TROPOPAUZA: VLASTNOSTI, CHEMICKÉ SLOŽENÍ A FUNKCE - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Tropopauza je střední přechodová zóna mezi dvěma vrstvami zemské atmosféry. Nachází se mezi spodní vrstvou atmosféry, nazývanou troposféra, a vrstvou nad ní, stratosférou.

Atmosféra Země byla rozdělena do několika vrstev. Tyto vrstvy se nazývají „koule“ a přechodové zóny mezi vrstvami se nazývají „pauzy“. Podle svého chemického složení a teplotních změn jsou vrstvy atmosféry troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra.

Obrázek 1. Vrstvy a přechodové zóny zemské atmosféry. Zdroj: Josell7 Troposféra sahá od povrchu Země až do výšky 10 km. Stratosféra se pohybuje od 10 km do 50 km na výšku. Mezosféra se pohybuje od 50 km do 80 km na výšku. Termosféra od 80 km do 500 km a exosféra od 500 km do 10 000 km na výšku. Ten je limit meziplanetárním prostorem.

Charakteristika tropopauzy

Tropopauza je region s velmi zvláštními charakteristikami, který nedávno podrobněji motivoval své vědecké studium. Jako zóna přechodu vlastností mezi troposférou a stratosférou je vhodné stručně naznačit vlastnosti těchto dvou vrstev.

Troposféra je aktivní vrstva, ve které se vyskytují meteorologické jevy, které vytvářejí klima, jako jsou větry, deště, elektrické bouře a hurikány. Teplota v této vrstvě klesá s výškou.

Ve stratosféře se teplota zvyšuje s nadmořskou výškou v důsledku chemických reakcí, které uvolňují teplo (exotermické). Především se jedná o ozon, který absorbuje vysokoenergetické ultrafialové (UV) záření ze slunce.

Tropopauza je hranicí mezi těmito dvěma plynnými vrstvami, které mají velmi odlišné vlastnosti teploty, chemického složení a obecné dynamiky. Charakteristiky tropopauzy jsou stručně uvedeny níže.

Výška

Výška, ve které je tropopause umístěna nad zemským povrchem, je variabilní. Mění se podle zeměpisné šířky, ročního období a denní doby.

Tropopauza se nachází v průměrné výšce 7 až 10 km v regionech zemských pólů a mezi 16 až 18 km vysoko v oblastech tropů kolem rovníku.

Tímto způsobem je polární tropopauza teplejší a blíže k zemskému povrchu, zatímco rovníkově tropická tropopauza je chladnější a vyšší.

Na rovníku dopadají sluneční paprsky kolmo na zemský povrch, což způsobuje velké zahřívání povrchu. Toto teplo ze zemského povrchu je pohlceno vzduchem troposféry, která se v této rovníkově tropické oblasti rozšiřuje a zvětšuje vzdálenost k tropopauze.

Prostřednictvím různých vědeckých studií bylo zjištěno, že globální výška tropopauzy se v posledních letech zvýšila. Předpokládá se, že toto zvýšení by mohlo být způsobeno nárůstem skleníkových plynů (GHG), poklesem ozónové vrstvy stratosféry a ochlazením této vrstvy.

Změny ve výšce tropopauzy jsou důkazem oteplování troposféry, které se nazývá globální oteplování.

Tropopauza jako zóna klidu

Tropopauza představuje zónu relativního klidu, protože meteorologické jevy, které způsobují klima, se vyskytují pod touto zónou v troposféře. Nedávné studie však uvádějí, že tropopause představuje zvláštní dynamiku.

Teplota

V zóně tropopauzy zůstává teplota konstantní, neklesá s výškou (jako v troposféře) ani s výškou (jako ve stratosféře). Teplota tropopauzy je asi -55 ^° C.

Diskontinuální zóna

Tropopauza není spojitá zóna; v této oblasti se vyskytují zlomy v oblastech tropických šířek a středních šířek severní a jižní polokoule Země.

