Atmosferik gazların yaklaşık %78’ini azot, %21’ini oksijen oluşturur. Geriye kalan kısmını ise helyum, neon, argon, karbondioksit, su buharı ve ozon gibi gazlar oluşturur. Atmosferin katmanlar arası sınırları ve üst sınırları kesin bir şekilde belli değildir. Alt sınırı yeryüzü olup, üst sınırı teorik olarak bilinmemekle birlikte atmosfer basıncının sıfırlandığı yer 10000 kilometre üst sınır kabulü yapılır.

Atmosferimizde bulunan oksijen canlıların yaşamını idare etmede kritik rol oynar. Ayrıca havacılıkta uçak motorlarının yanma odasında jet yakıtları ile reaksiyona girerek itki üretilir. Atmosferin tabakaları içten dışa doğru sırasıyla traposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosferdir.

Atmosferin Özellikleri

Atmosfer Dünya için çok önemli olmasına rağmen ne yazık ki insanlar atmosferin değerini anlamamıştır. Günümüzde yapılan yanlışlar, üzerinde yaşadığımız atmosferin yapısını ve atmosferdeki ozon tabakasını her geçen gün zedelemektedir.

•  Atmosferi meydana getiren gazların %78’i azot ve %21’i oksijendir, geriye kalan %1’lik kısmı ise helyum, neon, argon, karbondioksit, su buharı ve ozon gibi gazlar oluşturur.
•  Atmosferin çok küçük bir kısmı Dünya’nın içerisindedir. Yaklaşık 11 km dünya yüzeyi içinde olan atmosferin büyük kısmı uzaydadır.
• Atmosferde belirli bir sıcaklık ölçüsü vardır ve sıcaklığın derecesi irtifaya göre değişiklik göstermektedir.
• Atmosferin tamamı tatsız, kokusuzdur ve içindeki gazlar çok hızlı hareket eder. Atmosfer dediğimiz hava kütlesinin bir rengi de yoktur.
• Atmosfer kütlesi, Dünya’nın dönüş hareketine eşlik etmektedir. Bu birliktelik olmasaydı atmosfer ile Dünya arasındaki sürtüşmeden ciddi yangınlar çıkabilirdi.
• Atmosferin yoğunluğu yerden yükseldikçe azalır.
•  Atmosferde ağır gazlar alt tabakada, hafif gazlar üst tabakada bulunmaktadır.
• Atmosfer saydam ve renksizdir ancak, atmosferin içinde bulunan su buharı Güneş’ten gelen ışınları bir prizma gibi kırarak beyaz ışınların mavi görünmesine sebep olur. Atmosferin mavi gözükmesi okyanusları ve denizlerin üzerine yansıyarak aslında renksiz olan suyun mavi görünmesine sebep olur.

Atmosferin Görevleri

Atmosfer insanlar, hayvanlar, bitkiler ve diğer canlılar için hayati önem taşımaktadır. Atmosferde var olan her katmanın Dünya için kendine has özellikleri ve görevleri vardır.

• Güneşten gelen zararlı ışınları emer ve gün içi sıcaklıkları dengeler.
• Atmosfer dünyada yaşamı gerekli kılan iklim koşullarının dengelenmesi için de önemli bir göreve sahiptir.
• Dünyanın ve çevresinde var olan sistemlerin düzgün çalışması için atmosferin varlığı önemlidir.
• Güneşten gelen zararlı ışınların canlılara ulaşmaması için aracı olan atmosfer, hem de dünyanın aşırı ısınmasını da engellemektedir.
• Dünya’nın aşırı ısınıp soğumasını önler.
• Meteorların Dünya’ya çarpmadan parçalanmasına neden olur.

Atmosferin Katmanları

Atmosfer hava kütlesinin kendi içerisinde 5 farklı katmanı bulunmaktadır. Bunlar, traposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosferdir. Katmanların oluşmasında içerdikleri gazlar, yer çekimi, yoğunluk ve sıcaklık gibi birçok faktörün etkisi bulunmaktadır.

