Ako funguje zemská atmosféra
Aká široká je atmosféra Zeme? Máš nejaký nápad? Do 10 km? 1 000 km? Prečo klesá atmosférický tlak s nadmorskou výškou? Čo vytvára atmosférický tlak? Prečo teplota klesá s nadmorskou výškou? Prečo existujú oblasti, kde teplota stúpa v horných vrstvách atmosféry? Ako človek zničil ozónovú vrstvu a prečo je to dôležité? Ako sa formuje severná/južná polárna žiara? V tomto článku uvádzame niekoľko otázok, na ktoré odpovieme.
Atmosféra Zeme je v našej slnečnej sústave jedinečná, pretože žiadna iná planéta nemá zmes plynov, vlhkosti a tepla, ktorú nájdeme na Zemi. Táto jedinečná kombinácia umožňuje existenciu života.
V porovnaní s polomerom Zeme, ktorý je dlhý asi 6 400 km, je zemská atmosféra iba mimoriadne tenkou vrstvou. .
A čo je ešte zaujímavejšie, viac ako 99% zemskej atmosféry je v prvých 30 km . Je to táto tenká vrstva plynu, ktorá poskytuje neuveriteľnú ochranu pred kozmickým žiarením.
Výmeny energie, ktoré prebiehajú medzi zemským povrchom a atmosférou a medzi medziplanetárnym priestorom a atmosférou, sú identifikované pod názvom počasie.
Zloženie atmosféry
Okrem plynov, ktoré vidíte na obrázku vyššie, má atmosféra aj množstvo ďalších variabilné komponenty: vodná para, aerosóly a ozónová vrstva .
Vodná para
Vodná para je zdrojom všetkých oblakov, a teda aj zrážok. Majú ale tiež ďalšiu dôležitú úlohu, a to absorpciu tepla odrážaného Zemou, ako aj časť slnečnej energie. Vodná para má preto „latentné teplo“, ktoré sa podľa podmienok absorbuje alebo uvoľňuje. Táto energia generuje napríklad búrky.
Dynamika zemskej atmosféry je dostatočná na to, aby udržala nespočetné množstvo častíc suspendovaných vo vzduchu: častice solí vznikajúce v dôsledku pohybu vĺn, malé úlomky pôdy, dym z požiarov, peľ, mikroorganizmy vznikajúce vo veternej atmosfére, sopečný popol atď. Všetky tieto názvy sú všeobecne známe ako "Aerosól".
Aerosóly sú prítomnejšie v nižšej atmosfére, bližšie k zemskému povrchu. Aerosóly sú dôležité z meteorologického hľadiska, pretože fungujú ako povrchy, na ktorých sa môže kondenzovať vodná para, čo je podstatný aspekt z hľadiska tvorby mrakov. Na druhej strane môžu aerosóly absorbovať a odrážať slnečné žiarenie.
Ozón je molekula zložená z 3 atómov kyslíka. Ozón sa líši od kyslíka, ktorý dýchame (molekuly sú tvorené 2 atómami kyslíka).
Ozón má nízku prítomnosť v atmosfére, čo predstavuje 3 z 10 miliónov molekúl. Je prevažne prítomný v stratosfére, vrstve atmosféry, ktorá sa tiahne od 10 do 50 km od zemského povrchu.
Ozón je tvorený kombináciou molekúl kyslíka (pozostávajúcich z 2 atómov) a atómov kyslíka, ktoré boli výsledkom rozbitia molekuly kyslíka (O2) pod vplyvom ultrafialového žiarenia emitovaného Slnkom. Ozón zasa absorbuje časť škodlivého ultrafialového žiarenia zo slnka. Človek, bez toho, aby o tom najskôr vedel, zriedil ozónovú vrstvu uvoľňovaním chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC) do atmosféry, ktoré sa používali hlavne ako chladiaci roztok v klimatizačných a chladiacich zariadeniach. Tieto látky, ktoré boli medzičasom zakázané (Montrealský protokol, 1987), majú potenciál rozkladať molekuly ozónu, a tým znižovať jeho hladinu.
Tam, kde začína a končí zemská atmosféra?
Je ťažké povedať. Neexistuje jasná čiara na vymedzenie atmosféry z vesmíru; atmosféra je čoraz zriedkavejšia až do takej miery, že medzi ňou a medziplanetárnym priestorom nie je možné robiť rozdiely.
Vieme však to, že atmosféra sa stáva čoraz vzácnejšou, keď sa vzďaľujeme od zemského povrchu. Polovica hmoty atmosféry je až 5,6 km od zemského povrchu. Asi 90% atmosféry sa tiahne do nadmorskej výšky iba 16 km!
Na viac ako 100 km je iba 0,00003% všetkých plynov tvoriacich atmosféru. V skutočnosti je atmosféra 100 km nad zemou taká riedka, že hustota vzduchu je nižšia ako v najdokonalejšom vákuu, aké dokážeme vytvoriť v laboratóriu! Pri 600 km je vzdialenosť medzi 2 atómami/časticami, berúc do úvahy priemerné rozdelenie, asi 10 km.