Skladovací a přepravní prostor pro vlhkost

Tropopauza působí jako velký rezervoár vlhkosti v troposféře a má funkci transportu vodní páry do stratosféry.

Tvorba cirrusových mraků

Tropopauza je oblast, kde se tvoří cirrusovité mraky, druh vysokých bílých mraků tvořených ledovými krystaly. Jsou tvarovány jako vlákna v úzkých, jemných pásech, podobné vlasovým vlnám.

Obrázek 2. Cirrusové mraky. Zdroj: Pixabay.com

Cirrusové mraky odrážejí sluneční světlo a zachycují teplo, které Země vysílá ven. Není přesně známo, zda čistá bilance cirrusových mraků chladí nebo zahřívá planetu.

Vzhled cirrusových mračen naznačuje změnu počasí s nízkými teplotami a deštěm během následujících 24 hodin.

Chemické složení tropopauzy

Tropopauza představuje zónu náhlé změny mezi chemickým složením troposféry a stratosférou. Obsahuje plyny, které pocházejí z obou vrstev.

V tropopauze jsou plyny z troposféry, jako je vodní pára a oxid uhelnatý (CO). Existuje také ozon (O ₃), plyn, který pochází ze stratosféry.

V tropopauze se vyskytují velmi zajímavé chemické reakce. Vědci se snaží tyto chemické změny studovat, aby získali úplnější vysvětlení jevu globálního oteplování.

Jak je tropopauza studována?

Ke studiu tropopauzy je třeba odebrat vzorky směsi plynů. Tento odběr vzorků ve výškách až 18 km nad zemským povrchem představuje mnoho obtíží.

Pouze několik letadel může dosáhnout těchto výšek. NASA má k provedení těchto studií tři velmi sofistikovaná letadla vybavená speciálním vybavením. Jedná se o letadla ER-2, DC-8 a WB-57.

Tato tři letadla, spojená s podpůrnou infrastrukturou se satelity a radary, místním detekčním zařízením a dálkovou detekcí, plní pro svůj akronym v angličtině takzvanou misi TC4: experiment s tropickým složením, mraky a klimatické spojování.

Funkce

Tropopauza má důležité funkce při transportu vodní páry z troposféry do stratosféry. Funguje také jako zóna pro směšování plynů troposférického původu (vodní pára, oxid uhelnatý) s plyny ze stratosféry (ozon).

Tropopauza je v poslední době studována jako indikátor globálního oteplování planety a jevů, které určují celkovou atmosférickou chemii.

Reference

1. Newton, R., Vaughan, G., Hintsa, E. a kol. (2018) Pozorování vzduchu chudého na ozon ve vrstvě tropických tropů. Atmosférická chemie a fyzika. 18: 5157-5171 doi: 10,5194 / acp-18-5157-2018
2. Biernat, K., Keyser, D. a Bosart, LF (2017). Spojení mezi velkým polárním cyklónem srpna 2012 a polárními víry Tropopause. American Geofyzical Union, Fall Meeting 2017, abstrakt # A43D-2478.
3. Werner, B. (2017). Sondování subtropické nejspodnější stratosféry a tropické horní troposféry a tropopauzy pro anorganický brom. Atmosférická chemie a fyzika. 17 (2): 1161-1186. doi: 10,5194 / acp-17-1161-2017
4. Jensen, EJ, Pfister, L., Jordánsko, DE, Bui, TV, Ueyama, R. a Singh. HB (2017). Experiment NASA Airborne Tropical Tropopause: Měření letadel ve výškách v tropickém západním Pacifiku. AMS 100. Časopisy on-line. BAMS. doi: 10,1175 / BAMS-D-14-00263.1
5. Jensen, EJ, Kärcher, B., Ueyama, R., Pfister, L., Bui, TV a další. (2018). Heterogenní nukleace ledu ve vrstvě tropických tropopauz. Žurnál geografického výzkumu: Atmosféra. 123 (21): 12,210-12,227.