- Ciri-ciri stratosfera
- Lokasi
- Struktur
- Komposisi kimia
- Suhu
- Pembentukan ozon
- ciri-ciri
- Pemusnahan lapisan ozon
- Sebatian CFC
- Nitrogen oksida
- Penipisan dan lubang di lapisan ozon
- Perjanjian antarabangsa mengenai sekatan penggunaan CFC
- Mengapa pesawat tidak terbang di stratosfera?
- Pesawat yang
- Mengapa penekanan kabin diperlukan?
- Penerbangan di stratosfera, pesawat supersonik
- Kekurangan pesawat supersonik berkembang sehingga kini
- Rujukan
The stratosfera adalah di lapisan atmosfera Bumi, terletak di antara troposfera dan mesosfera itu. Ketinggian had bawah stratosfera berbeza-beza, tetapi dapat diambil sejauh 10 km untuk garis lintang tengah planet ini. Had atasnya adalah 50 km ketinggian di atas permukaan Bumi.
Atmosfera Bumi adalah sampul gas yang mengelilingi planet ini. Menurut komposisi kimia dan variasi suhu, ia dibahagikan kepada 5 lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfera dan eksosfera.
Rajah 1. Stratosfera dilihat dari angkasa. Sumber: Agensi Angkasa Galicia NOSA
Troposfera memanjang dari permukaan Bumi hingga ketinggian 10 km. Lapisan seterusnya, stratosfera, berkisar antara 10 km hingga 50 km di atas permukaan bumi.
Mesosfera berkisar antara 50 km hingga 80 km. Termosfera dari 80 km hingga 500 km, dan akhirnya eksosfera membentang dari ketinggian 500 km hingga 10.000 km, menjadi batas dengan ruang antarplanet.
Ciri-ciri stratosfera
Lokasi
Stratosfera terletak di antara troposfer dan mesosfer. Had bawah lapisan ini berbeza dengan garis lintang atau jarak dari garis khatulistiwa Bumi.
Di kutub planet ini, stratosfer bermula antara 6 dan 10 km di atas permukaan bumi. Di khatulistiwa bermula antara ketinggian 16 dan 20 km. Had atas adalah 50 km di atas permukaan Bumi.
Struktur
Stratosfera mempunyai struktur berlapis sendiri, yang ditentukan oleh suhu: lapisan sejuk berada di bahagian bawah, dan lapisan panas berada di bahagian atas.
Juga, stratosfera mempunyai lapisan di mana terdapat konsentrasi tinggi ozon, yang disebut lapisan ozon atau ozonosfera, yang berada di antara 30 hingga 60 km di atas permukaan bumi.
Komposisi kimia
Sebatian kimia yang paling penting dalam stratosfera adalah ozon. 85 hingga 90% daripada jumlah ozon yang terdapat di atmosfera Bumi terdapat di stratosfera.
Ozon terbentuk di stratosfera melalui reaksi fotokimia (tindak balas kimia di mana cahaya campur tangan) yang oksigen mengalami. Sebilangan besar gas di stratosfer masuk dari troposfer.
Stratosfera mengandungi ozon (O 3 ), nitrogen (N 2 ), oksigen (O 2 ), nitrogen oksida, asid nitrik (HNO 3 ), asid sulfurik (H 2 SO 4 ), silikat dan sebatian halogenasi, seperti klorofluorokarbon. Sebilangan bahan ini berasal dari letusan gunung berapi. Kepekatan wap air (H 2 O dalam keadaan gas) di stratosfera sangat rendah.
Di stratosfera, pencampuran gas menegak sangat perlahan dan hampir tidak ada, kerana ketiadaan pergolakan. Atas sebab ini, bahan kimia dan bahan lain yang memasuki lapisan ini kekal di dalamnya untuk masa yang lama.
Suhu
Suhu di stratosfera menunjukkan tingkah laku terbalik dengan suhu troposfera. Di lapisan ini suhu meningkat dengan ketinggian.
Peningkatan suhu ini disebabkan oleh berlakunya tindak balas kimia yang melepaskan haba, di mana ozon (O 3 ) campur tangan . Terdapat banyak ozon di stratosfera, yang menyerap sinaran ultraviolet bertenaga tinggi dari Matahari.
Stratosfera adalah lapisan stabil, tanpa pergolakan gas untuk bercampur. Udara sejuk dan lebat di bahagian bawah dan di bahagian atasnya hangat dan ringan.
