คุณลักษณะของสตราโตสเฟียร์และอุณหภูมิ

บรรยากาศเหนือพื้นโลกตั้งแต่ 7 ไมล์ขึ้นไป มันเป็นหนึ่งในชั้นของชั้นบรรยากาศของโลกที่ตั้งอยู่ระหว่างเขตโทรโพสเฟียร์และ mesosphere ระดับความสูงของขีด จำกัด ล่างของสตราโตสเฟียร์นั้นแตกต่างกันไป แต่อาจใช้เวลา 10 กม. สำหรับละติจูดกลางของดาวเคราะห์ ข้อ จำกัด ด้านบนคือระดับความสูง 50 กม. บนพื้นผิวโลก.

ชั้นบรรยากาศของโลกคือซองกาซที่ล้อมรอบดาวเคราะห์ ตามองค์ประกอบทางเคมีและการแปรผันของอุณหภูมิแบ่งออกเป็น 5 ชั้น: โทรโพสเฟียร์.

โทรโพสเฟียร์ทอดตัวจากพื้นผิวโลกสูงถึง 10 กม. ชั้นถัดไปคือสตราโตสเฟียร์อยู่ห่างจากพื้นผิวโลก 10 กม. ถึง 50 กม.

mesosphere อยู่ในช่วงจาก 50 กม. ถึง 80 กม. ในความสูง เทอร์โมสเฟียร์จาก 80 กม. ถึง 500 กม. และในที่สุดเอ็กโซสเฟียร์ขยายจาก 500 กม. เป็น 10,000 กม. ในระดับความสูงซึ่งถูก จำกัด ด้วยพื้นที่ระหว่างดาวเคราะห์.

ดัชนี

• 1 ลักษณะของสตราโตสเฟียร์
  • 1.1 สถานที่ตั้ง
  • 1.2 โครงสร้าง
  • 1.3 องค์ประกอบทางเคมี
• 2 อุณหภูมิ
• 3 การก่อตัวของโอโซน
• 4 ฟังก์ชั่น
• 5 การทำลายชั้นโอโซน
  • 5.1 สารประกอบ CFC
  • 5.2 ไนโตรเจนออกไซด์
  • 5.3 การทำให้ผอมบางและรูในชั้นโอโซน
  • 5.4 ข้อตกลงระหว่างประเทศเกี่ยวกับข้อ จำกัด ในการใช้ CFC
• 6 ทำไมเครื่องบินไม่บินในสตราโตสเฟียร์?
  • 6.1 เครื่องบินที่บินในเขตโทรโพสเฟียร์
  • 6.2 เหตุใดจึงต้องมีการเพิ่มแรงกดดันในบูธ?
  • 6.3 เที่ยวบินในสตราโตสเฟียร์เครื่องบินเหนือเสียง
  • 6.4 ข้อเสียของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่พัฒนาขึ้นจนถึงปัจจุบัน
• 7 อ้างอิง

ลักษณะของสตราโตสเฟียร์

ที่ตั้ง

สตราโตสเฟียร์ตั้งอยู่ระหว่างเขตโทรโพสเฟียร์และ mesosphere ขีด จำกัด ล่างของเลเยอร์นี้จะแตกต่างกันไปตามละติจูดหรือระยะทางกับเส้นศูนย์สูตรของโลก.

ที่เสาของดาวเคราะห์สตราโตสเฟียร์เริ่มต้นระหว่าง 6 ถึง 10 กม. เหนือพื้นผิวโลก ในเส้นศูนย์สูตรจะเริ่มระหว่างความสูง 16 ถึง 20 กม. ขีด จำกัด บนคือ 50 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวของโลก.

โครงสร้าง

สตราโตสเฟียร์มีโครงสร้างของตัวเองในชั้นซึ่งถูกกำหนดโดยอุณหภูมิ: ชั้นเย็นอยู่ที่ด้านล่างและชั้นร้อนอยู่ที่ด้านบน.

