Stratosfär: egenskaper, funktioner, temperatur
Stratosfären är en av jordens atmosfär, som ligger mellan troposfären och mesosfären. Höjden på den nedre gränsen för stratosfären varierar, men den kan tas som 10 km för planets mittraditud. Den övre gränsen är 50 km höjd på jordens yta.
Jordens atmosfär är det gasformiga kuvertet som omger planeten. Enligt kemisk sammansättning och temperaturvariation är den uppdelad i 5 lager: troposfär, stratosfär, mesosfär, termosfär och exosfär.
Troposfären sträcker sig från jordens yta till 10 km i höjd. Nästa lager, stratosfären, går från 10 km till 50 km över jordens yta.
Mesosfären sträcker sig från 50 km till 80 km i höjd. Termosfären från 80 km till 500 km, och slutligen sträcker sig exosfären från 500 km till 10 000 km i höjd, som är gränsen med interplanetärt utrymme.
Stratosfärens egenskaper
plats
Stratosfären ligger mellan troposfären och mesosfären. Den nedre gränsen för det här skiktet varierar med latitud eller avstånd till ekvatorial jordlinje.
På planetens poler börjar stratosfären mellan 6 och 10 km över jordens yta. I ekvatorn börjar den mellan 16 och 20 km höjd. Den övre gränsen är 50 km över jordens yta.
struktur
Stratosfären har sin egen struktur i lager, som definieras av temperatur: de kalla lagren är i botten och de heta lagren är överst.
Dessutom har stratosfären ett lager där det finns en hög koncentration av ozon, som kallas ozonskiktet eller ozonosfären, som ligger mellan 30 och 60 km över jordens yta.
Kemisk sammansättning
Den viktigaste kemiska föreningen i stratosfären är ozon. 85 till 90% av den totala ozonen som finns i jordens atmosfär finns i stratosfären.
Ozon bildas i stratosfären med hjälp av en fotokemisk reaktion (kemisk reaktion där ljus intervenerar) som lider av syre. Mycket av gaserna i stratosfären kommer in från troposfären.
Stratosfären innehåller ozon (O 3 ), kväve (N 2 ), syre (O 2 ), kväveoxider, salpetersyra (HNO 3 ), svavelsyra (H 2 SO 4 ), silikater och halogenerade föreningar, såsom klorfluorkolväten. Några av dessa ämnen kommer från vulkanutbrott. Koncentrationen av vattenånga (H2O i gasform) i stratosfären är mycket låg.
I stratosfären är gasblandningen vertikalt mycket långsam och praktiskt taget noll på grund av frånvaron av turbulens. Av denna anledning förblir kemiska föreningar och andra material som kommer in i detta skikt i det under lång tid.
temperatur
Temperaturen i stratosfären visar ett omvändt beteende till det i troposfären. I detta skikt ökar temperaturen med höjd.
Denna temperaturökning beror på förekomst av kemiska reaktioner som släpper ut värme, där ozon ingriper (O3). I stratosfären finns stora mängder ozon som absorberar ultraviolett strålning från solen.
Stratosfären är ett stabilt lager, utan turbulens som blandar gaserna. Luften är kall och tät i den lägsta delen och i den högsta delen är det varmt och lätt.
Ozonbildning
I stratosfären dissocieras molekylärt syre (O2) genom effekten av ultraviolett (UV) strålning från solen:
O 2 + UV LIGHT → O + O
Oxygenatomer (O) är mycket reaktiva och reagerar med syremolekyler (O2) för att bilda ozon (O3):
O + O2 → O 3 + Värme
I denna process frigörs värme (exoterm reaktion). Denna kemiska reaktion är värmekällan i stratosfären och orsakar dess höga temperaturer i de övre skikten.
funktioner
Stratosfären uppfyller en skyddande funktion av alla former av liv som finns på planeten Jorden. Ozonskiktet förhindrar att ultraviolett strålning från ultraviolett strålning når jordens yta.
Ozon absorberar ultraviolett ljus och sönderdelas till atomiskt syre (O) och molekylärt syre (O2), vilket visas av följande kemiska reaktion:
O 3 + UV LIGHT → O + O 2
I stratosfären är processerna för bildande och förstörelse av ozon i balans, som upprätthåller sin konstanta koncentration.
På så sätt fungerar ozonskiktet som en skyddande sköld mot UV-strålning, vilket är orsaken till genetiska mutationer, hudcancer, förstörelse av grödor och växter i allmänhet.
Förstöring av ozonskiktet
CFC-föreningar
Sedan 1970-talet har forskare uttryckt stor oro över de skadliga effekterna av klorfluorkarbon (CFC) -föreningar på ozonskiktet.
1930 infördes användningen av klorfluorkarbonföreningar som kallades kommersiella freoner. Bland dessa är CFCl3 (Freon 11), CF2Cl2 (Freon 12), C2F3Cl3 (Freon 113) och C2F4Cl2 (Freon 114). Dessa föreningar är lätt komprimerbara, relativt oreaktiva och ej brandfarliga.
De började användas som kylmedel i luftkonditioneringsapparater och kylskåp, som ersätter ammoniak (NH 3 ) och flytande svaveldioxid (SO 2 ) (högt giftigt).
