Χαρακτηριστικά, λειτουργίες, θερμοκρασία της στοιβάδας

Το στρατόσφαιρα Είναι ένα από τα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης, που βρίσκεται ανάμεσα στην τροπόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Το υψόμετρο του κάτω ορίου της στρατόσφαιρας ποικίλλει, αλλά μπορεί να ληφθεί ως 10 χλμ. Για τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη του πλανήτη. Το ανώτατο όριο είναι το υψόμετρο 50 χιλιομέτρων στην επιφάνεια της Γης.

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι το αέριο φάκελο που περιβάλλει τον πλανήτη. Σύμφωνα με τη χημική σύνθεση και τη μεταβολή της θερμοκρασίας, χωρίζεται σε 5 στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμοσφαίρια και εξόσφαιρα.

Η τροπόσφαιρα εκτείνεται από την επιφάνεια της Γης σε ύψος 10 χλμ. Το επόμενο στρώμα, η στρατόσφαιρα, πηγαίνει από 10 χιλιόμετρα έως 50 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Η μεσόσφαιρα κυμαίνεται από 50 χιλιόμετρα έως 80 χιλιόμετρα σε ύψος. Η θερμόσφαιρα από τα 80 χιλιόμετρα έως τα 500 χιλιόμετρα, και τέλος η εξάσφαιρα εκτείνεται από 500 χιλιόμετρα έως 10.000 χιλιόμετρα ύψος, που είναι το όριο με το διαπλανητικό χώρο.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά της στρατόσφαιρας
  • 1,1 Τοποθεσία
  • 1.2 Δομή
  • 1.3 Χημική σύνθεση
• 2 Θερμοκρασία
• 3 Ο σχηματισμός όζοντος
• 4 Λειτουργίες
• 5 Καταστροφή της στιβάδας του όζοντος
  • 5.1 Οξέα CFC
  • 5.2 Οξείδια του αζώτου
  • 5.3 Αραίωση και οπές στο στρώμα του όζοντος
  • 5.4 Διεθνείς συμφωνίες σχετικά με τους περιορισμούς στη χρήση των CFC
• 6 Γιατί τα αεροπλάνα δεν πετούν στη στρατόσφαιρα?
  • 6.1 Αεροσκάφη που πετούν στην τροπόσφαιρα
  • 6.2 Γιατί απαιτείται πίεση του θαλάμου?
  • 6.3 Πτήσεις στη στρατόσφαιρα, υπερηχητικά αεροσκάφη
  • 6.4 Τα μειονεκτήματα των υπερηχητικών αεροσκαφών που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα
• 7 Αναφορές

Χαρακτηριστικά της στρατόσφαιρας

Τοποθεσία

Η στρατόσφαιρα βρίσκεται μεταξύ της τροπόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Το κατώτερο όριο αυτού του στρώματος ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος ή την απόσταση από την ισημερινή γραμμή του ισημερινού.

Στους πόλους του πλανήτη, η στρατόσφαιρα αρχίζει μεταξύ 6 και 10 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της γης. Στον ισημερινό αρχίζει μεταξύ 16 και 20 χλμ. Υψόμετρο. Το ανώτατο όριο είναι 50 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Δομή

Η στρατόσφαιρα έχει τη δική της δομή σε στρώματα, τα οποία ορίζονται από τη θερμοκρασία: τα ψυχρά στρώματα βρίσκονται στο κάτω μέρος και τα καυτά στρώματα βρίσκονται στην κορυφή.

Επίσης, η στρατόσφαιρα έχει μια στρώση όπου υπάρχει υψηλή συγκέντρωση όζοντος, που ονομάζεται στρώμα όζοντος ή οζονόσφαιρα, η οποία βρίσκεται μεταξύ 30 έως 60 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Χημική σύνθεση

Η πιο σημαντική χημική ένωση στη στρατόσφαιρα είναι το όζον. Το 85 έως 90% του συνολικού όζοντος που υπάρχει στην ατμόσφαιρα της Γης βρίσκεται στη στρατόσφαιρα.

