TROPOPAUSE: EGENSKAPER, KEMISK SAMMANSÄTTNING OCH FUNKTIONER - MILJÖ - 2025

Den tropopause är en mellanliggande övergångszon mellan två skikt av jordens atmosfär. Det är beläget mellan det undre lagret av atmosfären, kallad troposfären, och skiktet ovanför, stratosfären.

Jordens atmosfär har delats upp i flera lager. Dessa lager kallas "sfärer" och övergångszonerna mellan lagren kallas "pauser". Enligt dess kemiska sammansättning och temperaturvariation är atmosfärens lager troposfären, stratosfären, mesosfären, termosfären och exosfären.

Bild 1. Skikt och övergångszoner i jordens atmosfär. Källa: Josell7 Troposfären sträcker sig från jordens yta upp till 10 km höjd. Stratosfären sträcker sig från 10 km till 50 km i höjd. Mesosfären sträcker sig från 50 km till 80 km i höjd. Termosfären från 80 km till 500 km och exosfären från 500 km till 10.000 km i höjd. Det senare är gränsen för det interplanetära rymden.

Tropopausegenskaper

Tropopausen är en region med mycket speciella egenskaper som nyligen har motiverat dess vetenskapliga studie mer detaljerat. Eftersom egenskapen är övergångsegenskaper mellan troposfären och stratosfären är det lämpligt att kort ange egenskaperna hos dessa två lager.

Troposfären är det aktiva lagret där de meteorologiska fenomen som orsakar klimatet inträffar, såsom vindar, regn, elektriska stormar och orkaner. Temperaturen i detta lager sjunker med höjden.

I stratosfären ökar temperaturen med höjden på grund av effekten av kemiska reaktioner som avger värme (exoterm). Ozon är främst involverat och absorberar högenergi ultraviolett (UV) strålning från solen.

Tropopausen är gränsen mellan dessa två gasformiga skikt som har mycket olika egenskaper hos temperatur, kemisk sammansättning och allmän dynamik. Egenskaperna för tropopausen listas kort nedan.

Höjd

Höjden vid vilken tropopausen ligger ovanför jordens yta är varierande. Det förändras med latitud, med säsongen och med tiden på dagen.

Tropopausen ligger på en genomsnittlig höjd av 7 till 10 km i regionerna av jordens poler, och mellan 16 till 18 km hög i områdena i tropikerna, runt ekvatorn.

På detta sätt är den polära tropopausen varmare och är närmare jordytan, medan den ekvatorial-tropiska tropopausen är svalare och är högre.

Vid ekvatorn träffar solens strålar jordens yta vinkelrätt och orsakar stor ytvärme. Denna värme från jordytan absorberas av luften i troposfären, som expanderar i denna ekvatorial-tropiska zon och ökar avståndet till tropopausen.

Genom olika vetenskapliga studier har det fastställts att den globala höjden av tropopausen har ökat de senaste åren. Det antas att denna ökning kan bero på ökningen av växthusgaser (GHG), minskningen av ozonskiktet i stratosfären och kylningen av detta lager.

Förändringar i höjden av tropopausen är bevis på uppvärmningen av troposfären, kallad global uppvärmning.

Tropopausen som en zon av lugn

Tropopausen utgör en zon med relativ lugn, eftersom de meteorologiska fenomen som härrör från klimatet förekommer under denna zon, i troposfären. Nya studier rapporterar emellertid att tropopausen presenterar en viss dynamik.

Temperatur

I tropopauszonen förblir temperaturen konstant, den minskar inte med höjden (som i troposfären) och ökar inte heller med höjden (som i stratosfären). Tropopausens temperatur är cirka -55 ^° C.

Diskontinuitetszon

Tropopausen är inte en kontinuerlig zon; det finns pauser i denna region i områdena med tropiska breddegrader och mellanlängder på jordens norra och södra halvkula.