Pembentukan ozon
Dalam stratosfera, oksigen molekul (O 2 ) dipisahkan oleh kesan sinaran ultraviolet (UV) dari Matahari:
O 2 + CAHAYA UV → O + O
Atom oksigen (O) sangat reaktif dan bertindak balas dengan molekul oksigen (O 2 ) untuk membentuk ozon (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + Panas
Dalam proses ini haba dibebaskan (tindak balas eksotermik). Tindak balas kimia ini adalah sumber haba di stratosfera dan menyebabkan suhu tinggi di lapisan atas.
ciri-ciri
Stratosfera memenuhi fungsi perlindungan dari semua bentuk kehidupan yang ada di planet Bumi. Lapisan ozon menghalang sinaran ultraviolet bertenaga tinggi (UV) dari sampai ke permukaan bumi.
Ozon menyerap sinar ultraviolet dan terurai menjadi oksigen atom (O) dan oksigen molekul (O 2 ), seperti yang ditunjukkan oleh tindak balas kimia berikut:
O 3 + CAHAYA UV → O + O 2
Dalam stratosfera, proses pembentukan dan pemusnahan ozon berada dalam keseimbangan yang mengekalkan kepekatannya yang tetap.
Dengan cara ini, lapisan ozon berfungsi sebagai pelindung dari sinaran UV, yang merupakan penyebab mutasi genetik, barah kulit, kemusnahan tanaman dan tanaman secara umum.
Pemusnahan lapisan ozon
Sebatian CFC
Sejak tahun 1970-an, para penyelidik telah menyatakan keprihatinan besar mengenai kesan merosakkan klorofluorokarbon (CFC) pada lapisan ozon.
Pada tahun 1930, penggunaan sebatian klorofluorokarbon secara komersial disebut freon diperkenalkan. Antaranya ialah CFCl 3 (Freon 11), CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) dan C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114). Sebatian ini mudah dimampatkan, agak tidak bertindak balas, dan tidak mudah terbakar.
Mereka mula digunakan sebagai penyejuk dalam penghawa dingin dan peti sejuk, menggantikan amonia (NH 3 ) dan sulfur dioksida cair (SO 2 ) (sangat toksik).
Selanjutnya, CFC telah digunakan dalam jumlah besar dalam pembuatan artikel plastik sekali pakai, sebagai bahan pendorong untuk produk komersial dalam bentuk aerosol dalam kaleng, dan sebagai pelarut pembersih untuk kad alat elektronik.
Penggunaan CFC dalam jumlah yang banyak telah menimbulkan masalah persekitaran yang serius, kerana penggunaan yang digunakan dalam industri dan penggunaan bahan pendingin dibuang ke atmosfera.
Di atmosfera, sebatian ini perlahan-lahan meresap ke stratosfer; di lapisan ini mereka mengalami penguraian kerana kesan sinaran UV:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
Atom klorin bertindak balas dengan mudah dengan ozon dan memusnahkannya:
Cl + O 3 → ClO + O 2
Satu atom klorin dapat memusnahkan lebih daripada 100,000 molekul ozon.
Nitrogen oksida
Nitrogen oksida NO dan NO 2 bertindak balas untuk memusnahkan ozon. Kehadiran oksida nitrogen di stratosfera disebabkan oleh gas yang dikeluarkan oleh mesin pesawat supersonik, pelepasan dari aktiviti manusia di Bumi, dan aktiviti gunung berapi.
Penipisan dan lubang di lapisan ozon
Pada tahun 1980-an ditemukan bahawa lubang telah terbentuk di lapisan ozon di atas kawasan Kutub Selatan. Di kawasan ini jumlah ozon telah dipotong separuh.
Juga dijumpai bahawa di atas Kutub Utara dan di seluruh stratosfera, lapisan ozon pelindung telah menipis, yaitu, ia telah mengurangkan lebarnya kerana jumlah ozon telah menurun jauh.
Kehilangan ozon di stratosfera mempunyai akibat yang serius bagi kehidupan di planet ini, dan beberapa negara telah menerima bahawa pengurangan drastik atau penghapusan sepenuhnya penggunaan CFC adalah perlu dan mendesak.
Perjanjian antarabangsa mengenai sekatan penggunaan CFC
Pada tahun 1978 banyak negara melarang penggunaan CFC sebagai pendorong dalam produk aerosol komersial. Pada tahun 1987, sebilangan besar negara industri menandatangani apa yang disebut Protokol Montreal, sebuah perjanjian antarabangsa di mana tujuan telah ditetapkan untuk pengurangan pembuatan CFC secara beransur-ansur dan penghapusan totalnya pada tahun 2000.
Beberapa negara gagal mematuhi Protokol Montreal, kerana pengurangan dan penghapusan CFC ini akan mempengaruhi ekonomi mereka, meletakkan kepentingan ekonomi sebelum pemeliharaan kehidupan di planet Bumi.
Mengapa pesawat tidak terbang di stratosfera?
