Målinger i stratosfæren

Målinger i stratosfæren

Hvordan kan vi vite hvilke kjemiske stoffer som finnes i stratosfæren, hvilke konsentrasjoner de har og hvordan de reagerer med andre stoffer? Stratosfæren starter ved en høyde på omkring 10 km over havet. Den delen av stratosfæren som er mest interessant for oss, ligger høyere enn vanlige fly flyr.

Det er to muligheter hvis man skal foreta målinger av de kjemiske forbindelsene i stratosfæren:

  1. Måleinstrumenter kan fraktes opp til stratosfæren med spesialfly eller ballonger.
  2. Måten lyset påvirker og påvirkes av molekylene i lufta på, kan brukes til å studere stratosfæren fra bakken eller med satellitter fra verdensrommet.

Fly

Enestående målinger er muliggjort ved hjelp av spesielle fly, som det tidligere russiske høytflygende spionflyet som nå heter ”Geophysica”. Det er blitt omgjort til et flygende laboratorium. Slike fly kan nå høyder på rundt 20 km, men flyturene er svært dyre.

Geophysica - high altitude research plane

1. Geophysica – høytflygende forskningsfly.
Kilde: MDB Design Bureau.

Ballonger

Et mer brukt alternativ er ballongmålinger. Værballonger kan komme opp i 30-35 kilometers høyde før de sprekker. De kan for eksempel ha med seg en liten ozonmåler. En kjemisk reaksjon finner sted i måleinstrumentet, som viser hvor mye ozon det er i lufta. Denne informasjonen sendes via radiosignaler til jorda. Selv om ozon nå vanligvis måles av satellitter, er ballonger fortsatt bedre for å lage vertikale profiler.

Ozone balloon start

2. a) Oppsending av en ozonballong ved Hohenpeissenberg Observatorie.
Foto: Ulf Köhler.

Ozone probe

2. b) Ozonmåleinstrument for ballongmålinger.
Foto: Ulf Köhler, DWD Hohenpeissenberg.

ozone probe

Lysinteraksjon

Interaksjon (gjensidig påvirkning) mellom lys og molekyler er vanskelig å forstå, og du må ha kunnskap om kvantefysikk dersom vi skulle forsøke å forklare dem. Likevel er det viktig å huske på at det skjer noe når lys og masse påvirker hverandre. Lys kan absorberes, reflekteres, spres eller bli absorbert og sendt ut på nytt i andre bølgelengder.

Direkte sollys blir hindret av skyer. Hvis man dykker dypt under vann blir det mørkere og mørkere, fordi stadig mer lys ”går tapt” på vei nedover. En støvstorm i ørkenen gjør at sola ser blek ut. Ikke bare store partikler, skyer og vann absorberer og reflekterer lys, men også mindre molekyler. De kan spre lyset tilbake til jorda eller endre sin tilstand og sende ut mindre energirikt lys med en annen bølgelengde. Dette fenomenet, som kalles fosforescens eller fluorescens, kjenner vi fra leketøy som tar opp lys og sender ut annerledes lys når det er mørkt. Hvilken type lys som sendes ut forteller oss noe om stoffenes egenskaper, mens intensiteten til lyset forteller oss noe om stoffenes konsentrasjon.

phosphorescence

3. Fosforescens finner sted hvis lys tas opp og slippes ut med en annen bølgelengde.
Kilde: internett-reklamer

Interaksjonen mellom lys og molekyler i stratosfæren kan observeres fra bakken eller måles fra rommet med satellitter.

LIDAR

LIDAR (Light Detection And Ranging) betyr ’oppdagelse og avstandsmåling ved hjelp av lys’ og er en måleteknikk som kan brukes fra bakken. En kort pulserende laserstråle med intensivt lys sendes mot himmelen. Etter en stund kommer noe av lyset tilbake, og kan måles.

LIDAR

4. LIDAR-målinger.
Kilde: University of Western Ontario

Ved å måle dette lyset får vi informasjon om hvilke forbindelser strålen traff (bølgelengdene til lyset som kommer tilbake) og i hvilke konsentrasjoner de finnes (intensiteten til lyset). Men fra hvilken høyde kommer lyset tilbake? Lys har en bestemt hastighet. Jo lenger tid det tar fra laserstrålen sendes ut til lyset måles, jo høyere finnes molekylene som reflekter lyset.

5. Hvordan virker en LIDAR? Av: Anja Kaiser © ESPERE

Animasjonen til venstre viser en kort laserpuls der lyset blir kastet tilbake fra ulike høyder av luftmolekyler. Lyset kommer tilbake til måleapparatet på ulike tidspunkter.

RADAR og SODAR

Det brukes mange ulike teknikker for å måle avstander ved hjelp av bølger, for eksempel infrarødt lys. Best kjent er kanskje bruk av RADAR (Radio Detection And Ranging, dvs ’oppdagelse og avstandsmåling ved hjelp av radiobølger’), som kan brukes til å måle partikler i lufta og skyenes egenskaper. Radarmålinger gjør det mulig å oppdage tordenvær flere hundre kilometer unna. Bruk av lydbølger i stedet for radiobølger (SODAR – Sound Detection and Ranging, dvs. ’oppdagelse og måling ved hjelp av lyd’) er en nyttig teknikk for å måle vindhastighet og vindretning.

SODAR - wind speed measurements

6. SODAR – målinger av vindhastighet.
Kilde: Meteotest.

Satellitter

Satellitter observerer jorda fra verdensrommet. Noen satellitter er posisjonert over samme sted på jorda hele tiden (geostasjonære satellitter), mens noen beveger seg i 500–1000 kilometers høyde og beveger seg rundt jorda på 1,5-2 timer. På enkelte satellitter er det montert spektrometere, instrumenter som måler lys. Lyset har passert gjennom atmosfæren og blitt påvirket av molekyler. Det finnes flere typer målinger som brukes til å skaffe informasjon om atmosfæren.

Satellitten kan måle sollys som blir spredt og reflektert av skyene eller molekylene i lufta (1). Spektrometere kan også måle den infrarøde, langbølgete strålingen som kommer direkte fra jorda (2). Når sola, jorda og satellitten er i bestemte posisjoner, tangerer sollyset jorda og går direkte gjennom atmosfæren til måleinstrumentet på satellitten (3). Lyset passerer gjennom forskjellige deler av atmosfæren avhengig av vinkelen og høyderelatert informasjon kan dermed innhentes.

Satellite measurement

7. Forskjellige typer satellittmålinger.
Av Elmar Uherek.

Om denne siden:

Forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute, Mainz
Vitenskapelig kvalitetssikring: Dr. John Crowley, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-04
Pedagogisk utprøving: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
Oversatt og tilrettelagt av Nicolai Steineger og Erik Steineger
Sist oppdatert: 2008-10-09

Last modified: Friday, 22 May 2020, 3:07 PM