Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тропосферадан жоғары атмосфераның қабаты.
Layer of the atmosphere above the troposphere
Стратосфера – Жер атмосферасының екінші қабаты, тропосферадан жоғары және мезосферадан төмен орналасқан. Стратосфера – температураның қабатталған қабаттарынан тұратын атмосфералық қабат, онда аспандағы биік қабаттардағы ауа жылы, ал Жердің планеталық бетіне жақын төменгі қабаттардағы ауа салқын болады. Температураның биіктікке қарай артуы – озон қабатының Күннің ультракүлгін (UV) сәулесін сіңіруінің нәтижесі. Бұл температура инверсиясы тропосферадан өзгеше, онда Жер бетіне жақын температура биіктікпен төмендейді. Тропосфера мен стратосфера арасында температура инверсиясының басталуын белгілейтін тропопауза шекарасы орналасқан. Экватор маңында стратосфераның төменгі жиегі шамамен , орта ендіктерде шамамен , ал полюстерде шамамен биіктікте жатыр. Стратосфера температурасы маусымдарға байланысты өзгереді, полярлық түнде (қыста) ең төмен температураға жетеді. Стратосферадағы желдер тропосферадағыдан әлдеқайда күшті болуы мүмкін, Оңтүстік полярлық маңайда шамамен жылдамдыққа жетеді.
The stratosphere ('/s//t//r//æ//t//ə/,/s//f//ɪər//, // //t//oʊ// /) is the second layer of the atmosphere of Earth, located above the troposphere and below the mesosphere. The stratosphere is an atmospheric layer composed of stratified temperature layers, with the warm layers of air high in the sky and the cool layers of air in the low sky, close to the planetary surface of the Earth. The increase of temperature with altitude is a result of the absorption of the Sun's ultraviolet (UV) radiation by the ozone layer. The temperature inversion is in contrast to the troposphere, and near the Earth's surface, where temperature decreases with altitude. Between the troposphere and stratosphere is the tropopause border that demarcates the beginning of the temperature inversion. Near the equator, the lower edge of the stratosphere is as high as , at midlatitudes around , and at the poles about Stratospheric temperatures also vary within the stratosphere as the seasons change, reaching particularly low temperatures in the polar night (winter). Winds in the stratosphere can far exceed those in the troposphere, reaching near in the Southern polar vortex.
Озон қабаты
Озон қабатының пайда болу механизмін британдық математик және геофизик Сидни Чепмен 1930 жылы сипаттады, бұл Чепмен циклі немесе озон-қысқылтек циклі деп аталады. Молекулалық оттегі 240 нм-ден қысқа толқын ұзындығындағы УФ-С аймағындағы жоғары энергиялы күн сәулесін сіңіреді. Гомолитикалық түрде бөлінген оттегі молекулаларынан түзілген радикалдар молекулалық оттегімен бірігіп озонды құрайды. Озон, өз кезегінде, молекулалық оттегіден әлдеқайда жылдам фотолизденеді, себебі оның күшті сіңіру қабілеті көбірек сәуле шығарылатын ұзақ толқын ұзындығында болады. Озонның (O3) фотолизі О және О2-ні жасайды. Оттегі атомының түзілген өнімі атмосфералық молекулалық оттегімен бірігіп, О3-ті қайта құрайды, соның салдарынан жылу шығарылады. Озонның жылдам фотолизі мен қайта құрылуы стратосфераны қыздырады, нәтижесінде температура инверсиясы пайда болады. Бұл температураның биіктікке қарай артуы стратосфераның ерекшелігі; тік араласуға қарсы тұруы оның қабатталғандығын көрсетеді. Стратосферада температура биіктікпен бірге артады (температура инверсиясын қараңыз); стратосфераның жоғарғы бөлігінде температура шамамен 270 К (-3°C немесе 26.6°F) құрайды. Бұл вертикальді қабатталу, яғни жоғарыдағы жылы және төмендегі салқын қабаттар, стратосфераны динамикалық тұрақты етеді: атмосфераның бұл бөлігінде тұрақты конвекция және оған байланысты турбуленттілік байқалмайды. Дегенмен, өте жоғары энергиялы конвекциялық процестер, мысалы, жанартаудың атқылау жоталары және күшті суперклеткалық дауылдардың жоғары соққылары, конвекцияны стратосфераға жергілікті және уақытша түрде жеткізуі мүмкін. Жалпы, озон қабатының ДНК-ға зиян келтіретін толқын ұзындығындағы күннің ультракөк сәулесін жұмсартуы мұхиттан тыс планета бетінде тіршілікке мүмкіндік береді. Стратосфераға кіретін барлық ауа тропопаузадан өтуі керек, ол тропосфера мен стратосфераны бөлетін ең төменгі температуралық деңгей. Көтерілген ауа тіпті мұздай құрғатылады; стратосфера өте құрғақ орын. Стратосфераның жоғарғы шегі стратопауза деп аталады, одан жоғары температура биіктікпен төмендейді.
