מאפייני סטרטוספירה, פונקציות, טמפרטורה

ה סטרטוספירה זהו אחד משכבות האטמוספירה של כדור הארץ, הממוקמת בין הטרופוספירה לבין המספוספרה. הגובה של הגבול התחתון של הסטרטוספירה משתנה, אבל זה יכול להיות נלקח כמו 10 ק"מ עבור הרוחב האמצעי של כדור הארץ. הגבול העליון שלו הוא גובה 50 ק"מ על פני כדור הארץ.

האטמוספרה של כדור הארץ היא המעטפה הגסה המקיפה את כדור הארץ. על פי ההרכב הכימי וריאציה הטמפרטורה, הוא מחולק ל 5 שכבות: טרופוספירה, סטרטוספירה, mesosphere, תרמוספירה ו exosphere.

הטרופוספירה משתרעת מפני השטח של כדור הארץ עד 10 ק"מ גובה. השכבה הבאה, הסטרטוספירה, נע בין 10 ק"מ ל -50 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

טווחי mesosphere בין 50 ק"מ ל 80 ק"מ גובה. תרמוספירה מ 80 ק"מ ל 500 ק"מ, ולבסוף את exosphere משתרע מ 500 ק"מ ל 10,000 ק"מ גובה, להיות הגבול עם שטח interplanetary.

אינדקס

• 1 מאפייני הסטרטוספירה
  • 1.1 מיקום
  • 1.2 מבנה
  • 1.3 הרכב כימי
• 2 טמפרטורה
• 3 היווצרות האוזון
• 4 פונקציות
• 5 הרס שכבת האוזון
  • 5.1 תרכובות CFC
  • 5.2 תחמוצות חנקן
  • 5.3 דילול וחורים בשכבת האוזון
  • 5.4 הסכמים בין - לאומיים על הגבלות על שימוש ב - CFC
• 6 מדוע מטוסים אינם טסים בסטרטוספירה?
  • 6.1 כלי טיס העפים בטרופוספירה
  • 6.2 מדוע יש צורך בלחיצת דוכן?
  • 6.3 טיסות בסטרטוספירה, מטוסים קוליים
  • 6.4 חסרונות של מטוסים קולי שפותחו עד כה
• 7 הפניות

מאפייני הסטרטוספירה

מיקום

הסטרטוספירה ממוקמת בין הטרופוספירה לבין המזוספירה. הגבול התחתון של שכבה זו משתנה עם קו הרוחב או המרחק לקו הירוק המשווני.

בקטבים של כוכב הלכת, הסטרטוספירה מתחילה בין 6 ל -10 ק"מ מעל פני כדור הארץ. בקו המשווה הוא מתחיל בין 16 ל -20 ק"מ גובה. הגבול העליון הוא 50 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

מבנה

לסטרטוספירה מבנה משלה בשכבות, המוגדרות על ידי טמפרטורה: השכבות הקרות נמצאות בתחתית, והשכבות החמות נמצאות בחלק העליון.

כמו כן, הסטרטוספירה יש שכבה שבה יש ריכוז גבוה של אוזון, המכונה שכבת האוזון או אוזונוספירה, אשר בין 30-60 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

הרכב כימי

התרכובת הכימית החשובה ביותר בסטרטוספירה היא אוזון. 85 עד 90% מכלל האוזון הנוכחי באטמוספירה של כדור הארץ נמצא בסטרטוספירה.

האוזון נוצר בסטרטוספירה באמצעות תגובה פוטו-כימית (תגובה כימית שבה האור מתערב), שסובלת מחמצן. רוב הגזים בסטרטוספירה נכנסים מן הטרופוספירה.

הסטרטוספירה מכילה אוזון (O₃), חנקן (N₂), חמצן (O₂), תחמוצות חנקן, חומצה חנקתית (HNO)₃), חומצה גופרתית (H₂לכן₄), סיליקטים ותרכובות הלוגניות, כגון כלורופלורוקרבון. חלק מחומרים אלה באים התפרצויות וולקניות. ריכוז אדי מים (H₂או במצב גזי) בסטרטוספירה, היא נמוכה מאוד.

בסטרטוספירה, תערובת הגזים אנכית מאוד איטית וכמעט אפסית, בשל היעדר מערבולת. מסיבה זו, התרכובות הכימיות וחומרים אחרים הנכנסים לשכבה זו נשארים בה זמן רב.

טמפרטורה

הטמפרטורה בסטרטוספירה מציגה התנהגות הפוכה לזו של הטרופוספירה. בשכבה זו הטמפרטורה עולה עם הגובה.

עלייה זו בטמפרטורה נובעת מהתרחשות של תגובות כימיות שמשחררות חום, כאשר האוזון מתערב (O₃). בסטרטוספירה יש כמויות ניכרות של אוזון, אשר סופג קרינה אולטרה סגולה באנרגיה גבוהה מהשמש.

הסטרטוספירה היא שכבה יציבה, ללא מערבולת המערבבת את הגזים. האוויר קר ו צפוף בחלק הנמוך ביותר בחלק הגבוה ביותר הוא חם וקל.

