Stratosfera: caracteristici, funcții, temperatură

Stratosfera este unul dintre straturile atmosferei Pământului, situată între troposferă și mezosferă. Altitudinea limitei inferioare a stratosferei variază, dar poate fi luată la 10 km pentru latitudinile mijlocii ale planetei. Limita superioară este o altitudine de 50 km pe suprafața Pământului.

Atmosfera Pământului este plicul gazos care înconjoară planeta. Conform compoziției chimice și variației temperaturii, este împărțită în 5 straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă și exosphere.

Troposfera se întinde de la suprafața Pământului până la 10 km înălțime. Următorul strat, stratosfera, trece de la 10 km până la 50 km deasupra suprafeței pământului.

Mesosfera variază de la 50 km până la 80 km în înălțime. Terosfera de la 80 km până la 500 km, iar în cele din urmă exosfera se extinde de la 500 km până la 10.000 km înălțime, fiind limita spațiului interplanetar.

Caracteristicile stratosferei

locație

Stratosfera este situată între troposferă și mezosferă. Limita inferioară a acestui strat variază în funcție de latitudinea sau distanța față de linia ecuatorială terestră.

La polii planetei, stratosfera începe între 6 și 10 km deasupra suprafeței pământului. În ecuator se pornește între 16 și 20 km altitudine. Limita superioară este de 50 km deasupra suprafeței Pământului.

structură

Stratosfera are structura proprie în straturi, care sunt definite de temperatură: straturile reci sunt în partea de jos, iar straturile fierbinți sunt la partea de sus.

De asemenea, stratosfera are un strat în care există o concentrație mare de ozon, numit stratul de ozon sau ozonosfera, care se află între 30 și 60 km deasupra suprafeței pământului.

Compoziție chimică

Cel mai important compus chimic din stratosfera este ozonul. 85-90% din ozonul total prezent în atmosfera Pământului se găsește în stratosferă.

Ozonul se formează în stratosferă printr-o reacție fotochimică (reacție chimică în cazul în care lumina intervine) care suferă de oxigen. O mare parte din gazele din stratosfera intră din troposferă.

Stratosfera conține ozon (O 3 ), azot (N 2 ), oxigen (O 2 ), oxizi de azot, acid azotic (HNO 3 ), acid sulfuric (H2SO4), silicați și compuși halogenați, cum ar fi clorofluorocarburile. Unele dintre aceste substanțe provin din erupțiile vulcanice. Concentrația de vapori de apă (H20 în stare gazoasă) în stratosferă este foarte scăzută.

În stratosfera, amestecul de gaze verticale este foarte lent și practic zero, din cauza absenței turbulențelor. Din acest motiv, compușii chimici și alte materiale care intră în acest strat rămân în el timp îndelungat.

temperatură

Temperatura din stratosfera prezintă un comportament invers față de cel din troposferă. În acest strat, temperatura crește cu altitudinea.

Această creștere a temperaturii se datorează apariției reacțiilor chimice care degajă căldură, unde intervine ozonul (O 3 ). În stratosfera există cantități considerabile de ozon, care absoarbe radiații ultraviolete de mare putere din Soare.

Stratosfera este un strat stabil, fără turbulențe care amestecă gazele. Aerul este rece și dens în partea inferioară și în cea mai mare parte este fierbinte și ușor.

Formarea ozonului

În stratosfera, oxigenul molecular (O2) este disociat de efectul radiației ultraviolete (UV) de la Soare:

O 2 + LUMINĂ UV → O + O

Atomii de oxigen (O) sunt foarte reactivi și reacționează cu moleculele de oxigen (O2) pentru a forma ozonul (O3):

O + O 2 → O 3 + Căldură

În acest proces, căldura este eliberată (reacție exotermă). Această reacție chimică este sursa de căldură în stratosferă și determină temperaturile ridicate în straturile superioare.

funcții

Stratosfera îndeplinește o funcție protectoare a tuturor formelor de viață existente pe planeta Pământ. Stratul de ozon previne ca radiațiile ultraviolete (UV) de mare putere să ajungă la suprafața pământului.

Ozonul absoarbe lumina ultravioletă și se descompune la oxigenul atomic (O) și oxigenul molecular (O2), după cum arată reacția chimică următoare:

O 3 + LUMINĂ UV → O + O 2

În stratosfera, procesele de formare și distrugere a ozonului sunt într-un echilibru care își menține concentrația constantă.

În acest fel, stratul de ozon funcționează ca un scut protector împotriva radiației UV, care este cauza mutațiilor genetice, a cancerului de piele, distrugerea culturilor și a plantelor în general.

Distrugerea stratului de ozon

Compușii CFC

Din anii 1970, cercetătorii și-au exprimat profunda îngrijorare cu privire la efectele nocive ale compușilor de clorofluorocarburi (CFC) asupra stratului de ozon.

În 1930 a fost introdusă utilizarea compușilor de clorofluorocarburi denumiți freoni comerciali. Printre aceștia sunt CFCI3 (Freon 11), CF2CI2 (Freon 12), C2F3CI3 (Freon 113) și C2F4CI2 (Freon 114). Acești compuși sunt ușor comprimabili, relativ nereactivi și neinflamabili.

Acestea au început să fie utilizate ca agenți frigorifici în aparate de aer condiționat și frigidere, înlocuind amoniacul (NH 3 ) și dioxidul de sulf lichid (SO 2 ) (foarte toxic).