The mechanism describing the formation of the ozone layer was described by British mathematician and geophysicist Sydney Chapman in 1930, and is known as the Chapman cycle or ozone–oxygen cycle. Molecular oxygen absorbs high energy sunlight in the UV C region, at wavelengths shorter than about 240 nm. Radicals produced from the homolytically split oxygen molecules combine with molecular oxygen to form ozone. Ozone in turn is photolysed much more rapidly than molecular oxygen as it has a stronger absorption that occurs at longer wavelengths, where the solar emission is more intense. Ozone (O3) photolysis produces O and O2. The oxygen atom product combines with atmospheric molecular oxygen to reform O3, releasing heat. The rapid photolysis and reformation of ozone heat the stratosphere, resulting in a temperature inversion. This increase of temperature with altitude is characteristic of the stratosphere; its resistance to vertical mixing means that it is stratified. Within the stratosphere temperatures increase with altitude (see temperature inversion); the top of the stratosphere has a temperature of about 270 K (−3°C or 26.6°F). This vertical stratification, with warmer layers above and cooler layers below, makes the stratosphere dynamically stable: there is no regular convection and associated turbulence in this part of the atmosphere. However, exceptionally energetic convection processes, such as volcanic eruption columns and overshooting tops in severe supercell thunderstorms, may carry convection into the stratosphere on a very local and temporary basis. Overall, the attenuation of solar UV at wavelengths that damage DNA by the ozone layer allows life to exist on the surface of the planet outside of the ocean. All air entering the stratosphere must pass through the tropopause, the temperature minimum that divides the troposphere and stratosphere. The rising air is literally freeze dried; the stratosphere is a very dry place. The top of the stratosphere is called the stratopause, above which the temperature decreases with height.
Құрылу және жойылу
Сидни Чэпман стратосфералық озонның пайда болу көзі және стратосферада жылу тудыру қабілеті туралы дұрыс сипаттама берді; ол сондай-ақ озон атомдық оттегімен әрекеттесіп, молекулалық оттегінің екі молекуласын құрастырып, жойылуы мүмкін деп жазды. Қазір біз озонның жоғалуының қосымша механизмдері бар екенін және бұл механизмдер катализдік болып табылатынын білеміз, яғни катализатордың шағын мөлшері көптеген озон молекулаларын жоя алады. Біріншісі – гидроксил радикалдарының (•OH) озонмен әрекеттесуінен туындайды. •OH озонның фотолизінен пайда болатын электрлік күйіндегі оттегі атомдарының су буымен реакциясынан түзіледі. Стратосфера құрғақ болғанымен, метанның (CH4) фотохимиялық тотығуы нәтижесінде қосымша су буы пайда болады. ОН-мен О3 реакциясынан түзілген HO2 радикалы, оттегі атомдарымен немесе озонмен реакция арқылы қайта ОН-ға айналады. Сонымен қатар, күндегі протондық шаралар радиолиз арқылы озон деңгейіне елеулі әсер ете алады, одан кейін ОН түзіледі. Азот оксиді (N2O) жер бетіндегі биологиялық белсенділіктен пайда болады және стратосферада NO-ға тотығады; NOx радикалдық циклдері деп аталатын бұл процестер де стратосфералық озонды азайтады. Ақырында, хлорфторкарбон молекулалары стратосферада фотолизденіп, озонмен әрекеттесіп ClO және O2 түзетін хлор атомдарын бөліп шығарады. Хлор атомдары жоғарғы стратосферада ClO-ның О-мен немесе Антарктида озон қабатының химиясында ClO-ның өзімен реакцияласуы арқылы қайта пайда болады. Пол Дж. Крутцен, Марио Дж. Молина және Ф. Шервуд Роуленд 1995 жылы стратосфералық озонның қалыптасуы мен ыдырауын сипаттаған жұмыстары үшін химия саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды.
