סטרטוספרה: מאפיינים, פונקציות, טמפרטורה - סביבה - 2025

הסטרטוספירה הוא אחד שכבות האטמוספרה של כדור הארץ, הממוקם בין הטרופוספירה ואת מזוספירה. גובה הגבול התחתון של הסטרטוספרה משתנה, אך ניתן לקחת אותו כ- 10 ק"מ עבור קווי הרוחב האמצעיים של כדור הארץ. הגבול העליון שלה הוא 50 ק"מ גובה מעל פני כדור הארץ.

האטמוספירה של כדור הארץ היא המעטפה הגזית המקיפה את כדור הארץ. על פי ההרכב הכימי והשונות בטמפרטורה, הוא מחולק ל -5 שכבות: טרופוספרה, סטרטוספרה, מזוספרה, תרמוספרה ואקוספירה.

איור 1. סטרטוספרה נראית מהחלל. מקור: סוכנות החלל גליציאנית של NOSA

הטרופוספירה משתרעת משטח כדור הארץ עד לגובה של 10 ק"מ. השכבה הבאה, הסטרטוספרה, נעה בין 10 ק"מ ל -50 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

מזוספרה נעה בין 50 ק"מ ל- 80 ק"מ. התרמוספירה מגובה של 80 ק"מ עד 500 ק"מ, ולבסוף האקוספירה משתרעת מגובה של 500 ק"מ עד 10,000 ק"מ, והינה הגבול עם המרחב הבין-פלנטרי.

מאפייני סטרטוספרה

מקום

הסטרטוספרה ממוקמת בין הטרופוספרה למזוספרה. הגבול התחתון של שכבה זו משתנה עם קו הרוחב או המרחק מקו המשווה של כדור הארץ.

בקטבי כדור הארץ מתחיל הסטרטוספרה בין 6 ל -10 ק"מ מעל פני כדור הארץ. בקו המשווה הוא מתחיל בין 16 ל 20 ק"מ גובה. הגבול העליון נמצא 50 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

מִבְנֶה

לסטרטוספרה מבנה שכבתי משלו, המוגדרים על ידי טמפרטורה: שכבות קרות נמצאות בתחתית, ושכבות חמות בחלקן העליון.

כמו כן, לסטרטוספרה יש שכבה בה יש ריכוז גבוה של אוזון, המכונה שכבת האוזון או האוזונוספרה, שנמצאת בין 30 עד 60 ק"מ מעל פני כדור הארץ.

תרכובת כימית

התרכובת הכימית החשובה ביותר בסטרטוספרה היא האוזון. 85 עד 90% מכלל האוזון שנמצא באטמוספירה של כדור הארץ נמצא בסטרטוספרה.

אוזון נוצר בסטרטוספרה דרך תגובה פוטוכימית (תגובה כימית בה מתערב אור) שעובר החמצן. חלק ניכר מהגזים בסטרטוספירה נכנסים מהטרופוספירה.

הסטרטוספרה מכילה אוזון (O ₃ ), חנקן (N ₂ ), חמצן (O ₂ ), תחמוצות חנקן, חומצה חנקתית (HNO ₃ ), חומצה גופרתית (H ₂ SO ₄ ), סיליקטים ותרכובות הלוגניות, כמו כלור פלואורוכמוניות. חלק מהחומרים הללו מגיעים מהתפרצויות געש. ריכוז אדי המים (H ₂ O במצב הגזי) בסטרטוספרה הוא נמוך מאוד.

בסטרטוספרה, ערבוב הגז האנכי הוא איטי מאוד ובאופן כמעט אפסי, בשל היעדר סערה. מסיבה זו, כימיקלים וחומרים אחרים שנכנסים לשכבה זו נשארים בה זמן רב.

טֶמפֶּרָטוּרָה

הטמפרטורה בסטרטוספרה מציגה התנהגות הפוכה לזו של הטרופוספירה. בשכבה זו הטמפרטורה עולה עם הגובה.

עלייה זו בטמפרטורה נובעת מהתרחשותם של תגובות כימיות המשחררות חום, כאשר האוזון (O ₃ ) מתערב . ישנן כמות ניכרת של אוזון בסטרטוספרה, הסופגת קרינה אולטרה סגולה אנרגטית גבוהה מהשמש.

הסטרטוספירה היא שכבה יציבה, ללא סערת נפש לגזים להתערבב. האוויר קר וצפוף בחלק התחתון ובחלקו העליון הוא חם וקל.

היווצרות אוזון

בסטרטוספרה, חמצן מולקולרי (O ₂ ) מתנתק מההשפעה של קרינת אולטרה סגולה (UV) מהשמש:

O ₂ + אור UV → O + O

אטומי חמצן (O) מגיבים מאוד ומגיבים עם מולקולות חמצן (O ₂ ) ליצירת אוזון (O ₃ ):

O + O _{2 →} O ₃ + חום

בתהליך זה משתחרר חום (תגובה אקסותרמית). תגובה כימית זו היא מקור החום בסטרטוספרה וגורמת לטמפרטורות הגבוהות שלה בשכבות העליונות.