Το όζον σχηματίζεται στη στρατόσφαιρα μέσω μιας φωτοχημικής αντίδρασης (χημική αντίδραση όπου το φως παρεμβαίνει) που υποφέρει από οξυγόνο. Πολλά από τα αέρια της στρατόσφαιρας εισέρχονται από την τροπόσφαιρα.

Η στρατόσφαιρα περιέχει όζον (Ο₃), άζωτο (Ν₂), οξυγόνο (Ο₂), οξείδια του αζώτου, νιτρικό οξύ (HNO)₃), θειικό οξύ (Η₂Έτσι₄), πυριτικά άλατα και αλογονωμένες ενώσεις, όπως χλωροφθοράνθρακες. Ορισμένες από αυτές τις ουσίες προέρχονται από ηφαιστειακές εκρήξεις. Η συγκέντρωση υδρατμών (Η₂Ή σε αέρια κατάσταση) στη στρατόσφαιρα, είναι πολύ χαμηλή.

Στη στρατόσφαιρα, το μείγμα αερίων κάθετα είναι πολύ αργό και πρακτικά μηδενικό, λόγω της απουσίας αναταράξεων. Για το λόγο αυτό, οι χημικές ενώσεις και άλλα υλικά που εισέρχονται σε αυτό το στρώμα παραμένουν σε αυτό για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Θερμοκρασία

Η θερμοκρασία στη στρατόσφαιρα παρουσιάζει αντίστροφη συμπεριφορά σε αυτήν στην τροπόσφαιρα. Σε αυτό το στρώμα η θερμοκρασία αυξάνεται με το υψόμετρο.

Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας οφείλεται στην εμφάνιση χημικών αντιδράσεων που απελευθερώνουν θερμότητα, όπου το όζον παρεμβαίνει (Ο₃). Στη στρατόσφαιρα υπάρχουν σημαντικές ποσότητες όζοντος, οι οποίες απορροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία υψηλής ενέργειας από τον Ήλιο.

Η στρατόσφαιρα είναι ένα σταθερό στρώμα, χωρίς αναταράξεις που αναμιγνύει τα αέρια. Ο αέρας είναι κρύος και πυκνός στο χαμηλότερο μέρος και στο υψηλότερο μέρος είναι ζεστό και ελαφρύ.

Ο σχηματισμός όζοντος

Στη στρατόσφαιρα μοριακό οξυγόνο (Ο₂) διαχωρίζεται από την επίδραση της υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας από τον Ήλιο:

Ο₂  +  UV LIGHT → Ο + Ο

Τα άτομα οξυγόνου (Ο) είναι πολύ δραστικά και αντιδρούν με μόρια οξυγόνου (Ο₂) για να σχηματιστεί όζον (Ο₃):

O + O_{2 →}  Ο₃  +  Θερμό

Σε αυτή τη διαδικασία απελευθερώνεται θερμότητα (εξωθερμική αντίδραση). Αυτή η χημική αντίδραση είναι η πηγή θερμότητας στη στρατόσφαιρα και προκαλεί τις υψηλές θερμοκρασίες της στα ανώτερα στρώματα.

Λειτουργίες

Η στρατόσφαιρα εκπληρώνει μια προστατευτική λειτουργία όλων των μορφών ζωής που υπάρχουν στον πλανήτη Γη. Το στρώμα του όζοντος εμποδίζει την ακτινοβολία υπεριώδους (UV) υψηλής ενέργειας να φτάσει στην επιφάνεια της γης.

Το όζον απορροφά το υπεριώδες φως και αποσυντίθεται σε ατομικό οξυγόνο (Ο) και μοριακό οξυγόνο (Ο₂), όπως φαίνεται από την ακόλουθη χημική αντίδραση:

Ο₃  + UV LIGHT → Ο + Ο₂

Στη στρατόσφαιρα, οι διαδικασίες σχηματισμού και καταστροφής του όζοντος βρίσκονται σε ισορροπία που διατηρεί τη σταθερή συγκέντρωσή του.

