Charakteristiky stratosféry, funkce, teplota

stratosféry Je to jedna z vrstev zemské atmosféry, která se nachází mezi troposférou a mezosférou. Nadmořská výška dolní meze stratosféry se mění, ale pro střední šířky planety to může být 10 km. Jeho horní hranice je 50 km nadmořská výška na povrchu Země.

Atmosféra Země je plynná obálka, která obklopuje planetu. Podle chemického složení a teplotních změn je rozdělena do 5 vrstev: troposféry, stratosféry, mezosféry, termosféry a exosféry.

Troposféra se rozprostírá od povrchu Země do výšky 10 km. Další vrstva, stratosféra, se pohybuje od 10 km do 50 km nad zemským povrchem.

Mezosphere se pohybuje od 50 km do 80 km na výšku. Termosféra od 80 km do 500 km a nakonec exosféra se rozprostírá od 500 km do 10 000 km na výšku, což je mezní hodnota meziplanetárního prostoru.

Index

• 1 Charakteristika stratosféry
  • 1,1 Poloha
  • 1.2 Struktura
  • 1.3 Chemické složení
• 2 Teplota
• 3 Tvorba ozónu
• 4 Funkce
• 5 Zničení ozonové vrstvy
  • 5.1 Sloučeniny CFC
  • 5.2 Oxidy dusíku
  • 5.3 Ředění a otvory v ozonové vrstvě
  • 5.4 Mezinárodní dohody o omezeních používání CFC
• 6 Proč letadla nelétají ve stratosféře?
  • 6.1 Letadla létající v troposféře
  • 6.2 Proč je vyžadováno natlakování kabiny?
  • 6.3 Lety ve stratosféře, nadzvukové letadlo
  • 6.4 Nevýhody dosud vyvinutých nadzvukových letadel
• 7 Odkazy

Charakteristiky stratosféry

Poloha

Stratosféra se nachází mezi troposférou a mezosférou. Spodní hranice této vrstvy se mění podle zeměpisné šířky nebo vzdálenosti od rovníkové přímky.

Na pólech planety začíná stratosféra mezi 6 a 10 km nad zemským povrchem. V rovníku začíná ve výšce 16 až 20 km. Horní hranice je 50 km nad povrchem Země.

Struktura

Stratosféra má svou vlastní strukturu ve vrstvách, které jsou definovány teplotou: chladné vrstvy jsou dole a horké vrstvy jsou nahoře.

Také stratosféra má vrstvu, kde je vysoká koncentrace ozonu, nazývaná ozonová vrstva nebo ozonosféra, která leží mezi 30 až 60 km nad zemským povrchem..

Chemické složení

Nejdůležitější chemickou sloučeninou ve stratosféře je ozón. 85 až 90% celkového ozonu přítomného v atmosféře Země je ve stratosféře.

Ozon se vytváří ve stratosféře pomocí fotochemické reakce (chemická reakce, do které světlo zasahuje), která trpí kyslíkem. Velká část plynů ve stratosféře vstupuje z troposféry.

Stratosféra obsahuje ozon (O₃), dusíku (N₂), kyslíku (O₂), oxidy dusíku, kyselina dusičná (HNO)₃), kyselina sírová (H₂SO₄), silikáty a halogenované sloučeniny, jako jsou chlorfluoruhlovodíky. Některé z těchto látek pocházejí ze sopečných erupcí. Koncentrace vodní páry (H. \ T₂Nebo v plynném stavu) ve stratosféře je velmi nízká.

Ve stratosféře je směs plynů svisle velmi pomalá a prakticky nulová vzhledem k absenci turbulencí. Z tohoto důvodu zůstávají chemické sloučeniny a další materiály, které do této vrstvy vstupují, po dlouhou dobu.

Teplota

Teplota ve stratosféře představuje opačné chování než v troposféře. V této vrstvě se teplota zvyšuje s nadmořskou výškou.

Toto zvýšení teploty je způsobeno výskytem chemických reakcí, které uvolňují teplo, kde ozón zasahuje (O₃). Ve stratosféře je značné množství ozonu, který absorbuje ultrafialové záření ze slunce.

Stratosféra je stabilní vrstva, bez turbulence, která mísí plyny. Vzduch je studený a hustý v nejnižší části av nejvyšší části je horký a světlý.

