Стратосфера: основные факты, характеристики, особенности

Стратосфера — часть атмосферы, которая на определенной высоте по плотности напоминает воздух у поверхности Марса. И именно в этой местности расположен знаменитый озоновый слой, о котором постоянно беспокоятся экологи.

Стратосфера: что это такое?

С научной точки зрения стратосфера — это атмосферный слой, лежащий между тропосферой и мезосферой. Открыт он по историческим меркам не так давно – в 1893 году, благодаря развитию авиационной техники и созданию аэростатов для изучения атмосферных показателей на больших высотах.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

Запуск воздушного шара

Француз Леон Филипп Тейсерен де Бор после 540 запусков воздушных шаров обнаружил, что на определенной высоте температура воздуха перестает падать и постепенно повышается. Об открытии изотермической границы в атмосфере ученый сообщил 28 апреля 1902 года в Парижской академии. Именно Тейсерен де Бор ввел в науку термин «стратосфера» и первым объяснил, что это такое.

На какой высоте находится стратосфера

На данный момент известно, что высота стратосферы различна: ее нижний предел находится выше тропопаузы, в 7-16 км от поверхности Земли, а верхний заканчивается стратосферой, в 50-55 км над уровнем моря. Но это не жесткие рамки.

Высота нижней части постоянно меняется в зависимости от времени года, а также от местоположения: от полюсов до экватора. Так летом в тропических и субтропических районах она выше, на высоте около 10-16 км. Зимой и у полюсов она снижается до 6-10 км.

Характеристики стратосферы

По сравнению с нижней тропосферой состав воздуха внутри стратосферы более однороден, но плотность газов значительно меньше. И это не единственная характеристика этого атмосферного слоя.

Состав газа Озон, кислород, азот и инертные газы. В нижних слоях находится аэрозоль серной кислоты из вулканических выбросов
Облачность Так сказать ноль. Водяного пара очень мало. До высоты 20-25 км в северной части Европы и над Аляской могут появляться тонкие перламутровые облака
Температура увеличивается с высотой от -70°С до 0°С
Плотность Воздух очень разрежен. На высоте около 35 км она составляет 1% плотности поверхности планеты и сравнима с плотностью Марса.
Движение воздушных масс Вертикаль почти отсутствует. Горизонтальные ветры достигают 200 км/ч
Таблица: Характеристики стратосферы

Строение, структура, слои стратосферы

В науке выделяют несколько слоев стратосферы в зависимости от изменения температуры воздуха.

Их названия и общие отличия были предложены в 1902 году тем же французом Тейсереном де Бором:

  1. Тропопауза. В норме через каждые 100 м тропосферы температура воздуха падает примерно на 0,5 градуса Цельсия. Но на высоте около 7-16 км этот процесс постепенно останавливается на отметке от -56,5 до -70 °С. Область, где снижение температуры замедляется, называется «тропопаузой».
  2. Изотермическая граница или нижний слой стратосферы. Находится на расстоянии 11-25 км от уровня моря. В этом слое температура в стратосфере остается стабильной на уровне -56,5 °С. Но может немного подняться.
  3. Инверсионная область или верхняя стратосфера. В интервале от 25 до 40 км, как следует из названия, начинается обратный процесс. С набором высоты воздух начинает постепенно прогреваться. На верхней границе слоя температура уже достаточно комфортна для человека и составляет +0,8 °С.
  4. Стратопауза. Это верхняя часть стратосферы на высоте 40-55 км. Температура в этом слое остается более или менее стабильной и колеблется около 0 °С.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

Структура стратосферы

Выше границы стратосферы начинается мезосфера, где воздух снова теряет тепло и становится холоднее с каждым километром набора высоты.

Полеты в стратосфере

Фактически вся гражданская авиация летает исключительно в тропосфере. Выше возвышается лишь небольшая часть самолета. Во-первых, это метеозонды, подобные тем, что использовались еще в 19 веке. По сути, это обычные, но очень прочные воздушные шары. Они оснащены комплексами электронной аппаратуры для наблюдения за атмосферой и передачи данных ученым для исследования и наблюдения за погодными условиями.

В авиационном сообществе стратосферу называют «почти космосом» из-за ее свойств. Низкие температуры, спертый воздух и высокий уровень солнечной радиации создают ужасные условия для выживания человека.