Με αυτό τον τρόπο, η στιβάδα του όζοντος λειτουργεί ως προστατευτική ασπίδα έναντι της ακτινοβολίας UV, η οποία είναι η αιτία των γενετικών μεταλλάξεων, του καρκίνου του δέρματος, της καταστροφής των καλλιεργειών και των φυτών γενικά.

Καταστροφή της στιβάδας του όζοντος

CFC ενώσεις

Από τη δεκαετία του 1970, οι ερευνητές εξέφρασαν μεγάλη ανησυχία για τις επιβλαβείς επιδράσεις των χλωροφθορανθράκων (CFC) στη στιβάδα του όζοντος..

Το 1930 εισήχθη η χρήση των ενώσεων χλωροφθορανθράκων που ονομάζονται εμπορικά φρεόνια. Μεταξύ αυτών είναι το CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Freon 12), C₂F₃Cl₃ (Freon 113) και C₂F₄Cl₂ (Freon 114). Αυτές οι ενώσεις είναι εύκολα συμπιέσιμες, σχετικά μη δραστικές και μη εύφλεκτες.

Άρχισαν να χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά μέσα σε κλιματιστικά και ψυγεία, αντικαθιστώντας την αμμωνία (NH₃) και διοξειδίου του θείου (SO)₂) υγρό (πολύ τοξικό).

Στη συνέχεια, τα CFC χρησιμοποιήθηκαν σε μεγάλες ποσότητες για την κατασκευή πλαστικών αντικειμένων μίας χρήσης, ως προωθητικών για εμπορικά προϊόντα σε μορφή κονσερβοποιημένων αερολυμάτων και ως διαλύτες για τον καθαρισμό ηλεκτρονικών καρτών συσκευών.

Η ευρεία και ευρεία χρήση των CFC προκάλεσε σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβλημα, καθώς αυτά που χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες και τις χρήσεις ψυκτικού μέσου απορρίπτονται στην ατμόσφαιρα.

Στην ατμόσφαιρα, αυτές οι ενώσεις διαχέονται αργά στη στρατόσφαιρα. σε αυτό το στρώμα υποβάλλονται σε αποσύνθεση λόγω της ακτινοβολίας UV:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Τα άτομα χλωρίου αντιδρούν πολύ εύκολα με το όζον και τα καταστρέφουν:

Cl + Ο₃  → ClO + O₂

Ένα μόνο άτομο χλωρίου μπορεί να καταστρέψει περισσότερα από 100.000 μόρια όζοντος.

Οξείδια του αζώτου

NOx και NOx οξείδια αζώτου₂ αντιδρούν καταστρέφοντας το όζον. Η παρουσία αυτών των οξειδίων του αζώτου στη στρατόσφαιρα οφείλεται στα αέρια που εκπέμπονται από υπερηχητικούς κινητήρες αεροσκαφών, στις εκπομπές από ανθρώπινες δραστηριότητες στη Γη και στην ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Αραίωση και οπές στο στρώμα του όζοντος

Στη δεκαετία του 1980 ανακαλύφθηκε ότι ένα στόμιο στο στρώμα του όζοντος είχε σχηματιστεί πάνω από την περιοχή του Νότιου Πόλου. Σε αυτή την περιοχή η ποσότητα του όζοντος είχε μειωθεί κατά το ήμισυ.

Ανακαλύφθηκε επίσης ότι πάνω από τον Βόρειο Πόλο και σε ολόκληρη τη στρατόσφαιρα, το στρώμα του όζοντος έχει αραιωθεί, δηλαδή έχει μειώσει το πλάτος του επειδή η ποσότητα του όζοντος έχει μειωθεί σημαντικά.