היווצרות האוזון

ב סטרטוספרה חמצן מולקולרי (O₂) מנותקת מהשפעת הקרינה האולטרה סגולה (UV) מהשמש:

הו₂  +  אור UV → O + O

אטומי חמצן (O) הם תגובתי מאוד להגיב עם מולקולות חמצן (O₂) כדי ליצור אוזון (O₃)

O + O_{2 ←}  הו₃  +  מחממים

בתהליך זה הוא שוחרר חום (תגובה אקסותרמית). תגובה כימית זו היא מקור החום בסטרטוספירה ומקור הטמפרטורות הגבוהות שלה בשכבות העליונות.

פונקציות

הסטרטוספירה ממלאת תפקיד מגן של כל צורות החיים הקיימות על כדור הארץ. שכבת האוזון מונעת קרינה אולטרה-סגולה (UV) באנרגיה גבוהה להגיע אל פני השטח של כדור הארץ.

אוזון סופג אור אולטרה סגול ו decomposes כדי חמצן אטומי (O) וחמצן מולקולרי (O₂), כפי שמוצג על ידי התגובה הכימית הבאה:

הו₃  + אור UV → O + O₂

בסטרטוספירה, תהליכי היווצרות והרס האוזון נמצאים באיזון ששומר על ריכוז קבוע.

בדרך זו, שכבת האוזון פועלת כמגן מגן מפני קרינת UV, שהיא הגורם למוטציות גנטיות, סרטן העור, הרס גידולים וצמחים באופן כללי.

הרס שכבת האוזון

תרכובות CFC

מאז 1970, חוקרים הביעו דאגה רבה על ההשפעות המזיקות של כלורופלורוקרבון (CFCs) על שכבת האוזון..

בשנת 1930 את השימוש של תרכובות chlorofluorocarbon שנקרא מסחרית freons היה הציג. בין אלה הם CFCl₃ (פריאון 11), CF₂Cl₂ (פריאון 12), ג₂F₃Cl₃ (פריאון 113) ו- C₂F₄Cl₂ (פריאון 114). תרכובות אלה הם בקלות לדחיסה, לא פעיל יחסית ולא דליקים.

הם החלו לשמש מקררים במזגנים ומקררים, החלפת אמוניה (NH₃) ו דו תחמוצת הגופרית (SO)₂) נוזלי (רעיל מאוד).

לאחר מכן, CFCs שימשו כמויות גדולות בייצור של פריטים פלסטיק חד פעמי, כמו propellants עבור מוצרים מסחריים בצורת ארוסולים משומר, וכן ממיסים לניקוי כרטיסי המכשיר אלקטרוניים.

השימוש הנרחב והמרווח של CFC גרם לבעיה סביבתית חמורה, שכן אלו המשמשים בתעשיות ושימושי קירור משוחררים לאטמוספרה.

באטמוספרה, מתרכבים אלה מתפזרים לאט לתוך הסטרטוספירה; בשכבה זו הם עוברים פירוק עקב קרינת UV:

CFCl₃ CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

אטומי כלור מגיבים בקלות רבה עם אוזון ולהרוס אותו:

Cl + O₃  → ClO + O₂

אטום כלור יחיד יכול להרוס יותר מ -100,000 מולקולות אוזון.

תחמוצות חנקן

NOX וחמצן תחמוצות תחמוצות₂ הם מגיבים על ידי השמדת האוזון. נוכחותם של תחמוצות חנקן אלו בסטרטוספירה נובעת מהגזים הנפלטים על ידי מנועי מטוסים קוליים, לפליטות מפעילות אנושית על פני כדור הארץ, ולפעילות וולקנית.

דקים וחורים בשכבת האוזון

בשנות השמונים התגלה כי פתח בשכבת האוזון נוצר מעל אזור הקוטב הדרומי. באזור זה כמות האוזון הופחתה בחצי.

כמו כן התגלה כי מעל הקוטב הצפוני ובכל רחבי הסטרטוספירה, שכבת האוזון דלדלה, כלומר, היא צמצמה את רוחב שלה, כי כמות האוזון ירדה במידה ניכרת.

לאובדן האוזון בסטרטוספירה יש השלכות חמורות על החיים על פני כדור הארץ, ומספר מדינות הסכימו כי צמצום דרסטי או חיסול מוחלט של השימוש ב- CFC הוא הכרחי ודחוף..

הסכמים בינלאומיים על הגבלת השימוש CFCs

בשנת 1978, מדינות רבות אסרו את השימוש CFCs כמו propellants עבור מוצרים מסחריים בצורה של אירוסולים. בשנת 1987 חתמו הרוב המכריע של המדינות המתועשות על מה שמכונה פרוטוקול מונטריאול, הסכם בינלאומי שבו נקבעו יעדים להפחתה הדרגתית של ייצור ה- CFC ולסילוקו המוחלט בשנת 2000.

מספר מדינות פרצו את פרוטוקול מונטריאול, שכן הפחתה זו חיסול CFCs ישפיע על הכלכלה שלהם, לשים את האינטרסים הכלכליים לפני שימור החיים על כדור הארץ.

