성층권

Stratosphere
기타 용도는 Stratosphere(동음이의한 설명)를 참조하십시오.
대류권(주황색), 성층권(파란색), 대기권 진입이 시작되는 중층권(어두운)이 빛을 발한 후, 우주선 재진입의 경우와 같이 연기 자국을 남깁니다.
이 이미지는 1979년 1월부터 2005년 12월 사이에 일련의 위성 기반 기기에 의해 측정된 성층권 하부의 온도 추세를 보여줍니다.낮은 성층권은 지구 표면의 18 킬로미터 위에 중심을 두고 있습니다.성층권의 이미지는 시간이 지남에 따라 냉각되는 것을 나타내는 파란색과 녹색이 지배적입니다.[1]
지구 대기의 다섯 개의 주요 층, 즉 외층권, 열권, 중층권, 성층권, 대류권을 보여주는 도표.레이어는 스케일 조정되지 않습니다.

성층권(/ˈ str æt əˌsf ɪər, -to ʊ-/)은 대류권 위와 중층권 아래에 위치한 지구 대기의 두 번째 층입니다.성층권은 성층화된 온도층으로 구성된 대기층으로, 높은 하늘에는 따뜻한 공기층이, 낮은 하늘에는 시원한 공기층이 지구의 행성 표면에 가깝습니다.고도에 따라 온도가 상승하는 것은 오존층에 의해 태양의 자외선(UV)이 흡수되는 결과입니다.[4]온도의 반전은 지구 표면 근처의 대류권과는 대조적인데, 대류권은 고도에 따라 온도가 감소합니다.

대류권과 성층권 사이에는 온도 반전의 시작을 규정하는 대류권 경계가 있습니다.적도 근처에서 성층권의 아래쪽 가장자리는 20 km (66,000 ft; 12 mi), 중위도 약 10 km (33,000 ft; 6.2 mi), 극지 약 7 km (23,000 ft; 4.3 mi)만큼 높습니다.[4]기온은 대류권 부근의 평균 -51°C(-60°F; 220K)에서 중간권 부근의 평균 -15°C(5.0°F; 260K)까지 다양합니다.[5]성층권 온도는 계절의 변화에 따라 성층권 내에서도 변화하며, 극지의 밤(겨울)에는 특히 낮은 온도에 도달합니다.[6]성층권의 바람은 대류권의 바람을 훨씬 능가할 수 있으며, 남극 소용돌이의 경우 초속 60m에 육박합니다.[6]

오존층

상세정보 : 오존층

오존층의 형성을 설명하는 메커니즘은 1930년 영국 수학자 시드니 채프먼에 의해 기술되었으며 채프먼 사이클 또는 오존-산소 사이클로 알려져 있습니다.[7]분자 산소는 UV-C 영역에서 약 240nm보다 짧은 파장으로 높은 에너지의 햇빛을 흡수합니다.균질하게 쪼개진 산소 분자로부터 생성된 라디칼은 분자 산소와 결합하여 오존을 형성합니다.오존은 더 긴 파장에서 발생하는 더 강한 흡수력을 가지고 있기 때문에 분자 산소보다 훨씬 더 빠르게 광분해되는데, 여기서 태양 방출은 더 강렬합니다.오존(O3) 광분해는 O와 O를2 생성합니다.산소 원자 생성물은 대기 분자 산소와 결합하여 O를3 개질하고 열을 방출합니다.오존의 빠른 광분해와 재형성은 성층권을 가열하여 온도 반전을 초래합니다.고도에 따라 온도가 증가하는 것은 성층권의 특징입니다. 수직 혼합에 대한 저항성은 성층권이 성층화되어 있다는 것을 의미합니다.성층권 내 온도는 고도에 따라 증가합니다(온도 반전 참조). 성층권의 최상부 온도는 약 270 K (-3°C 또는 26.6)°F).[8]

위에는 따뜻한 층이, 아래에는 차가운 층이 있는 이 수직 성층화는 성층권을 동적으로 안정적으로 만듭니다: 대기의 이 부분에는 규칙적인 대류와 관련된 난류가 없습니다.그러나 심각한 슈퍼셀 뇌우 속에서 화산 폭발 기둥과 오버슈팅 탑과 같은 예외적으로 에너지가 넘치는 대류 과정은 매우 국소적이고 일시적으로 성층권으로 대류를 운반할 수 있습니다.전반적으로, 오존층에 의해 DNA를 손상시키는 파장에서 태양 UV의 감쇠는 생명체가 바다 밖의 행성 표면에 존재할 수 있게 해줍니다.성층권으로 들어오는 모든 공기는 대류권과 성층권을 나누는 최저 온도인 대류권을 통과해야 합니다.상승하는 공기는 문자 그대로 얼어붙어 건조합니다. 성층권은 매우 건조한 곳입니다.성층권의 꼭대기는 성층권이라고 불리는데, 그 위에서 온도는 높이에 따라 감소합니다.

