СТРАТОСФЕРА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈЕ, ТЕМПЕРАТУРА - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Стратосфера је један од слојева Земљине атмосфере, који се налази између тропосфери и мезосферу. Висина доње границе стратосфере варира, али се може сматрати 10 км за средње географске ширине планете. Његова горња граница је 50 км надморске висине изнад Земљине површине.

Земљина атмосфера је гасовита овојница која окружује планету. Према хемијском саставу и варијацијама у температури, подељен је у 5 слојева: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и егзофера.

Слика 1. Стратосфера виђена из свемира. Извор: Газичка свемирска агенција НОСА

Тропосфера се протеже од Земљине површине до висине од 10 км. Следећи слој, стратосфера, креће се од 10 км до 50 км изнад земљине површине.

Мезосфера се креће од 50 км до 80 км висине. Термосфера од 80 км до 500 км, а на крају се егзосфера шири од 500 км до 10 000 км у висину, представљајући границу међупланетарним простором.

Карактеристике стратосфере

Локација

Стратосфера се налази између тропосфере и мезосфере. Доња граница овог слоја варира од географске ширине или удаљености од Земљине екваторијалне линије.

На половима планете стратосфера почиње између 6 и 10 км изнад земљине површине. Код екватора почиње између 16 и 20 км надморске висине. Горња граница је 50 км изнад Земљине површине.

Структура

Стратосфера има своју слојевиту структуру која је дефинисана температуром: хладни слојеви су на дну, а врући слојеви на врху.

Такође, стратосфера има слој у коме постоји велика концентрација озона, названа озонски омотач или озоносфера, која се налази између 30 и 60 км изнад земљине површине.

Хемијски састав

Најзначајније хемијско једињење у стратосфери је озон. 85 до 90% укупног озона присутног у Земљиној атмосфери налази се у стратосфери.

Озон настаје у стратосфери фотохемијском реакцијом (хемијском реакцијом где интервенише светлост) која пролази кроз кисеоник. Велики део гасова у стратосфери улази из тропосфере.

Стратосфера садржи озон (О ₃ ), азот (Н ₂ ), кисеоник (О ₂ ), азотни оксиди, азотна киселина (ХНО ₃ ), сумпорна киселина (Х ₂ СО ₄ ), силикати и халогени једињења, као што је хлорофлуороугљеника. Неке од ових супстанци потичу из ерупције вулкана. Концентрација водене паре (Х ₂ О у гасовито стање) у стратосфери је веома низак.

У стратосфери је вертикално мешање гаса врло споро и практично нулте, због непостојања турбуленција. Из тог разлога, хемикалије и други материјали који уђу у овај слој остају дуго у њему.

Температура

Температура у стратосфери показује обрнуто понашање у односу на тропосферу. У овом слоју температура расте с надморском висином.

Ово повећање температуре је због појаве хемијских реакција које ослобађање топлоте, где озон (О ₃ ) интервенише . У стратосфери постоји знатна количина озона који апсорбује високоенергетско ултраљубичасто зрачење са Сунца.

Стратосфера је стабилан слој, без турбуленција за мешање гасова. Зрак је у доњем делу хладан и густ, а у горњем је топао и лаган.

Формирање озона

У стратосфери, молекулски кисеоник (О ₂ ) је дисоциран дејством ултраљубичастог (УВ) зрачења са Сунца:

О ₂ + УВ СВЈЕТЛО → О + О

Окиген (О) атома су високо реактивни и реагују са кисеоником (О ₂ ) молекула да формирају озон (О ₃ ):

О + О _{2 →} О ₃ + Топлина

У том се процесу ослобађа топлота (егзотермна реакција). Ова хемијска реакција је извор топлоте у стратосфери и узрокује њене високе температуре у горњим слојевима.

Карактеристике

Стратосфера испуњава заштитну функцију свих облика живота који постоје на планети Земљи. Озонски омотач спречава да високоенергетско ултраљубичасто (УВ) зрачење продре до земљине површине.