Semasa penerbangan kapal terbang, 4 daya asas bertindak: angkat, berat kapal terbang, seret, dan tujahan.
Lift adalah daya yang menyokong pesawat dan mendorongnya ke atas; semakin tinggi ketumpatan udara, semakin besar daya angkatnya. Berat, sebaliknya, adalah daya yang dengannya graviti Bumi menarik pesawat ke arah pusat Bumi.
Rintangan adalah kekuatan yang melambatkan atau menghalang pesawat bergerak ke hadapan. Kekuatan rintangan ini bertindak ke arah yang bertentangan dengan jalan pesawat.
Dorong adalah daya yang menggerakkan satah ke hadapan. Seperti yang dapat kita lihat, daya tarikan dan angkat terbang; berat dan rintangan bertindak merugikan penerbangan kapal terbang.
Pesawat yang
Pesawat komersial dan awam pada jarak pendek terbang kira-kira 10.000 meter di atas permukaan laut, iaitu di batas atas troposfer.
Semua pesawat memerlukan tekanan kabin, yang terdiri daripada mengepam udara termampat ke kabin pesawat.
Mengapa penekanan kabin diperlukan?
Ketika pesawat naik ke ketinggian yang lebih tinggi, tekanan atmosfera luaran menurun dan kandungan oksigen juga menurun.
Sekiranya udara bertekanan tidak disalurkan ke kabin, penumpang akan mengalami hipoksia (atau penyakit gunung), dengan gejala seperti keletihan, pening, sakit kepala dan kehilangan kesedaran kerana kekurangan oksigen.
Sekiranya kegagalan penyediaan udara termampat ke kabin atau penyahmampatan berlaku, keadaan darurat akan timbul di mana pesawat mesti segera turun, dan semua penghuninya harus memakai topeng oksigen.
Penerbangan di stratosfera, pesawat supersonik
Pada ketinggian lebih dari 10,000 meter, di stratosfera, ketumpatan lapisan gas lebih rendah, dan oleh itu daya angkat yang memilih penerbangan juga lebih rendah.
Sebaliknya, pada ketinggian tinggi kandungan oksigen (O 2 ) di udara lebih rendah, dan ini diperlukan baik untuk pembakaran bahan bakar diesel yang menjadikan mesin pesawat berfungsi, dan untuk tekanan yang efektif di kabin.
Pada ketinggian lebih dari 10,000 meter di atas permukaan bumi, pesawat harus bergerak dengan kelajuan yang sangat tinggi, yang disebut supersonik, mencapai lebih dari 1,225 km / jam di permukaan laut.
Gambar 2. Pesawat komersil supersonik Concorde. Sumber: Eduard Marmet
Kekurangan pesawat supersonik berkembang sehingga kini
Penerbangan supersonik menghasilkan ledakan sonik, yang sangat kuat seperti bunyi guruh. Bunyi ini memberi kesan buruk kepada haiwan dan manusia.
Selain itu, pesawat supersonik ini perlu menggunakan lebih banyak bahan bakar, dan oleh itu menghasilkan lebih banyak bahan pencemar udara daripada pesawat yang terbang pada ketinggian yang lebih rendah.
Pesawat supersonik memerlukan enjin yang lebih kuat dan bahan khas yang mahal untuk dihasilkan. Penerbangan komersial begitu mahal dari segi ekonomi sehingga pelaksanaannya tidak menguntungkan.
Rujukan
- SM, Hegglin, MI, Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y et semua. (2017). Penilaian wap air troposfera dan stratosfera atas dan ozon dalam reanalisis sebagai sebahagian daripada S-RIP. Kimia dan Fizik Atmosfera. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
- Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et semua. (2019). Peristiwa Stratospheric Polar Vortex Lemah yang Dimodulasi oleh Laut Artik - Kehilangan Ais. Jurnal Penyelidikan Geofizik: Atmosfera. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
- Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. et semua. (2019). Gandingan Dinamik Troposfera-Stratosfera Mengenai Kebolehubahan Jet yang Didorong oleh Eddy Atlantik Utara. Agensi Sains dan Teknologi Jepun. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
- Kidston, J., Scaife, AA, Hardiman, SC, Mitchell, DM, Butchart, N. et semua. (2015). Pengaruh stratosfera pada aliran jet troposfera, trek ribut dan cuaca permukaan. Alam 8: 433-440.
- Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. et semua. (2003). Stratosfera - pertukaran troposfera: Ulasan, dan apa yang telah kita pelajari dari STACCATO. Jurnal Penyelidikan Geofizik: Atmosfera. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
- Rowland FS (2009) Penurunan Ozon Stratosfera. Dalam: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Dua Puluh Tahun Penurunan Ozon. Pemecut. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5