TROPOPAUZA: CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD CHEMICZNY I FUNKCJE - ŚRODOWISKO - 2026

Tropopauzy jest pośrednią strefę przejścia pomiędzy dwoma warstwami atmosfery ziemskiej. Znajduje się między dolną warstwą atmosfery, zwaną troposferą, a warstwą nad nią, stratosferą.

Atmosfera ziemska została podzielona na kilka warstw. Warstwy te nazywane są „kulkami”, a strefy przejściowe między warstwami nazywane są „przerwami”. Zgodnie z jej składem chemicznym i zmianami temperatury, warstwy atmosfery to troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera.

Rysunek 1. Warstwy i strefy przejściowe atmosfery ziemskiej. Źródło: Josell7 Troposfera rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości 10 km. Wysokość stratosfery wynosi od 10 km do 50 km. Mezosfera ma od 50 km do 80 km wysokości. Termosfera od 80 km do 500 km, a egzosfera od 500 km do 10 000 km wysokości. Ta ostatnia jest granicą z przestrzenią międzyplanetarną.

Charakterystyka tropopauzy

Tropopauza to region o bardzo szczególnych cechach, które ostatnio motywowały bardziej szczegółowe badania naukowe. Będąc strefą przejścia właściwości między troposferą a stratosferą, warto pokrótce wskazać cechy charakterystyczne tych dwóch warstw.

Troposfera jest aktywną warstwą, w której zachodzą zjawiska meteorologiczne, które mają początek w klimacie, takie jak wiatry, deszcze, burze z wyładowaniami elektrycznymi i huragany. Temperatura w tej warstwie spada wraz z wysokością.

W stratosferze temperatura rośnie wraz z wysokością na skutek reakcji chemicznych, które powodują wydzielanie ciepła (egzotermiczna). Główną rolę odgrywa ozon, który pochłania wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe (UV) pochodzące ze słońca.

Tropopauza jest granicą między tymi dwiema warstwami gazowymi, które mają bardzo różne właściwości temperatury, składu chemicznego i ogólnej dynamiki. Charakterystyka tropopauzy została pokrótce wymieniona poniżej.

Wysokość

Wysokość, na której tropopauza znajduje się nad powierzchnią Ziemi, jest zmienna. Zmienia się wraz z szerokością geograficzną, porą roku i porą dnia.

Tropopauza znajduje się na średniej wysokości od 7 do 10 km w rejonach biegunów Ziemi i od 16 do 18 km na obszarach tropikalnych wokół równika.

W ten sposób polarna tropopauza jest cieplejsza i znajduje się bliżej powierzchni ziemi, podczas gdy równikowo-tropikalna tropopauza jest chłodniejsza i wyższa.

Na równiku promienie słoneczne uderzają w powierzchnię Ziemi prostopadle, powodując silne ogrzewanie powierzchni. To ciepło z powierzchni ziemi jest pochłaniane przez powietrze z troposfery, które rozszerza się w tej strefie równikowo-tropikalnej i zwiększa odległość do tropopauzy.

Dzięki różnym badaniom naukowym ustalono, że globalna wysokość tropopauzy wzrosła w ostatnich latach. Uważa się, że wzrost ten może być spowodowany wzrostem emisji gazów cieplarnianych (GHG), redukcją warstwy ozonowej w stratosferze i ochłodzeniem tej warstwy.

Zmiany w wysokości tropopauzy świadczą o ociepleniu troposfery, zwanym globalnym ociepleniem.

Tropopauza jako strefa spokoju

Tropopauza stanowi strefę względnego spokoju, ponieważ zjawiska meteorologiczne, które zapoczątkowały klimat, zachodzą poniżej tej strefy, w troposferze. Jednak ostatnie badania wskazują, że tropopauza ma szczególną dynamikę.

Temperatura

W strefie tropopauzy temperatura pozostaje stała, nie zmniejsza się wraz z wysokością (jak w troposferze) ani nie rośnie wraz z wysokością (jak w stratosferze). Temperatura tropopauzy wynosi około -55 ^° C.

Strefa nieciągłości

Tropopauza nie jest strefą ciągłą; w tym regionie występują przerwy w obszarach tropikalnych szerokości i średnich szerokości geograficznych północnej i południowej półkuli Ziemi.