Озон апсорбује ултраљубичасту светлост и разлаже се на атомски кисеоник (О) и молекулски кисеоник (О ₂ ), што показује следећа хемијска реакција:

О ₃ + УВ СВЈЕТЛО → О + О ₂

У стратосфери су процеси формирања и уништавања озона у равнотежи која одржава његову сталну концентрацију.

На овај начин, озонски омотач делује као заштитни штит од УВ зрачења, што је узрок генетских мутација, рака коже, уништавања усева и биљака уопште.

Уништавање озонског омотача

ЦФЦ једињења

Од 1970-их, истраживачи су изразили велику забринутост због штетних ефеката хлорофлуоро-угљеника (ЦФЦ) на озонски омотач.

1930. године уведена је употреба хлорофлуорокарбонских једињења која се комерцијално називају фреони. Међу њима су ЦФЦл ₃ (Фреон 11), ЦФ ₂ Цл ₂ (Фреон 12), Ц ₂ Ф ₃ Цл ₃ (Фреон 113) и Ц ₂ Ф ₄ Цл ₂ (Фреон 114). Ова једињења су лако стисљива, релативно нереактивна и незапаљива.

Почели су да се користе као расхладно средство у клима уређајима и фрижидерима, замењујући амонијак (НХ ₃ ) и течни сумпор диоксид (СО ₂ ) (веома токсичан).

Након тога, ЦФЦ-и су коришћени у великим количинама у производњи пластичних предмета за једнократну употребу, као потисна средства за комерцијалне производе у облику аеросола у лименкама и као отапала за чишћење електроничких картица уређаја.

Широка употреба великих количина ЦФЦ-а створила је озбиљан еколошки проблем, јер се они који се користе у индустрији и за употребу расхладних течности избацују у атмосферу.

У атмосфери, ова једињења полако дифундирају у стратосферу; у овом слоју трпе разградњу услед дејства УВ зрачења:

ЦФЦл _{3 →} ЦФЦл ₂ + Цл

ЦФ ₂ Цл _{2 →} ЦФ ₂ Цл + Цл

Атоми хлора врло лако реагују са озоном и уништавају га:

Цл + О ₃ → ЦлО + О ₂

Један атом хлора може уништити више од 100 000 молекула озона.

Азотни оксиди

Душикови оксиди НО и НО ₂ реагирају на уништавање озона. Присуство ових азотних оксида у стратосфери је последица гасова које емитују мотори надзвучни авиони, емисија из људских активности на Земљи и вулканске активности.

Стањивање и рупе у озонском омотачу

Осамдесетих година откривено је да се у озонском омотачу изнад подручја Јужног пола формирала рупа. У овом подручју количина озона је преполовљена.

Такође је откривено да се изнад Северног пола и широм стратосфере заштитни озонски омотач разрјеђивао, односно смањио је ширину јер се количина озона знатно смањила.

Губитак озона у стратосфери има озбиљне последице по живот на планети, а неколико земаља је прихватило да је драстично смањење или потпуно уклањање употребе ЦФЦ неопходно и хитно.

Међународни споразуми о ограничењу употребе ЦФЦ-а

1978. Многе су државе забраниле употребу ЦФЦ-а као потисних средстава у комерцијалним аеросолним производима. Године 1987., велика већина индустријализованих земаља потписала је такозвани Монтреални протокол, међународни споразум у коме су постављени циљеви за постепено смањивање производње ЦФЦ-а и његово потпуно уклањање до 2000. године.

Неколико земаља се није придржавало Монтреалског протокола, јер би то смањење и укидање ЦФЦ-а утицало на њихову економију, стављајући економске интересе пред очување живота на планети Земљи.

Зашто авиони не лете у стратосфери?

Током лета авиона делују 4 основне силе: подизање, тежина авиона, вучење и потисак.

Подизање је сила која подржава авион и гура га према горе; што је већа густина ваздуха, то је веће подизање. Тежина је, с друге стране, сила којом Земљина гравитација повлачи авион према центру Земље.

Отпор је сила која успорава или спречава да се ваздухоплов креће напред. Ова сила отпора делује у супротном смеру од путање равнине.