형성과 소멸

상세정보 : 오존-산소주기

시드니 채프먼(Sydney Champman)은 성층권 오존의 근원과 성층권 내에서 열을 발생시키는 능력에 대해 정확한 설명을 했습니다.[citation needed] 또한 오존은 원자 산소와 반응하여 두 분자의 산소를 만들어 파괴될 수도 있다고 썼습니다.우리는 이제 추가적인 오존 손실 메커니즘이 있다는 것과 이러한 메커니즘이 촉매적인 의미가 있다는 것을 알고 있습니다. 소량의 촉매가 많은 수의 오존 분자를 파괴할 수 있다는 것을 의미합니다.첫 번째는 하이드록실 라디칼(•OH)과 오존의 반응 때문입니다.•OH는 오존 광분해에 의해 생성된 전기적으로 여기된 산소 원자와 수증기의 반응에 의해 형성됩니다.성층권이 건조한 동안 메탄(CH4)의 광화학적 산화에 의해 추가적인 수증기가 현장에서 생성됩니다.OH와 O의3 반응에 의해 생성된2 HO 라디칼은 산소 원자 또는 오존과의 반응에 의해 OH로 재활용됩니다.또한 태양 양성자 사건은 이후 OH의 형성과 함께 방사선 분해를 통해 오존 수준에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 아산화질소(NO2)는 표면에서 생물학적 활동에 의해 생성되고 성층권에서 NO로 산화됩니다. 소위 NOx 라디칼 사이클은 또한 성층권 오존을 고갈시킵니다.마지막으로, 클로로플루오르카본 분자는 성층권에서 광분해되어 오존과 반응하여 ClO와 O를2 제공하는 염소 원자를 방출합니다.염소 원자는 ClO가 상부 성층권에서 O와 반응할 때, 또는 ClO가 남극 오존 구멍의 화학에서 자신과 반응할 때 재활용됩니다.

폴 J. 크루첸, 마리오 J. 몰리나 그리고 F.셔우드 롤랜드는 성층권 오존의 형성과 분해를 기술한 업적으로 1995년 노벨 화학상을 수상했습니다.[9]

항공기 비행

A generic Boeing 737-800 cruising at 32,000 feet. Below it is a pack of clouds. Above it is a vivid, ambient blue sky.
항공기는 대류권에 만연한 난기류를 피하기 위해 일반적으로 성층권을 순항합니다.이 이미지에서 파란색 빔은 오존층으로, 중층까지 더 멀리 비춥니다.오존은 성층권을 가열하여 상태를 안정적으로 만듭니다.성층권은 대류권보다 공기가 대략 천 배 더 얇기 때문에 제트기와 기상 기구의 고도 한계이기도 합니다.[10]

상업용 비행기는 보통 온대지방의 성층권 하류에 있는 9-12 km (30,000-39,000 피트)의 고도에서 순항합니다.[11]이는 주로 대류권 부근에서 발생하는 낮은 온도와 낮은 공기 밀도로 인해 연료 효율을 최적화하여 기체의 기생 항력을 감소시킵니다.다른 방법으로 말하자면, 비행기의 무게와 같은 양력을 유지하면서 비행기가 더 빨리 날 수 있게 해줍니다.(연료 소비량은 항력에 따라 달라지는데, 항력은 항력 대비 항력 비율에 따라 상승력과 관련이 있습니다.)그것은 또한 비행기가 대류권의 격동하는 날씨 위에 머물 수 있게 해줍니다.

콩코드 항공기는 마하 2로 약 6만 피트(18 km)를, SR-71은 마하 3로 약 85,000 피트(26 km)를 순항했습니다.

대류권과 낮은 성층권의 온도는 고도의 증가에 따라 대체로 일정하기 때문에, 대류와 그로 인한 난류는 그곳에서 거의 일어나지 않습니다.이 고도에서 대부분의 난기류는 제트 기류와 다른 지역 윈드 시어의 변동에 의해 발생하지만, 아래 대류권의 상당한 대류 활동(천둥 폭풍) 지역은 대류 오버슈트의 결과로 난기류를 발생시킬 수 있습니다.