Tvorba ozónu

Ve stratosféře molekulární kyslík (O₂) je disociován účinkem ultrafialového (UV) záření ze Slunce:

O₂  +  UV SVĚTLO → O + O

Atomy kyslíku (O) jsou vysoce reaktivní a reagují s molekulami kyslíku (O₂) za vzniku ozonu (O₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  Teplo

V tomto procesu se uvolňuje teplo (exotermická reakce). Tato chemická reakce je zdrojem tepla ve stratosféře a vytváří vysoké teploty v horních vrstvách.

Funkce

Stratosféra plní ochrannou funkci všech forem života, které existují na planetě Zemi. Ozonová vrstva zabraňuje vysokoenergetickému ultrafialovému (UV) záření dosáhnout povrchu země.

Ozon absorbuje ultrafialové světlo a rozkládá se na atomový kyslík (O) a molekulární kyslík (O₂), jak ukazuje následující chemická reakce:

O₃  + UV SVĚTLO → O + O₂

Ve stratosféře jsou procesy tvorby a ničení ozonu v rovnováze, která udržuje jeho konstantní koncentraci.

Tímto způsobem ozonová vrstva působí jako ochranný štít proti UV záření, které je příčinou genetických mutací, rakoviny kůže, ničení plodin a rostlin obecně..

Zničení ozonové vrstvy

Sloučeniny CFC

Od sedmdesátých let 20. století vědci vyjádřili velké znepokojení nad škodlivými účinky chlorfluoruhlovodíků (CFC) na ozonovou vrstvu..

V roce 1930 bylo zavedeno použití chlorfluoruhlovodíkových sloučenin označovaných jako komerční freony. Mezi nimi jsou CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cl₂ (Freon 12), C₂F₃Cl₃ (Freon 113) a C₂F₄Cl₂ (Freon 114). Tyto sloučeniny jsou snadno stlačitelné, relativně nereaktivní a nehořlavé.

Oni začali být používán jako chladiva v klimatizačních zařízeních a chladničkách, nahrazovat amoniak (NH₃) a oxidu siřičitého (SO)₂) kapalný (vysoce toxický).

Následně byly CFC používány ve velkém množství při výrobě plastových předmětů na jedno použití, jako pohonné hmoty pro komerční výrobky ve formě konzervovaných aerosolů a jako rozpouštědla pro čištění karet elektronických zařízení.

Rozsáhlé a rozsáhlé využívání CFC způsobilo vážné environmentální problémy, protože ty, které se používají v průmyslových odvětvích a v chladicích zařízeních, jsou vypouštěny do atmosféry..

V atmosféře tyto sloučeniny pomalu difundují do stratosféry; v této vrstvě podléhají rozkladu v důsledku UV záření:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

Atomy chloru velmi snadno reagují s ozonem a ničí jej:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Jeden atom chloru může zničit více než 100 000 ozonových molekul.

Oxidy dusíku

NOx a NOx oxidy dusíku₂ reagují ničením ozonu. Přítomnost těchto oxidů dusíku ve stratosféře je způsobena plyny emitovanými nadzvukovými letadlovými motory, emisemi z lidské činnosti na Zemi a sopečnou činností.

Ředění a díry v ozonové vrstvě

V 80-tých letech to bylo objevil, že otvor v ozónové vrstvě se tvořil nad oblastí jižního pólu. V této oblasti bylo množství ozonu sníženo o polovinu.

Bylo také zjištěno, že přes severní pól a v celé stratosféře se ozónová vrstva ztenčovala, to znamená, že zmenšila svou šířku, protože množství ozonu značně pokleslo..

Ztráta ozonu ve stratosféře má vážné důsledky pro život na planetě a několik zemí uznalo, že je nezbytné a naléhavé drastické snížení nebo úplné odstranění používání CFC..

Mezinárodní dohody o omezení používání CFC

V 1978, mnoho zemí zakázalo použití CFCs jako pohonné hmoty pro komerční produkty ve formě aerosolů. V roce 1987 podepsala drtivá většina průmyslových zemí tzv. Montrealský protokol, mezinárodní dohodu, v níž byly stanoveny cíle postupného snižování výroby CFC a její celkové eliminace v roce 2000..

