Vielä muutamia faktoja yläilmakehästä eli mesosfääristä ja mesopaussista, sekä CO2:sta
Muutamia faktoja lyhykäisesti
Jatkoa edelliseen havainto-puheenvuorooni, joka löytyy ao. linkistä:
Tässä yhteydessä, troposfääristä ja tropopaussista ei sen enempää, siitä on käyty ilmastonmuutoksen ja kasvihuoneilmiön tiimoilta aika moneen kertaan jo keskustelua. Sen sijaan hypätään ensin suoraan stratosfääriin.
Stratosfääri
Kun kiivetään tropopaussin yli, lämpötilat alkavat taas nousta. Olemme silloin stratosfäärissä, alueella, joka ulottuu nimellisestä 15km:sta stratopaussiin 50km:n korkeudella.
Happimolekyylit O2 ylemmässä stratosfäärissä absorboivat lyhyen aallonpituuden ultraviolettisäteilyä (<200 nm) ja hajoavat erittäin reaktiivisiksi happiatomeiksi*. Atomit diffundoituvat stratosfäärin läpi ja enimmäkseen 30 – 50 km:n korkeudella. Monet lopulta yhdistyvät ** enemmän happimolekyyleihin, tuottaen reaktiivisen hapen allotroopin, otsonin.
Otsoni O3 absorboi vahvasti pidemmän aallonpituuden (200-340 nm) UV-säteilyä ja absorboitunut energia lämmittää ilmakehän. Otsonikerros on vastuussa stratosfäärin lämpötilan noususta korkeuden kasvaessa ***. Ilman otsonia troposfäärin ja stratosfäärin välinen sekoittuminen olisi paljon nopeampaa ja ilmakehämme rakenne olisi aivan erilainen.
Otsonikerros estää haitallisen UV-säteilyn pääsyn maan pinnalle ja on osittain vastuussa hämärän taivaan syvän sinivioletista kauneudesta.
(ks. kuva 1)
* Happiatomeilla on melko erilaisia ominaisuuksia kuin happimolekyyleillä.
** O-atomien reaktio happimolekyylin kanssa vaatii törmäyksen, jossa kolmas kappale poistaa ylimääräisen energian ja liikemäärän, muuten vasta muodostunut otsonimolekyyli hajoaisi melkein välittömästi. Kolmas kappale, ”M” kaaviossa, voi olla typpi tai muu happimolekyyli. Stratosfäärin harvinaisissa olosuhteissa kaksi törmäystä on harvinaista ja kolme törmäystä vielä harvemmin. Otsonin muodostuminen on siis hidasta.
*** Lämpötilamaksimi on ~50 km:n kohdalla, missä ilman tiheys on pieni, se vaatii hyvin vähän energiaa lämpötilansa nostamiseen. Suurin otsonitiheys on 20 – 25 km:n kohdalla, koska siellä otsonin hajoamisprosessit ovat hitaampia. Otsoni tuhoutuu useissa katalyyttisissä ketjureaktioissa, joissa on mukana O2 -, NO- ja alemmilla korkeuksilla HO2 -radikaaleja. Keinotekoiset kloori-, bromi- ja typpiyhdisteet ovat myös tehokkaita otsonia tuhoavia katalyyttejä.
Stratosfäärin lämpötilahuipun yläpuolella ~50km:n korkeudella, lämpötila laskee jyrkästi. Olemme silloin mesosfäärissä tai ”keski-ilmakehässä”.
Mesosfääri ja mesopaussi
(ks. kuva 2)
Mesosfäärin pohjalla paine on vain 1/1000 merenpinnan paineesta ja kun huippu saavutetaan 95 km:n kohdalla, se on vain miljoonasosa. Käytännössä se tarkoittaa tyhjiötä. Siellä olevilla lämpötiloilla on merkitystä vain mesosfäärin molekyylifysiikkaan ja -kemiaan vaikuttamisessa, ei kyvyssä lämmittää esineitä, kuten avaruusaluksia tai jopa pölyä.
Lämpötilat laskevat korkeuden kasvaessa, koska otsonin UV-absorbtion aiheuttama kuumennus putoaa ja mikä tärkeintä, CO2 jäännöksillä on merkittävä jäähdytysvaikutus.
Alemmassa ilmakehässä CO2 toimii kasvihuonekaasuna, absorboimalla maan pinnan säteilemää IR-säteilyä. Mesosfäärissä CO2 itse asiassa jäähdyttää ilmakehää säteilemällä lämpöä avaruuteen*.
*Kesäinen mesopaussi kylmenee, johtuen lisääntyneiden ihmisen aiheuttamien CO2 -ja CH4 -päästöjen viilentävästä vaikutuksesta.
Lämpötilan minimi -90°C ja sitä alhaisempi saavutetaan ~85 km:ssä – mesopaussissa. Täällä on ”yön paistavien” tai hämäräpilvien valtakunta.
Mesopaussin jälkeen lämpötilat nousevat jälleen, koska heikentynyt säteilyjäähdytys yhdistettynä kuumentamiseen aallonpituudella < 180 nm, UV-säteilyn, O2-, O-atomien ja N2 kautta.
Ps. Oheinen kirjoitus kertoo siitä säteilyfysiikan todellisuudesta, jota voi itse kukin lukea ja editoida vaikkapa Helsingin yliopiston kirjastoissa. Eli tämä kertoo siitä, mitä ilmaston isossa kuvassa todella tapahtuu. Troposfääri lämpenee ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasuista, joka johtaa mesosfäärin ja mesopaussin jäähtymiseen. Muu onkin sitten nippelitietoa, tai lillukan varsissa rypemistä.