Traposfer

Atmosferin en alt tabakasına traposfer denir. Canlılığın olduğu bu tabaka, bütün atmosfer kütlesinin yaklaşık %75’ini oluşturur. Bu nedenle atmosferin en önemli tabakasıdır. Meteorolojik olayların birçoğu bu katmanda gerçekleşir. Çünkü atmosferde su buharının tamamı bu katmanda bulunmaktadır. Tropopoz (tropopause), traposfer ile stratosfer arasında bulutluluğun ve yağışın bittiği noktadır. Traposfer kalınlığı kutupların üzerinde yaklaşık 8 km iken, ekvatorda yaklaşık 16 km orta enlemlerde ise yaklaşık 11km’dir. Uluslararası standart atmosfer (ISA), trapopozun yüksekliğini orta enlemler baz alarak yaklaşık 11km olduğunu kabul etmiştir. Troposferin yeryüzü ile buluştuğu nokta her zaman daha sıcaktır. Sıcaklık irtifa arttıkça; 100-200 metrede 0,5 derece civarında azalmaktadır. Sivil havacılık uçuşlarının büyük bir kısmı bu katmanda gerçekleşmektedir.

Stratosfer

Traposferin üstünde yer alan tabakaya stratosfer denir. Traposferden sonra 50km yüksekliğe kadar stratosfer katmanı yer alır. Traposferden farklı olarak stratosferde sadece yatay hava hareketliliği görülür. Bu tabakada irtifa arttıkça hava giderek seyrelir hava basıncı düşerken, sıcaklık irtifayla sabit kalır. Stratosferde atmosferdeki ozonun büyük bir kısmı bulunmaktadır. Bu tabakada su buharı yoktur bu yüzden iklim olayları görülmez. Yer çekimi stratosferde oldukça azdır. Stratosferde hava seyrelip havanın direnci düştüğünden stratosferin alt kısımları jet uçuşları için idealdir.

Mezosfer

50 kilometrenin üstündeki yüksekliklerden başlayan, ortalama deniz seviyesinden itibaren 80 kilometre yüksekliğe kadar yayılan tabakaya mezosfer denir. Mezosfer diğer adıyla şemosfer olan bu katman kendi içinde ozonosfer ve komosfer olmak üzere 2 katmana ayrılmaktadır. Ozonosferin görevi güneşten gelen zararlı ışınları tutmakken; kemosferde gazlar iyonlarına ayrılmaya başlar. Mezosferde herhangi bir ısı kaynağı bulunmadığı için sıcaklık -80 ila -100 dereceye kadar düşer. Bu katmanda hava hadiseleri gerçekleşmez. Mezosferin soğuk ve oksijenin neredeyse hiç olmaması sayesinde meteorlar bu tabakada etkisiz hale gelir

Termosfer

Mezosferin üst kısmında bulunan termosfer, güneş ışınlarının en yoğun hissedildiği katmandır. Bu katmanda sıcaklık 1000 ila 2000 derece arasındadır. Termosfer, mezosferden sonra yaklaşık 80 kilometreden 500 kilometre yüksekliğe ulaşmaktadır. Bu tabakada hava oldukça seyrelmiş ve hava molekülleri arasındaki mesafe oldukça açılmıştır. Aurora denilen kutup ışıkları bu katmanında gözlemlenir. Termosferde elektron alışverişi ciddi seviyedir. Dolayısıyla haberleşme sinyalleri ve radyo dalgalarının iletimi oldukça güçlüdür.

Ekzosfer

Termosferden sonra gelen ekzosfer, atmosferin en üst ve en geniş tabakasıdır. Bu katmanda yer çekimi en düşük seviyede olduğundan gaz oranı oldukça azdır ve yapay uydular bulunur. Ekzosfer katmanından sonran uzay boşluğuna geçişler başlar.

Uçakların kanatları ve gövdesi aerodinamik açıdan pürüzsüz tasarlanır. Hava, uçağın kanatlarının altından ve üstünden engelsiz bir şekilde akıp gider. Buzlanma, uçağın kanatlarındaki pürüzsüzlüğü bozarak, havanın engebeli bir yol izlemesine yol açar. Bu da uçağın performansını oldukça etkiler. Buzlanma yüzünde uçaklar, daha fazla motor gücü ve yakıt kullanımına ihtiyaç duyar. Ayrıca buzlanma uçuş esnasında kazalara da davetiye çıkartabilir. Uçaklarda kritik bir yüzeyde veya motorda buzlanma olursa, uçak performansı için bazı şeyler ters gidiyor demektir. Buzlanma nedeniyle havacılık tarihinde birçok kaza yaşanmıştır. Havacılıkta her kural kanla yazılmıştır sözü buzlanma içinde geçerlidir. Yaşanan kazalar, uçakların teknolojik ve tasarım gelişmesine yol açarak, buzlanma yüzünden kaza riskini en aza indirmiştir.

