Tầng bình lưu Đây là lớp khí quyển của Trái đất nằm giữa tầng đối lưu và tầng trung lưu. Chiều cao của tầng bình lưu thấp hơn khác nhau, nhưng có thể được lấy là 10 km cho vĩ độ trung bình của Trái đất. Giới hạn trên của nó là độ cao 50 km so với bề mặt Trái đất.
Bầu khí quyển của Trái đất là lớp vỏ khí bên ngoài bao quanh Trái đất. Theo thành phần hóa học và sự thay đổi nhiệt độ, nó được chia thành 5 lớp: tầng đối lưu, tầng bình lưu, trung bì, tầng đối lưu và không gian bên ngoài.
Tầng đối lưu kéo dài từ bề mặt Trái đất tới 10 km chiều cao. Tầng tiếp theo, tầng bình lưu, đi từ 10 km đến 50 km so với bề mặt Trái đất.
Các mesosphere có chiều cao từ 50 km đến 80 km. Tầng nhiệt độ từ 80 km đến 500 km, và cuối cùng là không gian vũ trụ kéo dài từ 500 km đến 10.000 km, là giới hạn với không gian liên hành tinh.
Chỉ mục
- 1 Đặc điểm của tầng bình lưu
- 1.1 Vị trí
- 1.2 Cấu trúc
- 1.3 Thành phần hóa học
- 5.1 Hợp chất cfc
- 5.2 Oxit nitơ
- 5.3 Pha loãng và lỗ trong tầng ôzôn
- 5.4 cfc Thỏa thuận quốc tế về hạn chế sử dụng
li> li>
- 6.1 Máy bay bay trong tầng đối lưu
- 6.2 Tại sao lại cần áp suất ngưng tụ?
- 6.3 Chuyến bay tầng bình lưu, Máy bay Siêu thanh
- 6.4 Những nhược điểm của Máy bay Siêu thanh cho đến nay đã được phát triển
Đặc điểm của tầng bình lưu
Vị trí
Tầng bình lưu nằm giữa tầng đối lưu và tầng trung lưu. Giới hạn dưới của lớp này thay đổi theo vĩ độ hoặc khoảng cách từ đường xích đạo.
Tại các cực của Trái đất, tầng bình lưu bắt đầu cách bề mặt Trái đất từ 6 đến 10 km. Tại đường xích đạo, nó bắt đầu ở độ cao từ 16 đến 20 km. Giới hạn trên là 50 km so với bề mặt.
Cấu trúc
Tầng bình lưu có cấu trúc phân lớp riêng, được xác định bởi nhiệt độ: lớp lạnh ở dưới cùng và lớp nóng ở trên cùng.
Ngoài ra, tầng bình lưu có một tầng có nồng độ ôzôn cao, được gọi là tầng ôzôn hay tầng ôzôn, nằm cách bề mặt Trái đất từ 30 đến 60 km.
Thành phần hóa học
Hợp chất quan trọng nhất trong tầng bình lưu là ôzôn. Từ 85% đến 90% tổng lượng ozone trong bầu khí quyển của Trái đất là ở tầng bình lưu.
Ôzôn được hình thành trong tầng bình lưu bởi các phản ứng quang hóa (phản ứng hóa học bị ánh sáng can thiệp) tạo ra ôxy. Hầu hết các khí trong tầng bình lưu đi vào từ tầng đối lưu.
Tầng bình lưu chứa ozon (o3), nitơ (n2), oxy (o2), nitơ oxit, axit nitric (hno) 3), axit sulfuric (h2v4), silicat và các hợp chất halogen như chlorofluorocarbon. Một số vật liệu này đến từ các vụ phun trào núi lửa. Nồng độ hơi nước (h2 hoặc thể khí) trong tầng bình lưu rất thấp.
Trong tầng bình lưu, hỗn hợp khí thẳng đứng rất chậm và gần như bằng không vì không có sự hỗn loạn. Kết quả là, các hợp chất và vật liệu khác thâm nhập vào lớp này tồn tại trong một thời gian dài.
Nhiệt độ
Nhiệt độ ở tầng bình lưu thể hiện hành vi ngược lại với nhiệt độ của tầng đối lưu. Trong lớp này, nhiệt độ tăng theo độ cao.
Sự tăng nhiệt độ này là do các phản ứng hóa học giải phóng nhiệt và ôzôn cản trở (o3). Tầng bình lưu có rất nhiều ôzôn hấp thụ bức xạ cực tím năng lượng cao từ mặt trời.
Tầng bình lưu là một lớp ổn định không bị nhiễu bởi các khí hỗn hợp. Không khí ở phía dưới lạnh và đặc, không khí ở phía trên ấm và nhẹ.
