для чего нужна стратосфера
Стратосфера
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте
30 км. Общий объём О3, будь он сконцентрирован в одном отдельном слое, составил бы при нормальном давлении сплошной слой толщиной всего 1,7—4,0 мм.
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2). На высоте 200—500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряжённых частиц (О+2, О−2, N+2) составляет
1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.
В стратосфере почти нет водяного пара.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Титан — крупнейший спутник Сатурна — является одним из кандидатов на колонизацию во внешней части Солнечной системы. Одна из причин интереса к колонизации спутника — наличие на нём углеводородов, на которых в настоящее время работает большая часть земной техники. В процессе колонизации Титана также следует учитывать возможность наличия жидких органических соединений и даже некислородной жизни. Текущие планы флагманской программы NASA (Outer Planet Flagship) подтверждают, что Титан наряду с Энцеладом.
Стратосфера: характеристики, функции, температура
Содержание:
Тропосфера простирается от поверхности Земли на высоту до 10 км. Следующий слой, стратосфера, находится на высоте от 10 до 50 км над земной поверхностью.
Высота мезосферы колеблется от 50 до 80 км. Термосфера от 80 до 500 км, и, наконец, экзосфера простирается от 500 до 10 000 км в высоту, что является пределом межпланетного пространства.
Характеристики стратосферы
Место расположения
Стратосфера расположена между тропосферой и мезосферой. Нижняя граница этого слоя зависит от широты или расстояния до экваториальной линии Земли.
Состав
Кроме того, в стратосфере есть слой с высокой концентрацией озона, называемый озоновым слоем или озоносферой, который находится на высоте от 30 до 60 км над поверхностью земли.
Химический состав
Самым важным химическим соединением в стратосфере является озон. От 85 до 90% всего озона, присутствующего в атмосфере Земли, находится в стратосфере.
Озон образуется в стратосфере в результате фотохимической реакции (химической реакции, в которую вмешивается свет), которой подвергается кислород. Большая часть газов в стратосферу поступает из тропосферы.
В стратосфере содержится озон (O3), азот (N2), кислород (O2), оксиды азота, азотная кислота (HNO3), серная кислота (H2ЮЗ4), силикаты и галогенированные соединения, такие как хлорфторуглероды. Некоторые из этих веществ появляются в результате извержений вулканов. Концентрация водяного пара (H2Или в газообразном состоянии) в стратосфере он очень низкий.
В стратосфере вертикальное перемешивание газа происходит очень медленно и практически отсутствует из-за отсутствия турбулентности. По этой причине химические соединения и другие материалы, попадающие в этот слой, остаются в нем надолго.
Температура
Температура в стратосфере имеет обратное поведение по сравнению с температурой тропосферы. В этом слое температура увеличивается с высотой.
Это повышение температуры связано с возникновением химических реакций с выделением тепла, где озон (O3). В стратосфере содержится значительное количество озона, который поглощает высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение Солнца.
Образование озона
В стратосфере молекулярный кислород (O2) диссоциирует под действием ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца:
ИЛИ2 + УФ-СВЕТ → O + O
Атомы кислорода (O) обладают высокой реакционной способностью и реагируют с молекулами кислорода (O2) с образованием озона (O3):
При этом выделяется тепло (экзотермическая реакция). Эта химическая реакция является источником тепла в стратосфере и вызывает его высокие температуры в верхних слоях.
Характеристики
Стратосфера выполняет защитную функцию для всех форм жизни, существующих на планете Земля.Озоновый слой предотвращает попадание высокоэнергетического ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхность земли.
Озон поглощает ультрафиолетовый свет и разлагается на атомарный кислород (O) и молекулярный кислород (O2), о чем свидетельствует следующая химическая реакция:
В стратосфере процессы образования и разрушения озона находятся в равновесии, которое поддерживает его постоянную концентрацию.
Таким образом, озоновый слой работает как защитный экран от ультрафиолетового излучения, которое является причиной генетических мутаций, рака кожи, разрушения сельскохозяйственных культур и растений в целом.
Разрушение озонового слоя
CFC соединения
С 1970-х годов исследователи выражают серьезную обеспокоенность по поводу разрушительного воздействия хлорфторуглеродов (ХФУ) на озоновый слой.
В 1930 году было введено использование хлорфторуглеродных соединений, получивших коммерческое название фреонов. Среди них CFCl3 (фреон 11), CF2Cl2 (фреон 12), C2F3Cl3 (Фреон 113) и C2F4Cl2 (фреон 114). Эти соединения легко прессуются, относительно инертны и негорючие.
