Stratosfer özellikleri, fonksiyonları, sıcaklık

stratosfer Troposfer ve mezosfer arasında yer alan, Dünya atmosferinin katmanlarından biridir. Stratosferin alt sınırının rakımı değişkendir, ancak gezegenin orta enlemleri için 10 km olarak alınabilir. Üst sınırı, Dünya yüzeyindeki 50 km rakımdır..

Dünya'nın atmosferi, gezegeni çevreleyen gazlı zarftır. Kimyasal bileşim ve sıcaklık değişimlerine göre 5 katmana ayrılır: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve exosfer.

Troposfer, Dünya yüzeyinden 10 km yüksekliğe kadar uzanır. Bir sonraki katman olan stratosfer, Dünya yüzeyinden 10 km'den 50 km'ye kadar gider..

Mezosfer yüksekliği 50 km ila 80 km arasında değişmektedir. Termosfer, 80 km'den 500 km'ye ve nihayet exosfer, gezegenlerarası boşluğun sınırı olan 500 km'den 10.000 km'ye kadar uzanır..

indeks

• 1 Stratosferin özellikleri
  • 1.1 Konum
  • 1.2 Yapısı
  • 1.3 Kimyasal bileşim
• 2 Sıcaklık
• 3 Ozon oluşumu
• 4 İşlev
• 5 Ozon tabakasının imhası
  • 5.1 CFC Bileşikleri
  • 5.2 Azot oksitler
  • 5.3 Ozon tabakasında incelme ve delikler
  • 5.4 CFC kullanımına ilişkin kısıtlamalara ilişkin uluslararası anlaşmalar
• 6 Uçaklar neden stratosferde uçmuyor??
  • 6.1 Troposferde uçan uçaklar
  • 6.2 Neden kabin basıncı gerekiyor??
  • 6.3 Stratosferdeki uçuşlar, süpersonik uçak
  • 6.4 Bugüne kadar geliştirilen süpersonik uçağın dezavantajları
• 7 Kaynakça

Stratosferin özellikleri

konum

Stratosfer, troposfer ve mezosfer arasında bulunur. Bu katmanın alt sınırı ekvatoral karasal hattın enlemesine veya mesafesine göre değişir.

Gezegenin kutuplarında, stratosfer dünya yüzeyinden 6 ila 10 km yukarıda başlar. Ekvatorda 16 ila 20 km yükseklikte başlar. Üst sınır Dünya yüzeyinden 50 km yukarıda.

yapı

Stratosfer, sıcaklıkla tanımlanmış katmanlar halinde kendi yapısına sahiptir: soğuk katlar en altta ve sıcak katlar en üsttedir..

Ayrıca, stratosfer, Dünya yüzeyinin 30 ila 60 km üstünde olan ozon tabakası veya ozonosfer adı verilen yüksek bir ozon konsantrasyonunun bulunduğu bir katmana sahiptir..

Kimyasal bileşimi

Stratosferdeki en önemli kimyasal bileşik ozondur. Dünya atmosferinde mevcut toplam ozonun% 85 ila 90'ı stratosferde.

Ozon stratosferde oksijene maruz kalan bir fotokimyasal reaksiyon (ışığın müdahale ettiği yerde kimyasal reaksiyon) vasıtasıyla oluşur. Stratosferdeki gazların çoğu troposferden giriyor.

Stratosfer ozon içerir (O₃), azot (N₂), oksijen (O₂), azot oksitler, nitrik asit (HNO)₃), sülfürik asit (H₂GB₄), silikatlar ve kloroflorokarbonlar gibi halojenli bileşikler. Bu maddelerin bir kısmı volkanik patlamalardan gelir. Su buharı konsantrasyonu (H₂Veya bir gaz halinde) stratosferde, çok düşüktür.

Stratosferde, türbülans olmadığından, gazların karışımı dikey olarak çok yavaştır ve pratik olarak sıfırdır. Bu nedenle, bu tabakaya giren kimyasal bileşikler ve diğer maddeler, uzun süre içinde kalırlar..

sıcaklık

Stratosferdeki sıcaklık, troposferdeki sıcaklığın tersine bir davranış sergiler. Bu tabakadaki sıcaklık irtifa ile artar..

Sıcaklıktaki bu artış, ozonun müdahale ettiği yerlerde ısı serbest bırakan kimyasal reaksiyonların meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır (O₃). Stratosferde, güneşten gelen yüksek enerjili ultraviyole ışınımını emen önemli miktarda ozon vardır..

Stratosfer, gazları karıştıran türbülanssız stabil bir katmandır. Hava en düşük kısımda soğuk ve yoğundur, en yüksek kısımda ise sıcak ve hafiftir..