Sự hình thành ôzôn
Phân tách trong các phân tử oxy ở tầng bình lưu (o2) dưới tác động của tia cực tím (uv) từ mặt trời:
o2 + UV → o + o
Các nguyên tử ôxy (o) phản ứng mạnh và phản ứng với các phân tử ôxy (o2) để tạo thành ôzôn (o3):
o + o2 → oh3 + nhiệt
Quá trình tỏa nhiệt (phản ứng tỏa nhiệt). Phản ứng hóa học này là nguồn nhiệt ở tầng bình lưu, bắt nguồn từ nhiệt độ cao ở các tầng trên.
Tính năng
Tầng bình lưu bảo vệ tất cả các dạng sống trên Trái đất. Tầng ôzôn ngăn cản bức xạ cực tím năng lượng cao (uv) tới bề mặt Trái đất.
Ôzôn hấp thụ tia cực tím và phân hủy thành ôxy nguyên tử (o) và ôxy phân tử (o2), như thể hiện trong phản ứng hóa học sau:
o3 + UV → o + o2
Trong tầng bình lưu, sự hình thành và phá hủy ôzôn cân bằng với việc duy trì nồng độ không đổi của nó.
Theo cách này, tầng ôzôn hoạt động như một lá chắn chống lại bức xạ UV, thường gây ra đột biến gen, ung thư da và tàn phá mùa màng và thực vật.
Suy giảm tầng ôzôn
CFCs
Kể từ những năm 1970, các nhà nghiên cứu đã bày tỏ mối quan tâm lớn về tác hại của chlorofluorocarbon (cfcs) đối với tầng ôzôn.
Năm 1930, các hợp chất chlorofluorocarbon được gọi là freon đã được đưa vào sử dụng thương mại. Chúng bao gồm cfcl3 (Freon 11), cf2cl2 (Freon 12), c2f3cl3 (Freon 113) và c2f4cl2 (Freon 114). Các hợp chất này có thể nén được, tương đối trơ và không cháy.
Chúng bắt đầu được sử dụng làm chất làm lạnh trong máy điều hòa không khí và tủ lạnh, thay thế chất lỏng amoniac (nh3) và sulfur dioxide (so) 2) (rất độc).
Kể từ đó, cfc đã được sử dụng với số lượng lớn trong sản xuất nhựa sử dụng một lần, làm chất đẩy cho các sản phẩm thương mại ở dạng aerosol đóng hộp, và làm dung môi tẩy rửa thiết bị thẻ, thiết bị điện tử.
Việc sử dụng CFCs trên quy mô lớn và phổ biến đã gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng do các chất được sử dụng trong công nghiệp và chất làm lạnh được thải vào khí quyển.
p>
Trong khí quyển, các hợp chất này khuếch tán chậm vào tầng bình lưu, nơi chúng bị suy giảm bởi bức xạ cực tím:
cfc3 → cfc2 + cl
cf2cl2 → cf2cl + cl
Các nguyên tử clo dễ dàng phản ứng với ozon và phá hủy nó:
cl + o3 → clo + o2
Một nguyên tử clo có thể phá hủy hơn 100.000 phân tử ôzôn.
Oxit nitric
Ôxít nitơ nox và nox2 Chúng phản ứng bằng cách phá hủy ôzôn. Sự hiện diện của các oxit nitơ này trong tầng bình lưu là do khí thải ra từ động cơ máy bay siêu thanh, khí thải từ hoạt động của con người trên Trái đất và hoạt động của núi lửa.
Pha loãng và lỗ hổng trong tầng ôzôn
Vào những năm 1980, người ta phát hiện ra rằng một lỗ hổng đã hình thành trong tầng ôzôn phía trên khu vực Nam Cực. Tại khu vực này, lượng ôzôn đã bị cắt giảm một nửa.
Người ta cũng phát hiện ra rằng ở Bắc Cực và trên khắp tầng bình lưu, tầng ôzôn mỏng đi, có nghĩa là khi lượng ôzôn giảm đi đáng kể, chiều rộng của tầng ôzôn cũng vậy.
Việc mất ôzôn trong tầng bình lưu gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sự sống trên Trái đất, và một số quốc gia đã chấp nhận rằng việc giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng CFC là cần thiết và cấp bách. .
Thỏa thuận quốc tế về việc hạn chế sử dụng cfc
Năm 1978, nhiều quốc gia đã cấm sử dụng CFC làm chất đẩy trong các sản phẩm thương mại ở dạng bình xịt. Năm 1987, đại đa số các nước công nghiệp phát triển đã ký Nghị định thư Montreal, một hiệp định quốc tế đặt ra các mục tiêu giảm dần sản lượng cfc và loại bỏ hoàn toàn vào năm 2000.
Một số quốc gia đã vi phạm Nghị định thư Montreal vì việc giảm thiểu và loại bỏ CFCs sẽ tác động đến nền kinh tế của họ, đặt lợi ích kinh tế lên trước việc bảo vệ sự sống trên Trái đất.
Tại sao máy bay không bay ở tầng bình lưu?
Trong chuyến bay của máy bay, có 4 lực cơ bản: lực nâng, trọng lượng máy bay, lực cản và lực đẩy.