Därefter har CFCer använts i stora mängder vid tillverkning av engångsprodukter, som drivmedel för kommersiella produkter i form av aerosolburkar och som lösningsmedel för rengöring av elektroniska kort.
Den utbredda och storskaliga användningen av CFC har skapat ett allvarligt miljöproblem, eftersom de som används inom industrier och kylmedelsanvändningar släpps ut i atmosfären.
I atmosfären diffunderar dessa föreningar långsamt in i stratosfären; i detta skikt genomgår de sönderfall på grund av UV-strålning:
CFCl3 → CFCI2 + Cl
CF2Cl2 → CF2Cl + Cl
Kloratomer reagerar mycket lätt med ozon och förstör det:
Cl + 03 → ClO + 02
En enda kloratom kan förstöra mer än 100 000 ozonmolekyler.
Kväveoxider
Kväveoxider NO och NO 2 reagerar genom att förstöra ozon. Närvaron av dessa kväveoxider i stratosfären beror på de gaser som släpps ut av supersoniska flygmotorer, utsläpp från mänskliga aktiviteter på jorden och till vulkanaktivitet.
Tunna och hål i ozonskiktet
På 1980-talet upptäcktes att en öppning i ozonskiktet hade bildat sig ovanför Sydpolen. På detta område hade mängden ozon minskat med hälften.
Det upptäcktes också att ozonskiktet ovanför nordpolen och genom stratosfären har tunnat, det vill säga det har minskat dess bredd eftersom mängden ozon har minskat avsevärt.
Förlusten av ozon i stratosfären har allvarliga konsekvenser för livet på planeten, och flera länder har accepterat att en drastisk minskning eller fullständig eliminering av användningen av CFC är nödvändigt och brådskande.
Internationella avtal om begränsning av användningen av CFC
År 1978 förbjöd många länder användningen av CFC som drivmedel för kommersiella produkter i form av aerosoler. År 1987 undertecknade de allra flesta industriländer det så kallade Montrealprotokollet, ett internationellt avtal där mål fastställdes för den gradvisa minskningen av CFC-tillverkningen och dess totala eliminering år 2000.
Flera länder har brutit mot Montrealprotokollet, eftersom denna minskning och eliminering av CFC skulle påverka deras ekonomi och sätta ekonomiska intressen inför bevarandet av livet på planeten Jorden.
Varför flyger inte flygplan i stratosfären?
Under flygningen av ett flygplan finns det fyra grundläggande krafter: hissen, flygplanets vikt, motståndet och kraften.
Hissen är en kraft som rymmer planet och skjuter upp den; Ju högre lufttäthet desto högre är hissen. Vikt, å andra sidan, är den kraft med vilken jordens gravitation drar planet mot mitten av jorden.
Motstånd är en kraft som fördröjer eller förhindrar framflyttningen av planet. Denna motståndskraft verkar i motsatt riktning mot flygplanets bana.
Tryck är kraften som flyttar planet framåt. Som vi ser, favoriserar tryck och lyft flygningen; tyngd- och motståndsakten missnöjer flygets flygning.
Flygplan som flyger i troposfären
De kommersiella och civila flygplanen till korta sträckor, flyger ungefär till 10.000 meter höjd, det vill säga i övre gränsen för troposfären.
I alla flygplan är det nödvändigt att det finns trycksättning av kabinen, som består av pumpning av tryckluft i flygplanets cockpit.
Varför behövs trycksättning av kabinen?
När flygplanet stiger till högre höjder minskar det yttre atmosfärstrycket och syrgasinnehållet minskar också.
Om trycksatt luft inte levererades till kabinen, skulle passagerarna drabbas av hypoxi (eller bergsjuka), med symtom som trötthet, yrsel, huvudvärk och förlust av medvetande på grund av brist på syre.
Om ett fel uppstår vid tillförsel av tryckluft till hytten eller en dekompression, uppstår en nödsituation där flygplanet måste sjunka omedelbart och alla dess beboare ska bära syremasker.
Flyg i stratosfären, supersoniska flygplan
Vid höjder större än 10 000 meter, i stratosfären är densiteten av gasformigt lager lägre, och därför är hissen som gynnar flygning också mindre.
Å andra sidan är syrehalten (O 2 ) i luften lägre vid dessa höga höjder och detta krävs både för förbränning av dieselbränslet som gör flygplanets motor och för effektiv trycksättning i kabinen.
Vid höjder över 10 000 meter över jordens yta måste planet gå på mycket höga hastigheter, kallad supersonisk, och nå över 1, 225 km / timme vid havsnivån.
Nackdelar med supersoniska flygplan utvecklade till nuet
De supersoniska flygningarna producerar så kallade soniska explosioner, som är mycket högljudda ljud som liknar åska. Dessa ljud påverkar negativt djur och människor.
Dessutom behöver dessa supersoniska flygplan använda mer bränsle, och därför producera fler luftföroreningar än flygplan som flyger i lägre höjder.
Supersoniska flygplan kräver mycket kraftfullare motorer och dyra specialmaterial för tillverkning. De kommersiella flygningarna var så ekonomiskt dyra att deras genomförande inte varit lönsamt.