Ulterior, CFC-urile au fost utilizate în cantități mari în fabricarea articolelor din plastic de unică folosință, ca agenți de propulsie pentru produse comerciale sub formă de cutii de aerosoli și ca solvenți pentru curățarea cartelelor de dispozitive electronice.

Utilizarea pe scară largă și pe scară largă a CFC a creat o problemă serioasă de mediu, deoarece cele utilizate în industrii și utilizări de agent frigorific sunt evacuate în atmosferă.

În atmosferă, acești compuși difuzează lent în stratosfera; în acest strat suferă descompunere datorită radiației UV:

CFCI3 CFCI2 + Cl

CF2CI2CF2CI + Cl

Atomii de clor reacționează foarte ușor cu ozonul și îl distrug:

Cl + O3 → ClO + 02

Un singur atom de clor poate distruge mai mult de 100.000 de molecule de ozon.

Oxizi de azot

Oxizii de azot NO și NO2 reacționează prin distrugerea ozonului. Prezența acestor oxizi de azot în stratosfera se datorează gazelor emise de motoarele avioanelor supersonice, emisiilor generate de activitățile umane de pe Pământ și activității vulcanice.

Diluare și găuri în stratul de ozon

În anii 1980 a fost descoperit că un orificiu din stratul de ozon se formează deasupra zonei Polul Sudic. În această zonă, cantitatea de ozon a fost redusă la jumătate.

De asemenea, sa descoperit că deasupra Polului Nord și în toată stratosfera, stratul de ozon sa subțire, adică a redus lățimea sa, deoarece cantitatea de ozon a scăzut considerabil.

Pierderea ozonului în stratosfera are consecințe grave pentru viața de pe planetă și mai multe țări au acceptat că este necesară și urgentă o reducere drastică sau eliminarea completă a utilizării CFC.

Acorduri internaționale privind restricționarea utilizării CFC

În 1978, multe țări au interzis utilizarea CFC ca agenți de propulsie pentru produse comerciale sub formă de aerosoli. În 1987, marea majoritate a țărilor industrializate au semnat așa-numitul Protocol Montreal, un acord internațional în care s-au stabilit obiective pentru reducerea treptată a producției de CFC și eliminarea totală a acestuia în anul 2000.

Mai multe țări au încălcat Protocolul de la Montreal, deoarece această reducere și eliminare a CFC-urilor le-ar afecta economia, punând interese economice înaintea conservării vieții de pe planeta Pământ.

De ce nu zboară avioane în stratosferă?

În timpul zborului unui avion există patru forțe de bază: liftul, greutatea avionului, rezistența și forța de tracțiune.

Ascensorul este o forță care ține avionul și îl împinge; cu cât densitatea aerului este mai mare, cu atât este mai mare liftul. Greutatea, pe de altă parte, este forța cu care gravitatea Pământului trage avionul spre centrul Pământului.

Rezistența este o forță care încetinește sau împiedică avansarea planului. Această forță de rezistență acționează în direcția opusă traiectoriei avionului.

Pushul este forța care mișcă planul înainte. După cum vedem, împingerea și ridicarea favorizează zborul; greutatea și rezistența care defavorizează zborul planului.

Avioane care zboară în troposferă

Avioanele comerciale și civile la distanțe scurte, zboară aproximativ la 10.000 de metri înălțime, adică în limita superioară a troposferei.

În toate avioanele este necesar să existe presurizarea cabinei, care constă în pomparea aerului comprimat în cabina de pilotaj a aeronavei.

De ce este necesară presurizarea cabinei?

Pe măsură ce aeronava urcă la altitudini mai mari, presiunea atmosferică externă scade, iar conținutul de oxigen scade.

Dacă aerul sub presiune nu a fost alimentat în cabină, pasagerii ar avea hipoxie (sau boală montană), cu simptome precum oboseală, amețeli, dureri de cap și pierderea conștienței din cauza lipsei de oxigen.

Dacă apare o defecțiune la furnizarea aerului comprimat în cabină sau la o decompresie, ar apărea o urgență în cazul în care avionul trebuie să coboare imediat și toți ocupanții săi trebuie să poarte măști de oxigen.

Zboruri în stratosferă, avioane supersonice

La înălțimi mai mari de 10.000 de metri, în stratosferă, densitatea stratului gazos este mai mică și, prin urmare, ascensorul care favorizează zborul este, de asemenea, mai mic.

Pe de altă parte, la aceste altitudini mari, conținutul de oxigen (O 2 ) din aer este mai mic, ceea ce este necesar atât pentru arderea combustibilului diesel care face ca motorul avionului să funcționeze, cât și pentru o presiune eficientă în cabină.

La altitudini mai mari de 10.000 de metri deasupra suprafeței Pământului, avionul trebuie să meargă la viteze foarte mari, numite supersonice, ajungând la peste 1225 km / h la nivelul mării.

Dezavantaje ale aeronavelor supersonice dezvoltate până în prezent

Zborurile supersonice produc așa-numitele explozii sonice, care sunt zgomote foarte puternice similare cu tunetul. Aceste zgomote influențează negativ animalele și oamenii.

În plus, aceste aeronave supersonice trebuie să utilizeze mai mult combustibil și, prin urmare, să producă mai mulți poluanți de aer decât avioanele care zboară la altitudini mai mici.

Avioanele supersonice necesită motoare mult mai puternice și materiale speciale pentru fabricarea acestora. Zborurile comerciale erau atât de scumpe din punct de vedere economic încât implementarea lor nu a fost profitabilă.