65881 SNC03556

Atmosfera (gr. atmos - wyziew, para. sphaira - kula) - powłoka gazowa Ziemi (lub innych ciał niebieskich). Gazy składające się na atmosferę utrzymują się wokół kuli ziemskiej wskutek sił grawitacji i uczestniczą - jako całość w jej w ruchu obrotowym. Gęstość atmosfery zbliża się do zera na wysokości ok. 1500 km. wysokość tę przyjmuje się za umowną gómą granicę atmosfery. Mieszaninę gazów atmosfery ziemskiej nazywamy powietrzem. Przyziemną warstwę atmosfery, podlegającą bezpośrednim oddziaływaniom powierzchni ziemi (w szczególności sił tarcia, wpływających na prędkość wiatru) nazywamy warstwą graniczną (tarciową). Wyżej rozciąga się tzw. wolna (swobodna) atmosfera.

Budowa i składniki atmosfery

-*

.Pierwsza trudność dotyczy tego. co nazywamy powietrzem. Jaka jest jego natura w okalającym Ziemię świecie i jakie jest jego odniesienie do tak zwanych żywiołów. Nikomu bowiem nie tajno jak bardzo Ziemia różni się pod względem wielkości od tego, co ją otacza... Otóż powstaje pytanie. czy substancja znajdująca się pomiędzy Ziemią a najdalszymi gwiazdami jest jednorodna, ety raczej złożona z wielu ciał. a jeżeli złożona, to z ilu i jak daleko rozciągają się ich granice" (Arystoteles. .Meteorologika. O świecie"(IV w. p.n.e.).

Powietrze, obok ognia, wody i ziemi, uznawano przez wiele wieków za jeden zpod-stawowych żywiołów, kształtujących stan wszystkich materialnych rzeczy (Taylor, 19621

Ten pochodzący od czasów Arystotelesa pogląd przezwyciężano z trudem i nieba ofiar za pomocą żmudnych eksperymentów fizycznych i chemicznych. Równie ważne jak same doświadczenia były myśli badaczy, którzy w epoce Odrodzenia, a zwlaszca Oświecenia, próbowali na nowo zrozumieć i objaśnić budowę materii.

Sam Arystoteles, na podstawie eksperymentów z rybim pęcherzem, uznał, iż powietrze ma co prawda objętość, ale nie ma masy. Pusty i wypełniony powietrzem wedlą Arystotelesa pęcherz ważył tyle samo.

Mówiąc dziś o atmosferze warto przypomnieć koncepcję flamandzkiego chemih, Baptisty van Helmonta (1580-1644), który po raz pierwszy nazwał gazem stan materii, powstający wskutek spalania. Helmont spalił 62 funty węgla drzewnego, otrzymując z niego 1 funt popiołu; resztę substancji nazwał „nieokiełznanym duchem”, uwalniającym się z węgla. Tworzenie „ducha” było jednak ryzykownym zajęciem; badaczemza-interesowali się inkwizytorzy, a Helmont resztę życia spędził w domowym areszcie (Sorbjan, 2001, s. 28). W miejsce „ducha” wprowadził grecki termin chaos', ponieważ jednak w języku flamandzkim „ch” czytano jak „g”, nazwą lotnej substancji został gaz. Ciekawe, że dopiero po czterech wiekach, w drugiej połowie XX stulecia, teoria chaosu stała się nową ideą, dobrze opisującą niektóre zachowania atmosfery. Pomysł Helmonta doczekał się swego renesansu...

Masą powietrza zajmował się Galileusz, który w 1638 r. wykazał, że kolba ze sprężonym powietrzem waży więcej niż kolba pusta. Otto von Guericke kilkanaście lat później porównał ciężary kolby z wodą, kolby wypełnionej powietrzem i pozbawionej powietrza. Stwierdził w ten sposób, że powietrze jest 947 razy lżejsze od wody. W rzeczywi-półkule, spod których wypompowano powietrze, nie chciały się rozdzielić - utrzymywała je tajemnicza siła (Sorbjan, 2001).

Inny wybitny badacz powietrza, francuski chemik, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), obalił powszechny wcześniej pogląd, że przyczyną spalania jest „ognista substancja” zawarta w materii, tzw. flogiston. Stwierdził, że do spalania potrzebna jest część powietrza - oxygen (tlen), zużywana także podczas oddychania. Pozostała część powietrza - to „duszący gaz”, później nazwany azotem. Tak więc, dzięki Lavoisierowi wiemy, że powietrze jest mieszaniną gazów: odkrył on i w przybliżeniu ocenił skład atmosfery, składającej się przede wszystkim z azotu i tlenu. W doświadczeniu z rtęcią i powietrzem stwierdził, że z 800 cm³ powietrza 130 cm³ zużywa się na utlenianie, a resztę stanowi „gaz duszący”. Mimo zasług dla nauki i techniki (ulepszył m.in. jakość prochu, dzięki czemu armia napoleońska święciła później triumfy) - Lavoisier zginął pod gilotyną 8 V 1794 r.

W spokojniejszych czasach pracował Teisserenc de Bort (1855-1913). Z poligonu pod Paryżem wypuszczał przez wiele lat latawce, a później balony. Wykonał ponad 11 tys. takich wzlotów, sondujących atmosferę. Dzięki tym badaniom odkrył stratosferę - warstwę, w której powietrze porusza się poziomo (warstwowo), a temperatura wzrasta ku górze. De Bort nazwał tak część atmosfery, położoną powyżej 11 km. Przyziemną warstwę, w której powietrze porusza się poziomo i pionowo, a temperatura obniża się z wysokością, nazwał troposferą. Dał w ten sposób podstawy poznania pionowej budowy atmosfery.

Ten sam uczony wykrył dwa centra baryczne, rządzące pogodą w Europie - wyż azorski i niż islandzki; ich siła i wzajemne ułożenie daje, według de Borta, pięć różnych typów pogody (Staszewski, 1966, s. 349). Teraz mówimy o tych układach jako o składnikach mechanizmu uruchamiającego tzw. Oscylację Północnego Atlantyku (NAO), sterującą nie tylko zmianami pogody, ale i wahaniami klimatu w naszej części świata.

2.1. Budowa atmosfery ziemskiej

Masa gazowej powłoki, otaczającej kulę ziemską, koncentruje się w pobliżu jej j wierzchni. Połowa całej masy atmosfery leży w dolnej, 5-kilometrowej warstwie, 99,9 - znajduje się poniżej 80 km nad ziemią. Powyżej 1000 km nad powierzchnią znajc się już znikoma część atmosfery - zaledwie 10*'³ jej całkowitej masy. Ta całkowita n wynosi 5.15 -10¹⁵ ton i stanowi tylko 1-milionowa cześć ogólnej masy Ziemi. Atmo;