- Caratteristiche della stratosfera
- Posizione
- Struttura
- Composizione chimica
- Temperatura
- Formazione di ozono
- Caratteristiche
- Distruzione dello strato di ozono
- Composti CFC
- Ossido d'azoto
- Assottigliamento e buchi nello strato di ozono
- Accordi internazionali sulla restrizione dell'uso dei CFC
- Perché gli aerei non volano nella stratosfera?
- Aerei che
- Perché è necessaria la pressurizzazione della cabina?
- Voli nella stratosfera, aerei supersonici
- Svantaggi degli aerei supersonici sviluppati fino ad oggi
- Riferimenti
La stratosfera è uno degli strati dell'atmosfera terrestre, situata tra la troposfera e la mesosfera. L'altitudine del limite inferiore della stratosfera varia, ma può essere presa come 10 km per le medie latitudini del pianeta. Il suo limite superiore è di 50 km di altitudine sopra la superficie terrestre.
L'atmosfera terrestre è l'involucro gassoso che circonda il pianeta. A seconda della composizione chimica e della variazione di temperatura, è suddiviso in 5 strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera.
Figura 1. Stratosfera vista dallo spazio. Fonte: NOSA Galician Space Agency
La troposfera si estende dalla superficie terrestre fino a 10 km di altezza. Lo strato successivo, la stratosfera, varia da 10 km a 50 km sopra la superficie terrestre.
La mesosfera varia da 50 km a 80 km di altezza. La termosfera da 80 km a 500 km, e infine l'esosfera si estende da 500 km a 10.000 km di altezza, essendo il limite con lo spazio interplanetario.
Caratteristiche della stratosfera
Posizione
La stratosfera si trova tra la troposfera e la mesosfera. Il limite inferiore di questo strato varia con la latitudine o la distanza dalla linea equatoriale della Terra.
Ai poli del pianeta, la stratosfera inizia tra 6 e 10 km sopra la superficie terrestre. All'equatore inizia tra i 16 ei 20 km di altitudine. Il limite superiore è di 50 km sopra la superficie terrestre.
Struttura
La stratosfera ha una propria struttura a strati, che sono definiti dalla temperatura: gli strati freddi sono nella parte inferiore e gli strati caldi sono nella parte superiore.
Inoltre, la stratosfera ha uno strato in cui c'è un'alta concentrazione di ozono, chiamato strato di ozono o ozonosfera, che si trova tra i 30 ei 60 km sopra la superficie terrestre.
Composizione chimica
Il composto chimico più importante nella stratosfera è l'ozono. L'85-90% dell'ozono totale presente nell'atmosfera terrestre si trova nella stratosfera.
L'ozono si forma nella stratosfera attraverso una reazione fotochimica (reazione chimica in cui interviene la luce) che l'ossigeno subisce. La maggior parte dei gas nella stratosfera entra dalla troposfera.
La stratosfera contiene ozono (O 3 ), azoto (N 2 ), ossigeno (O 2 ), ossidi di azoto, acido nitrico (HNO 3 ), acido solforico (H 2 SO 4 ), silicati e composti alogenati, come i clorofluorocarburi. Alcune di queste sostanze provengono da eruzioni vulcaniche. La concentrazione di vapore acqueo (H 2 O allo stato gassoso) nella stratosfera è molto bassa.
Nella stratosfera la miscelazione verticale dei gas è molto lenta e praticamente nulla, per l'assenza di turbolenze. Per questo motivo, le sostanze chimiche e altri materiali che entrano in questo strato rimangono a lungo in esso.
Temperatura
La temperatura nella stratosfera mostra un comportamento inverso a quello della troposfera. In questo strato la temperatura aumenta con l'altitudine.
Questo aumento di temperatura è dovuto al verificarsi di reazioni chimiche che rilasciano calore, dove interviene l'ozono (O 3 ). Ci sono quantità considerevoli di ozono nella stratosfera, che assorbe la radiazione ultravioletta ad alta energia dal sole.