Их начали использовать в качестве хладагентов в кондиционерах и холодильниках, заменив аммиак (NH3) и диоксид серы (SO2) жидкий (высокотоксичный).
Впоследствии ХФУ в больших количествах использовались при производстве одноразовых пластиковых изделий, в качестве пропеллентов для коммерческих продуктов в виде аэрозолей в баллончиках и в качестве чистящих растворителей для карт электронных устройств.
Широкое использование в больших количествах ХФУ создало серьезную экологическую проблему, поскольку те, которые используются в промышленности и при использовании хладагентов, выбрасываются в атмосферу.
В атмосфере эти соединения медленно диффундируют в стратосферу; в этом слое они разлагаются под действием УФ-излучения:
Атомы хлора очень легко реагируют с озоном и разрушают его:
Один атом хлора может разрушить более 100 000 молекул озона.
Оксиды азота
Оксиды азота NO и NO2 Они реагируют, разрушая озон. Присутствие этих оксидов азота в стратосфере происходит из-за газов, выбрасываемых двигателями сверхзвуковых самолетов, выбросов в результате деятельности человека на Земле и вулканической активности.
Истончение и дыры в озоновом слое
В 1980-х годах было обнаружено, что в озоновом слое над районом Южного полюса образовалась дыра. В этой области количество озона сократилось вдвое.
Также было обнаружено, что над Северным полюсом и по всей стратосфере защитный озоновый слой истончился, то есть уменьшился его ширина, потому что количество озона значительно уменьшилось.
Потеря озона в стратосфере имеет серьезные последствия для жизни на планете, и несколько стран признали необходимость и неотложность радикального сокращения или полного отказа от использования ХФУ.
Международные соглашения об ограничении использования ХФУ
В 1978 году многие страны запретили использование ХФУ в качестве пропеллентов в коммерческих аэрозольных продуктах. В 1987 году подавляющее большинство промышленно развитых стран подписали так называемый Монреальский протокол, международное соглашение, в котором были поставлены цели постепенного сокращения производства ХФУ и его полной ликвидации к 2000 году.
Некоторые страны не соблюдают Монреальский протокол, потому что это сокращение и устранение ХФУ повлияет на их экономику, поставив экономические интересы выше сохранения жизни на планете Земля.
Почему в стратосфере не летают самолеты?
Во время полета самолета действуют 4 основные силы: подъемная сила, вес самолета, сопротивление и тяга.
Самолет, которыйони летают в тропосфере
Коммерческие и гражданские самолеты на короткие дистанции летают примерно на 10 000 метров над уровнем моря, то есть у верхней границы тропосферы.
Все самолеты требуют герметизации кабины, которая заключается в нагнетании сжатого воздуха в кабину самолета.
Почему требуется герметизация кабины?
По мере того, как самолет набирает высоту, внешнее атмосферное давление уменьшается, а также уменьшается содержание кислорода.
Если бы в салон не подавался сжатый воздух, пассажиры страдали бы от гипоксии (или горной болезни) с такими симптомами, как усталость, головокружение, головная боль и потеря сознания из-за недостатка кислорода.
Если произошел сбой в подаче сжатого воздуха в кабину или произошла декомпрессия, возникнет аварийная ситуация, когда самолет должен немедленно снизиться, и все его пассажиры должны будут использовать кислородные маски.
Полеты в стратосфере, сверхзвуковые самолеты
На высотах более 10 000 метров в стратосфере плотность газового слоя ниже, и поэтому подъемная сила, способствующая полету, также ниже.
С другой стороны, на таких больших высотах содержание кислорода (O2) в воздухе меньше, и это требуется как для сгорания дизельного топлива, обеспечивающего работу авиационного двигателя, так и для эффективного наддува в салоне.
На высоте более 10 000 метров над поверхностью земли самолет должен двигаться на очень высокой скорости, называемой сверхзвуковой, достигая на уровне моря более 1225 км / час.
Недостатки сверхзвуковых самолетов, разработанных на сегодняшний день
Сверхзвуковые полеты производят так называемые звуковые удары, которые представляют собой очень громкие звуки, похожие на гром. Эти шумы негативно влияют на животных и людей.
Кроме того, этим сверхзвуковым самолетам необходимо использовать больше топлива и, следовательно, производить больше загрязняющих веществ в воздухе, чем самолетам, которые летают на меньшей высоте.
Для изготовления сверхзвуковых самолетов требуются гораздо более мощные двигатели и дорогие специальные материалы. Коммерческие полеты были настолько дорогостоящими, что их выполнение было нерентабельным.