Ozon oluşumu

Stratosferde moleküler oksijen (O₂ultraviyole (UV) ışınımının güneşten etkisi ile ayrıştırılmıştır:

Ey₂  +  UV IŞIK → O + O

Oksijen atomları (O) oldukça reaktifdir ve oksijen molekülleriyle (O) reaksiyona girer.₂ozon oluşturmak için (O₃):

O + O_{2 →}  Ey₃  +  ısı

Bu işlemde ısı serbest kalır (ekzotermik reaksiyon). Bu kimyasal reaksiyon stratosferdeki ısı kaynağıdır ve yüksek sıcaklıklarını üst tabakalarda oluşturur.

fonksiyonlar

Stratosfer Dünya gezegeninde var olan tüm yaşam formlarının koruyucu bir fonksiyonunu yerine getirir. Ozon tabakası, yüksek enerjili ultraviyole (UV) radyasyonun dünya yüzeyine ulaşmasını önler.

Ozon ultraviyole ışığı emer ve atomik oksijene (O) ve moleküler oksijene (O) ayrıştırır.₂), aşağıdaki kimyasal reaksiyonla gösterildiği gibi:

Ey₃  + UV IŞIK → O + O₂

Stratosferde, ozon oluşum ve imha süreçleri, sabit konsantrasyonunu koruyan bir dengededir..

Bu şekilde, ozon tabakası genetik mutasyonlara, cilt kanserine, genel olarak bitki ve bitkilerin tahrip olmasına neden olan UV radyasyonuna karşı koruyucu bir kalkan görevi görür..

Ozon tabakasının imhası

CFC bileşikleri

1970'lerden bu yana araştırmacılar, kloroflorokarbonların (CFC) ozon tabakası üzerindeki zararlı etkileri konusunda büyük endişe duyduklarını belirtti..

1930'da ticari olarak freon olarak adlandırılan kloroflorokarbon bileşiklerinin kullanımı tanıtıldı. Bunlar arasında CFCl₃ (Freon 11), CF₂Cı₂ (Freon 12), C₂F₃Cı₃ (Freon 113) ve C₂F₄Cı₂ (Freon 114). Bu bileşikler kolayca sıkıştırılabilir, nispeten reaktif ve yanıcı değildir.

Amonyak (NH) yerine klima ve buzdolaplarında soğutucu olarak kullanılmaya başladılar.₃) ve kükürt dioksit (SO)₂) sıvı (yüksek derecede toksik).

Daha sonra, CFC'ler tek kullanımlık plastik ürünlerin imalatında büyük miktarlarda, konserve aerosoller şeklinde ticari ürünler için iticiler ve elektronik cihaz kartlarının temizliği için çözücüler olarak kullanılmıştır..

CFC'lerin yaygın ve geniş kullanımı, endüstrilerde kullanılan ve soğutucu kullanımları atmosfere deşarj edildiği için ciddi bir çevre sorununa neden olmuştur..

Atmosferde, bu bileşikler yavaşça stratosfere yayılır; Bu katman içinde UV radyasyonu nedeniyle ayrışmaya uğrarlar:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cı

CF₂Cı_{2  →} CF₂Cl + Cl

Klor atomları ozonla çok kolay tepki verir ve onu yok eder:

Cl + O₃  → ClO + O₂

Tek bir klor atomu 100.000'den fazla ozon molekülünü tahrip edebilir.

Azot oksitler

NOx ve NOx azot oksitleri₂ ozonu yok ederek tepki verirler. Stratosferdeki bu azot oksitlerin varlığı, süpersonik uçak motorları tarafından salınan gazlardan, yeryüzündeki insan faaliyetlerinden kaynaklanan emisyonlardan ve volkanik faaliyetten kaynaklanmaktadır..

Ozon tabakasında incelme ve delikler

1980'lerde ozon tabakasında bir orifisin Güney Kutbu alanının üzerinde oluştuğu keşfedildi. Bu alanda ozon miktarı yarı yarıya azaltıldı.

Ayrıca, Kuzey Kutbu üzerinde ve stratosfer boyunca, ozon tabakasının inceltildiği, yani genişliğini azalttığı, çünkü ozon miktarı önemli ölçüde azaldığı keşfedildi..

Stratosferdeki ozon kaybının gezegen üzerindeki yaşam için ciddi sonuçları vardır ve bazı ülkeler ÇDŞ kullanımının sert bir şekilde azaltılması veya tamamen ortadan kaldırılmasının gerekli ve acil olduğunu kabul etmiştir..

CFC kullanımını kısıtlayan uluslararası anlaşmalar

1978'de birçok ülke, CFC'lerin aerosoller şeklinde ticari ürünler için itici gaz olarak kullanılmasını yasakladı. 1987'de, sanayileşmiş ülkelerin büyük çoğunluğu, CFC üretiminin kademeli olarak azaltılması ve 2000 yılında tamamen ortadan kaldırılması için hedeflerin belirlendiği uluslararası bir anlaşma olan Montreal Protokolü'nü imzaladı..

