Mérések a sztratoszférában

Mérések a sztratoszférában

Ha a sztratoszférában lévõ vegyi anyagok koncentrációjáról beszélünk, felvetõdhet az a kérdés, hogy honnan ismerjük az itteni vegyületeket és elõfordulásukat. A sztratoszféra 8-15 km magasan kezdõdik, és a számunkra érdekes területek magasabban vannak, mint általában a repülõgépek repülési magassága.

Két lehetõség van a sztratoszférában lévõ anyagok mérésére.

  1. Speciális ballonokkal vagy repülõgépekkel mûszereket viszünk a sztratoszférába.
  2. Felhasználva a napsugárzás kölcsönhatását a levegõmolekulákkal, tanulmányozzuk a sztratoszférát a földfelszínrõl, vagy az ûrbõl (mûholdakkal).

Repülõgépek

Egyedi méréseket speciális repülõgépekkel lehet végezni, mint például a korábbi orosz nagymagasságú kémrepülõgép, melyet most "Geofiziká"-nak hívnak. Légi laboratóriummá alakították át. Ilyen repülõgépek elérik a 20 km-es magasságot. De a repülések nagyon költségesek.

Geophysica - high altitude research plane

1. Geophysica - nagymagasságú kutató repülõgép
forrás: MDB Design Bureau

Ballonok

Egy elterjedtebb módszer a ballonos mérés. Idõjárási ballonok, amik pl. ózonmérõt visznek magukkal, elérhetik a 30-35 km-es magasságot, mielõtt szétrobbannának. A kémiai reakció az érzékelõben játszódik le, ami ezáltal megmondja mennyi ózon van a levegõben. Az információt rádiójelként küldi vissza a Földre. Habár az ózon mennyiségét manapság már mûholdak is mérik, a függõleges eloszlás meghatározásában a léggömbök még jobb eredményt szolgáltatnak.

Ozone balloon start

2. a) Ózon ballon indítása, Hohenpeissenberg Obszervatórium
Ulf Köhler engedélyével

Ozone probe

2. b) Léggömbös mérések ózon szondája
Ulf Köhler engedélyével, DWD Hohenpeissenberg

ozone probe

Sugárzások kölcsönhatása

A sugárzás és a molekulák közötti kölcsönhatás jelenségét nehéz megérteni, kvantumfizikai ismereteket is igényelne, ha igazából meg szeretnénk magyarázni. Azonban jegyezzük meg: Valami történik, ha az anyag és a fény kölcsönhatásba lép. A fényt az anyag elnyelheti, visszaverheti és szórhatja, vagy elnyelheti és kisugározhatja mint más fajta sugárzást (más hullámhosszon).

A közvetlen napfény útját a felhõk akadályozzák. Ha a tengerben egyre lejjebb merülünk, egyre sötétebb és sötétebb lesz, mert egyre több fény veszik el, és egy porvihar a sivatagban szintén elhalványítja a napot. Nemcsak a nagy részecskék, felhõk és a víz nyeli el vagy veri vissza a napfényt, a kisebb molekulák is. Visszaszórják a napfényt a Föld felé, vagy megváltoztathatják az állapotát és más hullámhosszon, kisebb energiával sugározhatnak. Ismerjük ezt a jelenséget (fluoreszcencia, foszforeszcencia) számos játékból, melyek elnyelik a napfényt, vagy a villanyfényt, és a sötétben különbözõ hullámhosszú sugárzást bocsátanak ki. A sugárzás az anyagok jellemzõirõl mond nekünk valamit, míg a sugárzás intenzitása pedig a koncentrációról.

phosphorescence

3. Foszforeszcencia játszódik le, ha a napfény elnyelõdik, és más hullámhosszú sugárzásként sugárzódik ki újra.
forrás: internetes reklámokból összeállítva

A sztratoszférában a napfény és a molekulák közötti kölcsönhatásokat megfigyelhetjük a földrõl, vagy mérhetjük az ûrbõl mûholdakkal.

