- Karakteristik stratosfer
- Lokasi
- Struktur
- Komposisi kimia
- Suhu
- Pembentukan ozon
- fitur
- Penghancuran lapisan ozon
- Senyawa CFC
- Nitrogen oksida
- Penipisan dan lubang pada lapisan ozon
- Perjanjian internasional tentang pembatasan penggunaan CFC
- Mengapa pesawat tidak terbang di stratosfer?
- Pesawat itu
- Mengapa tekanan kabin diperlukan?
- Penerbangan di stratosfer, pesawat supersonik
- Kekurangan pesawat supersonik berkembang hingga saat ini
- Referensi
The stratosfer merupakan salah satu lapisan atmosfer bumi, terletak antara troposfer dan mesosfer. Ketinggian batas bawah stratosfer bervariasi, tetapi dapat diambil 10 km untuk garis lintang tengah planet ini. Batas atasnya adalah ketinggian 50 km di atas permukaan bumi.
Atmosfer bumi adalah selubung gas yang mengelilingi planet. Menurut komposisi kimianya dan variasi suhu, itu dibagi menjadi 5 lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer.
Gambar 1. Stratosfer dilihat dari luar angkasa. Sumber: NOSA Galician Space Agency
Troposfer memanjang dari permukaan bumi hingga setinggi 10 km. Lapisan berikutnya, stratosfer, berkisar antara 10 km hingga 50 km di atas permukaan bumi.
Tinggi mesosfer berkisar dari 50 km hingga 80 km. Termosfer dari 80 km hingga 500 km, dan akhirnya eksosfer memanjang dari ketinggian 500 km hingga 10.000 km, menjadi batas ruang antarplanet.
Karakteristik stratosfer
Lokasi
Stratosfer terletak di antara troposfer dan mesosfer. Batas bawah lapisan ini bervariasi dengan garis lintang atau jarak dari garis ekuator bumi.
Di kutub planet, stratosfer dimulai antara 6 dan 10 km di atas permukaan bumi. Di ekuator itu dimulai antara ketinggian 16 dan 20 km. Batas atasnya adalah 50 km di atas permukaan bumi.
Struktur
Stratosfer memiliki struktur berlapisnya sendiri, yang ditentukan oleh suhu: lapisan dingin berada di bawah, dan lapisan panas berada di atas.
Selain itu, stratosfer memiliki lapisan yang memiliki konsentrasi ozon yang tinggi, yang disebut lapisan ozon atau ozonosfer, yaitu antara 30 hingga 60 km di atas permukaan bumi.
Komposisi kimia
Senyawa kimia terpenting di stratosfer adalah ozon. 85 hingga 90% dari total ozon yang ada di atmosfer bumi ditemukan di stratosfer.
Ozon terbentuk di stratosfer melalui reaksi fotokimia (reaksi kimia di mana cahaya mengintervensi) yang dialami oksigen. Sebagian besar gas di stratosfer masuk dari troposfer.
Stratosfer mengandung ozon (O 3 ), nitrogen (N 2 ), oksigen (O 2 ), nitrogen oksida, asam nitrat (HNO 3 ), asam sulfat (H 2 SO 4 ), silikat dan senyawa halogenasi, seperti klorofluorokarbon. Beberapa zat tersebut berasal dari letusan gunung berapi. Konsentrasi uap air (H 2 O dalam bentuk gas) di stratosfer sangat rendah.
Di stratosfer, pencampuran gas vertikal sangat lambat dan praktis nihil, karena tidak adanya turbulensi. Karena alasan ini, bahan kimia dan bahan lain yang masuk ke lapisan ini tetap berada di dalamnya untuk waktu yang lama.
Suhu
Suhu di stratosfer menunjukkan perilaku yang berlawanan dengan suhu di troposfer. Di lapisan ini suhu meningkat dengan ketinggian.
Peningkatan suhu ini disebabkan terjadinya reaksi kimia yang melepaskan panas, dimana ozon (O 3 ) ikut campur . Ada cukup banyak ozon di stratosfer, yang menyerap radiasi ultraviolet berenergi tinggi dari Matahari.
Stratosfer adalah lapisan yang stabil, tanpa turbulensi gas untuk bercampur. Udara dingin dan padat di bagian bawah dan di bagian atas hangat dan ringan.
Pembentukan ozon
Di stratosfer, molekul oksigen (O 2 ) terdisosiasi oleh efek radiasi ultraviolet (UV) dari Matahari:
O 2 + CAHAYA UV → O + O
Atom oksigen (O) sangat reaktif dan bereaksi dengan molekul oksigen (O 2 ) untuk membentuk ozon (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + Panas
Dalam proses ini panas dilepaskan (reaksi eksotermik). Reaksi kimia ini merupakan sumber panas di stratosfer dan menyebabkan suhu tinggi di lapisan atas.
fitur
Stratosfer memenuhi fungsi pelindung semua bentuk kehidupan yang ada di planet Bumi. Lapisan ozon mencegah radiasi ultraviolet (UV) berenergi tinggi mencapai permukaan bumi.
