Atmosfera ziemska
Atmosferą ziemską nazywa się ogólnie powłokę gazowa, która otacza nasza planetę. Trudno dokładnie wyznaczyć granicę między atmosferą ziemską , a przestrzenią kosmiczną ponieważ to przejście następuje w sposób płynny. Atmosfera ziemska stanowi mieszaninę gazów i pary wodnej. W powietrzu znajdującym się przy powierzchni Ziemi można wyróżnić następujące składniki:
● 78% składu powietrza stanowi azot
● 21 % to tlen
● reszta to wodór, dwutlenek węgla, para wodna, hel i inne gazy.
Atmosfera ziemska ma budowę warstwową. Poszczególne warstwy różnią się między sobą właściwościami fizycznymi czyli składem , temperaturą oraz ciśnieniem. I tak wyróżnia się:
● troposferę - do 11 kilometrów wysokości
● stratosferę - od 11 do 50 kilometrów
● mezosferę - od 50 do 90 kilometrów
● termosferę - od 90 do 800 kilometrów
● egzosferę - od 800 do 2000 kilometrów.
Są to główne strefy składowe. Natomiast pomiędzy nimi występują jeszcze takie warstwy o przejściowym charakterze. Są to w kolejności: tropopauza, stratopauza, mezopauza.
Poniżej przedstawiono krótką charakterystykę poszczególnych warstw.
Pierwsza to troposfera. W jej obrębie można jeszcze wyróżnić dwie warstwy , a mianowicie warstwę tarciową która rozciąga się do wysokości około 1500 metrów oraz atmosferę swobodną powyżej tej wysokości.
Wysokość troposfery tak naprawdę jest różna dla różnych obszarów na Ziemi. I tak np. nad równikiem osiąga wysokość nawet 17 kilometrów , a nad biegunami tylko 7. Jest to uwarunkowane przez wartość siły odśrodkowej, która wynika z ruchu rotacyjnego kuli ziemskiej. Do pozostałych czynników mających wpływ grubość troposfery należy również sama powierzchnia ziemi a dokładnie wysokość temperatury i ciśnienia przy powierzchni. Troposfera stanowi warstwę atmosfery, w której możliwe jest życie organizmów roślinnych i zwierzęcych. Musi więc mieć specyficzne własności i bardzo różnić się od pozostałych warstw. I tak rze4czywiście jest. Troposfera skupia prawie 80 % całej masy powietrza , a w tym prawie całą parę wodna zawartą w atmosferze. Troposfera jest również miejscem lokalizacji wszystkich aerozolów, które są wytwarzane na powierzchni Ziemi. Wraz z wysokością zmienia się temperatura powietrza w troposferze. Obliczono ,że spadek ten wynosi średnio 0.6 stopnia na 100 kilometrów. Tego spadku temperatur można doświadczyć samemu np. podczas wspinaczki górskiej. Dzięki temu zjawisku na szczytach gór mogą utrzymywać się warstwy śniegu nawet gdy w dolinach panuje już wysoka temperatura. Ten pionowy spadek temperatur powoduje, że w najwyższych warstwach troposfery zawiera się ona w przedziale od -45 stopni C do -80 stopni C w zależności od pory roku i współrzędnych geograficznych..
Wraz z wysokością zmniejsza się również wilgotność powietrza. Jest to uzależnione od poziomu ciśnienia oraz zwiększającej się odległości od źródeł tej wilgoci czyli np. od parujących oceanów.
Powyżej troposfery jako warstwa przejściowa występuje tropopauza. Jej grubość waha się między 1-2 kilometrów. Natomiast wysokość na jakiej się znajduje podobnie jak dla troposfery zależy od szerokości geograficznej oraz od pory roku. Na jej wysokość mają wpływ również przemieszczające się fronty atmosferyczne czyli wyże i niże.
Kolejną warstwę atmosfery stanowi stratosfera. Jest to warstwa rozciągająca się średnio od 11 do 50 kilometrów.
W warstwie tej występuje ciekawe zjawisko polegające na inwersji temperatur. I tak w dolnej części stratosfery mniej więcej do wysokości 25 kilometrów temperatura utrzymuje się na poziomie -55 stopni C. Natomiast w górnej warstwie stratosfery, którą nawyzywa się ozonosferą występują temperatury powyżej zera stopni C. Jest to spowodowane zachodzącymi w tej warstwie reakcjami rozpadu tlenu. W tej warstwie atmosfery prawie nie występuje para wodna. Czasami jednak dochodzi do wytworzenia się cienkich chmur mających kształt soczewek, które charakteryzują się silną iryzacją. Wysokość ich występowania to około 20 - 30 kilometrów. To rzadkie zjawisko nosi nazwę obłoków iryzujących.