นอกจากนี้สตราโตสเฟียร์ยังมีชั้นที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูงเรียกว่าชั้นโอโซนหรือโอโซนซึ่งอยู่ระหว่าง 30 ถึง 60 กม. เหนือพื้นผิวโลก.

องค์ประกอบทางเคมี

สารประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดในสตราโตสเฟียร์คือโอโซน 85 ถึง 90% ของโอโซนทั้งหมดที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกอยู่ในชั้นบรรยากาศ.

โอโซนเกิดขึ้นในสตราโตสเฟียร์โดยปฏิกิริยาของโฟโตเคมีคอล (ปฏิกิริยาทางเคมีที่แสงเข้ามารบกวน) ที่ทำให้เกิดออกซิเจน ก๊าซในสตราโตสเฟียร์ส่วนใหญ่เข้ามาจากโทรโพสเฟียร์.

สตราโตสเฟียร์มีโอโซน (O₃) ไนโตรเจน (N.)₂) ออกซิเจน (O.)₂), ไนโตรเจนออกไซด์, กรดไนตริก (HNO)₃) กรดซัลฟิวริก (H)₂SW₄), ซิลิเกตและสารประกอบฮาโลจิเนตเช่น chlorofluorocarbons สารเหล่านี้บางส่วนมาจากการระเบิดของภูเขาไฟ ความเข้มข้นของไอน้ำ (H₂หรืออยู่ในสถานะก๊าซ) ในสตราโตสเฟียร์นั้นต่ำมาก.

ในสตราโตสเฟียร์ส่วนผสมของก๊าซในแนวตั้งนั้นช้ามากและไม่มีค่าเลยเนื่องจากไม่มีความปั่นป่วน ด้วยเหตุผลนี้สารประกอบทางเคมีและวัสดุอื่น ๆ ที่เข้าสู่ชั้นนี้จะยังคงอยู่ในนั้นเป็นเวลานาน.

อุณหภูมิ

อุณหภูมิในสตราโตสเฟียร์นำเสนอพฤติกรรมที่ตรงกันข้ามกับบรรยากาศในโทรโพสเฟียร์ ในชั้นนี้อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความสูง.

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีที่ปล่อยความร้อนซึ่งโอโซนเข้ามารบกวน₃) ในสตราโตสเฟียร์มีโอโซนจำนวนมากซึ่งดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์.

สตราโตสเฟียร์เป็นชั้นที่มีความเสถียรโดยปราศจากความวุ่นวายที่ผสมกับก๊าซ อากาศจะเย็นและหนาแน่นในส่วนที่ต่ำที่สุดและส่วนที่สูงที่สุดคืออากาศร้อนและเบา.

การก่อตัวของโอโซน

ในออกซิเจนโมเลกุลสตราโตสเฟียร์₂) ถูกแยกออกจากกันโดยผลของรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทิตย์:

O₂  +  แสงยูวี→ O + O

ออกซิเจนอะตอม (O) มีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจน (O)₂) เพื่อสร้างโอโซน (O.)₃):

O + O_{2 →}  O₃  +  ความร้อน

ในกระบวนการนี้ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา (ปฏิกิริยาคายความร้อน) ปฏิกิริยาทางเคมีนี้เป็นแหล่งความร้อนในสตราโตสเฟียร์และมีอุณหภูมิสูงในชั้นบน.

ฟังก์ชั่น

สตราโตสเฟียร์ช่วยเติมเต็มหน้าที่ปกป้องชีวิตทุกรูปแบบที่มีอยู่บนโลก ชั้นโอโซนป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง (UV) ไม่ให้มาถึงพื้นผิวโลก.