למה מטוסים אינם טסים בסטרטוספירה?

במהלך הטיסה של המטוס יש 4 כוחות בסיסיים: המעלית, משקל המטוס, ההתנגדות והדחף.

המעלית היא כוח שמחזיק את המטוס ודוחף אותו; ככל שצפיפות האוויר גבוהה יותר, כך גדל המעלית. משקל, לעומת זאת, הוא הכוח שבו כוח המשיכה של כדור הארץ מושך את המטוס לכיוון מרכז כדור הארץ.

ההתנגדות היא כוח מאט או מונע את התקדמות המטוס. כוח התנגדות זה פועל בכיוון ההפוך לתוואי המטוס.

הדחיפה היא הכוח המניע את המטוס קדימה. כפי שאנו רואים, לדחוף ולהרים לטובת הטיסה; את המשקל ואת ההתנגדות לפעול כדי לחפות את הטיסה של המטוס.

כלי טיס הם טסים בטרופוספירה

המטוסים המסחריים והאזרחיים למרחקים קצרים, טסים בכ- 10,000 מטר גובה, כלומר, בגבול העליון של הטרופוספירה.

בכל המטוסים יש צורך כי יש לחץ של התא, אשר מורכב של שאיבת אוויר דחוס בתא הטייס של המטוס.

למה הדחוס דוכן נדרש?

ככל שהמטוס עולה לגבהים גבוהים יותר, הלחץ האטמוספרי החיצוני פוחת וגם תכולת החמצן יורדת.

אם האוויר בלחץ אינו מסופק לתא, הנוסעים היו סובלים מחוסר חמצן (או מחלת ההרים), עם תסמינים כגון עייפות, סחרחורת, כאבי ראש ואובדן הכרה בשל מחסור בחמצן.

אם יתרחש כשל באספקת אוויר דחוס לתא או לדקומפרסיה, יתעורר מצב חירום שבו המטוס חייב לרדת מיד, ועל כל יושביו ללבוש מסיכות חמצן.

טיסות בסטרטוספירה, מטוס קולי

בגבהים של יותר מ -10,000 מטרים, בסטרטוספירה, צפיפות השכבה הגזייה נמוכה יותר, ולכן המעלית שתמיד מעדיפה את הטיסה נמוכה יותר.

מצד שני, בגבהים גדולים אלה תכולת החמצן (O₂) באוויר קטן יותר, והדבר נדרש הן עבור הבעירה של סולר שהופך את המנוע של המטוס עבודה, ועל לחץ יעיל בתא.

בגבהים מעל 10,000 מטר מעל פני השטח של כדור הארץ, המטוס צריך ללכת במהירויות גבוהות מאוד, הנקרא קולי, להגיע מעל 1,225 קמ \ שעה בגובה פני הים.

החסרונות של מטוסים קולי שפותחו עד כה

טיסות קולי מייצרים פיצוצים קוליים כביכול, אשר רעשים חזקים מאוד כמו רעם. רעשים אלה משפיעים לרעה על חיות ועל בני אדם.

בנוסף, אלה מטוסים העל צריך להשתמש יותר דלק, ולכן לייצר מזהמי אוויר יותר מאשר מטוסים לטוס בגובה נמוך יותר..

מטוסים העל דורשים מנועי הרבה יותר חזקים וחומרים מיוחדים יקרים לייצור שלהם. טיסות מסחריות היו כל כך יקר כלכלית כי יישומן לא היה רווחי.

הפניות

1. ש.מ., הגלין, מ.י., פוג'יווארה, מ', דראגני, ר', חראדה ועוד. (2017). הערכה של אדי מים טרופוספריים וסטרטוספריים ואוזון במערכות מחודשות כחלק מ- S-RIP. כימיה אטמוספרה ופיסיקה. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, ק, אוקיטה, ג ', הונדה, מ נקמורה, ט, יאמאזאקי, ק. (2019). חלש סטרטוספירי פולאר וורטקס אירועים מאופנן על ידי ארקטי ים קרח הפסד. כתב העת של המחקר הגיאופיסי: אטמוספרות. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hanachi, A., הירווקה, T., Chafik, L., Harada, Y. et all. (2019). טרופוספרה-סטרטוספירה דינמי צימוד ביחס צפון האוקיינוס ​​האטלנטי מונע אדי Jet. יפן מדע וטכנולוגיה הסוכנות. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. קידסטון, ג 'יי, סקייף, א', הרדימן, ס ', מיטשל, ד, אם, Butchart, נ' ואח '. (2015). השפעה Stratospheric על זרמי סילון tropospheric, מסלולים סערה מזג האוויר על פני השטח. טבע 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P, Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et al. (2003). חילופי שטראוספירה-טרופוספירה: סקירה, ומה שלמדנו מסטקאטו. כתב העת של המחקר הגיאופיסי: אטמוספרות. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. רולנד פ. (2009) דלדול אוזון סטראטוספירי. ב: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (עורכים) עשרים שנה של ירידה אוזון. שפרינגר. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5