מאפיינים

הסטרטוספרה ממלאת פונקציית הגנה על כל צורות החיים הקיימות על פני כדור הארץ. שכבת האוזון מונעת מקרינת אולטרה סגולה (UV) באנרגיה גבוהה להגיע אל פני האדמה.

האוזון סופג אור אולטרה סגול ומתפרק לחמצן אטומי (O) וחמצן מולקולרי (O ₂ ), כפי שמוצג על ידי התגובה הכימית הבאה:

O ₃ + אור UV → O + O ₂

בסטרטוספרה, תהליכי היווצרות והרס של האוזון נמצאים בשיווי משקל השומר על ריכוזו המתמיד.

בדרך זו שכבת האוזון עובדת כמגן מגן מפני קרינת UV, שהיא הגורם למוטציות גנטיות, סרטן העור, הרס גידולים וצמחים בכלל.

הרס שכבת האוזון

תרכובות CFC

מאז שנות השבעים הביעו החוקרים דאגה רבה מההשפעות המזיקות של פחמימני כלורופורו (CFC) על שכבת האוזון.

בשנת 1930 הוצג השימוש בתרכובות כלור-פלואור-פחמניות שנקראו באופן חופשי חופשי. בין אלה ניתן למנות את CFCl ₃ (Freon 11), CF ₂ Cl ₂ (Freon 12), C ₂ F ₃ Cl ₃ (Freon 113) ו- C ₂ F ₄ Cl ₂ (Freon 114). תרכובות אלו ניתנות לדחיסה בקלות, יחסית לא מגיבות ולא דליקות.

הם החלו לשמש כקירור קירור במזגנים ובמקררים, והחליפו אמוניה (NH ₃ ) וגופרית דו-חמצנית נוזלית (SO ₂ ) (רעילה ביותר).

לאחר מכן, CFCs שימשו בכמויות גדולות בייצור של מוצרי פלסטיק חד פעמיים, כחומרי גלם למוצרים מסחריים בצורה של אירוסולים בפחים, וכממיסים לניקוי לכרטיסי מכשירים אלקטרוניים.

השימוש הנרחב בכמויות גדולות של CFC יצר בעיה סביבתית חמורה, שכן אלה המשמשים בתעשיות ושימושים בקירור מוזרמים לאווירה.

באטמוספרה, תרכובות אלה מתפשטות אט אט לסטרטוספרה; בשכבה זו הם סובלים מפירוק בגלל ההשפעה של קרינת UV:

CFCl _{3 →} CFCl ₂ + Cl

CF ₂ Cl _{2 →} CF ₂ Cl + Cl

אטומי כלור מגיבים בקלות רבה עם אוזון ומשמידים אותם:

Cl + O ₃ → ClO + O ₂

אטום כלור בודד יכול להרוס יותר מ- 100,000 מולקולות אוזון.

תחמוצות חנקן

תחמוצות חנקן NO ו- NO ₂ מגיבות להשמדת האוזון. נוכחותן של תחמוצות חנקן אלה בסטרטוספרה נובעת מהגזים הנפלטים על ידי מנועי המטוסים העל-קולייים, מפליטות מפעילות אנושית בכדור הארץ ופעילות וולקנית.

דלל וחורים בשכבת האוזון

בשנות השמונים התגלה כי נוצר חור בשכבת האוזון מעל אזור הקוטב הדרומי. באזור זה נחתך כמות האוזון לחצי.

עוד התגלה כי מעל הקוטב הצפוני ובכל רחבי הסטרטוספרה, שכבה של האוזון המגן דלילה, כלומר היא צמצמה את רוחבה מכיוון שכמות האוזון פחתה במידה ניכרת.

לאובדן האוזון בסטרטוספרה יש השלכות חמורות על החיים בכוכב הלכת, ומספר מדינות קיבלו כי הפחתה דרסטית או ביטול מוחלט של השימוש ב- CFC הם הכרחיים ודחופים.

הסכמים בינלאומיים בנושא הגבלת השימוש ב- CFC

בשנת 1978 מדינות רבות אסרו על השימוש במרכיבי CFC כמדחפים במוצרי אירוסול מסחריים. בשנת 1987, הרוב המוחלט של המדינות המתועשות חתמו על מה שמכונה פרוטוקול מונטריאול, הסכם בינלאומי שקבע יעדים להפחתה הדרגתית של ייצור ה- CFC ולחיסולו המוחלט עד שנת 2000.

כמה מדינות לא הצליחו לעמוד בפרוטוקול מונטריאול, מכיוון שהפחתה וחיסול זה של CFCs ישפיעו על כלכלתן ותעמיד אינטרסים כלכליים לפני שמירת החיים על כדור הארץ.

מדוע מטוסים לא טסים בסטרטוספרה?

במהלך טיסת מטוס פועלים 4 כוחות בסיסיים: הרמה, משקל המטוס, גרירה ודחיפה.