Потисак је сила која креће равнину према напријед. Као што видимо, потискивање и подизање погодују лету; тежина и отпорност представљају неповољно полијетање авиона.

Авион то

Комерцијалне и цивилне летјелице на кратким удаљеностима лете око 10 000 метара надморске висине, односно на горњој граници тропосфере.

Сви ваздухоплови захтевају притисак у кабини, који се састоји од убацивања компримованог ваздуха у кабину авиона.

Зашто је потребна притисак под кабином?

Како се ваздухоплов пење на веће висине, спољни атмосферски притисак опада и садржај кисеоника такође опада.

Ако се ваздух под притиском не би доводио у кабину, путници би патили од хипоксије (или планинске болести), са симптомима као што су умор, вртоглавица, главобоља и губитак свести због недостатка кисеоника.

Ако дође до квара у снабдевању комбинованим ваздухом у кабину или долази до декомпресије, настаће хитни случајеви где се авион мора одмах спустити, а сви његови путници треба да носе кисеоничке маске.

Летови у стратосфери, надзвучни авиони

На висинама већим од 10 000 метара у стратосфери је густина гасовитог слоја нижа, па је зато и сила подизања која погодује лету.

С друге стране, на овим великим висинама садржај кисеоника (О ₂ ) у ваздуху је нижи, што је потребно и за сагоревање дизел горива због којег мотор авиона ради, као и за ефикасан притисак у кабини.

На висинама већим од 10 000 метара изнад земљине површине, авион мора да иде великом брзином, званом надзвучни, достижући преко 1,225 км / сат на нивоу мора.

Слика 2. Цонцорде надзвучни комерцијални авиони. Извор: Едуард Мармет

Недостаци суперзвучних авиона развијени до данас

Надзвучни летови производе такозване звучне бум, који су врло гласни звукови слични грмљавини. Ове буке негативно утичу на животиње и људе.

Уз то, ови надзвучни авиони морају да троше више горива и због тога производе више загађивача ваздуха од летелица које лете на нижим висинама.

Надзвучни авиони захтевају много моћније моторе и скупе специјалне материјале за производњу. Комерцијални летови били су толико економични да њихова примена није била исплатива.

Референце

1. СМ, Хегглин, МИ, Фујивара, М., Драгани, Р., Харада, И и сви. (2017). Процјена горње тропосферске и стратосферске водене паре и озона у реакцијама као део С-РИП-а. Атмосферска хемија и физика. 17: 12743-12778. дои: 10.5194 / ацп-17-12743-2017
2. Хосхи, К., Укита, Ј., Хонда, М. Накамура, Т., Иамазаки, К. и др. (2019). Слаби стратосферски догађаји поларног вртлога који су модулирани Арктичким морем - леденим губитком. Часопис за геофизичка истраживања: Атмосфере. 124 (2): 858-869. дои: 10.1029 / 2018ЈД029222
3. Икбал, В., Ханнацхи, А., Хироока, Т., Цхафик, Л., Харада, И. и др. (2019). Динамичко повезивање тропосфере и стратосфере у односу на променљиву млазну струју Северног Атлантика. Јапанска агенција за науку и технологију. дои: 10.2151 / јмсј.2019-037
4. Кидстон, Ј., Сцаифе, АА, Хардиман, СЦ, Митцхелл, ДМ, Бутцхарт, Н. и др. (2015). Стратосферски утицај на млазне токове тропосфере, олујне стазе и површинско време. Природа 8: 433-440.
5. Стохл, А., Бонасони П., Цристофанелли, П., Цоллинс, В., Феицхтер Ј. и др. (2003). Размена стратосфере - тропосфере: преглед и шта смо научили од СТАЦЦАТО. Часопис за геофизичка истраживања: Атмосфере. 108 (Д12). дои: 10.1029 / 2002јД002490
6. Ровланд ФС (2009) Стратосферско оштећење озона. У: Зерефос Ц., Цонтопоулос Г., Скалкеас Г. (едс) Двадесет година пада озона. Спрингер. дои: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5