Η απώλεια όζοντος στη στρατόσφαιρα έχει σοβαρές συνέπειες για τη ζωή στον πλανήτη και αρκετές χώρες έχουν δεχθεί ότι είναι απαραίτητη και επείγουσα μια δραστική μείωση ή πλήρης εξάλειψη της χρήσης των CFC..

Διεθνείς συμφωνίες για τον περιορισμό της χρήσης των CFC

Το 1978, πολλές χώρες απαγόρευσαν τη χρήση CFC ως προωθητικών για εμπορικά προϊόντα με τη μορφή αερολυμάτων. Το 1987, η συντριπτική πλειονότητα των βιομηχανικών χωρών υπέγραψε το αποκαλούμενο πρωτόκολλο του Μόντρεαλ, μια διεθνή συμφωνία στην οποία καθορίστηκαν στόχοι για τη σταδιακή μείωση της παραγωγής CFC και την πλήρη εξάλειψή της το έτος 2000.

Αρκετές χώρες έχουν παραβιάσει το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ, επειδή αυτή η μείωση και εξάλειψη των CFC θα επηρεάσει την οικονομία τους, θέτοντας οικονομικά συμφέροντα πριν τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη Γη.

Γιατί τα αεροπλάνα δεν πετούν στη στρατόσφαιρα?

Κατά την πτήση ενός αεροπλάνου υπάρχουν 4 βασικές δυνάμεις: ο ανελκυστήρας, το βάρος του αεροπλάνου, η αντίσταση και η ώθηση.

Ο ανελκυστήρας είναι μια δύναμη που συγκρατεί το αεροπλάνο και τον ωθεί προς τα πάνω. όσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα του αέρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανύψωση. Το βάρος, από την άλλη πλευρά, είναι η δύναμη με την οποία η βαρύτητα της Γης τραβά το αεροπλάνο προς το κέντρο της Γης.

Η αντίσταση είναι μια δύναμη που επιβραδύνει ή εμποδίζει την πρόοδο του επιπέδου. Αυτή η δύναμη αντίστασης δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση προς την τροχιά του επιπέδου.

Η ώθηση είναι η δύναμη που κινεί το επίπεδο προς τα εμπρός. Όπως βλέπουμε, η ώθηση και η ανύψωση ευνοούν την πτήση. το βάρος και η αντίσταση δρουν για να μειώσουν την πτήση του αεροπλάνου.

Αεροσκάφη που πετούν στην τροπόσφαιρα

Τα εμπορικά και πολιτικά αεροπλάνα σε μικρές αποστάσεις, πετούν περίπου στα 10.000 μέτρα ύψους, δηλαδή στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας.

Σε όλα τα αεροπλάνα είναι απαραίτητο να υπάρχει πίεση του θαλάμου, που συνίσταται στην άντληση πεπιεσμένου αέρα στο θάλαμο διακυβέρνησης του αεροπλάνου.

Γιατί απαιτείται πίεση του θαλάμου?

Καθώς το αεροσκάφος ανεβαίνει σε υψηλότερα υψόμετρα, η εξωτερική ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώνεται επίσης.

Αν ο πεπιεσμένος αέρας δεν τροφοδοτείται στην καμπίνα, οι επιβάτες θα υποφέρουν από υποξία (ή ορεινή ασθένεια), με συμπτώματα όπως κόπωση, ζάλη, κεφαλαλγία και απώλεια συνείδησης λόγω έλλειψης οξυγόνου.

Σε περίπτωση αποτυχίας στην παροχή πεπιεσμένου αέρα στην καμπίνα ή σε αποσυμπίεση, θα προέκυπτε έκτακτη ανάγκη όταν το αεροσκάφος πρέπει να κατέβει αμέσως και όλοι οι επιβάτες του να φορούν μάσκες οξυγόνου.

Πτήσεις στη στρατόσφαιρα, υπερηχητικά αεροσκάφη

Σε ύψη μεγαλύτερα από 10.000 μέτρα, στη στρατόσφαιρα, η πυκνότητα του αέριου στρώματος είναι χαμηλότερη και συνεπώς ο ανελκυστήρας που ευνοεί την πτήση είναι επίσης χαμηλότερος.

