalaima osa külmas ja tihe ning kõrgeimas osas on see kuum ja kerge.

Osooni moodustumine

Stratosfääri molekulaarses hapnikus (O₂) on lahutatud päikese ultraviolettkiirguse (UV) mõjust:

O₂  +  UV LIGHT → O + O

Hapniku aatomid (O) on väga reaktiivsed ja reageerivad hapniku molekulidega (O₂) osooni moodustamiseks (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  Kuumuta

Selles protsessis eraldub soojus (eksotermiline reaktsioon). See keemiline reaktsioon on soojuse allikaks stratosfääris ja tekitab selle kõrged temperatuurid ülemistes kihtides.

Funktsioonid

Stratosfäär täidab kaitsvat funktsiooni kõigil Maa planeedil eksisteerivatel eluvormidel. Osoonikiht takistab kõrge energiaga ultraviolettkiirguse (UV) kiirgamist maapinnale.

Osoon neelab ultraviolettvalgust ja laguneb aatomi hapnikuks (O) ja molekulaarseks hapnikuks (O₂), mida näitab järgmine keemiline reaktsioon:

O₃  + UV LIGHT → O + O₂

Stratosfääris on osooni moodustumise ja hävimise protsess tasakaalus, mis säilitab oma püsiva kontsentratsiooni.

Sel moel toimib osoonikiht UV-kiirguse kaitsekilpina, mis on geneetiliste mutatsioonide, nahavähi, põllukultuuride ja taimede hävitamise põhjuseks üldiselt.

Osoonikihi hävitamine

CFC-ühendid

Alates 1970. aastatest on teadlased väljendanud suurt muret klorofluorosüsivesinike (CFC-de) kahjuliku mõju pärast osoonikihile..

1930. aastal võeti kasutusele klorofluorosüsinikuühendid, mida nimetatakse kaubanduslikult freoniteks. Nende hulgas on CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Freon 12), C₂F₃Cl₃ (Freon 113) ja C₂F₄Cl₂ (Freon 114). Need ühendid on kergesti kokkusurutavad, suhteliselt reageerimatud ja mittesüttivad.

Neid hakati kasutama külmutusainetena kliimaseadmetes ja külmkappides, asendades ammoniaaki (NH₃) ja vääveldioksiid (SO)₂) vedelik (väga mürgine).

Seejärel on CFC-sid suurtes kogustes kasutatud ühekordselt kasutatavate plasttoodete valmistamisel, kaubanduslike toodete propellantidena aerosoolide konserveeritud kujul ja elektrooniliste seadmete kaartide puhastamiseks kasutatavate lahustitena..

CFC-de laialdane ja laiaulatuslik kasutamine on põhjustanud tõsise keskkonnaprobleemi, sest tööstuses kasutatavad ja külmutusagensite kasutusviisid juhitakse atmosfääri..

Atmosfääris hajuvad need ühendid aeglaselt stratosfääri; selles kihis lagunevad nad UV-kiirguse tõttu:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Kloori aatomid reageerivad osooniga väga kergesti ja hävitavad:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Üks kloori aatom võib hävitada rohkem kui 100 000 osooni molekuli.

Lämmastikoksiidid

NOx ja NOx lämmastikoksiidid₂ nad reageerivad osooni hävitamisega. Nende lämmastikoksiidide esinemine stratosfääris on tingitud ülehelikiirusega õhusõidukite mootorite poolt tekitatavatest gaasidest, inimtegevuse põhjustatud heitmetest Maa peal ja vulkaanilisest tegevusest..

Ooonikihi hõrenemine ja avad

1980. aastatel avastati, et lõunapooluse ala kohal oli moodustunud osoonikihi ava. Selles valdkonnas oli osooni kogus vähenenud poole võrra.

Samuti avastati, et põhjapoolusel ja kogu stratosfääris on osoonikiht hõrenenud, see tähendab, et see on vähendanud selle laiust, sest osooni kogus on oluliselt vähenenud.

Osooni kaotus stratosfääris avaldab tõsist mõju planeedi elule ning mitmed riigid on tunnistanud, et CFC-de kasutamise drastiline vähendamine või täielik kõrvaldamine on vajalik ja kiireloomuline..

Rahvusvahelised kokkulepped CFC-de kasutamise piiramise kohta

1978. aastal keelasid paljud riigid CFC-de kasutamist aerosoolidena kasutatavate kaubanduslike toodete raketikütustena. 1987. aastal allkirjastasid enamik tööstusriike nn Montreali protokolli, mis on rahvusvaheline kokkulepe, mille eesmärk oli kehtestada CFC tootmise järkjärguline vähendamine ja selle täielik kõrvaldamine 2000. aastal.

