pondelok, 17. februára 2014

Stratosféra nás chráni pred UV-žiarením, ale aj stratou vody

... ale aj k tomu, prečo sa stratosféra ochladzuje

Zemská atmosféra sa vo vertikálnom smere člení na päť základných vrstiev, pričom v dvoch najspodnejších, troposfére a stratosfére, sa sústreďuje viac ako 99 % všetkej hmoty vzduchového obalu Zeme. Práve tieto dve vzduchové vrstvy, navzájom oddelené pomerne výraznou teplotnou hranicou (tropopauza), ovplyvňujú náš život asi najzásadnejšie. Zatiaľ čo v troposfére vznikajú všetky procesy a deje, ktoré súvisia s počasím a klímou a chemické zloženie je tu viac-menej rovnaké vo všetkých smeroch, stratosféra predstavuje diametrálne odlišný svet. Chráni svoju nižšie ležiacu „susedku“ nie len pred zničujúcim pôsobením zhubného ultrafialového (UV) žiarenia, ale aj pred stratou drahocennej vody.


Obr. 1: Raketoplán Endeavour na nízkej obežnej dráhe okolo Zeme na pozadí s tromi najnižšími vrstvami zemskej atmosféry - oranžovo sfarbená je troposféra (sfarbenie je výsledkom rozptylu slnečného žiarenia na molekulách vodnej pary a časticiach prachu); nad ňou leží takmer biela stratosféra a potom modrá mezosféra (Zdroj: NASA)

Vlastný termín "stratosféra" sa odvodzuje od latinského slova stratus alebo stratum, čo znamená vrstva. Tento názov už ani nemôže byť výstižnejší. Stratosféra sa totiž na rozdiel od troposféry vyznačuje tým, že vzduch je tu vo vertikálnom smere usporiadaný do termodynamicky stabilných vrstiev, ktoré sa navzájom premiešavajú len minimálne (a ak vôbec, tak je to spôsobené najmä vynútenými výstupnými pohybmi vzduchu z troposféry, predovšetkým v oblasti rovníka). Vzduch sa v tejto vrstve pohybuje najmä v horizontálnom smere, pričom prevažuje pohyb smerom od rovníka k pólom.

Ďalšou charakteristickou črtou stratosféry je to, že v nej teplota vzduchu s rastúcou výškou neklesá. V porovnaní s troposférou, hlavne jej horným okrajom vo výške 7 až 18 km, kde teploty klesajú až k -55 °C v miernych šírkach a k -80 °C v blízkosti rovníka, stratosféra sa javí ako relatívne teplejšia vrstva. V dôsledku tejto teplotnej izotermii inverzii (teplota s výškou sa nemení alebo rastie, to znamená, že nad chladnejšou vrstvou leží teplejšia; poznámka – k podobnej situácii dochádza u nás v zime pri ranných hmlách a inverziách) stratosféra blokuje akékoľvek ďalšie výstupné pohyby vzduchu z troposféry. V praxi to znamená napríklad aj to, že letné búrky, vznikajúce ako priamy dôsledok zohrievania zemského povrchu slnečným žiarením a teda aj existencie výstupných pohybov vzduchu v troposfére, by v podmienkach neexistujúcej stratosféry rástli nekontrolovateľne do výšky desiatok kilometrov a Zem by takto pravdepodobne prišla v priebehu niekoľkých stoviek tisíc až miliónov rokov o takmer všetku vodu sústredenú na zemskom povrchu.


Obr. 2: Vertikálny profil stratosféry (Zdroj: Wikipedia)

Zatiaľ sme sa ale nezmienili, prečo je stratosféra teplotne takto odlišná od troposféry. Príčina je jednoduchá – je ňou prítomnosť ozónu. Ten nielenže pohlcuje UV žiarenie a chráni tak zemský povrch pred jeho nebezpečným pôsobením, ale uplatňuje sa aj ako silný skleníkový plyn. Teplo šíriace sa z nižších vrstiev atmosféry a tiež teplo vznikajúce pri absorpcii UV žiarenia molekuly ozónu pohlcujú a takto zahriate ohrievajú vzduch vo svojom okolí. Vo výškach okolo 27 až 35 km tak dosahujú teploty vzduchu až 10 °C, čo je v porovnaní s teplotou v hornej troposfére rozdiel priam kolosálny.


Obr. 3: Mesačné odchýlky priemernej stratosférickej teploty v období rokov 1979-2012 [v K] v štyroch vertikálnych vrstvách podľa pozorovaní NOAA (červená), Met Office (modrá) a RSS (zelená) a podľa výstupov modelov CCM (Coupled Chemistry Climate Model; Zdroj)

Stratosféra však podobne ako troposféra podlieha zásadným teplotným zmenám. V dôsledku nie len výraznej redukcie ozónu v oblasti oboch zemských pólov v posledných 30 rokoch, ale aj stále silnejšieho skleníkového efektu troposféry, teplota v stratosfére klesá, a to dosť podstatne. Za posledných 30 rokov sa napríklad spodná stratosféra ochladzovala o približne 0,5 až 0,7 °C za desaťročie (prízemná troposféra sa naopak otepľovala o 0,2-0,4 °C). Ako vidieť aj na Obr. 3, pokles teploty je vo vyšších častiach stratosféry ešte výraznejší. V prospech tvrdenia, že za stratosférickým ochladzovaním možno vidieť hlavne silnejší skleníkový efekt planéty hovorí aj to, že k ochladzovaniu dochádza aj vo vrstvách ležiacich nad stratosférou. Napríklad v mezosfére (50-80 km nad povrchom) dosiahlo ochladzovanie v rovnakom období až o 5-10 °C (vo výškach okolo 350 km až o 17 °C). Ochladzovanie stratosféry v posledných troch dekádach je jedným z hlavných argumentov, ktoré podporujú teóriu o ľuďmi podmienenej klimatickej zmene.
 

Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...