Stratosphere: คุณลักษณะฟังก์ชั่นอุณหภูมิ
สตราโตสเฟียร์ เป็นหนึ่งในชั้นของชั้นบรรยากาศของโลกที่ตั้งอยู่ระหว่างเขตโทรโพสเฟียร์กับสปีชีส์ของโลก ระดับความสูงของขีด จำกัด ล่างของสตราโตสเฟียร์นั้นแตกต่างกันไป แต่อาจใช้เวลา 10 กม. สำหรับละติจูดกลางของดาวเคราะห์ ข้อ จำกัด ด้านบนคือระดับความสูง 50 กม. บนพื้นผิวโลก
ชั้นบรรยากาศของโลกคือซองกาซที่ล้อมรอบดาวเคราะห์ ตามองค์ประกอบทางเคมีและการแปรผันของอุณหภูมิแบ่งออกเป็น 5 ชั้น: โทรโพสเฟียร์, สตราโตสเฟียร์, mesosphere, เทอร์โมสเฟียร์และเอ็กโซสเฟียร์
โทรโพสเฟียร์ทอดตัวจากพื้นผิวโลกสูงถึง 10 กม. ชั้นต่อไปคือสตราโตสเฟียร์อยู่ห่างจากพื้นผิวโลก 10 กม. ถึง 50 กม.
mesosphere อยู่ห่างจากความสูง 50 กม. ถึง 80 กม. เทอร์โมสเฟียร์จาก 80 กม. ถึง 500 กม. และในที่สุดเอ็กโซสเฟียร์ขยายจาก 500 กม. เป็น 10, 000 กม. ในระดับความสูงซึ่งเป็นข้อ จำกัด ด้านอวกาศระหว่างดาวเคราะห์
ลักษณะของสตราโตสเฟียร์
ที่ตั้ง
สตราโตสเฟียร์ตั้งอยู่ระหว่างเขตโทรโพสเฟียร์และ mesosphere ขีด จำกัด ล่างของเลเยอร์นี้จะแตกต่างกันไปตามละติจูดหรือระยะทางกับเส้นศูนย์สูตรของโลก
ที่เสาของดาวเคราะห์สตราโตสเฟียร์เริ่มต้นระหว่าง 6 ถึง 10 กม. เหนือพื้นผิวโลก ในเส้นศูนย์สูตรจะเริ่มระหว่างความสูง 16 ถึง 20 กม. ขีด จำกัด บนคือ 50 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก
โครงสร้าง
สตราโตสเฟียร์มีโครงสร้างของตัวเองในชั้นซึ่งถูกกำหนดโดยอุณหภูมิ: ชั้นเย็นอยู่ที่ด้านล่างและชั้นร้อนอยู่ที่ด้านบน
ยิ่งไปกว่านั้นสตราโตสเฟียร์ยังมีชั้นที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูงเรียกว่าชั้นโอโซนหรือโอโซสเฟียร์ซึ่งอยู่ระหว่าง 30 ถึง 60 กม. เหนือพื้นผิวโลก
องค์ประกอบทางเคมี
สารประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดในสตราโตสเฟียร์คือโอโซน 85 ถึง 90% ของโอโซนทั้งหมดที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกพบได้ในสตราโตสเฟียร์
โอโซนเกิดขึ้นในสตราโตสเฟียร์โดยปฏิกิริยาของโฟโตเคมีคอล (ปฏิกิริยาทางเคมีที่แสงเข้ามารบกวน) ที่ทำให้เกิดออกซิเจน ก๊าซในสตราโตสเฟียร์ส่วนใหญ่เข้ามาจากโทรโพสเฟียร์
สตราโตสเฟียร์ประกอบด้วยโอโซน (O 3 ), ไนโตรเจน (N 2 ), ออกซิเจน (O 2 ), ไนโตรเจนออกไซด์, กรดไนตริก (HNO 3 ), กรดซัลฟิวริก (H 2 SO 4 ), ซิลิเกตและสารประกอบฮาโลเจน สารเหล่านี้บางส่วนมาจากการระเบิดของภูเขาไฟ ความเข้มข้นของไอน้ำ (H 2 O ในสถานะก๊าซ) ในสตราโตสเฟียร์นั้นต่ำมาก
ในสตราโตสเฟียร์ส่วนผสมของก๊าซในแนวตั้งนั้นช้ามากและไม่มีค่าเลยเนื่องจากไม่มีความปั่นป่วน ด้วยเหตุผลนี้สารประกอบทางเคมีและวัสดุอื่น ๆ ที่เข้าสู่ชั้นนี้จะยังคงอยู่เป็นเวลานาน