โอโซนดูดซับแสงอุลตร้าไวโอเลตและสลายตัวเป็นออกซิเจนอะตอมมิก (O) และออกซิเจนโมเลกุล (O)₂) ตามที่แสดงโดยปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:

O₃  + แสงยูวี→ O + O₂

ในสตราโตสเฟียร์กระบวนการของการก่อตัวและการทำลายของโอโซนอยู่ในสมดุลที่รักษาความเข้มข้นคงที่.

ด้วยวิธีนี้ชั้นโอโซนทำงานเป็นเกราะป้องกันรังสี UV ซึ่งเป็นสาเหตุของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมมะเร็งผิวหนังการทำลายพืชและพืชโดยทั่วไป.

การทำลายชั้นโอโซน

สารประกอบ CFC

ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 นักวิจัยได้แสดงความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับผลกระทบที่เป็นอันตรายของ chlorofluorocarbons (CFCs) ในชั้นโอโซน.

ในปี 1930 ได้มีการแนะนำการใช้สารประกอบคลอโรฟีนอโรคาร์บอนที่เรียกว่าฟรีออนเชิงพาณิชย์ กลุ่มคนเหล่านี้ CFCl₃ (ฟรีออน 11), CF₂Cl₂ (ฟรีออน 12), ค₂F₃Cl₃ (ฟรีออน 113) และ C₂F₄Cl₂ (ฟรีออน 114) สารประกอบเหล่านี้สามารถบีบอัดได้ง่ายค่อนข้างไม่มีปฏิกิริยาและไม่ติดไฟ.

พวกเขาเริ่มใช้เป็นสารทำความเย็นในเครื่องปรับอากาศและตู้เย็นแทนที่แอมโมเนีย (NH)₃) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO)₂) ของเหลว (พิษสูง).

ต่อมา CFCs ถูกนำมาใช้ในปริมาณมากในการผลิตรายการพลาสติกที่ใช้แล้วทิ้งเป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในรูปของกระป๋องสเปรย์และเป็นตัวทำละลายสำหรับทำความสะอาดบัตรอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์.

การใช้ CFCs อย่างกว้างขวางและกว้างขวางทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงเนื่องจากสิ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้สารทำความเย็นถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศ.

ในชั้นบรรยากาศสารประกอบเหล่านี้จะแพร่กระจายช้าลงสู่ชั้นบรรยากาศ ในชั้นนี้พวกมันจะสลายตัวเนื่องจากรังสียูวี:

CFCl_{3 →} CFCl₂  +  Cl

CF₂Cl_{2  →} CF₂Cl + Cl

อะตอมคลอรีนทำปฏิกิริยากับโอโซนได้ง่ายมากและทำลายมัน:

Cl + O₃  → ClO + O₂

อะตอมคลอรีนเดี่ยวสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้มากกว่า 100,000 โมเลกุล.

ไนโตรเจนออกไซด์

ไนโตรเจนออกไซด์ NOx และ NOx₂ พวกมันทำปฏิกิริยาโดยการทำลายโอโซน การปรากฏตัวของไนโตรเจนออกไซด์เหล่านี้ในสตราโตสเฟียร์เกิดจากก๊าซที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์อากาศยานเหนือเสียงการปล่อยจากกิจกรรมของมนุษย์บนโลกและกิจกรรมภูเขาไฟ.

การทำให้ผอมบางและรูในชั้นโอโซน

ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการค้นพบว่าปากแม่น้ำในชั้นโอโซนก่อตัวขึ้นเหนือพื้นที่ขั้วโลกใต้ ในบริเวณนี้ปริมาณโอโซนลดลงครึ่งหนึ่ง.

นอกจากนี้ยังพบว่าเหนือขั้วโลกเหนือและทั่วสตราโตสเฟียร์ชั้นโอโซนบางลงนั่นคือมันลดความกว้างลงเนื่องจากปริมาณของโอโซนลดลงอย่างมาก.

การสูญเสียโอโซนในสตราโตสเฟียร์มีผลกระทบร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกและหลายประเทศยอมรับว่าการลดลงอย่างรุนแรงหรือการกำจัดการใช้ CFC อย่างสมบูรณ์นั้นเป็นสิ่งจำเป็นและเร่งด่วน.