Bazı ülkeler Montreal Protokolü'nü çiğnemişlerdir, çünkü ÇDŞ'lerin azaltılması ve ortadan kaldırılması ekonomilerini etkileyecek ve dünyadaki yaşamın korunmasından önce ekonomik çıkarları önleyecek.

Uçaklar neden stratosferde uçmuyor??

Bir uçağın uçuşunda 4 temel kuvvet vardır: asansör, uçağın ağırlığı, direnç ve itme.

Kaldırma düzlemi tutan ve yukarı doğru iten bir kuvvettir; hava yoğunluğu arttıkça, asansör de artar. Diğer taraftan ağırlık, Dünya'nın yerçekiminin uçağı Dünya'nın merkezine doğru çektiği kuvvettir..

Direnç, uçağın ilerlemesini yavaşlatan ya da önleyen bir kuvvettir. Bu direnç kuvveti, uçağın yörüngesine ters yönde hareket eder..

İtme, uçağı ileri doğru hareket ettiren kuvvettir. Gördüğümüz gibi, itme ve kaldırma, uçağın lehine; ağırlık ve direnç, uçağın uçuşunu dezavantajlı hale getirir.

Uçak o troposferde uçuyorlar

Kısa mesafelere olan ticari ve sivil uçaklar, yaklaşık 10.000 metre yüksekliğe, yani troposferin üst sınırına uçuyor..

Tüm uçaklarda, uçağın kokpitine sıkıştırılmış havanın pompalanmasından oluşan kabinin basınçlandırılması gereklidir..

Kabin basınçlandırma neden gerekli??

Uçak daha yüksek irtifalara yükseldikçe, dış atmosferik basınç düşer ve oksijen içeriği de düşer..

Kabine basınçlı hava sağlanmazsa, yolcular hipoksiden (veya dağ hastalığından) şikayet eder; yorgunluk, baş dönmesi, baş ağrısı ve oksijen yetersizliğinden kaynaklanan bilinç kaybı gibi semptomlar görülür..

Kabine basınçlı hava temininde bir arıza veya bir dekompresyon olursa, uçağın derhal inmesi ve acil durumun oksijen maskeleri takması gereken bir acil durum ortaya çıkar..

Stratosfer Uçuşları, süpersonik uçak

10.000 metreden daha yüksek yüksekliklerde, stratosferde, gaz tabakasının yoğunluğu daha düşüktür ve bu nedenle uçuşu destekleyen asansör de daha düşüktür..

Öte yandan, bu yükseklerde oksijen içeriği (O₂) Havada daha küçüktür ve bu hem uçak motorunu çalıştıran dizel yakıtın yanması için hem de kabin içerisinde etkili bir basınçlandırma için gereklidir..

Dünya yüzeyinden 10.000 metreden daha yükseğe çıkan uçağın, süpersonik adı verilen ve deniz seviyesinde 1.225 km / saatin üzerine çıkması gereken çok yüksek hızlarda gitmesi gerekir.

Günümüzde geliştirilen süpersonik uçağın dezavantajları

Süpersonik uçuşlar, gök gürültüsüne benzer çok yüksek sesler olan ses patlamaları üretir. Bu sesler hayvanları ve insanları olumsuz yönde etkiler.

Ek olarak, bu süpersonik uçağın daha fazla yakıt kullanması ve bu nedenle daha düşük irtifalarda uçan uçaklardan daha fazla hava kirletici üretmesi gerekir..

Süpersonik uçaklar üretimi için çok daha güçlü motorlar ve pahalı özel malzemeler gerektirir. Ticari uçuşlar o kadar ekonomikti ki, uygulamaları karlı değildi..

referanslar

1. S.M., Hegglin, M.I., Fujiwara, M., Dragani, R., Harada ve diğ. (2017). S-RIP'nin bir parçası olarak reanalizlerde üst troposferik ve stratosferik su buharı ve ozonun değerlendirilmesi. Atmosferik Kimya ve Fizik. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. ve diğerleri. (2019). Arctic Sea-Ice Loss ile Modüle Edilen Zayıf Stratosferik Polar Vorteks Olayları. Jeofizik Araştırma Dergisi: Atmosferler. 124 (2): 858-869'da açıklanmaktadır. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. İkbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. ve diğerleri. (2019). Kuzey Atlantik Eddy Tahrikli Jet Değişkenliğine İlişkin Troposfer-Stratosfer Dinamik Bağlantı. Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, A.A., Hardiman, S.C., Mitchell, D.M., Butchart, N. ve ark. (2015). Troposferik jet akımları, fırtına yolları ve yüzeysel hava üzerinde stratosferik etki. Doğa 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. ve ark. (2003). Stratosfer-troposfer değişimi: Bir derleme ve STACCATO'dan öğrendiklerimiz. Jeofizik Araştırma Dergisi: Atmosferler. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland F.S. (2009) Stratosferik Ozon Tükenmesi. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Yirmi Yıllık Ozon Düşüşü. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5