อุณหภูมิ
อุณหภูมิในสตราโตสเฟียร์นำเสนอพฤติกรรมที่ตรงกันข้ามกับบรรยากาศในโทรโพสเฟียร์ ในชั้นนี้อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความสูง
อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีที่ปล่อยความร้อนซึ่งโอโซนเข้ามาแทรกซึม (O 3 ) ในสตราโตสเฟียร์มีโอโซนจำนวนมากซึ่งดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์
สตราโตสเฟียร์เป็นชั้นที่เสถียรโดยปราศจากความวุ่นวายที่ผสมกับก๊าซ อากาศจะเย็นและหนาแน่นในส่วนที่ต่ำที่สุดและส่วนที่สูงที่สุดคืออากาศร้อนและเบา
การก่อตัวของโอโซน
ในสตราโตสเฟียร์โมเลกุลออกซิเจน (O 2 ) จะแยกตัวออกจากผลของรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทิตย์:
O 2 + UV LIGHT → O + O
ออกซิเจนอะตอม (O) มีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับโมเลกุลออกซิเจน (O 2 ) เพื่อสร้างโอโซน (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + ความร้อน
ในกระบวนการนี้ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา (ปฏิกิริยาคายความร้อน) ปฏิกิริยาทางเคมีนี้เป็นที่มาของความร้อนในสตราโตสเฟียร์และทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นในชั้นบน
ฟังก์ชั่น
สตราโตสเฟียร์ช่วยเติมเต็มหน้าที่ปกป้องชีวิตทุกรูปแบบที่มีอยู่บนโลก ชั้นโอโซนป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง (UV) ไม่ให้มาถึงพื้นผิวโลก
โอโซนดูดซับแสงอุลตร้าไวโอเลตและสลายตัวเป็นออกซิเจนอะตอมมิก (O) และโมเลกุลออกซิเจน (O 2 ) ดังที่แสดงโดยปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:
O 3 + UV LIGHT → O + O 2
ในสตราโตสเฟียร์กระบวนการของการก่อตัวและการทำลายของโอโซนอยู่ในสมดุลที่รักษาความเข้มข้นอย่างต่อเนื่อง
ด้วยวิธีนี้เลเยอร์โอโซนทำงานเป็นเกราะป้องกันป้องกันรังสี UV ซึ่งเป็นสาเหตุของการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมมะเร็งผิวหนังการทำลายพืชและพืชโดยทั่วไป
การทำลายชั้นโอโซน
สารประกอบ CFC
ตั้งแต่ปี 1970 นักวิจัยได้แสดงความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับผลกระทบที่เป็นอันตรายของสารประกอบคลอโรฟอร์มาร์บอน (CFC) ในชั้นโอโซน
ในปี 1930 ได้มีการแนะนำการใช้สารประกอบคลอโรฟีนอโรคาร์บอนที่เรียกว่าฟรีออนเชิงพาณิชย์ กลุ่มคนเหล่านี้ ได้แก่ CFCl 3 (ฟรีออน 11), CF 2 Cl2 (ฟรีออน 12), C 2 F 3 Cl 3 (ฟรีออน 113) และ C 2 F 4 Cl 2 (ฟรีออน 114) สารประกอบเหล่านี้สามารถบีบอัดได้ง่ายค่อนข้างไม่มีปฏิกิริยาและไม่ติดไฟ