La stratosfera è uno strato stabile, senza turbolenze per la miscelazione dei gas. L'aria è fredda e densa nella parte inferiore e nella parte alta è calda e leggera.
Formazione di ozono
Nella stratosfera, l'ossigeno molecolare (O 2 ) è dissociato dall'effetto della radiazione ultravioletta (UV) del Sole:
O 2 + LUCE UV → O + O
Gli atomi di ossigeno (O) sono altamente reattivi e reagiscono con le molecole di ossigeno (O 2 ) per formare ozono (O 3 ):
O + O 2 → O 3 + Calore
In questo processo viene rilasciato calore (reazione esotermica). Questa reazione chimica è la fonte di calore nella stratosfera e provoca le sue alte temperature negli strati superiori.
Caratteristiche
La stratosfera svolge una funzione protettiva di tutte le forme di vita che esistono sul pianeta Terra. Lo strato di ozono impedisce alle radiazioni ultraviolette (UV) ad alta energia di raggiungere la superficie terrestre.
L'ozono assorbe la luce ultravioletta e si decompone in ossigeno atomico (O) e ossigeno molecolare (O 2 ), come mostrato dalla seguente reazione chimica:
O 3 + LUCE UV → O + O 2
Nella stratosfera, i processi di formazione e distruzione dell'ozono sono in un equilibrio che mantiene la sua concentrazione costante.
In questo modo lo strato di ozono funge da scudo protettivo dai raggi UV, causa di mutazioni genetiche, cancro della pelle, distruzione di colture e piante in genere.
Distruzione dello strato di ozono
Composti CFC
Dagli anni '70, i ricercatori hanno espresso grande preoccupazione per gli effetti dannosi dei clorofluorocarburi (CFC) sullo strato di ozono.
Nel 1930 fu introdotto l'uso di composti di clorofluorocarburi chiamati commercialmente freon. Questi includono CFCl 3 (Freon 11), CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) e C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114). Questi composti sono facilmente comprimibili, relativamente non reattivi e non infiammabili.
Cominciarono ad essere utilizzati come refrigeranti in condizionatori d'aria e frigoriferi, sostituendo l'ammoniaca (NH 3 ) e l' anidride solforosa liquida (SO 2 ) (altamente tossica).
Successivamente, i CFC sono stati utilizzati in grandi quantità nella produzione di articoli in plastica usa e getta, come propellenti per prodotti commerciali sotto forma di aerosol in lattine e come solventi per la pulizia delle schede dei dispositivi elettronici.
L'uso diffuso in grandi quantità di CFC ha creato un grave problema ambientale, poiché quelli utilizzati nelle industrie e negli usi refrigeranti vengono scaricati nell'atmosfera.
Nell'atmosfera, questi composti si diffondono lentamente nella stratosfera; in questo strato subiscono la decomposizione per effetto della radiazione UV:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
Gli atomi di cloro reagiscono molto facilmente con l'ozono e lo distruggono:
Cl + O 3 → ClO + O 2
Un singolo atomo di cloro può distruggere più di 100.000 molecole di ozono.
Ossido d'azoto
Gli ossidi di azoto NO e NO 2 reagiscono per distruggere l'ozono. La presenza di questi ossidi di azoto nella stratosfera è dovuta ai gas emessi dai motori degli aerei supersonici, alle emissioni delle attività umane sulla Terra e all'attività vulcanica.
Assottigliamento e buchi nello strato di ozono
Negli anni '80 si è scoperto che si era formato un buco nello strato di ozono sopra l'area del Polo Sud. In quest'area la quantità di ozono era stata dimezzata.
Si è anche scoperto che al di sopra del Polo Nord e in tutta la stratosfera, lo strato protettivo di ozono si è assottigliato, cioè ha ridotto la sua larghezza perché la quantità di ozono è diminuita notevolmente.
La perdita di ozono nella stratosfera ha gravi conseguenze per la vita sul pianeta e diversi paesi hanno accettato che una drastica riduzione o la completa eliminazione dell'uso dei CFC è necessaria e urgente.