Strefa magazynowania i transportu wilgoci

Tropopauza pełni rolę dużego rezerwuaru wilgoci w troposferze i ma za zadanie transportować parę wodną do stratosfery.

Powstawanie chmur Cirrus

Tropopauza to region, w którym tworzą się chmury podobne do pierzastych, rodzaj wysokich, białych chmur zbudowanych z kryształków lodu. Są ukształtowane jak włókna w wąskich, cienkich pasmach, podobnie jak loki włosów.

Rysunek 2. Chmury Cirrus. Źródło: Pixabay.com

Chmury Cirrus odbijają światło słoneczne i zatrzymują ciepło, które Ziemia emituje na zewnątrz. Nie wiadomo dokładnie, czy bilans netto chmur Cirrus powoduje ochłodzenie, czy ocieplenie planety.

Pojawienie się chmur Cirrus wskazuje na zmianę pogody z niskimi temperaturami i deszczem w ciągu najbliższych 24 godzin.

Skład chemiczny tropopauzy

Tropopauza reprezentuje strefę gwałtownych zmian między składem chemicznym troposfery i stratosfery. Zawiera gazy pochodzące z obu warstw.

W tropopauzy występują gazy z troposfery, takie jak para wodna i tlenek węgla (CO). Jest też ozon (O ₃ ), gaz pochodzący ze stratosfery.

Bardzo ciekawe reakcje chemiczne zachodzą w tropopauzy. Naukowcy próbują zbadać te zmiany chemiczne, aby uzyskać pełniejsze wyjaśnienie zjawiska globalnego ocieplenia.

Jak badana jest tropopauza?

Aby zbadać tropopauzę, należy pobrać próbki mieszaniny gazów. Pobieranie próbek na wysokości do 18 km nad powierzchnią ziemi nastręcza wiele trudności.

Tylko kilka samolotów może osiągnąć te wysokości. NASA ma trzy bardzo wyrafinowane samoloty wyposażone w specjalny sprzęt do przeprowadzania tych badań. Są to samoloty ER-2, DC-8 i WB-57.

Te trzy samoloty, w połączeniu z infrastrukturą pomocniczą z satelitami i radarami, sprzętem do wykrywania in situ i zdalnym wykrywaniem, spełniają tak zwaną misję TC4 ze swoim akronimem w języku angielskim: Tropical Composition, Clouds and Climate Coupling Experiment.

cechy

Tropopauza pełni ważne funkcje w transporcie pary wodnej z troposfery do stratosfery. Pełni również funkcję strefy mieszania gazów pochodzenia troposferycznego (para wodna, tlenek węgla) z gazami ze stratosfery (ozon).

Tropopauza jest ostatnio badana jako wskaźnik globalnego ocieplenia planety i zjawisk determinujących ogólną chemię atmosfery.

Bibliografia

1. Newton, R., Vaughan, G., Hintsa, E. i in. (2018) Obserwacje powietrza ubogiego w ozon w tropikalnej warstwie tropopauzy. Chemia i fizyka atmosfery. 18: 5157-5171 doi: 10,5194 / acp-18-5157-2018
2. Biernat, K., Keyser, D. i Bosart, LF (2017). Powiązania między Wielkim Cyklonem Arktycznym z sierpnia 2012 r. A wirami polarnymi w tropopauzie. American Geophysical Union, Fall Meeting 2017, streszczenie # A43D-2478.
3. Werner, B. (2017). Probing the subtropical lowermost stratosphere and the tropical upper troposphere and tropopause layer for inorganic bromine. Chemia i fizyka atmosfery. 17 (2): 1161-1186. doi: 10.5194 / acp-17-1161-2017
4. Jensen, EJ, Pfister, L., Jordan, DE, Bui, TV, Ueyama, R. i Singh. HB (2017). Eksperyment NASA w tropikalnej tropikalnej tropopauzy: pomiary statków powietrznych na dużych wysokościach na tropikalnym zachodnim Pacyfiku. AMS 100. Czasopisma on-line. BAMS. doi: 10.1175 / BAMS-D-14-00263.1
5. Jensen, EJ, Kärcher, B., Ueyama, R., Pfister, L., Bui, TV i inni. (2018). Heterogeniczne zarodkowanie lodu w warstwie tropikalnej tropopauzy. Journal of Geographical Research: Atmosphere. 123 (21): 12, 210-12, 277.