Yüzeylerde Buz Oluşumu

•      Sıvı(donmamış halde) suyun varlığı.
•       Dış hava sıcaklığının 0°C’nin altında olması.
•       Uçak yüzey sıcaklığının 0°C’nin altında olması.

Uçak yüzeyinde oluşan buzlanma hava akışını oldukça etkiler. Uçağın yükselme gücünü azaltır ve uçağın ağırlık ve sürtünmesini artırır. Ayrıca buzlanma uçağın kanat, kuyruk, motor ve pitot tüpü gibi yapısal parçalarına zarar verir.

Buz Çeşitleri

Uçaklarda 2 çeşit buzlanma vardır. Bunlar parlak ve mat buz olarak adlandırılır. Küçük su damlaları donarlar ve havayı içerisinde hapsederler. Oluşan bu buz-hava karışımı mat buz olarak adlandırılır. Mat buz 0°C’nin altındaki sıcaklıklarda oluşur. Buzun görünümü oldukça mattır, mat buz yüzeyde tutunamaz, bu sebeple kanatların üzerinde fazla yer kaplamaz. Mat buzlanma dışa doğru keskin bir şekilde çıkıntı yapar. Mat buz, buzlanmayı önleyici sistemlerle önlenebilir.

Büyük su damlaları kanat ile temas ettiğinde bir bölümü donarken, donmadan kalan bölüm kanattan akarken donar. İçinde hava kalmayan su damlacığı yüzeye iyi tutunma özelliğine sahiptir. Bu buz çeşidi parlak buz olarak adlandırılır. Şeffaf, yoğun ve sert bir yapıya sahiptir. Soğuk hava koşullarında uçak kanatlarının üst yüzeylerinde oluşan parlak buz tabakası kanatların alt yüzeylerinde de buzlanmaya neden olmaktadır. Parlak buz uçak yüzeyinde geniş bir alana yayılarak yüzeyin şeklini alır. Yüzeye güçlü bir şekilde tutunur ve yüzeyden ancak kırılma ile uzaklaşır. Parlak buz çoğunlukla 0°C ile -10°C arasında oluşur. En tehlikeli buzlanma türüdür.

Buzlanmanın Uçuşa Etkileri

•  Buzlanma uçağın yapısal parçalarını(Statik basınç delikleri, pitot tüpü, ön siperlik motorlar, rotor sistemi, kanat ve kuyruk) oldukça etkiler.
•  Buzlanma iniş takımlarına zarar vererek, sistemin çalışmamasına neden olur.
•  Buzlanma, uçağın aerodinamik verimini oldukça düşürür. İniş ve kalkışta uçaklarda problemlere neden olur.
•  Aşırı buzlanma uçaklarda yakıt kanallarını ve havalandırma kanallarını kapatabilir.
•  Buzlanma, sürükleme artışına neden olur. Bu da uçağın hızında düşüşe yakıt kullanımında artışa neden olur.

Buzlanmaya Etki Eden Faktörler

Sıcaklık

0 ile -40oC sıcaklıkları arasında buzlanma görülmesi muhtemel sıcaklık aralığıdır. -25°C’ye kadar yoğun bir şekilde buzlanma görülürken, 30°C’nin üzerinde ender buzlanma görülür. Yükseklikte ise 30.000 ft’e kadar buzlanma görülebilir.

Su Miktarı

Bulutta bulunan su miktarı buzlanma oranının belirlenmesinde oldukça önemli faktördür. Bulut ne kadar alçak olursa ve sıcaklığı ne kadar yüksek olursa bulutun içindeki su miktarı da o kadar fazla olur. Soğuk su damlacıklarının sayısının artması da buzlanma olasılığını arttırır.

Damlacık Boyutu

Damlacık boyutu buzlanmada önemli bir etkiye sahiptir. Boyut büyüdükçe buzlanma olasılığı da artar .

Birikim

Uçak yüzeyinde biriken su damlacıkları çoğaldıkça buzlanmanın etkinliği artmaktadır. Burada uçak yüzeyinin yapısı ve büyüklüğü su damlacıklarının tutunmasını belirler.

Aerodinamik Isınma

Aerodinamik ısınma arttıkça buzlanma azalır. Aerodinamik ısınma uçağın hızına ve yüksekliğine göre farklılık gösterir. Uçak üzerinde buzlanma meydana gelmesi için sıcaklığın 0˚ C altında olması gerekir.

 Bulutluluk

Bulutun üzerine yükselmek buzlanma olasılığını oldukça azaltır. Bulutların alt tarafında sıcaklık artıkça buzlam riski de oluşur.