Lidar

A lidar (sugárzás érzékelõ és kibocsátó) egy olyan módszer, melyet a földrõl használhatunk. Rövid, nagyon intenzív lézer impulzust bocsát ki az ég felé. Az egy idõ után a szóródott és az újból kibocsátott visszaérkezõ sugárzást pedig méri.

LIDAR

4. LIDAR mérések
kép forrása: Nyugat Ontarioi Egyetem

Információt kapunk milyen anyagokat talált (a visszatérõ sugárzás hullámhosszából) és milyen koncentrációban (visszatérõ sugárzás erõsségébõl).
De milyen magasságból érkezik a sugárzás vissza? 10 km-rõl, 30 km-rõl? A fénynek van egy bizonyos sebessége. A kibocsátás után a sugárzás minél hosszabb ideig halad, a molekulák annál magasabban vannak, ahonnan a sugárzás érkezik.

5. Hogyan mûködik a LIDAR? Forrás: Anja Kaiser © ESPERE

A bal oldali animáció egy lézersugár kibocsátását mutatja, melyik sugárzását a levegõmolekulák különbözõ magasságban szórták vissza. így a detektorhoz visszaérkezõ sugárzás három eltérõ idõpontban érkezik meg.

RADAR és SODAR

A hullámok detektálására és mérésére eltérõ technikák léteznek, például az infravörös sugárzás. ismertebb neve a RADAR (Radio detection and ranging), melyet a levegõben lévõ részecskék és a felhõk tulajdonságainak mérésére használnak. RADAR-ral lehetõség nyílik a zivatarok több száz kilométeren át való nyomon követésére. Ha hangot használnak a sugárzás helyett (SODAR = sound detection and ranging), akkor egy hatásos eszközt kapunk a szélsebesség és a szélirány mérésére.

SODAR - wind speed measurements

6. SODAR - szélsebességet mérõ mûszer
kép forrása: Meteotest

Mûholdak

A mûholdak bolygónkat az ûrbõl figyelik meg. Néhány közülük mindig ugyan azt a részét figyeli a Földnek (geostacionárius mûholdak), míg mások 500 - 1000 km magasan keringenek a Föld körül, amit 1.5 - 2 órás periódusidõvel kerülnek meg. Néhány mûholdra hullámhosszmérõket is telepítettek, ezek a mûszerek a sugárzást mérik. A sugárzás átmegy a légkörön és kölcsönhatásba lép a molekulákkal. A légköri kutatásnak különbözõ mérési módszerei lehetnek.

A mûholdak mérhetik a napfényt, amely szétszóródik a levegõ molekuláin, vagy a felhõkön (1). Az infravörös spektrométer mérheti a hosszúhullámú, közvetlenül a földfelszínrõl érkezõ sugárzást (2). Bizonyos napállásokban a Nap a légkörön érintõlegesen átsugároz, és így a sugárzás közvetlenül a mûhold érzékelõjébe érkezik (3). A szögtõl függõen az ilyen módon áthaladó sugárzás révén a légkör különbözõ részeirõl különbözõ magasságokban lehet információkat nyerni.

Satellite measurement

7. A mûholdasmérések különbözõ módjai
vázlat: Elmar Uherek

Kapcsolódó oldalak:

Hogy többet megtudj a napfény és az anyag kölcsönhatásáról, nézd meg a következõ oldalt:
Alsó légkör - Haladó -1. Fejezet - Spektroszkópos megfigyelés

Az oldalról:

szerzõ: Dr. Elmar Uherek - MPI Mainz
tudományos lektor: Dr. John Crowley, MPI for Chemistry, Mainz - 2004-05-04
pedagógiai lektro: Michael Seesing - Duisburgi Egyetem - 2003-07-02
utolsó javítás: 2008-10-08

Modifié le: jeudi 21 mai 2020, 16:28