Stratosfer: özellikleri, işlevleri, sıcaklık
Stratosfer, troposfer ve mezosfer arasında yer alan, Dünya atmosferinin katmanlarından biridir. Stratosferin alt sınırının yüksekliği 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 olarak 500 km'den 10.000 km'ye kadar uzanır.
Stratosferin özellikleri
konum
Stratosfer, troposfer ve mezosfer arasında bulunur. Bu katmanın alt sınırı ekvatoral karasal çizginin 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 yüksektir.
yapı
Stratosfer, sıcaklıkla tanımlanmış katmanlar halinde kendi yapısına sahiptir: soğuk katlar en altta ve sıcak katlar en üsttedir.
Ayrıca, stratosfer, ozon tabakası veya ozonosfer adı verilen, dünya yüzeyinden 30 ila 60 km yukarıda olan 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 bulunur.
Ozon stratosferde oksijene maruz kalan bir fotokimyasal reaksiyon (ışığın müdahale ettiği yerde kimyasal reaksiyon) vasıtasıyla oluşur. Stratosferdeki gazların çoğu troposferden giriyor.
Stratosfer, ozon (O3), azot (N2), oksijen (O2), azot oksitler, nitrik asit (HN03), sülfürik asit (H2S04), silikatlar ve kloroflorokarbonlar gibi halojenli bileşikler içerir. Bu maddelerin bazıları volkanik püskürmelerden kaynaklanmaktadır. Stratosferdeki su buharı konsantrasyonu (gaz halindeki H20) çok düşüktür.
Stratosferde, türbülans olmadığından, gazların karışımı dikey olarak çok yavaştır ve pratik olarak sıfırdır. Bu nedenle, bu tabakaya giren kimyasal bileşikler ve diğer malzemeler uzun süre içinde kalır.
sıcaklık
Stratosferdeki sıcaklık, troposferdeki sıcaklığın tersine bir davranış sergiler. Bu tabakadaki sıcaklık irtifa ile artar.
Sıcaklıktaki bu artış, ozonun müdahale ettiği yerde (O3) ısı yayan kimyasal reaksiyonların ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır. Stratosferde, Güneşten gelen yüksek enerjili ultraviyole ışınımını emen önemli miktarda ozon vardır.
Stratosfer, gazları karıştıran türbülanssız stabil bir katmandır. Hava soğuk ve en alçak kısımda yoğun, en yüksek kısımda ise sıcak ve hafiftir.
Ozon oluşumu
Stratosferde moleküler oksijen ( 02 ), ultraviyole (UV) radyasyonunun Güneşten gelen etkisiyle ayrışır:
O 2 + UV IŞIĞI → O + O
Oksijen atomları (O) oldukça reaktifdir ve ozon (O3) oluşturmak için oksijen molekülleriyle ( 02 ) reaksiyona girer:
O + O 2 → O 3 + Isı
Bu işlemde ısı serbest kalır (ekzotermik reaksiyon). Bu kimyasal reaksiyon stratosferdeki ısı kaynağıdır ve üst katmanlarda yüksek sıcaklıklarına neden olur.
fonksiyonlar
Stratosfer Dünya gezegeninde bulunan tüm yaşam biçimlerinin koruyucu bir fonksiyonunu yerine getirir. Ozon tabakası, yüksek enerjili ultraviyole (UV) radyasyonun dünya yüzeyine ulaşmasını önler.
Ozon, ultraviyole ışığını emer ve aşağıdaki kimyasal reaksiyonla gösterildiği gibi atomik oksijene (O) ve moleküler oksijene ( 02 ) ayrışır:
O 3 + UV IŞIK → O + O 2
Stratosferde, ozonun oluşum ve tahrip olma 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, kloroflorokarbon (CFC) bileşiklerinin 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), CF2C12 (Freon 12), C2F3Cl3 (Freon 113) ve C2F4Cl2 (Freon 114) bulunmaktadır. Bu bileşikler kolayca sıkıştırılabilir, nispeten reaktif ve yanıcı değildir.
Amonyak (NH3) ve sıvı kükürt dioksit (SO2) (yüksek derecede toksik) yerine klima ve buzdolaplarında soğutucu olarak kullanılmaya başlandı.
Daha sonra, CFC'ler tek kullanımlık plastik eşyaların imalatında büyük miktarlarda, aerosol kutuları biçiminde ticari ürünler için itici gazlar olarak ve elektronik cihaz kartlarını temizlemek için çözücüler olarak kullanılmıştır.
CFC'lerin yaygın ve geniş kullanımı, endüstrilerde kullanılan ve soğutucu kullanımları atmosfere deşarj edildiği için ciddi bir çevre sorunu yarattı.
Atmosferde, bu bileşikler yavaşça stratosfere yayılır; Bu katman içinde UV radyasyonu nedeniyle ayrışmaya uğrarlar:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
Klor atomları ozonla çok kolay tepki verir ve onu yok eder:
Cl + O 3 → ClO + O 2
Tek bir klor atomu 100.000'den fazla ozon molekülünü tahrip edebilir.
Azot oksitler
Azot oksitler NO ve NO2 ozonu yok ederek reaksiyona girer. 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 azaltılmıştır.
Ayrıca, Kuzey Kutbu'nun yukarısında 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 bu azalması ve ortadan kaldırılması ekonomilerini etkileyecek ve Dünya gezegeninde yaşamın korunmasından önce ekonomik çıkarları ortaya koyacaktır.
Uçaklar neden stratosferde uçmuyor?
Uçağın uçuşu sırasında 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 yandan 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 etki eder.
İtme, uçağı ileri doğru hareket ettiren kuvvettir. Gördüğümüz gibi, itme ve kaldırma, uçuşu destekliyor; ağırlık ve direnç, uçağın uçuşundan rahatsızlık verici hareket eder.
Troposferde uçan uçaklar
Kısa mesafelere olan ticari ve sivil uçaklar, troposferin üst sınırında, yani yaklaşık 10.000 metre yüksekliğe kadar uçmaktadır.
Tüm uçaklarda, uçağın kokpitine sıkıştırılmış havanın pompalanmasından oluşan kabinin basınçlandırılması gerekir.
Kabinin basınçlandırılması neden gerekli?
Uçak daha yüksek irtifalara yükseldikçe, dış atmosferik basınç düşer ve oksijen içeriği de düşer.
Kabine basınçlı hava temin edilmezse, yolcular hipoksiden (veya dağ hastalığından) şikayet eder; yorgunluk, baş dönmesi, baş ağrısı ve oksijen yetersizliğinden kaynaklanan bilinç kaybı gibi semptomlar görülür.
Kabine basınçlı hava beslemesinde 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 azdır.
Öte yandan, bu yüksek rakımlarda havadaki oksijen içeriği (O 2 ) daha düşüktür ve bu hem uçağın motorunu çalıştıran dizel yakıtın yanması için hem de kabin içinde etkili bir basınçlandırma için gereklidir.
Dünya yüzeyinden 10.000 metreden daha yüksek irtifalarda, uçağın deniz seviyesinde 1.225 km / saatin üzerine ulaşması için süpersonik adı verilen çok yüksek hızlarda gitmesi gerekir.
Şimdiye kadar geliştirilen süpersonik uçağın dezavantajları
Süpersonik uçuşlar, gök gürültüsüne benzer çok yüksek sesler olan ses patlamaları üretiyor. 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 uygulanmaları karlı değildi.