พวกเขาเริ่มใช้เป็นสารทำความเย็นในเครื่องปรับอากาศและตู้เย็นแทนที่แอมโมเนีย (NH 3 ) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์เหลว (SO 2 ) (เป็นพิษสูง)
จากนั้น CFCs ถูกนำมาใช้ในปริมาณมากในการผลิตสิ่งของพลาสติกที่ใช้แล้วทิ้งเป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในรูปแบบของกระป๋องสเปรย์และเป็นตัวทำละลายสำหรับทำความสะอาดบัตรอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
การใช้สาร CFC ในวงกว้างและกว้างขวางก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงเนื่องจากสิ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้สารทำความเย็นถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศ
ในชั้นบรรยากาศสารประกอบเหล่านี้จะแพร่กระจายช้าลงสู่ชั้นบรรยากาศ ในชั้นนี้พวกมันจะสลายตัวเนื่องจากรังสียูวี:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
อะตอมคลอรีนทำปฏิกิริยากับโอโซนได้ง่ายมากและทำลายมัน:
Cl + O 3 → ClO + O 2
อะตอมคลอรีนเดี่ยวสามารถทำลายโมเลกุลโอโซนได้มากกว่า 100, 000 รายการ
ไนโตรเจนออกไซด์
ไนโตรเจนออกไซด์ NO และ NO 2 ทำปฏิกิริยาโดยการทำลายโอโซน การปรากฏตัวของไนโตรเจนออกไซด์เหล่านี้ในสตราโตสเฟียร์เกิดจากก๊าซที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์อากาศยานเหนือเสียงการปล่อยจากกิจกรรมมนุษย์บนโลกและการระเบิดของภูเขาไฟ
การทำให้ผอมบางและรูในชั้นโอโซน
ในช่วงทศวรรษ 1980 มีการค้นพบว่าปากแม่น้ำในชั้นโอโซนก่อตัวขึ้นเหนือพื้นที่ขั้วโลกใต้ ในบริเวณนี้ปริมาณโอโซนลดลงครึ่งหนึ่ง
นอกจากนี้ยังพบว่าเหนือขั้วโลกเหนือและทั่วสตราโตสเฟียร์ชั้นโอโซนบางลงนั่นคือมันลดความกว้างลงเนื่องจากปริมาณโอโซนลดลงอย่างมาก
การสูญเสียโอโซนในสตราโตสเฟียร์มีผลกระทบร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกและหลายประเทศยอมรับว่าการลดลงอย่างรุนแรงหรือการกำจัดการใช้ CFC อย่างสมบูรณ์นั้นเป็นสิ่งจำเป็นและเร่งด่วน
ข้อตกลงระหว่างประเทศในการ จำกัด การใช้ CFCs
ในปี 2521 หลายประเทศสั่งห้ามใช้สารซีเอฟซีเป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในรูปของละอองลอย ในปี 2530 ประเทศอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ได้ลงนามในพิธีสารมอนทรีออลซึ่งเป็นข้อตกลงระหว่างประเทศที่มีการตั้งเป้าหมายสำหรับการลดการผลิต CFC อย่างค่อยเป็นค่อยไปและการกำจัดทั้งหมดในปี 2543
หลายประเทศได้ฝ่าฝืนพิธีสารมอนทรีออลเนื่องจากการลดและกำจัด CFCs นี้จะส่งผลกระทบต่อเศรษฐกิจทำให้เกิดผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจก่อนที่จะรักษาชีวิตไว้บนโลกใบนี้
ทำไมเครื่องบินไม่บินไปในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์?