Sydney Chapman gave a correct description of the source of stratospheric ozone and its ability to generate heat within the stratosphere; he also wrote that ozone may be destroyed by reacting with atomic oxygen, making two molecules of molecular oxygen. We now know that there are additional ozone loss mechanisms and that these mechanisms are catalytic, meaning that a small amount of the catalyst can destroy a great number of ozone molecules. The first is due to the reaction of hydroxyl radicals (•OH) with ozone. •OH is formed by the reaction of electrically excited oxygen atoms produced by ozone photolysis, with water vapor. While the stratosphere is dry, additional water vapor is produced in situ by the photochemical oxidation of methane (CH4). The HO2 radical produced by the reaction of OH with O3 is recycled to OH by reaction with oxygen atoms or ozone. In addition, solar proton events can significantly affect ozone levels via radiolysis with the subsequent formation of OH. Nitrous oxide (N2O) is produced by biological activity at the surface and is oxidised to NO in the stratosphere; the so called NOx radical cycles also deplete stratospheric ozone. Finally, chlorofluorocarbon molecules are photolysed in the stratosphere releasing chlorine atoms that react with ozone giving ClO and O2. The chlorine atoms are recycled when ClO reacts with O in the upper stratosphere, or when ClO reacts with itself in the chemistry of the Antarctic ozone hole. Paul J. Crutzen, Mario J. Molina and F. Sherwood Rowland were awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1995 for their work describing the formation and decomposition of stratospheric ozone.
Ұшақ ұшуы
Коммерциялық авиалайнерлер әдетте 11-12 километр биіктікте ұшады, бұл - орташа ендіктерде стратосфераның төменгі қабатында. Бұл отын тиімділігін оңтайландырады, негізінен тропопаузаға жақын жердегі төмен температура мен ауаның төмен тығыздығының арқасында, бұл ұшақ корпусындағы паразиттік қарсылықты азайтады. Басқаша айтқанда, бұл авиалайнерге ұшақтың салмағына тең көтерілуді сақтай отырып, жылдам ұшуға мүмкіндік береді. (Отын тұтынуы қарсылыққа байланысты, ал қарсылық көтерілуге қатынас арқылы анықталады.) Сондай-ақ, бұл ұшақтың тропосферадағы дауылды ауа-райынан жоғары ұшуына мүмкіндік береді. Конкорд ұшағы шамамен 60000 фут (18288 м) биіктікте 2 Мах жылдамдығымен, ал SR 71 ұшағы 85000 фут (25908 м) биіктікте 3 Мах жылдамдығымен ұшқан, екеуі де стратосферада болды. Тропопауза мен төменгі стратосферадағы температура биіктік артқан сайын тұрақты болып қалатындықтан, онда конвекция және оның салдарынан туындайтын турбуленттілік өте аз болады. Бұл биіктіктегі турбуленттіліктің көп бөлігі реактивті ағым мен басқа да жергілікті желдің өзгеруінен туындайды, бірақ төменгі тропосферадағы күшті конвективті белсенділік (дауылдар) аймақтары конвективті асып кету нәтижесінде турбуленттілік тудыруы мүмкін. 2014 жылдың 24 қазанында Алан Юстас адаммен ұшқан әуе шарымен 135,890 фут (41419 м) биіктік рекордын жаңартты. Юстас сонымен қатар 1321 км/сағ (822 миль/сағ) ең жоғары жылдамдықпен және 4 минут 27 секундқа созылған 123,414 фут (37617 м) жалпы еркін құлау қашықтығымен тік жылдамдықты парашютпен секіру бойынша әлемдік рекордын жаңартты.