Powyżej stratosfery występuj strefa przejściowa zwana stratopauzą. Odgranicza on stratosferę od kolejnej warstwy czyli mezosfery. Stratopauza występuje zazwyczaj na wysokości 50 - 55 kilometrów.
Na wysokości powyżej 50 - 55 kilometrów rozciąga się mezosfera. W dolnej części temperatura tej warstwy utrzymuje się na poziomie 0 stopni C. Ale wraz z wysokością następuje dość duży spadek temperatury i przy górnej granicy strefy osiąga poziom (-80) - (-90) stopni C. Przy górnej granicy mezosfery występuje także niskie ciśnienie, jego wartość jest dwieście razy mniejsza niż wartość ciśnienia przy powierzchni ziemi. Osobliwością tej strefy są rzadkie zjawiska srebrzystych obłoków. Następnie rozciąga się kolejna strefa przejściowa zwana menopauzą. Wysokość jej występowania to około 85 - 90 kilometrów. Temperatura jej warstwy jest porównywalna z temperaturą jaka panuje w granicznej warstwie mezosfery czyli około -90 stopni C. Panuje tam także podobne ciśnienie.
Następna warstwę stanowi termosfera. Jest to warstwa bardzo szeroka. Rozciąga się bowiem od wysokości 80 - 90 kilometrów aż do poziomu 500- 600 kilometrów. W strefie tej występuj pionowy przyrost temperatury od wartości 100 stopni C do około 1000 stopni C. tak duży wzrost temperatury spowodowany jest absorpcją promieniowania słonecznego. W termosferze gaz występuje w formie zjonizowanej. W jej obrębie można wyróżnić kilka obszarów, w tym jonosferę.
Powyżej termosfery rozciąga się egzosfera. Inna nazwa egzosfery to strefa dyssypacji czyli rozpraszania. Strefa ta zaczyna się na wysokości około 500 - 600 kilometrów, a kończy się około 2000 kilometrów nad powierzchnią ziemi. Powyżej występuje już otwarta przestrzeń kosmiczna. Temperatura panująca w egzosferze wynosi około -270 stopni C.
Gazy w egzosferze charakteryzują się bardzo mała gęstością. Wskutek tego cząsteczki gazu mogą osiągać duże prędkości i nie wytracać ich w zderzeniach z innymi cząsteczkami. Mają one tak dużą energię, że mogą uciekać w przestrzeń kosmiczną pod warunkiem jednak ,że są pozbawione ładunków elektrycznych. Tak dzieje się np. z wodorem i helem. Cząstki naładowane natomiast ulegają działaniu pola magnetycznego Ziemi, które wyznacza tor ich ruchu.
Bardzo ważną warstwą atmosfery jest stratosfera, a konkretnie ta jej część , w której występuje zwiększona ilość ozonu. Ozon jest alotropową odmianą tlenu zawierającą trzy atomy tlenu w cząsteczce. W niższych warstwach atmosfery jego występowanie w zwiększonych ilościach jest zjawiskiem niepożądanym. Jest to bowiem gaz trujący.
Natomiast jego obecność jest niezbędna właśnie w ozonosferze. Dzięki obecności ozonu zatrzymaniu ulega część promieniowani ultrafioletowego. Energia pochłoniętego promieniowania zamieniana jest na ciepło i dlatego warstwa ozonowa dodatkowo pełni rolę termoregulacyjną. W ostatnich dziesięcioleciach doszło do zapoczątkowania bardzo niekorzystnego zjawiska zwanego dziurą ozonową. Polega ono na zmniejszaniu się koncentracji ozonu nad niektórymi rejonami świata. Szczególnie duży ubytek ozonu występuje nad Antarktydą.
Do formowania się dziury ozonowej bardzo skutecznie przyczynia się człowiek od wielu lat emitując do atmosfery duże ilości freonów oraz innych szkodliwych gazów jak węglowodory czy tlenki azotu.
Bibliografia:
K. Kożuchowski, Atmosfera, klimat, ekoklimat, Warszawa 1998
D. Dixon, Atmosfera i oceany, Warszawa 1991