2014년 10월 24일, Alan Eustace는 135,890 피트 (41,419 미터)로 유인 풍선의 고도 기록에 도달한 기록 보유자가 되었습니다.[12]또한 유스터스는 최고 속도 1,321km/h (822mph)와 총 자유낙하 거리 123,414ft (37,617m)로 4분 27초 동안 수직 스카이다이빙 세계 기록을 깼습니다.[13]

순환 및 혼합

성층권은 복사, 동적, 화학적 과정들 사이에서 강한 상호작용을 하는 영역으로, 기체 성분들의 수평 혼합이 수직 혼합보다 훨씬 더 빠르게 진행됩니다.성층권의 전체적인 순환은 브루어-돕슨 순환(Brewer-Dobson circulation)이라고 하는데, 이는 열대에서 극지방에 이르는 단세포 순환으로, 열대 대류권에서 나오는 공기의 열대 상승과 열대 외의 공기 하강으로 구성됩니다.성층권 순환은 열대성 융기가 서쪽으로 전파하는 로스비 파동에 의한 파동력에 의해 유도된다는 점에서 주로 파동 중심의 순환입니다.

성층권 순환의 흥미로운 특징은 대류권에서 대류적으로 발생하는 중력파에 의해 구동되는 열대 위도에서의 준이년 진동(QBO)입니다.QBO는 오존이나[14] 수증기와 같은 전 지구 성층권 추적기의 수송에 중요한 2차 순환을 유도합니다.

성층권 순환에 큰 영향을 미치는 또 다른 큰 특징은 중위도에서 격렬한 준수평 혼합을 초래하는 행성파의[15] 파괴입니다.이러한 붕괴 현상은 이 지역을 서프 존(surf zone)이라고 부르는 겨울 반구에서 훨씬 더 두드러집니다.이러한 파괴는 수직으로 전파하는 행성파와 극소용돌이라고 알려진 고립된 고전위 소용돌이 영역 사이의 매우 비선형적인 상호작용 때문에 발생합니다.이로 인한 파괴는 중위도 서핑 존 전체에 걸쳐 공기와 다른 미량 가스의 대규모 혼합을 야기합니다.이 급격한 혼합의 시간 척도는 열대지방의 융기와 외대지방의 하강의 훨씬 느린 시간 척도보다 훨씬 더 작습니다.

북반구의 겨울 동안, 성층권에서 로스비파의 흡수에 의해 야기된 갑작스러운 성층권 온난화는 동풍이 성층권에서 발달하는 대략 겨울의 절반에서 관측될 수 있습니다.이러한 사건들은 종종 이례적인 겨울 날씨에 앞서서 1960년대의 추운 유럽의 겨울에 책임이 있을지도 모릅니다.[17]

극소용돌의 성층권 온난화는 극소용돌의 약화를 초래합니다.[18]소용돌이가 강할 때, 그것은 북극에 포함된 차갑고 고압적인 기단을 유지합니다; 소용돌이가 약해질 때, 기단은 적도로 이동하고, 중위도의 급격한 날씨 변화를 초래합니다.

인생

박테리아

박테리아 생명체는 성층권에서 살아남아서 생물권의 일부가 됩니다.[19]2001년 고고도 풍선 실험에서 41km 높이에서 먼지를 채취했는데 나중에 실험실에서 검사했을 때 박테리아 물질이 포함되어 있는 것으로 밝혀졌습니다.[20]

새들

몇몇 조류 종들은 대류권의 상층부에서 날고 있는 것으로 보고되고 있습니다.1973년 11월 29일, Rüppell의 독수리(Gyps rueppeli)가 코트디부아르 상공 11,278 m (37,000 ft)의 제트 엔진에 흡수되었습니다.[21]바머리기러기(Anser Indicus)는 때때로 에베레스트 산의 정상 높이가 8,848 미터(29,029 피트)인 에베레스트 산을 넘어 이동합니다.[22][23]

디스커버리

대류권 위에서 청색 제트로 성층권으로 뻗어나가고 적색 스프라이트로 중층권으로 도달하는 번개.