Lực nâng là lực hỗ trợ máy bay và đẩy nó đi lên; không khí càng đặc, lực nâng càng lớn. Mặt khác, trọng lượng là lực hấp dẫn của trái đất kéo máy bay về phía trung tâm của trái đất.
Lực kéo là lực làm chậm hoặc dừng máy bay di chuyển về phía trước. Lực cản này tác động ngược hướng với quỹ đạo của máy bay.
Lực đẩy là lực làm cho máy bay di chuyển về phía trước. Như chúng ta đã thấy, lực đẩy và lực nâng có lợi cho chuyến bay; trọng lượng và lực cản chuyển động có hại cho chuyến bay của máy bay.
Máy bay Chúng bay trong tầng đối lưu
Máy bay thương mại và dân dụng bay quãng đường ngắn ở độ cao lên đến 10.000 mét, giới hạn trên của tầng đối lưu.
Áp suất buồng lái là bắt buộc đối với tất cả các máy bay, bao gồm cả việc phun khí nén vào buồng lái của máy bay.
Tại sao bạn cần áp suất dừng?
Khi máy bay lên độ cao hơn, áp suất khí quyển bên ngoài giảm và mức oxy cũng vậy.
Nếu không khí điều áp không được cung cấp cho cabin, hành khách có thể bị thiếu oxy (hoặc say độ cao) với các triệu chứng như mệt mỏi, chóng mặt, đau đầu và mất ý thức do thiếu oxy.
Trong trường hợp có lỗi trong việc cấp hoặc nén khí trong cabin, trường hợp khẩn cấp sẽ xảy ra, máy bay phải hạ độ cao ngay lập tức và tất cả những người ngồi trên khoang phải đeo mặt nạ dưỡng khí.
Chuyến bay trên tầng bình lưu, máy bay siêu thanh
Ở độ cao trên 10.000 mét, trong tầng bình lưu, mật độ của lớp không khí thấp hơn, do đó lực nâng tạo điều kiện cho chuyến bay cũng thấp hơn.
Mặt khác, ở những độ cao này, không khí có ít ôxy (o2) hơn, cần thiết cho quá trình đốt cháy nhiên liệu diesel giúp động cơ máy bay hoạt động và tạo ra áp suất hiệu quả trong không khí. cabin.
Ở độ cao hơn 10.000 mét so với bề mặt Trái đất, máy bay phải di chuyển với tốc độ rất cao, được gọi là tốc độ siêu thanh, đạt trên 1.225 km / h ở mực nước biển.
Nhược điểm của máy bay siêu thanh phát triển cho đến hiện tạiCác chuyến bay siêu thanh tạo ra cái gọi là vụ nổ âm thanh, là những tiếng động rất lớn tương tự như sấm sét. Những tiếng động này tác động tiêu cực đến động vật và con người.
Hơn nữa, những chiếc máy bay siêu thanh này sử dụng nhiều nhiên liệu hơn những chiếc máy bay bay thấp, do đó tạo ra nhiều chất ô nhiễm không khí hơn ..
Việc chế tạo máy bay siêu thanh đòi hỏi động cơ mạnh hơn và vật liệu đặc biệt đắt tiền. Chi phí kinh tế của các chuyến bay thương mại quá cao nên việc thực hiện sẽ không có lợi.
Tài liệu tham khảo
- s.m., hegglin, m.i., fujiwara, m., dragani, r., harada, v.v. (2017). Là một phần của s-rip, hơi nước ở tầng đối lưu và tầng bình lưu và ôzôn được đánh giá trong quá trình phân tích lại. Hóa học và Vật lý khí quyển. 17: 12743-12778. Đã thay đổi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
- hoshi, k., Ukita, j., Honda, m. Nakamura, t., Yamazaki, k., V.v. (2019). Các sự kiện xoáy cực địa tầng yếu là trung gian của sự mất băng ở Bắc Cực. Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Khí quyển. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018jd029222
- iqbal, w., hanachi, a., hirooka, t., chafik, l., harada, y, v.v. (2019). Sự kết hợp động lực học đối lưu-tầng đối lưu của phản lực xoáy thay đổi ở Bắc Đại Tây Dương. Cơ quan Khoa học và Công nghệ Nhật Bản. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
- kidston, j., scaife, a.a., hardiman, s.c., mitchell, d.m., butchart, n., et al. (2015). Ảnh hưởng của địa tầng đối với phản lực tầng đối lưu, theo dõi bão và thời tiết bề mặt. Nature 8: 433-440.
- stohl, a., Bonasoni p., Cristofanelli, p., Collins, w., Feichter j. Et al. (Năm 2003). Trao đổi tầng đối lưu-tầng đối lưu: đánh giá và những gì chúng tôi đã học được từ staccato. Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Khí quyển. 108 (d12). Đã thay đổi: 10.1029 / 2002jd002490
- rowland f.s. (2009) Suy giảm tầng ôzôn ở tầng bình lưu. Trong: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Hai mươi năm suy giảm tầng ôzôn. mùa xuân. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5