Commercial airliners typically cruise at altitudes of which is in the lower reaches of the stratosphere in temperate latitudes. This optimizes fuel efficiency, mostly due to the low temperatures encountered near the tropopause and low air density, reducing parasitic drag on the airframe. Stated another way, it allows the airliner to fly faster while maintaining lift equal to the weight of the plane. (The fuel consumption depends on the drag, which is related to the lift by the lift to drag ratio.) It also allows the airplane to stay above the turbulent weather of the troposphere. The Concorde aircraft cruised at Mach 2 at about 60000 feet (18288 m), and the SR 71 cruised at Mach 3 at 85000 feet (25908 m), all within the stratosphere. Because the temperature in the tropopause and lower stratosphere is largely constant with increasing altitude, very little convection and its resultant turbulence occurs there. Most turbulence at this altitude is caused by variations in the jet stream and other local wind shears, although areas of significant convective activity (thunderstorms) in the troposphere below may produce turbulence as a result of convective overshoot. On October 24, 2014, Alan Eustace became the record holder for reaching the altitude record for a manned balloon at 135,890 feet (41419 m). Eustace also broke the world records for vertical speed skydiving, reached with a peak velocity of 1,321 km/h (822 mph) and total freefall distance of 123,414 feet (37617 m) – lasting four minutes and 27 seconds.
Айналым және араластыру
Стратосфера – радиациялық, динамикалық және химиялық процестердің қарқынды өзара әрекеттесу аймағы, онда газ тәрізді компоненттердің көлденең араласуы тік араласудан әлдеқайда жылдам жүреді. Стратосфераның жалпы айналымы Брюер-Добсон айналымы деп аталады, ол тропиктерден полюстерге дейін созылатын, тропикалық тропосферадан ауаның жоғары көтерілуінен және қоңыржай ендіктерде ауаның төмен түсуінен тұратын бір жасушалы айналым болып табылады. Стратосфералық айналым негізінен толқындық айналым болып табылады, онда тропикалық көтерілу батысқа қарай таралатын Россби толқындарының толқындық күшімен шақырылады, бұл құбылыс Россби толқынының сорғысы деп аталады. Стратосфералық айналымның ерекше ерекшелігі – тропикалық ендіктердегі жартылай екі жылдық тербеліс (QBO), ол тропосферада конвекциялық түрде пайда болатын гравитациялық толқындармен қозғалады. QBO озон немесе су буы сияқты іздеушілердің (tracer) жаһандық стратосфералық тасымалы үшін маңызды екінші айналымды тудырады. Стратосфералық айналымға маңызды әсер ететін тағы бір ірі масштабты ерекшелік – планеталық толқындардың бұзылуы, нәтижесінде ортаңғы ендіктерде қарқынды дерлік көлденең араласу пайда болады. Бұл бұзылу қысқы жартышарда айқын байқалады, бұл аймақ серф аймағы деп аталады. Бұл бұзылу вертикальды таралатын планеталық толқындар мен полярлық вортекс деп аталатын оқшауланған жоғары потенциалдық вортицитет аймағы арасындағы жоғары бейсызық өзара әрекеттесуге байланысты. Нәтижесіндегі бұзылу ортаңғы ендіктердегі серф аймағында ауа мен басқа да іздеуші газдардың кең ауқымды араласуына әкеледі. Бұл жылдам араласудың уақыт шкаласы тропиктердегі көтерілудің және қоңыржай ендіктердегі төмен түсудің әлдеқайда баяу уақыт шкалаларынан әлдеқайда кішідірек. Солтүстік жартышардың қысында, стратосферада Россби толқындарын жұту нәтижесінде болатын кенеттен стратосфералық жылыну, шамамен жартылай қыстарда, стратосферада шығыстан соққан желдің пайда болуы кезінде байқалады. Бұл құбылыстар көбінесе ерекше қысқы ауа райына дейін болады және тіпті 1960 жылдардағы Еуропаның суық қыстарындағы себепкер болуы мүмкін. Полярлық вортекске стратосфералық жылыну оның әлсіреуіне әкеледі. Вортекс күшті болғанда, ол Арктикадағы суық, жоғары қысымды ауа массаларын ұстап тұрады; вортекс әлсірегенде, ауа массалары экваторға қарай жылжып, ортаңғы ендіктерде ауа райының күрт өзгеруіне әкеледі.