Ссылки
Кинетохор: что это такое, обучение, функции
Историческая геология: история, объект исследования, методология
eponim2008
eponim2008Жизнь замечательных имен
Короткие истории о вещах и о людях, давших им свое имя
Что такое стратосфера?
Более 80% земного воздуха сосредоточено на высотах до 10 – 15 километров, в так называемой «тропосфере». В тропосфере «делается» вся земная погода. Здесь происходит движение воздушных масс, которые в зависимости от их скорости могут быть ласковым бризом, а могут стать ужасным ураганом. Здесь происходит образование облаков, которые потом выпадают на землю снегом и проливаются дождем. В общем, самое интересное в земной погоде происходит здесь.
Выше тропосферы, на высотах от 11 до 50 километров находится слой атмосферы, который называется стратосферой. Воздух здесь разрежен до такой степени, что без специального скафандра (высотного костюма) человеку не выжить. Во-первых, не хватит кислорода для дыхания. А во-вторых, при таком низком давлении кровь закипает при температуре человеческого тела. Это ведет к закупорке сосудов и к практически мгновенной смерти. Поэтому люди поднялись в стратосферу только в 1930-х годах. 27 мая 1931 года швейцарцы Огюст Пикар и Пауль Кипфер поднялись на высоту 16.2 км. Для этого они использовали воздушный шар, наполненный водородом, к которому была прикреплена специальная герметичная кабина, гондола. Аппарат этот назвали стратостатом.
Не следует думать, что полет в стратосферу был веселой прогулкой. Стратостат наполняли легко воспламеняющимся газом водородом. Уже поэтому полет на этом аппарате называли «танго с пороховой бочкой». Конструкция гондолы тоже была не совершенна.
О том, что полеты в стратосферу были настоящим подвигом, говорит и трагический полет советских стратонавтов. 30 января 1934 года в стратосферу поднялся советский стратостат «Осоавиахим-1» с тремя членами экипажа в гондоле. Стратостат поднялся на рекордную высоту в 22 км, но при спуске произошла катастрофа. Воздушный шар заледенел, гондола оторвалась на высоте в несколько километров. Экипаж погиб.
Так что, как видим, изучение стратосферы началось относительно недавно. Что же выяснили ученые?
Главным открытием, вероятно, следует считать открытие озонового слоя, который размещается в стратосфере на высоте от 15 – 20 (над полюсами) до 55 – 60 км (над экватором). Озон – это кислород, молекулы которого состоят не из 2, как обычно, а из 3 атомов. Озон образуется на высоте около 30 км в результате бомбардировки кислорода космическими лучами. Озоновый слой очень тонок, всего несколько миллиметров. Между тем, этой толщины достаточно для защиты земной поверхности от губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не озоновый слой, никакой жизни на нашей планете не существовало бы.
Сумасшедшие фантасты то и дело придумывают апокалиптические сценарии. На высоту в 20 километров запускается ракета с контейнером водорода. Контейнер раскрывается, водород реагирует с озоном, образуя воду, которая тут же застывает на космическом холоде и градом осыпается вниз. А в это время внизу – уже мертвая пустыня. Все выжжено жестоким ультрафилетом. На безжизненную земную поверхность из стратосферы уже обрушивается растаявшая вода, смывая все остатки того, что мы называем (то есть, называли) жизнью.
Все, конечно, не так просто и радостно, как излагается. Озоновый слой – спасибо космическому излучению – постоянно возобновляется. Одного баллона водорода для его уничтожения не хватит. Однако, и технические возможности человечества возрастают. Так что осторожность проявлять не мешает.
В свое время ученые «подняли шум», когда обнаружили, что вещества, называемые «фреонами» и содержащие в своем составе фтор, бурно реагируют с озоном. Фреоны – газы, для человека безвредные, которые раньше широко использовались в холодильных установках и в баллончиках-распылителях. Но при производстве этих газов в промышленных масштабах и в массовых количествах их концентрация в атмосфере могло бы возрасти настолько, чтобы привела бы к уничтожению озонового слоя и инициировала тем самым всемирную катастрофу. Никому на земле не захотелось оказаться в положении цыпленка-табака на раскаленной сковородке. Поэтому фреоны, в настоящее время к использованию запрещены.
Другую опасность для озонового слоя представляют космические корабли, которые при взлете «протыкают» в нем дыры. Конечно, дыры эти очень быстро затягиваются, однако над космодромами активность ультрафиолетовых лучей гораздо выше. И ясно почему.