Několik zemí porušilo Montrealský protokol, protože toto snížení a vyloučení CFC by ovlivnilo jejich ekonomiku, čímž by se hospodářské zájmy postavily před zachování života na planetě Zemi..

Proč letadla nelétají ve stratosféře?

Během letu letounu existují 4 základní síly: výtah, hmotnost letounu, odpor a tah.

Výtah je síla, která drží letadlo a tlačí jej nahoru; Čím vyšší je hustota vzduchu, tím větší je výtah. Hmotnost, na druhé straně, je síla, s níž gravitace Země táhne letadlo směrem ke středu Země.

Odpor je síla, která zpomaluje nebo zabraňuje posunu roviny. Tato odporová síla působí v opačném směru než trajektorie roviny.

Tlak je síla, která posouvá rovinu dopředu. Jak vidíme, tlačit a zvedat prospěch letu; váha a odpor působí na nevýhodu letu letadla.

Letadla, která létají v troposféře

Komerční a civilní letouny na krátké vzdálenosti létají přibližně do 10 000 metrů výšky, tj. Do horní hranice troposféry..

Ve všech letadlech je nutné, aby došlo k natlakování kabiny, která spočívá v čerpání stlačeného vzduchu v kokpitu letounu.

Proč je vyžadováno natlakování kabiny?

Jak letadlo stoupá do vyšších nadmořských výšek, vnější atmosférický tlak klesá a obsah kyslíku také klesá.

Pokud není do kabiny přiváděn stlačený vzduch, cestující by trpěli hypoxií (nebo horskou nemocí) s příznaky jako únava, závratě, bolesti hlavy a ztráta vědomí kvůli nedostatku kyslíku..

Pokud dojde k poruše v dodávce stlačeného vzduchu do kabiny nebo dekompresi, vznikne nouzová situace, kdy letadlo musí okamžitě sestoupit a všichni jeho obyvatelé by měli nosit kyslíkové masky..

Lety ve stratosféře, nadzvukové letadlo

Ve výškách větších než 10 000 metrů, ve stratosféře, je hustota plynné vrstvy nižší, a proto je výtah, který zvýhodňuje let, také nižší..

Na druhé straně, v těchto velkých výškách obsah kyslíku (O₂) ve vzduchu je menší, a to je nutné jak pro spalování motorové nafty, která je motorem letadla, tak pro účinné natlakování v kabině.

Ve výškách větších než 10 000 metrů nad zemským povrchem musí letadlo jet velmi vysokými rychlostmi, zvanými nadzvukové, dosahující výšky 1,225 km / hod..

Nevýhody nadzvukových letadel se vyvíjely do současnosti

Nadzvukové lety produkují takzvané zvukové výbuchy, které jsou velmi hlasité zvuky podobné hromu. Tyto zvuky negativně ovlivňují zvířata a lidi.

Navíc, tyto nadzvukové letadla potřebují používat více paliva, a proto produkovat více polutantů vzduchu než letadla, která létají v nižších nadmořských výškách..

Supersonic letadla vyžadují mnohem silnější motory a drahé speciální materiály pro jejich výrobu. Komerční lety byly tak ekonomicky nákladné, že jejich realizace nebyla zisková.

Odkazy

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada a kol. (2017). Posouzení horních troposférických a stratosférických vodních par a ozonu v reanalýzách v rámci S-RIP. Atmosférická chemie a fyzika. 17: 12743-12778. doi: 10,5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et al. (2019). Slabé stratosférické polární vorové události modulované ztrátou arktického moře a ledu. Žurnál geofyzikálního výzkumu: Atmosféry. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et al. (2019). Dynamická spojka Troposphere-Stratosphere s ohledem na severoatlantickou variabilitu tryskových motorů poháněných vířivým proudem. Japonská vědecká a technologická agentura. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A.A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. a kol. (2015). Stratospheric vliv na troposférické proudové proudy, bouřkové stopy a povrchové počasí. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. a kol. (2003). Výměna stratosféry a troposféry: Recenze a to, co jsme se naučili od společnosti STACCATO. Žurnál geofyzikálního výzkumu: Atmosféry. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratospheric vyčerpání ozónu. V: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Dvacet let Ozone Decline. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5