ข้อตกลงระหว่างประเทศในการ จำกัด การใช้ CFC

ในปี 2521 หลายประเทศสั่งห้ามใช้สารซีเอฟซีในการขับเคลื่อนผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในรูปของละอองลอย ในปี 2530 ประเทศอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ได้ลงนามในพิธีสารมอนทรีออลซึ่งเป็นข้อตกลงระหว่างประเทศที่มีการตั้งเป้าหมายสำหรับการลดการผลิต CFC อย่างค่อยเป็นค่อยไปและการกำจัดทั้งหมดในปี 2543.

หลายประเทศได้ฝ่าฝืนพิธีสารมอนทรีออลเนื่องจากการลดและกำจัด CFCs นี้จะส่งผลกระทบต่อเศรษฐกิจทำให้เกิดผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจก่อนการอนุรักษ์ชีวิตบนโลก.

ทำไมเครื่องบินไม่บินในสตราโตสเฟียร์?

ในระหว่างการบินของเครื่องบินนั้นจะมีกองกำลังพื้นฐาน 4 ตัวคือลิฟต์, น้ำหนักของเครื่องบิน, ความต้านทานและแรงขับ.

ลิฟต์คือแรงที่ยึดระนาบและดันขึ้น ความหนาแน่นของอากาศก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกันน้ำหนักนั้นเป็นแรงที่แรงโน้มถ่วงของโลกดึงเครื่องบินไปยังจุดศูนย์กลางของโลก.

ความต้านทานคือแรงที่ช้าหรือป้องกันล่วงหน้าของระนาบ แรงต้านทานนี้ทำหน้าที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับวิถีของเครื่องบิน.

แรงผลักคือแรงที่เคลื่อนที่เครื่องบินไปข้างหน้า อย่างที่เราเห็นการผลักดันและการยกนั้นเป็นที่ชื่นชอบเที่ยวบิน น้ำหนักและความต้านทานทำหน้าที่ทำให้เครื่องบินของเครื่องบินเสียเปรียบ.

อากาศยานนั้น พวกมันบินไปในโทรโพสเฟียร์

เครื่องบินพาณิชย์และเครื่องบินพลเรือนไปยังระยะทางสั้น ๆ บินได้สูงประมาณ 10,000 เมตรกล่าวคือในขอบเขตสูงสุดของโทรโพสเฟียร์.

ในเครื่องบินทุกลำจำเป็นต้องมีแรงดันของห้องโดยสารซึ่งประกอบด้วยการสูบอัดอากาศในห้องนักบินของเครื่องบิน.

ทำไมต้องใช้แรงดันบูธ?

เมื่อเครื่องบินขึ้นสู่ระดับความสูงที่สูงขึ้นความดันบรรยากาศภายนอกก็ลดลงและปริมาณออกซิเจนก็ลดลงเช่นกัน.

หากไม่มีแรงดันอากาศส่งไปยังห้องโดยสารผู้โดยสารจะประสบกับภาวะขาดออกซิเจน (หรือความเจ็บป่วยจากภูเขา) ด้วยอาการต่าง ๆ เช่นความเหนื่อยล้าวิงเวียนศีรษะปวดศีรษะและหมดสติเนื่องจากขาดออกซิเจน.

หากความล้มเหลวเกิดขึ้นในการจัดหาอากาศอัดไปยังห้องโดยสารหรือการบีบอัดเกิดขึ้นในกรณีฉุกเฉินซึ่งเครื่องบินจะต้องลงมาทันทีและผู้โดยสารทุกคนควรสวมหน้ากากออกซิเจน.

เที่ยวบินในสตราโตสเฟียร์เครื่องบินเหนือเสียง

ที่ความสูงมากกว่า 10,000 เมตรในสตราโตสเฟียร์ความหนาแน่นของชั้นก๊าซจะลดลงและดังนั้นการยกที่โปรดปรานการบินก็ลดลงเช่นกัน.

