STRATOSFER: ÖZELLIKLER, FONKSIYONLAR, SICAKLIK - ÇEVRE - 2025

Stratosfer troposfer ve mezosferin arasında bulunan Dünya atmosferinin katmanları, biridir. Stratosferin alt sınırının rakımı değişmekle birlikte, gezegenin orta enlemleri için 10 km olarak alınabilir. Üst sınırı, Dünya yüzeyinden 50 km yüksekliktir.

Dünya'nın atmosferi, gezegeni çevreleyen gazlı zarftır. Kimyasal bileşime ve sıcaklık değişimine göre 5 katmana ayrılır: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosfer.

Şekil 1. Uzaydan görülen Stratosfer. Kaynak: NOSA Galiçya Uzay Ajansı

Troposfer, Dünya yüzeyinden 10 km yüksekliğe kadar uzanır. Bir sonraki katman olan stratosfer, dünya yüzeyinin 10 km ila 50 km yukarısında değişir.

Mezosfer, 50 km ile 80 km arasında değişir. 80 km'den 500 km'ye kadar olan termosfer ve son olarak ekzosfer 500 km'den 10.000 km'ye kadar uzanır ve gezegenler arası alanla sınırdır.

Stratosfer özellikleri

yer

Stratosfer, troposfer ile mezosfer arasında yer alır. Bu katmanın alt sınırı, Dünya'nın ekvator çizgisinden enlem veya mesafeye göre değişir.

Gezegenin kutuplarında, stratosfer, dünya yüzeyinin 6 ila 10 km yukarısında başlar. Ekvatorda 16 ila 20 km rakım arasında başlar. Üst sınır, Dünya yüzeyinin 50 km üzerindedir.

yapı

Stratosfer, sıcaklıkla tanımlanan kendi katmanlı bir yapıya sahiptir: soğuk katmanlar altta ve sıcak katmanlar en üstte.

Ayrıca stratosfer, ozon tabakası veya ozonosfer adı verilen ve dünya yüzeyinin 30 ila 60 km yukarısında bulunan, ozon tabakasının yüksek konsantrasyonunun bulunduğu bir tabakaya sahiptir.

Kimyasal bileşim

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

Ozon, stratosferde oksijenin maruz kaldığı bir fotokimyasal reaksiyon (ışığın araya girdiği kimyasal reaksiyon) ile oluşur. Stratosferdeki gazların çoğu troposferden girer.

Stratosfer ozon (O içeren ₃ ), azot (N ₂ ), oksijen (O ₂ ), azot oksitler, nitrik asit (HNO ₃ ), sülfürik asit (H ₂ SO ₄ ), silikatlar ve bu gibi kloroflorokarbonlar gibi halojenatlanmış bileşikler. Bu maddelerin bazıları volkanik patlamalardan gelir. Stratosferdeki su buharı konsantrasyonu ( gaz halindeki H ₂ O) çok düşüktür.

Stratosferde, dikey gaz karışımı çok yavaştır ve türbülans olmaması nedeniyle pratik olarak sıfırdır. Bu nedenle bu tabakaya giren kimyasallar ve diğer malzemeler uzun süre içinde kalır.

Sıcaklık

Stratosferdeki sıcaklık, troposferinkine ters bir davranış sergiler. Bu katmanda sıcaklık yükseldikçe artar.

Sıcaklıktaki bu artış, ozonun (O ₃ ) müdahale ettiği, ısıyı serbest bırakan kimyasal reaksiyonların meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır . Stratosferde, Güneş'ten yüksek enerjili ultraviyole radyasyonu emen önemli miktarda ozon vardır.

Stratosfer, gazların karışması için türbülans içermeyen kararlı bir katmandır. Alt kısımda hava soğuk ve yoğun, üst kısımda ise ılık ve hafiftir.

Ozon oluşumu

Stratosferde, moleküler oksijen (O ₂ ) Güneş'ten gelen ultraviyole (UV) radyasyonun etkisiyle ayrışır:

O ₂ + UV IŞIK → O + O

Oksijen (O) atomları oldukça reaktiftir ve ozon (O ₃ ) oluşturmak için oksijen (O ₂ ) molekülleri ile reaksiyona girer :

O + O _{2 →} O ₃ + Isı

Bu işlemde ısı açığa çıkar (ekzotermik reaksiyon). Bu kimyasal reaksiyon, stratosferdeki ısı kaynağıdır ve üst katmanlarda yüksek sıcaklıklara neden olur.

Özellikleri

Stratosfer, Dünya gezegeninde var olan tüm yaşam biçimlerinin koruyucu bir işlevini yerine getirir. Ozon tabakası, yüksek enerjili ultraviyole (UV) radyasyonunun dünya yüzeyine ulaşmasını engeller.

