|
|
 |
|
|
|
|
| |
|
|
|
Felső légkör
Alap |
A sztratoszféra összetétele
A legtöbb földfelszínről kibocsátott anyag nem éri el a sztratoszférát. Vagy a troposzférikus oxidánsok (OH, NO3, ózon) bontják szét, esetleg napfény hatására bekövetkező fotolitikus reakcióba lépnek, száraz vagy nedves ülepedéssel is kikerülhetnek a légkörből, vagy a hideg tropopauzában maradhatnak. A hőmérsékleti menet megváltozása miatt, a levegő lassan cserélődik a troposzféra és a sztratoszféra között. A troposzféra levegőjének függőleges kicserélődése óra- és nap időtartamba esik, míg a sztratoszférikus levegő összekeveredése hónapos- és éves időtartam.
|
|
|
|
|
|
Az egyik következmény az, hogy a vízgőz tartalom a sztratoszférában nagyon alacsony. A jellemző keverési arány (definícióját lásd alább) 2-6 ppm (2-6 molekula egy millió között) között változik, összehasonlítva az alsó troposzféra 1.000-40.000 ppm és a felső troposzféra 100 ppm-es keverési arányával. Ennek következtében a sztratoszférikus felhők nagyon ritkán alakulnak ki, és nagyon alacsony hőmérsékletet szükséges a jégkristályok képződéséhez. Ilyen feltétetlek elsődlegesen a poláris területek felett adottak, ahol a sztratoszférikus jégfelhők kialakulhatnak. A vízgőztartalom a sztratoszférában növekszik, például a légi közlekedés következtében, a hőmérséklet viszont csökken a troposzféra felmelegedése miatt. Ezért nem lehet kizárni, hogy a poláris sztratoszférikus felhők (PSC) kialakulása valószínűbbé válik.
|
|
 |
|
|
1. Poláris sztratoszférikus felhők Kiruna fölött / Svédország
forrás: MPI Heidelberg - teljes méret: 35 K
|
|
Szervetlen vegyületek a sztratoszférában
A sztratoszféra kémiáját az ózon irányítja. A teljes ózonmennyiség 85-90 %-a a sztratoszférában található. Ez a nyomgáz az oxigén fotolízise révén alakul ki a sztratoszférában. A fotolízis azt jelenti, hogy a napfény felbontja az O2 molekula kettős kötését. A legtöbb sztratoszférába kerülő gáz vagy a troposzférából származik, köszönhetően a hosszú légköri tartózkodási idejének (pl. dinitrogén oxid N2O, metán CH4, halogénezett szénhidrogének CFC stb.), vagy erős vulkánkitörések alkalmával kerül oda (kénvegyületek, aeroszolok). Ezért szervetlen vegyületek dominálnak a sztratoszféra összetételében: nitrogén oxidok, salétromsav, kénsav, ózon, halogének és halogének oxidok a CFC-k lebomlásából.
|
 |
|
|
2. Pinatubo kitörése, Fülöp-szigetek, 2001 júniusában.
Forrás: Cascades Volcano Observatory USGS fotó: Rick Hoblitt
|
|
|
Vulkánkitörések
Az erős vulkánkitörések nagymennyiségű gázt és részecskéket közvetlenül képesek a sztratoszférába juttatni. Ilyen gázok a halogének savjai mint a sósav HCl, hidrogénfluorid HF; vagy a kéndioxid SO2, ami kénsavvá oxidálódik H2SO4 (a felhők képződésének egyik alapvegyülete). A részecskék (főleg szervetlen anyagból, mint szilikátok, halogének sói és szulfátok) már elnyelhetik a sugárzást a sztratoszférában, és ezért a sztratoszféra átmeneti melegedését, és a troposzféra hűlését okozhatják. Ilyen hatások 1-2 évig is fennmaradhatnak, és a kitörés után az egész féltekén mérhetőek. Egy példa a Pinatubo vulkán kitörése 1991 júniusában.
|
A koncentráció és a keverési arány fogalma
A légkörben lévő anyagok mennyiségét kétféleképpen fejezhetjük ki, relatív és abszolút módon:
a) keverési arány = az összes levegőmolekulának hányad része az anyag. Ha 40 ózon molekula van 1 millió levegő molekulában, akkor a keverési arány 40 ppm (milliomod). Ez relatív.
b) koncentráció = adott térfogatban az anyag molekuláinak az össztömege. Ha 100 µg ózon van egy köbméter levegőbenben, akkor a koncentráció 100 µg / m3 Ez abszolút.
A légnyomás segítségével a két értéket egymásba tudjuk alakítani.
A nyomás a magassággal csökken, azaz minél magasabbra megyünk a sztratoszférában, annál kevesebb molekula található egy köbméternyi légrészben. Ez azt jelenti, hogyha az ózon abszolút tömege nem változik a magassággal, a relatív mennyisége növekszik.
Nagyon egyszerűen megmagyarázzuk ezt az alapelvet. Bizonyos légtérfogatban (világoskék doboz) adott számú levegőmolekula (kék) és adott számú ózon molekula (piros) van. A levegőmolekulák száma mindig csökken a magassággal. |
 |
|
|
3. (L1) bal oldalon feltesszük, hogy az ózon molekulák mennyisége [koncentráció = molekulák száma/térfogat = tömeg/térfogat, mértékegység pl.: molekula/m3, hPa, µg/m3] állandó marad a magassággal (piros háromszögek a függőleges metszeten). A levegőmolekulákhoz (kék körök) képest az ózon molekulák keverési aránya [zöld gyémántok, mértékegység pl. %, ppm, ppb, ppt] megnő (lásd lejjebb).
|
|
|
 |
|
|
3. (R1) Jobb oldalon feltesszük, hogy az ózon molekulák mennyisége párhuzamosan csökken a levegőmolekulákkal. A keverési arány (ózonmolekula/levegőmolekula) állandó marad végig a magassággal (zöld gyémántok): 8/40, 4/20, 2/10, 1/5 = 20%. De az ózon molekulák abszolút száma (piros háromszögek) csökken.
|
|
|
Melyik a valós? A jobboldali példa csak az ózon réteg tetején reális. A talajtól az alsó sztratoszféráig a bal oldali példa egy jó közelítést ad. A koncentráció közel azonos, de mivel a levegőréteg vékonyabbá válik, a keverési arány növekszik. Az alsó sztratoszférában még a koncentráció is növekszik (a lenti példában láthatod a növekedést 8-as faktorral).
|
|
|
|
Publikációkban láthatod a piros, vagy a zöld profilt vagy akár mindkettőt a sztratoszférikus ózonra vonatkozóan. De ne felejtsd el, hogy az ózon nem 1 az 5 levegőmolekula közül, hanem 1 az 1 millióból [1 ppm].
4. ábra. Bal oldalon: ózon profil, koncentráció és a keverési arány
forrás: IUP Bremen-től átvéve
|
Az oldalról:
Szerző: Dr. Elmar Uherek, MPI for Chemistry, Mainz
tudományos lektor: Dr. John Crowley, MPI for Chemistry, Mainz - 2004-05-04
pedagógiai lektor: Michael Seesing - Duisburgi Egyetem, Dr. Ellen K. Henriksen - Osloi Egyetem, Yvonne Schleicher - Erlangeni Egyetem-Nürnberg
utolsó frissítés: 2004-05-05
|
|
|
|
