Stratosfera jest jedną z górnych warstw powłoki powietrznej naszej planety. Rozpoczyna się na wysokości około 11 km nad ziemią. Samoloty pasażerskie już tu nie latają i rzadko tworzą się chmury. Warstwa ozonowa Ziemi znajduje się w stratosferze – cienkiej powłoce, która chroni planetę przed przenikaniem szkodliwego promieniowania ultrafioletowego.
Powłoka powietrzna planety
Atmosfera to gazowa powłoka Ziemi, przylegająca do wewnętrznej powierzchni hydrosfery i skorupy ziemskiej. Jego zewnętrzna granica stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną. Skład atmosfery obejmuje gazy: azot, tlen, argon, dwutlenek węgla itd., a także zanieczyszczenia w postaci pyłu, kropli wody, kryształków lodu, produktów spalania. Stosunek głównych elementów powłoki powietrznej jest utrzymywany na stałym poziomie. Wyjątkiem są dwutlenek węgla i woda – ich ilość w atmosferze często się zmienia.
Warstwy powłoki gazowej
Atmosfera jest podzielona na kilka warstw, położonych jedna nad drugą i posiadających cechy wskład:
- warstwa przyścienna - przylega bezpośrednio do powierzchni planety, rozciągająca się na wysokość 1-2 km;
-
troposfera - druga warstwa, granica zewnętrzna znajduje się średnio na wysokości 11 km, tutaj koncentruje się prawie cała para wodna atmosfery, tworzą się chmury, wraz ze wzrostem wysokości pojawiają się cyklony i antycyklony, temperatura wzrasta;
- tropopauza - warstwa przejściowa charakteryzująca się zaprzestaniem spadku temperatury;
- stratosfera to warstwa, która sięga do wysokości 50 km i jest podzielona na trzy strefy: od 11 do 25 km temperatura nieznacznie się zmienia, od 25 do 40 - temperatura wzrasta, od 40 do 50 - temperatura temperatura pozostaje stała (stratopauza);
- mezosfera rozciąga się na wysokość 80-90 km;
- termosfera osiąga 700-800 km nad poziomem morza, tutaj na wysokości 100 km znajduje się linia Karmana, która jest uważana za granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią;
- egzosfera jest również nazywana strefą rozpraszania, tutaj bardzo rozrzedzony gaz traci cząsteczki materii i odlatuje w kosmos.
Zmiany temperatury w stratosferze
Tak więc stratosfera jest częścią gazowej otoczki planety podążającej za troposferą. Tutaj temperatura powietrza, która jest stała przez całą tropopauzę, zaczyna się zmieniać. Wysokość stratosfery wynosi około 40 km. Dolna granica to 11 km nad poziomem morza. Począwszy od tego znaku temperatura ulega niewielkim zmianom. Nana wysokości 25 km wskaźnik ogrzewania zaczyna powoli rosnąć. Na wysokości 40 km nad poziomem morza temperatura wzrasta z -56,5º do +0,8ºС. Co więcej, do wysokości 50-55 km pozostaje blisko zera stopni. Strefa między 40 a 55 kilometrami nazywana jest stratopauzą, ponieważ temperatura tutaj się nie zmienia. Jest to strefa przejściowa ze stratosfery do mezosfery.
Cechy stratosfery
Stratosfera Ziemi zawiera około 20% masy całej atmosfery. Powietrze jest tutaj tak rozrzedzone, że bez specjalnego skafandra kosmicznego nie można przebywać. Fakt ten jest jednym z powodów, dla których loty w stratosferę zaczęto przeprowadzać stosunkowo niedawno.
Kolejną cechą gazowej powłoki planety na wysokości 11-50 km jest bardzo mała ilość pary wodnej. Z tego powodu chmury prawie nigdy nie tworzą się w stratosferze. Dla nich po prostu nie ma materiału budowlanego. Rzadko jednak udaje się zaobserwować tzw. chmury masy perłowej, które „zdobią” stratosferę (zdjęcie poniżej) na wysokości 20-30 km n.p.m. Cienkie, jakby świecące od wewnątrz formacje można było obserwować po zachodzie słońca lub przed wschodem słońca. Kształt chmur z masy perłowej jest podobny do cirrus lub cirrocumulus.