Από την άλλη πλευρά, σε αυτά τα μεγάλα ύψη η περιεκτικότητα σε οξυγόνο (Ο₂) στον αέρα είναι μικρότερο και αυτό απαιτείται τόσο για την καύση του καυσίμου ντίζελ που κάνει τον κινητήρα του αεροσκάφους να λειτουργήσει όσο και για την αποτελεσματική συμπίεση στην καμπίνα.

Στα ύψη πάνω από 10.000 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της γης, το αεροπλάνο πρέπει να πάει σε πολύ υψηλές ταχύτητες, που ονομάζεται υπερηχητική, φτάνοντας πάνω από 1.225 χλμ. / Ώρα σε επίπεδο θάλασσας.

Τα μειονεκτήματα των υπερηχητικών αεροσκαφών αναπτύσσονται μέχρι σήμερα

Οι υπερηχητικές πτήσεις παράγουν τις αποκαλούμενες ηχητικές εκρήξεις, οι οποίες είναι πολύ δυνατοί θόρυβοι παρόμοιοι με τους βροντές. Αυτοί οι θόρυβοι επηρεάζουν αρνητικά τα ζώα και τους ανθρώπους.

Επιπλέον, αυτά τα υπερηχητικά αεροσκάφη πρέπει να χρησιμοποιούν περισσότερα καύσιμα και συνεπώς να παράγουν περισσότερους ατμοσφαιρικούς ρύπους από τα αεροσκάφη που πετούν σε χαμηλότερα ύψη..

Τα υπερηχητικά αεροσκάφη απαιτούν πολύ πιο ισχυρούς κινητήρες και ακριβά ειδικά υλικά για την κατασκευή τους. Οι εμπορικές πτήσεις ήταν τόσο οικονομικά δαπανηρές ώστε η εφαρμογή τους δεν ήταν κερδοφόρα.

Αναφορές

1. S.M., Hegglin, Μ.Ι., Fujiwara, Μ., Dragani, R., Harada, et αϊ. (2017). Αξιολόγηση του ανώτερου τροπόσφαιρου και στρατοσφαιρικού υδρατμού και όζοντος σε αναλύσεις ως μέρος του S-RIP. Ατμοσφαιρική Χημεία και Φυσική. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, Κ., Ukita, J., Honda, Μ. Nakamura, Τ., Yamazaki, Κ. Et al. (2019). Αδύναμα γεγονότα πολωτών στροβοσπαστικών πολικών διαμορφώσεων που ρυθμίζονται από την Αρκτική Θάλασσα - Απώλεια πάγου. Εφημερίδα της Γεωφυσικής Έρευνας: Ατμόσφαιρες. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, Α., Hirooka, Τ., Chafik, L., Harada, Υ κ.ά. (2019). Δυναμική σύζευξη Troposphere-Stratosphere όσον αφορά τη μεταβλητότητα του βόθρου του Ατλαντικού Βόρειου Ατλαντικού. Οργανισμός Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ιαπωνίας. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, Α.Α., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, Ν. Et αϊ. (2015). Στρωματοσφαιρική επιρροή στις ροές τροπόσφαιρων αεριωθούμενων αεροσκαφών, στις οδοί καταιγίδας και στις επιφανειακές καιρικές συνθήκες. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, Α., Bonasoni Ρ., Cristofanelli, Ρ., Collins, W., Feichter J. et αϊ. (2003). Ανταλλαγή στρωοσόσφαιρας-τροπόσφαιρας: Μια ανασκόπηση και αυτό που έχουμε μάθει από την STACCATO. Εφημερίδα της Γεωφυσικής Έρευνας: Ατμόσφαιρες. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Εξάντληση του στρωσφαιρικού όζοντος. Στο: Ζερεφός Χ., Συνόπουλος Γ., Σκαλκέας Γ. (Eds) Είκοσι χρόνια απόρριψης του όζοντος. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5