הרמה היא כוח התומך במטוס ודוחף אותו כלפי מעלה; ככל שצפיפות האוויר גבוהה יותר, המעלית גדולה יותר. משקל, לעומת זאת, הוא הכוח איתו כוח הכובד מושך את המטוס לכיוון מרכז כדור הארץ.

התנגדות היא כוח שמאט או מונע את כלי הטיס להתקדם. כוח התנגדות זה פועל בכיוון ההפוך לנתיב המטוס.

דחף הוא הכוח שמניע את המטוס קדימה. כפי שאנו יכולים לראות, הדחיפה וההעלאה מעדיפים טיסה; המשקל וההתנגדות פועלים לחיסרון בטיסת המטוס.

מטוסים ש

מטוסים מסחריים ואזרחיים במרחקים קצרים טסים כ- 10,000 מטר מעל פני הים, כלומר בגבול העליון של הטרופוספירה.

כל המטוסים דורשים לחץ על תא הנוסעים, המורכב משאיבת אוויר דחוס לתא המטוס.

מדוע נדרש לחץ לחץ בתא?

ככל שהמטוס עולה לגבהים גדולים יותר, הלחץ האטמוספרי החיצוני יורד ותכולת החמצן יורדת.

אם לא היה מסופק אוויר בלחץ לתא הנוסעים, הנוסעים היו סובלים מהיפוקסיה (או מחלת הרים), עם תסמינים כמו עייפות, סחרחורת, כאב ראש ואובדן הכרה בגלל חוסר חמצן.

אם מתרחש כישלון באספקת האוויר הדחוס לתא הנוסעים או דיכאון, נוצר מצב חירום בו המטוס צריך לרדת מיד, וכל יושביו צריכים ללבוש את מסכות החמצן.

טיסות בסטרטוספרה, מטוסים קולית

בגבהים העולים על 10,000 מטר, בסטרטוספרה, צפיפות השכבה הגזית נמוכה יותר, ולכן גם כוח ההרמה שמעדיף את המעוף נמוך יותר.

לעומת זאת, בגבהים גדולים אלה תוכן החמצן (O ₂ ) באוויר נמוך יותר, וזה נדרש הן לשריפה של הסולר הגורם למנוע המטוס לעבוד, והן לצורך לחץ יעיל בתא הנוסעים.

בגבהים העולים על 10,000 מטר מעל פני כדור הארץ, המטוס צריך לעבור במהירויות גבוהות מאוד, המכונה סופר-סוניק, ומגיע לגובה של מעל 1,225 קמ"ש בגובה פני הים.

איור 2. מטוסים מסחריים קוליתיים קוליתיים מקור: אדוארד מרמט

חסרונות של מטוסים על-קוליים שהתפתחו עד כה

טיסות סופרפרסוניות מייצרות מה שנקרא בומים קוליים, שהם רעשים חזקים מאוד הדומים לרעם. רעשים אלה משפיעים לרעה על בעלי חיים ובני אדם.

בנוסף, מטוסים על-קוליים אלה צריכים להשתמש יותר דלק, ולכן מייצרים יותר מזהמי אוויר מאשר מטוסים שטסים בגובה נמוך יותר.

מטוסים קולית דורשים ייצור מנועים חזקים בהרבה וחומרים מיוחדים יקרים. טיסות מסחריות היו כל כך יקרות מבחינה כלכלית עד שהביצוע שלהן לא היה רווחי.

הפניות

1. SM, Hegglin, MI, Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y et all. (2017). הערכת אדי מים עליונים וטראוס-כדוריים ואוזון בריאנאליזה כחלק מ- S-RIP. כימיה ופיזיקה אטמוספרית. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
2. Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. et all. (2019). אירועי וורטקס קוטביים חלשים חלשים שעוצבו על ידי הים הארקטי - אובדן קרח. כתב העת למחקר גיאופיזי: אטמוספרות. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
3. איקבל, וו., חנאצ'י, א., חירוקה, ט., צ'אפיק, ל., חרדה, י. וכל. (2019). צימוד דינאמי טרופוספירה-סטרטוספרה ביחס לשינוי הסילוני אדי מונע על ידי צפון אטלנטיק. סוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
4. קידסטון, ג'יי, סקייף, א.א., הרדימן, SC, מיטשל, ד.מ., בוטשארט, נ. (2015). השפעה סטרטוספרית על נחלי סילון טרופוספרי, מסלולי סערה ומזג אוויר פני השטח. טבע 8: 433-440.
5. סטוהל, א., בונסוני פ., כריסטופאנלי, פ., קולינס, וו., פיכטר ג'יי ואח '. (2003). סטרטוספרה - חילופי טרופוספרות: סקירה, ומה שלמדנו מ- STACCATO. כתב העת למחקר גיאופיזי: אטמוספרות. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
6. Rowland FS (2009) דלדול אוזון סטרטוספרי. בתוך: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) עשרים שנה לירידה באוזון. שפרינגר. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5