1902년, 프랑스의 Léon Teisrenc de Bort와 독일의 Richard Assmann은 별도의 그러나 공동의 출판물과 수년간의 관찰 후에 낮은 성층권의 기초인 약 11-14 km (6.8-8.7 mi)에서 등온층의 발견을 발표했습니다.이것은 대부분 무인 기구와 몇 개의 유인 기구에서 나온 온도 프로파일에 근거했습니다.[24]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "Atmospheric Temperature Trends, 1979–2005". NASA/Earth Observatory. 6 July 2007. Archived from the original on 5 September 2015. Retrieved 24 August 2015.
  2. ^ Jones, Daniel (2003) [1917], Peter Roach; James Hartmann; Jane Setter (eds.), English Pronouncing Dictionary, Cambridge: Cambridge University Press, ISBN 978-3-12-539683-8
  3. ^ "Stratosphere". Merriam-Webster Dictionary.
  4. ^ a b "The Stratosphere - overview". scied.ucar.edu. University Corporation for Atmospheric Research. Retrieved 25 July 2018.
  5. ^ "NWS JetStream - Layers of the Atmosphere". www.weather.gov.
  6. ^ a b "Nasa Ozone Watch: Polar vortex facts". ozonewatch.gsfc.nasa.gov.
  7. ^ "CHAPTER 10. STRATOSPHERIC OZONE". acmg.seas.harvard.edu. Archived from the original on 2019-09-30. Retrieved 2020-10-20.
  8. ^ Seinfeld, J. H. and S. N. (2006), 대기 화학 및 물리학:대기오염에서 기후변화까지, 와일리, 뉴저지
  9. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 1995". NobelPrize.org. Retrieved 2020-07-21.
  10. ^ "The Stratosphere - overview UCAR Center for Science Education". National Center for Science Education. Retrieved 2021-02-06.
  11. ^ Cheng, Daniel (2003). Elert, Glenn (ed.). "Altitude of a commercial jet airplane". The Physics Factbook. Retrieved 2022-01-21.
  12. ^ Markoff, John (2014-10-24). "Parachutist's Record Fall: Over 25 Miles in 15 Minutes (Published 2014)". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2020-10-20.
  13. ^ "Google's Alan Eustace beats Baumgartner's skydiving record". BBC News. 2014-10-24. Archived from the original on 2014-10-25.
  14. ^ N.하지만 차트, A.A. 스카이프, J.A. 오스틴, S.H.E. 헤어, J.R. 나이트.결합된 화학-기후 모델에서 오존의 준이년 주기 진동 Wayback Machine, Journal of Geophysical Research에서 2014-05-18 보관.
  15. ^ M.E. 매킨타이어, T.N. 파머.성층권 행성파 돌파 Wayback Machine, Nature 2017-03-17 보관
  16. ^ M.P. 볼드윈과 T.J. 던커튼.이상기후체제의 성층권 전조 현상 2014-01-12년 웨이백 머신, 사이언스 매거진에서 보관.
  17. ^ A.A. 스카이프, J.R. 나이트, G.K. 발리스, C.K. 폴랜드겨울 NAO와 북대서양 지표 기후에 미치는 성층권 영향 Wayback Machine, 지구물리학 연구 편지에서 2014-05-18 보관.
  18. ^ "How Sudden Stratospheric Warming Affects the Whole Atmosphere". Eos. 20 March 2018. Retrieved 2020-07-21.
  19. ^ DasSarma, Priya; DasSarma, Shiladitya (2018). "Survival of microbes in Earth's stratosphere". Current Opinion in Microbiology. 43: 24–30. doi:10.1016/j.mib.2017.11.002. ISSN 1369-5274. PMID 29156444. S2CID 19041112.
  20. ^ Michael Mark Woolfson (2013). Time, Space, Stars & Man: The Story of the Big Bang. World Scientific. p. 388. ISBN 978-1-84816-933-3.
  21. ^ Laybourne, Roxie C. (December 1974). "Collision between a Vulture and an Aircraft at an Altitude of 37,000 Feet" (PDF). The Wilson Bulletin. 86 (4): 461–462. ISSN 0043-5643. JSTOR 4160546. OCLC 46381512. Archived (PDF) from the original on 2014-02-22.
  22. ^ "Audubon: Birds". Audubonmagazine.org. Archived from the original on 2011-09-14. Retrieved 2011-11-08.
  23. ^ Thomas Alerstam; David A. Christie; Astrid Ulfstrand (1993). Bird Migration. Cambridge University Press. p. 276. ISBN 978-0-521-44822-2.
  24. ^ Steinhagen, Hans (2005), Der Wettermann - Leben und Werk Richard Aßmanns, Neuenhagen, Germany: Findling, ISBN 978-3-933603-33-3

외부 링크

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