Но это не значит, что в этом слое атмосферы не появлялись люди:

  1. 27 мая 1931 года Пол Кипфер и Огюст Пикар стали первыми стратонавтами, достигшими высоты 15 875 м. Год спустя Огюсту Пикару удалось преодолеть отметку в 16 км.
  2. В 1933-1935 годах началось соревнование между СССР и США. Советским стратонавтам Прокофьеву, Бирнбауму и Годунову в 1933 году удалось подняться на высоту 19 км. Следующая команда в 1934 году покорила высоту 22 км, но разбилась при спуске. В рамках проекта American Explorer 1933-1935 годов Альберт Стивенс и Орвил Андерсен смогли повторить восхождение на высоту 22 км.
  3. В 1959-1962 годах в США стартовал проект «Эксельсиор» по изучению новых самолетов и парашютных систем. Из 6 стратонавтов погибло 3 человека, но в 1960 году рекорд высоты был обновлен на 26 км. Для справки, тогда же в 1961 году в космос полетел Юрий Гагарин.
  4. В 1961 году была запущена научная программа StratoLab. Один из стратосферных самолетов достиг высоты почти 35 км. Ученые Малкольм Росс и Виктор Претер использовали для защиты скафандры.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

Сверхзвуковой самолет пересекает стратосферу

В настоящее время люди летают в стратосфере в основном только в кабинах сверхзвуковых самолетов. Но есть и те, кто продолжает испытывать пределы человеческой выносливости. В решении, на какую высоту в стратосфере можно выпрыгнуть из самолета с парашютом, победителем стал вице-президент Google. В 2014 году 57-летний офисный работник Алан Юстас совершил удачный прыжок с высоты 41 419 м.

Алан Юстас рассказывает о своем прыжке из стратосферы

Разрушение озонового слоя стратосферы: как происходит и чем опасно

Важнейшим свойством стратосферы, о котором всегда нужно помнить, является озон. Это специфический газ, который заполняет весь этот слой атмосферы. Под воздействием солнечного излучения кислород О2 расщепляется и собирается в новую молекулу О3, которая называется озоном.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

Получите молекулу озона (O3)

На самом деле его очень мало — всего 0,00003% от массы атмосферы. При нормальном давлении толщина озонового слоя в стратосфере составит всего 4 мм. Это вещество токсично и не подходит для дыхания, но является барьером, защищающим все живое на планете. Озон отражает ультрафиолетовые лучи, которые могут вызывать генетические мутации и разрушать органические клетки. Следовательно, над озоновым слоем жизни нет.

Но с 1970-х годов экологи стали активно беспокоиться об истощении озонового слоя и связанных с ним опасностях для человечества. Есть 3 основные причины ослабления защитного щита планеты.

Соединения ХФУ

В 1930-х годах ученые разработали соединения хлора, фтора и углерода, которые получили название фреонов или CFC (CFCs в английских источниках).

Они нашли широкое применение в промышленности:

  • хладагент в холодильниках и кондиционерах, заменяющий высокотоксичные аммиак и оксид серы;
  • выталкивающая основа газовых баллончиков;
  • основа парфюмерно-медицинских аэрозолей;
  • пенообразователь в производстве полиуретана.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

Старые приборы содержат фреон

Однако оказалось, что фреон, попадая в стратосферу, разрушается ультрафиолетовым излучением и высвобождает свободные атомы хлора. В свою очередь, они активно взаимодействуют с защитным барьером планеты, разрывая связь с молекулами кислорода. 1 атом хлора разрушает 100 000 молекул озона. Это послужило причиной постепенного отказа от использования фреона в промышленности и замены его хлорфторуглеродными соединениями, которые уже разрушаются в тропосфере.

Оксиды азота

Соединения N2O, попадая в озоновый слой, «забирают» лишние молекулы кислорода и превращаются в 2 молекулы NO. Это приводит к постепенному истончению газовой оболочки.

Обычно оксиды азота могут преодолевать расстояние до стратосферы только благодаря вулканическим выбросам. Поэтому их влияние было минимальным. Но теперь озоноразрушающие химикаты перемещаются через атмосферу в больших количествах благодаря сверхзвуковым истребителям и использованию азотных удобрений.

И если в стратосфере ничтожно мало самолетов, то весь мир использует азот для выращивания сельскохозяйственных культур. В 2019 году первая десятка стран произвела 72,1 млн тонн азотных удобрений. 

Истончение и дыры в озоновом слое

В 1980-х годах ученые заметили, что толщина защитного барьера стратосферы на Южном полюсе уменьшилась вдвое, за что он получил прозвище «дыра». Тот же процесс, хотя и в меньших масштабах, наблюдался на Северном полюсе. Это опасный процесс, отражающий негативное влияние человека на планету. Но в целом люди в этих регионах практически не появляются, поэтому на проблему мало кто обратил внимание.

Стратосфера: основные факты, свойства, функции

разрушение озонового слоя над Антарктидой в 1998 г

Однако в 2018 году исследователь Уильям Болл опубликовал статью с новыми данными в журнале Atmospheric Chemistry and Physics. В своей работе он доказал, что «дыра» над Южным полюсом затягивается. Но в то же время озоновый слой над умеренными широтами начал истончаться, как компенсаторный механизм. В результате почти все развитые страны находятся под прямой угрозой.

Это не значит, что завтра произойдет что-то непоправимое. Но без изменения отношения к атмосферным выбросам и новых мер по защите стратосферы человечество в будущем столкнется с проблемой защиты людей, растений и животных от ультрафиолетового излучения.

Оцените статью
kuzyeti.ru
Добавить комментарий

Adblock
detector