Стратосфера, таким образом, защищает жизнь на Земле. С другой стороны, это – дверь в открытый космос. Когда самолеты стали подниматься в стратосферу, летчики увидели и черное звездное небо днем, и отчетливую шарообразность земли.
Собственно говоря, стратосферу и начали изучать, как будущее поле военных действий. Уже во время Первой мировой войны у немцев появились чрезвычайно мощные пушки. Одну из них называли «Толстой Бертой» по имени Берты фон Крупп, жены немецкого «стального короля», на заводах которого и были созданы могучие орудия. Эти пушки позволяли обстреливать города и крепости противника очень мощными снарядами с очень большого расстояния, так сказать, из-за горизонта. Ни сама пушка, ни ее команда, тем, кого обстреливали, видна не была. Снаряды падали неизвестно откуда. В верхней части своей траектории эти снаряды уже поднимались в стратосферу, где плотность воздуха совсем другая, чем у поверхности земли. Поэтому уже имевшиеся артиллерийские таблицы для стрельбы с закрытых позиций (напоминавшие немного знаменитые таблицы Брадиса) уже не «работали», а для расчета новых таблиц следовало знать плотность воздуха на больших высотах. Так что одно из первых научных измерений, производимых стратонавтами, было измерение плотности воздуха и ее зависимость от высоты над Землей.
Присматривались к стратосфере и летчики. Идеальное место для полетов бомбардировщиков! Снаряды от зениток на такую высоту не долетают. Да и не увидать с земли столь высоко летящий самолет. Так что если кто думает, что дальние перелеты, которые практиковались в СССР в 1930-х годах, делались только ради рекордов, он ошибается. Совершались эти полеты на дальних бомбардировщиках, типа АНТ которые делало в то время конструкторское бюро А.Н.Туполева, и на рекордных по тогдашним временам высотах. В полете летчики тепло одевались и пользовались кислородными масками. Но вот опасны ли на этих высотах космические лучи, никто не знал. Поэтому первые стратонавты производили также и измерение интенсивности космического излучения.
В стратосферу стали запускать беспилотные воздушные шары-зонды. Они поднимались на высоты 40-50 километров, измеряли параметры атмосферы, после чего приборные отсеки отстреливались и спускались на землю.
Благодаря исследованиям стратосферы в середине 1950-х годов, когда стали разрабатывать космические полеты, конструкторы и ученые уже имели представление о том, в каких условиях придется летать космическим кораблям и что угрожает их пилотам.
Стратосфера
Из Википедии — свободной энциклопедии
Стратосфе́ра (от лат. stratum «настил, слой») — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 °С до +0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 0 °C, температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. Плотность воздуха в стратосфере в десятки и сотни раз меньше, чем на уровне моря.
Стратосфера представляет более однородную среду по сравнению с тропосферой. Так как плотность газа уменьшается с высотой, то относительная диэлектрическая проницаемость в стратосфере ≈1, она оказывает меньшее влияние на распространение радиоволн.
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой»; на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте
30 км. Общий объём О3, будь он сконцентрирован в одном отдельном слое, составил бы при нормальном давлении сплошной слой толщиной всего 1,7—4,0 мм.
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2 [1] ). На высоте 200—500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряжённых частиц (О + 2, О − 2, N + 2) составляет
1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН·, НО·2 и др.
Стратосфера
Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте
30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).
В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.
В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — N2 [1] ). На высоте 200—500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О + 2, О − 2, N + 2) составляет
1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.
В стратосфере почти нет водяного пара.
Полёты в стратосфере
Полёты в стратосферу начались в 1930-годах. Широко известен полёт на первом стратостате (FNRS-1), который совершили Огюст Пикар и Пауль Кипфер 27 мая 1931 г. на высоту 16,2 км. Современные боевые и сверхзвуковые коммерческие самолёты летают в стратосфере на высотах в основном до 20 км (хотя динамический потолок может быть значительно выше). Высотные метеозонды поднимаются до 40 км; рекорд для беспилотного аэростата составляет 51,8 км.
В последнее время в военных кругах США большое внимание уделяют освоению слоёв стратосферы выше 20 км, часто называемых «предкосмосом» (англ. «near space» ). Предполагается, что беспилотные дирижабли и самолёты на солнечной энергии (наподобие NASA Pathfinder) смогут длительное время находиться на высоте порядка 30 км и обеспечивать наблюдением и связью очень большие территории, оставаясь при этом малоуязвимыми для средств ПВО; такие аппараты будут во много раз дешевле спутников. [2]