Ozon ultraviyole ışığı emer ve aşağıdaki kimyasal reaksiyonla gösterildiği gibi atomik oksijen (O) ve moleküler oksijene (O ₂ ) ayrışır :

O ₃ + UV IŞIK → O + O ₂

Stratosferde ozonun oluşumu ve yok edilmesi süreçleri, konsantrasyonunu sabit tutan bir denge içindedir.

Böylelikle ozon tabakası, genel olarak genetik mutasyonların, cilt kanserinin, mahsullerin ve bitkilerin tahribatının nedeni olan UV radyasyonundan koruyucu bir kalkan görevi görür.

Ozon tabakası tahribatı

CFC bileşikleri

1970'lerden beri, araştırmacılar kloroflorokarbonların (CFC'ler) ozon tabakası üzerindeki zararlı etkileri konusunda büyük endişelerini dile getirdiler.

1930'da ticari olarak freon olarak adlandırılan kloroflorokarbon bileşiklerinin kullanımı tanıtıldı. Bunlar arasında CFCl ₃ (Freon 11), CF ₂ Cl ₂ (Freon 12), C ₂ F ₃ Cl ₃ (Freon 113) ve C ₂ F ₄ Cl ₂ (Freon 114) bulunmaktadır. Bu bileşikler kolaylıkla sıkıştırılabilir, nispeten reaktif değildir ve yanıcı değildir.

Klima ve buzdolaplarında soğutucu olarak kullanılmaya başlandı, amonyak (NH ₃ ) ve sıvı kükürt dioksit (SO ₂ ) (oldukça zehirli) yerine kullanıldı.

Daha sonra, CFC'ler tek kullanımlık plastik eşyaların imalatında, teneke kutularda aerosol formundaki ticari ürünler için itici gazlar olarak ve elektronik cihaz kartları için temizleme çözücüleri olarak büyük miktarlarda kullanılmıştır.

Büyük miktarlarda CFC'lerin yaygın kullanımı, endüstrilerde ve soğutucu akışkan kullanımlarında kullanılanlar atmosfere deşarj edildiği için ciddi bir çevre sorunu yaratmıştır.

Atmosferde, bu bileşikler yavaşça stratosfere yayılır; bu katmanda UV radyasyonunun etkisiyle bozunmaya uğrarlar:

CFCl _{3 →} CFCl ₂ + Cl

CF ₂ Cl _{2 →} CF ₂ Cl + Cl

Klor atomları ozonla çok kolay tepkimeye girer ve onu yok eder:

Cl + O ₃ → ClO + O ₂

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

Azot oksitler

Nitrojen oksitler NO ve NO ₂ , ozonu yok etmek için reaksiyona girer. Bu nitrojen oksitlerin stratosferdeki varlığı, süpersonik uçakların motorları tarafından yayılan gazlardan, Dünya üzerindeki insan faaliyetlerinden kaynaklanan emisyonlardan ve volkanik aktiviteden kaynaklanmaktadır.

Ozon tabakasında incelme ve delikler

1980'lerde Güney Kutbu bölgesinin üzerindeki ozon tabakasında bir delik oluştuğu keşfedildi. Bu alanda ozon miktarı yarıya indirilmiştir.

Ayrıca Kuzey Kutbu üzerinde ve stratosfer boyunca koruyucu ozon tabakasının inceldiği, yani ozon miktarı önemli ölçüde azaldığı için genişliğini azalttığı da bulunmuştur.

Stratosferdeki ozon kaybının gezegendeki yaşam için ciddi sonuçları vardır ve birçok ülke, CFC'lerin kullanımının büyük ölçüde azaltılmasının veya tamamen ortadan kaldırılmasının gerekli ve acil olduğunu kabul etmiştir.

CFC'lerin kullanımına ilişkin kısıtlamalara ilişkin uluslararası anlaşmalar

1978'de birçok ülke CFC'lerin ticari aerosol ürünlerinde itici madde olarak kullanılmasını yasakladı. 1987 yılında, sanayileşmiş ülkelerin büyük çoğunluğu, CFC üretiminin kademeli olarak azaltılması ve 2000 yılına kadar tamamen ortadan kaldırılması için hedeflerin belirlendiği uluslararası bir anlaşma olan Montreal Protokolünü imzaladı.

Birçok ülke Montreal Protokolüne uymada başarısız oldu, çünkü CFC'lerin bu azaltılması ve ortadan kaldırılması ekonomilerini etkileyecek ve ekonomik çıkarları Dünya gezegenindeki yaşamın korunmasından önce koyacaktır.