Fuktlagring och transportområde

Tropopausen fungerar som en stor behållare för fukt i troposfären och har funktionen att transportera vattenånga in i stratosfären.

Bildande av cirrusmoln

Tropopausen är regionen där cirrusliknande moln bildas, en typ av höga, vita moln som består av iskristaller. De är formade som filament i smala, fina band, liknande hårkrullar.

Bild 2. Cirrus moln. Källa: Pixabay.com

Cirrusmoln reflekterar solljus och fångar värmen som jorden avger utåt. Det är inte känt exakt om nettobalansen för cirrusmoln kyls eller värms upp av planeten.

Utseendet på cirrusmoln indikerar en förändring i vädret med låga temperaturer och regn inom de närmaste 24 timmarna.

Kemisk sammansättning av tropopausen

Tropopausen representerar en zon med plötslig förändring mellan den kemiska sammansättningen av troposfären och stratosfärens. Den innehåller gaser som kommer från båda lagren.

I tropopausen finns gaser från troposfären, såsom vattenånga och kolmonoxid (CO). Det finns också ozon (O ₃ ), en gas som kommer från stratosfären.

Mycket intressanta kemiska reaktioner förekommer i tropopausen. Forskare försöker studera dessa kemiska förändringar för att få en mer fullständig förklaring av fenomenet global uppvärmning.

Hur studeras tropopausen?

För att studera tropopausen måste prover av dess gasblandning tas. Denna provtagning i höjder upp till 18 km över jordytan ger många svårigheter.

Endast ett fåtal flygplan kan nå dessa höjder. NASA har tre mycket sofistikerade flygplan utrustade med specialutrustning för att utföra dessa studier. Dessa är ER-2, DC-8 och WB-57 flygplan.

Dessa tre flygplan, tillsammans med en stödinfrastruktur med satelliter och radar, utrustning för detektering och fjärrdetektering, uppfyller det så kallade TC4-uppdraget för dess förkortning på engelska: Tropical Composition, Clouds and Climate Coupling Experiment.

Funktioner

Tropopausen har viktiga funktioner vid transport av vattenånga från troposfären till stratosfären. Det fungerar också som en zon för att blanda gaser med troposfäriskt ursprung (vattenånga, kolmonoxid) med gaser från stratosfären (ozon).

Tropopausen studeras nyligen som en indikator på den globala uppvärmningen av planeten och på fenomen som bestämmer allmän atmosfärisk kemi.

referenser

1. Newton, R., Vaughan, G., Hintsa, E. et al. (2018) Observationer av ozonfattig luft i det tropiska tropopauseskiktet. Atmosfärisk kemi och fysik. 18: 5157-5171 doi: 10.5194 / acp-18-5157-2018
2. Biernat, K., Keyser, D. och Bosart, LF (2017). Kopplingar mellan den stora arktiska cyklonen i augusti 2012 och Tropopause Polar Vortices. American Geophysical Union, Fall Meeting 2017, abstrakt # A43D-2478.
3. Werner, B. (2017) Undersöker den subtropiska lägsta stratosfären och den tropiska övre troposfären och tropopauseskiktet för oorganiskt brom. Atmosfärisk kemi och fysik. 17 (2): 1161-1186. doi: 10.5194 / acp-17-1161-2017
4. Jensen, EJ, Pfister, L., Jordan, DE, Bui, TV, Ueyama, R. och Singh HB (2017). NASA Airborne Tropical Tropopause Experiment: High-Altitude Aircraft Mätningar i Tropical Western Pacific. AMS 100. Tidskrifter på nätet. BAMS. doi: 10.1175 / BAMS-D-14-00263.1
5. Jensen, EJ, Kärcher, B., Ueyama, R., Pfister, L., Bui, TV et al. (2018). Heterogen iskärnbildning i tropisk tropopauseskikt. Journal of Geographical Research: Atmosphere. 123 (21): 12,210-12,227.