Ozon menyerap sinar ultraviolet dan terurai menjadi oksigen atom (O) dan oksigen molekuler (O 2 ), seperti yang ditunjukkan oleh reaksi kimia berikut:
O 3 + CAHAYA UV → O + O 2
Di stratosfer, proses pembentukan dan penghancuran ozon berada dalam kesetimbangan yang mempertahankan konsentrasinya yang konstan.
Dengan cara ini lapisan ozon bekerja sebagai pelindung dari radiasi UV yang merupakan penyebab mutasi genetik, kanker kulit, perusakan tanaman dan tanaman secara umum.
Penghancuran lapisan ozon
Senyawa CFC
Sejak tahun 1970-an, para peneliti telah menyatakan keprihatinan yang besar tentang efek merusak dari chlorofluorocarbons (CFC) pada lapisan ozon.
Pada tahun 1930, penggunaan senyawa klorofluorokarbon yang secara komersial disebut freon diperkenalkan. Diantaranya adalah CFCl 3 (Freon 11), CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) dan C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114). Senyawa ini mudah dimampatkan, relatif tidak reaktif, dan tidak mudah terbakar.
Mereka mulai digunakan sebagai zat pendingin di AC dan lemari es, menggantikan amonia (NH 3 ) dan sulfur dioksida cair (SO 2 ) (sangat beracun).
Selanjutnya, CFC telah digunakan dalam jumlah besar dalam pembuatan barang plastik sekali pakai, sebagai propelan untuk produk komersial dalam bentuk aerosol dalam kaleng, dan sebagai pelarut pembersih untuk kartu perangkat elektronik.
Penggunaan CFC dalam jumlah besar secara luas telah menciptakan masalah lingkungan yang serius, karena CFC yang digunakan di industri dan penggunaan refrigeran dibuang ke atmosfer.
Di atmosfer, senyawa ini perlahan berdifusi ke stratosfer; di lapisan ini mereka mengalami dekomposisi akibat efek radiasi UV:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
Atom klorin bereaksi sangat mudah dengan ozon dan menghancurkannya:
Cl + O 3 → ClO + O 2
Sebuah atom klorin dapat menghancurkan lebih dari 100.000 molekul ozon.
Nitrogen oksida
Nitrogen oksida NO dan NO 2 bereaksi untuk menghancurkan ozon. Keberadaan nitrogen oksida ini di stratosfer disebabkan oleh gas yang dikeluarkan oleh mesin pesawat supersonik, emisi dari aktivitas manusia di Bumi, dan aktivitas vulkanik.
Penipisan dan lubang pada lapisan ozon
Pada 1980-an ditemukan bahwa telah terbentuk lubang di lapisan ozon di atas wilayah Kutub Selatan. Di daerah ini jumlah ozon telah berkurang setengahnya.
Ditemukan juga bahwa di atas Kutub Utara dan di seluruh stratosfer, lapisan pelindung ozon telah menipis, artinya, lebarnya berkurang karena jumlah ozon telah menurun drastis.
Hilangnya ozon di stratosfer memiliki konsekuensi serius bagi kehidupan di planet ini, dan beberapa negara telah menerima bahwa pengurangan drastis atau penghapusan total penggunaan CFC perlu dan mendesak.
Perjanjian internasional tentang pembatasan penggunaan CFC
Pada tahun 1978 banyak negara melarang penggunaan CFC sebagai propelan dalam produk aerosol komersial. Pada tahun 1987, sebagian besar negara industri menandatangani apa yang disebut Protokol Montreal, sebuah perjanjian internasional di mana tujuan ditetapkan untuk pengurangan bertahap manufaktur CFC dan penghapusan totalnya pada tahun 2000.
Beberapa negara telah gagal untuk mematuhi Protokol Montreal, karena pengurangan dan penghapusan CFC akan mempengaruhi ekonomi mereka, menempatkan kepentingan ekonomi di atas pelestarian kehidupan di planet Bumi.
Mengapa pesawat tidak terbang di stratosfer?
Selama penerbangan pesawat, ada 4 gaya dasar yang bekerja: angkat, berat pesawat, tarikan, dan dorong.
Angkat adalah gaya yang menopang pesawat dan mendorongnya ke atas; semakin tinggi massa jenis udara, semakin besar daya angkatnya. Berat, di sisi lain, adalah gaya yang digunakan gravitasi bumi untuk menarik bidang menuju pusat bumi.
Resistensi adalah gaya yang memperlambat atau mencegah pesawat bergerak maju. Gaya hambatan ini bekerja berlawanan arah dengan lintasan pesawat.