Uçaklar neden stratosferde uçmuyor?

Bir uçağın uçuşu sırasında 4 temel kuvvet etki eder: kaldırma, uçak ağırlığı, sürükleme ve itme.

Kaldırma, uçağı destekleyen ve yukarı doğru iten bir kuvvettir; havanın yoğunluğu ne kadar yüksekse kaldırma o kadar büyük olur. Öte yandan ağırlık, Dünya'nın yerçekiminin uçağı Dünya'nın merkezine doğru çektiği kuvvettir.

Direnç, uçağın ilerlemesini yavaşlatan veya engelleyen bir kuvvettir. Bu direnç kuvveti, uçağın yolunun tersi yönde hareket eder.

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

Uçak

Kısa mesafelerde ticari ve sivil uçaklar, deniz seviyesinden yaklaşık 10.000 metre yukarıda, yani troposferin üst sınırında uçarlar.

Tüm uçaklar, basınçlı havanın uçak kabinine pompalanmasından oluşan kabin basınçlandırmasına ihtiyaç duyar.

Kabin basınçlandırması neden gereklidir?

Uçak daha yüksek rakımlara çıktıkça, dış atmosferik basınç azalır ve oksijen içeriği de azalır.

Kabine basınçlı hava verilmezse, yolcular, oksijen yetersizliğinden dolayı yorgunluk, baş dönmesi, baş ağrısı ve bilinç kaybı gibi semptomlarla birlikte hipoksiden (veya dağ hastalığından) muzdarip olacaktı.

Kabine basınçlı hava tedarikinde bir arıza veya bir dekompresyon meydana gelirse, uçağın hemen alçalması ve tüm yolcuların oksijen maskelerini takması gereken bir acil durum ortaya çıkacaktır.

Stratosferdeki uçuşlar, süpersonik uçaklar

10.000 metreden daha yüksek irtifalarda, stratosferde, gaz tabakasının yoğunluğu daha düşüktür ve bu nedenle uçuşu kolaylaştıran kaldırma kuvveti de daha düşüktür.

Öte yandan bu yüksek irtifalarda havadaki oksijen (O ₂ ) içeriği daha düşüktür ve bu hem uçak motorunu çalıştıran dizel yakıtın yanması hem de kabin içinde etkin bir basınçlandırma için gereklidir.

Dünya yüzeyinden 10.000 metreden daha yüksek irtifalarda, uçak deniz seviyesinde 1.225 km / saate ulaşan, süpersonik denilen çok yüksek hızlarda gitmelidir.

Şekil 2. Concorde süpersonik ticari uçak. Kaynak: Eduard Marmet

Bugüne kadar geliştirilen süpersonik uçakların dezavantajları

Süpersonik uçuşlar, gök gürültüsüne benzer çok yüksek sesler olan sözde sonik patlamalar üretir. Bu sesler hayvanları ve insanları olumsuz etkiler.

Ek olarak, bu süpersonik uçakların daha fazla yakıt kullanması ve bu nedenle daha düşük irtifalarda uçan uçaklara göre daha fazla hava kirletici üretmesi gerekir.

Süpersonik uçakların üretimi için çok daha güçlü motorlar ve pahalı özel malzemeler gerekir. Ticari uçuşlar, ekonomik olarak o kadar maliyetliydi ki, uygulamaları karlı olmadı.

Referanslar

1. SM, Hegglin, MI, Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y ve diğerleri. (2017). S-RIP'in bir parçası olarak yeniden analizlerde üst troposferik ve stratosferik su buharı ve ozonun değerlendirilmesi. Atmosfer Kimyası ve Fiziği. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. ve diğerleri. (2019). Kuzey Kutup Denizi Tarafından Modüle Edilen Zayıf Stratosferik Kutup Vorteks Olayları - Buz Kaybı. Jeofizik Araştırma Dergisi: Atmosferler. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. ve diğerleri. (2019). Kuzey Atlantik Girdap Tahrikli Jet Değişkenliğine İlişkin Troposfer-Stratosfer Dinamik Bağlantısı. Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J., Scaife, AA, Hardiman, SC, Mitchell, DM, Butchart, N. ve diğerleri. (2015). Troposferik jet akımları, fırtına izleri ve yüzey havası üzerindeki stratosferik etki. Nature 8: 433-440.
5. Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. ve diğerleri. (2003). Stratosfer - troposfer değişimi: Bir inceleme ve STACCATO'dan öğrendiklerimiz. Jeofizik Araştırma Dergisi: Atmosferler. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland FS (2009) Stratosferik Ozon İncelmesi. In: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Twenty Years of Ozone Decline. Springer. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5