Accordi internazionali sulla restrizione dell'uso dei CFC
Nel 1978 molti paesi hanno vietato l'uso dei CFC come propellenti nei prodotti aerosol commerciali. Nel 1987, la stragrande maggioranza dei paesi industrializzati ha firmato il cosiddetto Protocollo di Montreal, un accordo internazionale in cui sono stati fissati obiettivi per la graduale riduzione della produzione di CFC e la sua totale eliminazione entro il 2000.
Diversi paesi non hanno rispettato il Protocollo di Montreal, perché questa riduzione ed eliminazione dei CFC influenzerebbe la loro economia, anteponendo gli interessi economici alla conservazione della vita sul pianeta Terra.
Perché gli aerei non volano nella stratosfera?
Durante il volo di un aeroplano, agiscono 4 forze fondamentali: portanza, peso dell'aereo, resistenza e spinta.
La portanza è una forza che sostiene l'aereo e lo spinge verso l'alto; maggiore è la densità dell'aria, maggiore è la portanza. Il peso, d'altra parte, è la forza con cui la gravità terrestre spinge l'aereo verso il centro della Terra.
La resistenza è una forza che rallenta o impedisce al velivolo di avanzare. Questa forza di resistenza agisce nella direzione opposta al percorso dell'aereo.
La spinta è la forza che sposta l'aereo in avanti. Come possiamo vedere, la spinta e la portanza favoriscono il volo; il peso e la resistenza agiscono a svantaggio del volo dell'aereo.
Aerei che
Gli aerei commerciali e civili a brevi distanze volano a circa 10.000 metri sul livello del mare, cioè al limite superiore della troposfera.
Tutti gli aeromobili richiedono la pressurizzazione della cabina, che consiste nel pompare aria compressa nella cabina dell'aeromobile.
Perché è necessaria la pressurizzazione della cabina?
Man mano che l'aereo sale ad altitudini più elevate, la pressione atmosferica esterna diminuisce e diminuisce anche il contenuto di ossigeno.
Se l'aria pressurizzata non fosse fornita alla cabina, i passeggeri soffrirebbero di ipossia (o mal di montagna), con sintomi quali affaticamento, vertigini, mal di testa e perdita di coscienza per mancanza di ossigeno.
Se si verifica un guasto nella fornitura di aria compressa alla cabina o una decompressione, si verifica un'emergenza in cui l'aereo deve scendere immediatamente e tutti i suoi occupanti devono indossare le maschere di ossigeno.
Voli nella stratosfera, aerei supersonici
Ad altitudini maggiori di 10.000 metri, nella stratosfera, la densità dello strato gassoso è minore, e quindi è minore anche la forza di portanza che favorisce il volo.
D'altra parte a queste alte quote il contenuto di ossigeno (O 2 ) nell'aria è inferiore, e questo è necessario sia per la combustione del gasolio che fa funzionare il motore dell'aereo, sia per una efficace pressurizzazione in cabina.
Ad altitudini superiori ai 10.000 metri sopra la superficie terrestre, l'aereo deve andare a velocità molto elevate, chiamate supersoniche, raggiungendo oltre i 1.225 km / ora a livello del mare.
Figura 2. Aereo commerciale supersonico Concorde. Fonte: Eduard Marmet
Svantaggi degli aerei supersonici sviluppati fino ad oggi
I voli supersonici producono i cosiddetti boom sonici, che sono rumori molto forti simili al tuono. Questi rumori hanno un impatto negativo sugli animali e sugli esseri umani.
Inoltre, questi velivoli supersonici devono utilizzare più carburante e quindi produrre più inquinanti atmosferici rispetto agli aerei che volano ad altitudini inferiori.
Gli aerei supersonici richiedono motori molto più potenti e costosi materiali speciali per la produzione. I voli commerciali erano così costosi dal punto di vista economico che la loro implementazione non è stata redditizia.
Riferimenti
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