The stratosphere is a region of intense interactions among radiative, dynamical, and chemical processes, in which the horizontal mixing of gaseous components proceeds much more rapidly than does vertical mixing. The overall circulation of the stratosphere is termed as Brewer Dobson circulation, which is a single celled circulation, spanning from the tropics up to the poles, consisting of the tropical upwelling of air from the tropical troposphere and the extra tropical downwelling of air. Stratospheric circulation is a predominantly wave driven circulation in that the tropical upwelling is induced by the wave force by the westward propagating Rossby waves, in a phenomenon called Rossby wave pumping. An interesting feature of stratospheric circulation is the quasi biennial oscillation (QBO) in the tropical latitudes, which is driven by gravity waves that are convectively generated in the troposphere. The QBO induces a secondary circulation that is important for the global stratospheric transport of tracers, such as ozone or water vapor. Another large scale feature that significantly influences stratospheric circulation is the breaking planetary waves resulting in intense quasi horizontal mixing in the midlatitudes. This breaking is much more pronounced in the winter hemisphere where this region is called the surf zone. This breaking is caused due to a highly non linear interaction between the vertically propagating planetary waves and the isolated high potential vorticity region known as the polar vortex. The resultant breaking causes large scale mixing of air and other trace gases throughout the midlatitude surf zone. The timescale of this rapid mixing is much smaller than the much slower timescales of upwelling in the tropics and downwelling in the extratropics. During northern hemispheric winters, sudden stratospheric warmings, caused by the absorption of Rossby waves in the stratosphere, can be observed in approximately half of winters when easterly winds develop in the stratosphere. These events often precede unusual winter weather and may even be responsible for the cold European winters of the 1960s. Stratospheric warming of the polar vortex results in its weakening. When the vortex is strong, it keeps the cold, high pressure air masses contained in the Arctic; when the vortex weakens, air masses move equatorward, and results in rapid changes of weather in the mid latitudes.
Атмосфераның жоғарғы бөлігіндегі найзағай
Жоғарғы атмосферадағы найзағайлар – қалыпты найзағайлар мен дауылды бұлттардың биіктігінен әлдеқайда жоғарыда болатын, қысқа мерзімді электрлік үзіліс құбылыстарының бір тобы. Жоғарғы атмосферадағы найзағайлар жарық плазманың электрлік түрлері деп саналады. Тропосферадан асып, стратосфераға жететін найзағай "көк шоқ" деп, ал мезосфераға жететін найзағай "қызыл жандырғыш" деп аталады.
Upper atmospheric lightning is a family of short lived electrical breakdown phenomena that occur well above the altitudes of normal lightning and storm clouds. Upper atmospheric lightning is believed to be electrically induced forms of luminous plasma. Lightning extending above the troposphere into the stratosphere is referred to as blue jet, and that reaching into the mesosphere as red sprite.
Бактериялар
Бактериялық өмір стратосферада сақталады, осылайша ол биосфераның құрамына кіреді. 2001 жылы жоғары қабаттағы ауа шарындағы эксперимент барысында 41 километр биіктікте шаң жиналды және зертханада зерттелгенде бактериялық материал қамтылғандығы анықталды.
Bacterial life survives in the stratosphere, making it a part of the biosphere. In 2001, dust was collected at a height of 41 kilometres in a high altitude balloon experiment and was found to contain bacterial material when examined later in the laboratory.
Құстар
Кейбір құс түрлерінің тропосфераның жоғарғы деңгейлерінде ұшатыны хабарланды. 1973 жылғы 29 қарашада Кот-д'Ивуар үстінде 37000 фут (11278 м) биіктікте Рюппелл құсқарсығы (Gyps rueppelli) реактивті қозғалтқышқа жұтылды. Бар басқан қаздар (Anser indicus) кейде Эверест тауының үстінен көшіп өтеді, оның шыңы .
Some bird species have been reported to fly at the upper levels of the troposphere. On November 29, 1973, a Rüppell's vulture (Gyps rueppelli) was ingested into a jet engine 37000 feet (11278 m) above the Ivory Coast. Bar headed geese (Anser indicus) sometimes migrate over Mount Everest, whose summit is .