Warstwa ozonowa Ziemi
Główną cechą wyróżniającą stratosferę jest maksymalne stężenie ozonu w całej atmosferze. Powstaje pod wpływem światła słonecznego i chroni całe życie na planecie przed ich niszczącym promieniowaniem. Warstwa ozonowa Ziemi znajduje się na wysokości 20-25 km nad poziomemmorza. Cząsteczki O3 są rozmieszczone w stratosferze, a nawet w pobliżu powierzchni planety, ale ich najwyższe stężenie obserwuje się na tym poziomie.
Należy zauważyć, że warstwa ozonowa Ziemi ma tylko 3-4 mm. Taka będzie jego grubość, jeśli cząsteczki tego gazu zostaną umieszczone w warunkach normalnego ciśnienia, na przykład w pobliżu powierzchni planety. Ozon powstaje w wyniku rozpadu cząsteczki tlenu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego na dwa atomy. Jeden z nich łączy się z "pełnoprawną" cząsteczką i powstaje ozon - O3.
Niebezpieczny obrońca
Cząsteczki ozonu pochłaniają promieniowanie ultrafioletowe o długości fali mniejszej niż 0,1-0,2 mikrona. To jest jego rola ochronna. Cienka warstwa niebieskawego gazu zapobiega przedostawaniu się promieniowania słonecznego na Ziemię, co jest szkodliwe dla organizmów żywych.
Z wiatrem ozon zbliża się do powierzchni planety. Powstaje również na Ziemi podczas burzy z piorunami, pracy kopiarek lub promieni rentgenowskich. Co ciekawe, duże stężenie ozonu jest szkodliwe dla człowieka. Powstaje pod wpływem światła słonecznego w silnie zanieczyszczonych obszarach. Przebywanie w warunkach tzw. smogu ozonowego zagraża życiu. Niebieskawy gaz może zniszczyć płuca. Jego obecność wpływa również na rośliny – przestają się normalnie rozwijać.
Zubożenie warstwy ozonowej
Problem dziur ozonowych jest aktywnie dyskutowany w środowisku naukowym od około lat 70. ubiegłego wieku. Teraz wiadomo, że zniszczenieEkran ochronny prowadzi do zanieczyszczenia atmosfery, przemysłowego stosowania freonów i niektórych innych związków, niszczenia lasów, wystrzeliwania rakiet kosmicznych i lotnictwa na dużych wysokościach. Społeczność międzynarodowa przyjęła szereg porozumień w celu ograniczenia produkcji szkodliwych substancji. Przede wszystkim mówimy o freonach używanych do produkcji aerozoli, agregatów chłodniczych, gaśnic, naczyń jednorazowych itp.
Jednocześnie istnieją dowody sugerujące, że powstawanie dziur ozonowych następuje z przyczyn naturalnych. Szkodliwe substancje dostają się do atmosfery w wyniku erupcji wulkanicznych i trzęsień ziemi, z uskoków w skorupie oceanicznej. Dziś kwestia głównej roli człowieka w niszczeniu warstwy ozonowej pozostaje kontrowersyjna dla wielu naukowców.
Loty stratosfery
Rozwój stratosfery rozpoczął się w latach 30. ubiegłego wieku. Dziś bojowe i naddźwiękowe samoloty komercyjne wznoszą się na wysokość 20 km. Balony meteorologiczne sięgają 40 km nad poziomem morza. Rekordowa wysokość osiągnięta przez bezzałogowy balon wynosi 51,8 km.
Miłośnicy sportów ekstremalnych stopniowo opanowują tę część powłoki powietrznej. W 2012 roku austriacki spadochroniarz Felix Baumgartner wykonał skok ze stratosfery z wysokości prawie 39 km. Pokonawszy barierę dźwięku podczas lotu, wylądował bezpiecznie. Rekord Baumgartnera pobił wiceprezes Google Alan Eustace. W 15 minut poleciał, również osiągając prędkość dźwięku, 40 km.
Tak więc dzisiaj stratosfera jestbardziej eksplorowaną warstwę atmosfery niż na początku ubiegłego wieku. Jednak przyszłość warstwy ozonowej, bez której życie na Ziemi nie powstałoby, wciąż nie jest bardzo jasna. Podczas gdy kraje ograniczają produkcję freonu, niektórzy naukowcy twierdzą, że nie przyniesie to większych korzyści, przynajmniej w takim tempie, podczas gdy inni twierdzą, że nie jest to wcale konieczne, ponieważ większość szkodliwych substancji powstaje w sposób naturalny. Kto ma rację - czas osądzi.