ในระหว่างการบินของเครื่องบินนั้นจะมีกองกำลังพื้นฐาน 4 ตัวคือลิฟต์, น้ำหนักของเครื่องบิน, ความต้านทานและแรงขับ
ลิฟต์คือแรงที่ยึดระนาบและดันขึ้น ความหนาแน่นของอากาศก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกันน้ำหนักนั้นเป็นแรงที่แรงโน้มถ่วงของโลกดึงเครื่องบินไปยังจุดศูนย์กลางของโลก
ความต้านทานคือแรงที่ช้าหรือป้องกันล่วงหน้าของระนาบ แรงต้านนี้กระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับวิถีของเครื่องบิน
แรงผลักคือแรงที่เคลื่อนที่เครื่องบินไปข้างหน้า อย่างที่เราเห็นการผลักดันและการยกช่วยสนับสนุนเที่ยวบิน น้ำหนักและแรงต้านกระทำการที่ไม่ชอบการบินของเครื่องบิน
เครื่องบินที่ บินในเขตโทรโพสเฟียร์
เครื่องบินพาณิชย์และเครื่องบินพลเรือนไปยังระยะทางสั้น ๆ บินได้สูงประมาณ 10, 000 เมตรกล่าวคือในขอบเขตสูงสุดของโทรโพสเฟียร์
ในเครื่องบินทุกลำจำเป็นต้องมีแรงดันของห้องโดยสารซึ่งประกอบด้วยการสูบอัดอากาศในห้องนักบินของเครื่องบิน
ทำไมต้องมีแรงดันของห้องโดยสาร?
เมื่อเครื่องบินขึ้นสู่ระดับความสูงที่สูงขึ้นความดันบรรยากาศภายนอกก็ลดลงและปริมาณออกซิเจนก็ลดลงเช่นกัน
หากไม่มีแรงดันอากาศส่งไปยังห้องโดยสารผู้โดยสารจะประสบกับภาวะขาดออกซิเจน (หรือความเจ็บป่วยจากภูเขา) โดยมีอาการเช่นความเหนื่อยล้าวิงเวียนศีรษะปวดศีรษะและหมดสติเนื่องจากขาดออกซิเจน
หากเกิดความล้มเหลวในการจัดหาอากาศอัดไปยังห้องโดยสารหรือการบีบอัดเกิดขึ้นในกรณีฉุกเฉินซึ่งเครื่องบินจะต้องลงมาทันทีและผู้โดยสารทุกคนควรสวมหน้ากากออกซิเจน
เที่ยวบินในสตราโตสเฟียร์เครื่องบินเหนือเสียง
ที่ระดับความสูงมากกว่า 10, 000 เมตรในสตราโตสเฟียร์ความหนาแน่นของชั้นก๊าซจะต่ำกว่าดังนั้นลิฟต์ที่ชอบบินก็น้อยกว่าเช่นกัน
ในอีกทางหนึ่งที่ระดับความสูงเหล่านี้ปริมาณออกซิเจน (O 2 ) ในอากาศต่ำกว่าและจำเป็นสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงดีเซลที่ทำให้เครื่องยนต์ของเครื่องบินทำงานและแรงดันที่มีประสิทธิภาพในห้องโดยสาร
ที่ระดับความสูงมากกว่า 10, 000 เมตรเหนือพื้นผิวโลกเครื่องบินจะต้องวิ่งด้วยความเร็วสูงมากเรียกว่าความเร็วเหนือเสียงเหนือระดับน้ำทะเลถึง 1, 225 กม. / ชม.
ข้อเสียของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่พัฒนาขึ้นจนถึงปัจจุบัน
เที่ยวบินเหนือเสียงผลิตเสียงระเบิดที่เรียกว่าโซนิคซึ่งมีเสียงดังมากคล้ายกับฟ้าร้อง เสียงเหล่านี้ส่งผลเสียต่อสัตว์และมนุษย์
นอกจากนี้เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงเหล่านี้จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นและก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศมากกว่าเครื่องบินที่บินที่ระดับความสูงต่ำ
เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงต้องการเครื่องยนต์ที่ทรงพลังและวัสดุพิเศษราคาแพงสำหรับการผลิต เที่ยวบินเชิงพาณิชย์มีราคาแพงมากจนไม่สามารถทำกำไรได้