Gaya dorong adalah gaya yang menggerakkan pesawat ke depan. Seperti yang bisa kita lihat, dorong dan angkat terbang; berat dan hambatan bertindak untuk merugikan penerbangan pesawat.
Pesawat itu
Pesawat komersial dan sipil pada jarak pendek terbang kira-kira 10.000 meter di atas permukaan laut, yaitu di batas atas troposfer.
Semua pesawat membutuhkan tekanan kabin, yang terdiri dari pemompaan udara tekan ke dalam kabin pesawat.
Mengapa tekanan kabin diperlukan?
Saat pesawat naik ke ketinggian yang lebih tinggi, tekanan atmosfer eksternal menurun dan kandungan oksigen juga berkurang.
Jika udara bertekanan tidak dialirkan ke kabin, penumpang akan menderita hipoksia (atau mabuk gunung), dengan gejala seperti kelelahan, pusing, sakit kepala, dan kehilangan kesadaran karena kekurangan oksigen.
Jika terjadi kegagalan pasokan udara bertekanan ke kabin atau dekompresi, keadaan darurat akan muncul di mana pesawat harus segera turun, dan semua penumpangnya harus memakai masker oksigen.
Penerbangan di stratosfer, pesawat supersonik
Pada ketinggian lebih dari 10.000 meter, di stratosfer, kerapatan lapisan gas lebih rendah, dan oleh karena itu gaya angkat yang mendukung penerbangan juga lebih rendah.
Di sisi lain, pada ketinggian ini kandungan oksigen (O 2 ) di udara lebih rendah, dan ini diperlukan baik untuk pembakaran bahan bakar diesel yang membuat mesin pesawat bekerja, dan untuk tekanan yang efektif di dalam kabin.
Pada ketinggian lebih dari 10.000 meter di atas permukaan bumi, pesawat harus melaju dengan kecepatan sangat tinggi, yang disebut supersonik, mencapai lebih dari 1.225 km / jam di permukaan laut.
Gambar 2. Pesawat komersial supersonik Concorde. Sumber: Eduard Marmet
Kekurangan pesawat supersonik berkembang hingga saat ini
Penerbangan supersonik menghasilkan apa yang disebut ledakan sonik, yang merupakan suara yang sangat keras mirip dengan guntur. Suara-suara ini berdampak negatif pada hewan dan manusia.
Selain itu, pesawat supersonik ini perlu menggunakan lebih banyak bahan bakar, sehingga menghasilkan lebih banyak polutan udara daripada pesawat yang terbang di ketinggian yang lebih rendah.
Pesawat supersonik membutuhkan mesin yang jauh lebih kuat dan bahan khusus yang mahal untuk diproduksi. Penerbangan komersial sangat mahal secara ekonomi sehingga implementasinya tidak menguntungkan.
Referensi
- SM, Hegglin, MI, Fujiwara, M., Dragani, R., Harada, Y et all. (2017). Penilaian uap air troposfer dan stratosfer atas dan ozon di analisis ulang sebagai bagian dari S-RIP. Kimia dan Fisika Atmosfer. 17: 12743-12778. doi: 10.5194 / acp-17-12743-2017
- Hoshi, K., Ukita, J., Honda, M. Nakamura, T., Yamazaki, K. dkk. (2019). Peristiwa Pusaran Kutub Stratosfer Lemah Dimodulasi oleh Laut Arktik - Hilangnya Es. Jurnal Penelitian Geofisika: Atmosfer. 124 (2): 858-869. doi: 10.1029 / 2018JD029222
- Iqbal, W., Hannachi, A., Hirooka, T., Chafik, L., Harada, Y. dkk. (2019). Kopling Dinamis Troposfer-Stratosfer Terkait Variabilitas Jet Didorong Eddy Atlantik Utara. Badan Sains dan Teknologi Jepang. doi: 10.2151 / jmsj.2019-037
- Kidston, J., Scaife, AA, Hardiman, SC, Mitchell, DM, Butchart, N. dkk. (2015). Pengaruh stratosfer pada aliran jet troposfer, jejak badai, dan cuaca permukaan. Sifat 8: 433-440.
- Stohl, A., Bonasoni P., Cristofanelli, P., Collins, W., Feichter J. dkk. (2003). Stratosphere - pertukaran troposfer: Sebuah tinjauan, dan apa yang telah kami pelajari dari STACCATO. Jurnal Penelitian Geofisika: Atmosfer. 108 (D12). doi: 10.1029 / 2002jD002490
- Rowland FS (2009) Penipisan Ozon Stratosfer. Dalam: Zerefos C., Contopoulos G., Skalkeas G. (eds) Dua Puluh Tahun Penurunan Ozon. Peloncat. doi: 10.1007 / 978-90-481-2469-5_5