Mitmed riigid on Montreali protokolli rikkunud, sest see vähendas ja kõrvaldab CFC-sid nende majandusele, seades majanduslikud huvid enne elu säilitamist planeedil Maa.

Miks lennukid ei liigu stratosfääris?

Lennuki lennu ajal on neli põhijõudu: lift, lennuki kaal, takistus ja tõukejõud.

Lift on jõud, mis hoiab lennukit ja surub selle üles; mida suurem on õhutihedus, seda suurem on lift. Kaal, teiselt poolt, on jõud, millega Maa gravitatsioon tõmbab tasapinna Maa keskele.

Vastupanu on jõud, mis aeglustab või takistab tasapinna edasiminekut. See takistusjõud toimib tasapinna trajektoori vastupidises suunas.

Tõukejõud on jõud, mis liigutab tasapinda edasi. Nagu näeme, soodustab lend ja tõstmine lendu; kaal ja takistus toimivad lennuki lennu halvemusele.

Õhusõidukid seda nad lendavad troposfääris

Kommerts- ja tsiviillennukid lühikese vahemaa tagant lendavad umbes 10 000 meetri kõrgusele, st troposfääri ülemisest piirist.

Kõikides lennukites on vaja kabiini survestamist, mis seisneb suruõhu pumpamises lennuki kabiinis..

Miks vajab kabiini survet?

Kuna õhusõiduk tõuseb kõrgematesse kõrgustesse, väheneb väliskeskkonna rõhk ja ka hapnikusisaldus väheneb.

Kui survestatud õhku salongi ei tarnita, kannatavad reisijad hüpoksia (või mägipuuduse) all, kus sümptomid on näiteks väsimus, pearinglus, peavalu ja teadvusekaotus hapniku puudumise tõttu..

Kui suruõhu varustamisel salongi või dekompressiooniga tekib rike, tekiks hädaolukord, kui õhusõiduk peab kohe laskuma, ja kõik selle sõitjad peaksid kandma hapniku maske..

Lennud stratosfääris, ülehelikiirusega lennukid

Kõrgemal kui 10 000 meetri kõrgusel on stratosfääris gaasilise kihi tihedus madalam ja seetõttu on ka lendu soosiv lift madalam.

Teisest küljest, nendel suurtel kõrgustel on hapnikusisaldus (O₂) õhus on väiksem ja seda on vaja nii diislikütuse põletamisel, mis teeb õhusõiduki töö, kui ka tõhusaks survestamiseks kabiinis.

Üle 10 000 meetri kõrgusel maapinnast peab lennuk läbima väga suure kiirusega, mida nimetatakse ülehelikiiruseks ja mis ulatub merepinnal üle 1 255 km / h.

Ülehelikiirusega õhusõidukite puudused on välja kujunenud praeguseks

Ülihelikiirusega lennud toodavad nn sonic-plahvatusi, mis on väga tugevad müra sarnased äikest. Need müra mõjutavad negatiivselt loomi ja inimesi.

Lisaks peavad need ülehelikiirusega õhusõidukid kasutama rohkem kütust ja seega tootma rohkem õhu saasteaineid kui õhusõidukid, mis lendavad madalamal kõrgusel..

Ülihelikiirusega õhusõidukid vajavad nende valmistamiseks palju võimsamaid mootoreid ja kulukaid erimaterjale. Ärilendud olid nii majanduslikult kulukad, et nende rakendamine ei ole olnud tulus.

Viited

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada ja et. (2017). Ülemine troposfääri ja stratosfääri veeauru ja osooni hindamine reanalüüsides osana S-RIP-st. Atmosfääri keemia ja füüsika. 17: 12743-12778. doi: 10,5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et kõik. (2019). Nõrgad Stratospheric Polar Vortexi sündmused, mida moduleerivad Arktika mere jääkadu. Journal of Geophysical Research: Atmosfäärid. 124 (2): 858-869. doi: 10,1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et all. (2019). Troposfääri-Stratosfääri dünaamiline haakumine Põhja-Atlandi räbemõõduga jugade varieeruvuse suhtes. Jaapani teadus- ja tehnoloogiaamet. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A. A., Hardiman, S.C., Mitchell, D. M., Butchart, N. et al. (2015). Stratosfääriline mõju troposfääri jugavooludele, tormiradadele ja pinnase ilmale. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). Stratosfääri-troposfääri vahetus: ülevaade ja see, mida oleme õppinud STACCATOst. Journal of Geophysical Research: Atmosfäärid. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratosfääri osooni kadu. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Kakskümmend aastat Osooni langust. Springer. doi: 10,1007 / 978-90-481-2469-5_5