ในอีกทางหนึ่งที่ความสูงเหล่านี้ทำให้ปริมาณออกซิเจน (O₂) ในอากาศมีขนาดเล็กลงและสิ่งนี้จำเป็นสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงดีเซลซึ่งทำให้เครื่องยนต์ของเครื่องบินทำงานได้และมีแรงดันที่มีประสิทธิภาพในห้องโดยสาร.

ที่ความสูงมากกว่า 10,000 เมตรเหนือพื้นผิวโลกเครื่องบินจะต้องวิ่งด้วยความเร็วสูงมากเรียกว่าความเร็วเหนือเสียงเหนือระดับน้ำทะเลถึง 1,225 กม. / ชม..

ข้อเสียของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่พัฒนาขึ้นจนถึงปัจจุบัน

เที่ยวบินเหนือเสียงผลิตเสียงระเบิดที่เรียกว่าโซนิคซึ่งมีเสียงดังมากคล้ายกับฟ้าร้อง เสียงเหล่านี้ส่งผลเสียต่อสัตว์และมนุษย์.

นอกจากนี้เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเหล่านี้จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นและก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศมากกว่าเครื่องบินที่บินที่ระดับความสูงต่ำ.

เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงต้องการเครื่องยนต์ที่ทรงพลังและวัสดุพิเศษราคาแพงสำหรับการผลิต เที่ยวบินเชิงพาณิชย์นั้นมีค่าใช้จ่ายทางเศรษฐกิจที่แพงจนไม่สามารถทำกำไรได้.

การอ้างอิง

1. S.M. , Hegglin, M.I. , Fujiwara, M. , Dragani, R. , Harada และอื่น ๆ (2017) การประเมินไอน้ำและโอโซนบนชั้นบรรยากาศและชั้นบรรยากาศสตราโทสเฟียร์ใน reanalyses ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ S-RIP เคมีบรรยากาศและฟิสิกส์. 17: 12743-12778 ดอย: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K. , Ukita, J. , Honda, M. Nakamura, T. , Yamazaki, K. และทั้งหมด (2019) เหตุการณ์น้ำวน Stratospheric Polar Vortex ปรับโดยการสูญเสียน้ำแข็งในทะเลอาร์กติก วารสารการวิจัยธรณีฟิสิกส์: บรรยากาศ. 124 (2): 858-869 ดอย: 10.1029 / 2018JD029222
3. Iqbal, W. , Hannachi, A. , Hirooka, T. , Chafik, L. , Harada, Y. et all (2019) Troposphere-Stratosphere Dynamical Coupling ในเรื่องของความแปรปรวนของการหมุนวนของแอตแลนติกเหนือ สำนักงานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศญี่ปุ่น doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. Kidston, J. , Scaife, A.A. , Hardiman, S.C. , Mitchell, D.M. , Butchart, N. et al. (2015) สตราโตสเฟียร์มีอิทธิพลต่อลำธารเจ็ท tropospheric, รางพายุและสภาพอากาศบนพื้นผิว ธรรมชาติ 8: 433-440.
5. Stohl, A. , Bonasoni P. , Cristofanelli, P. , Collins, W. , Feichter J. และคณะ (2003) Stratosphere-troposphere exchange: บทวิจารณ์และสิ่งที่เราได้เรียนรู้จาก STACCATO วารสารการวิจัยธรณีฟิสิกส์: บรรยากาศ. 108 (D12) ดอย: 10.1029 / 2002jD002490
6. โรว์ลันด์ F.S. (2009) Stratospheric Ozone Depletion ใน: Zerefos C. , Contopoulos G. , Skalkeas G. (eds) การลดลงของโอโซนยี่สิบปี สปริงเกอร์ ดอย: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5