Zmeny tlaku v zemskej atmosfére
Atmosférický tlak je jednoducho hmotnosť atmosférického vzduchu v kontexte gravitácie Zeme. Samozrejme, s pribúdajúcou nadmorskou výškou klesá atmosféra, atmosférický tlak s nadmorskou výškou klesá.
Zmeny teploty v zemskej atmosfére
Prečo je vzduch chladnejší, tým vyššia je nadmorská výška? Keď sa priblížime k Slnku, nemalo by byť teplejšie.?
Ako viete, teplý vzduch stúpa. V miestnosti bude v letnom mesiaci malý rozdiel medzi spodným a horným vzduchom. Na odvádzanie horúceho vzduchu z miestnosti je preto užitočný stropný ventilátor. Ale prečo je potom taká zima na vrchole hory?
Zem si môžeme predstaviť ako veľký žiarič; čím ďalej od toho idete, tým je to chladnejšie.
Čo však ohrieva „radiátor“? Slnečné svetlo. Vedci toto svetlo nazývajú „žiarením“. Tento fotónový tok ohrieva zemský povrch a poskytuje podmienky potrebné pre život na Zemi.
Slnečné svetlo
Slnečné žiarenie putuje vesmírom na Zem a prechádza atmosférou. Ale atmosféra nie je príliš dobrá na to, aby udržala teplo zo Slnka. Je to preto, že ako som už uviedol vyššie, vzduch vo vyšších nadmorských výškach má nižšiu hustotu, pretože plynné častice expandujú a strácajú energiu.
Nakoniec slnečné žiarenie zasiahne zemský povrch a absorbuje teplo. Lesy a oceány sú obzvlášť dobré na absorbovanie slnečného tepla. Ostatné oblasti zemského povrchu, napríklad tie, ktoré pokrýva sneh, s väčšou pravdepodobnosťou odrážajú žiarenie.
Čím ďalej od morskej hladiny idete, tým ste ďalej od „radiátora“, ktorý nás drží zvyknutými na teploty, na ktoré sme zvyknutí. Na vrchole hôr môže byť taká zima, že človek môže za pár minút zomrieť, ak nemá potrebné ochranné prostriedky.
Vzduch vo vysokých nadmorských výškach nemá schopnosť „zadržiavať“ žiarenie zo Slnka, ktoré prechádza hornými vrstvami atmosféry bez jeho ohrevu.
Vo vesmíre je veľa slnečného žiarenia a astronauti majú na sebe špeciálny oblek, aby sa pred ním chránili. Ale vo vesmíre nie je žiadny vzduch, čo znamená, že v skutočnosti nie je čo „udržiavať“ slnečné teplo.
Ale. prekvapenie! Teplota s nadmorskou výškou nepretržite klesá!
To, čo som povedal vyššie, je v zásade pravda. Neplatí to však pre celý povrch atmosféry. Francúzsky vedec Leon Philippe Teisserenc de Bort použil údaje z viac ako 200 meteorologických balónov na preukázanie toho, že teplota sa udržuje na úrovni 8 až 12 km.
Ale keď stúpame po vrstvách atmosféry, všimneme si oblasti teplotnej inverzie. Aby ste nepoužívali príliš veľa slov, analyzujte obrázok nižšie s vývojom teploty v závislosti od nadmorskej výšky. Je potrebné spomenúť, že v oblasti s najvyššou koncentráciou ozónu teplota stúpa, pretože táto oblasť sa vyznačuje vysokou mierou absorpcie slnečného ultrafialového žiarenia.
Štvrtá vrstva atmosféry, termosféra, obsahuje iba zlomok hmoty atmosféry, je mimoriadne zriedená. Teplota však v tejto oblasti opäť stúpa - a môže dosiahnuť teploty až 1 000 ° C v dôsledku absorpcie vysokoenergetického slnečného žiarenia atómami kyslíka a dusíka. Ale tieto vysoké teploty nie sú porovnateľné s teplotami pociťovanými v zemskej kôre. Teplota je definovaná priemernou rýchlosťou, akou sa molekuly pohybujú; ako sa plyny v termosfére pohybujú vysokou rýchlosťou - teplota je vysoká.
Ionosféra je vrstva, ktorú na vyššie uvedenom obrázku nevidíme a ktorá sa nachádza medzi 80 a 400 km. Táto vrstva je charakterizovaná elektrickým nábojom; molekuly dusíka a atómy kyslíka sú bombardované vysokoenergetickým slnečným žiarením, atómy v procese strácajú elektróny (a z atómov sa stávajú „ióny“, odtiaľ pochádza aj názov vrstvy) a elektróny voľne cestujú vo forme elektrického prúdu.
Aj keď ionizácia nastáva medzi 1 000 a 50 km, najvyššia hustota kladne nabitých elektrónov a iónov je medzi 80 a 400 km.
polárna žiara
Ionosféra je oblasť atmosféry, kde sa odohráva jeden z najpozoruhodnejších javov: polárna žiara (severná pologuľa) a južná polárna žiara (južná pologuľa). Vzhľad polárnych žiarok prísne koreluje s činnosťou Slnka (slnečný vietor) a geograficky s magnetickými pólmi Zeme. Vysokoenergetické častice generované Slnkom, protóny a elektróny, sú zachytávané magnetickým poľom Zeme a smerujú k magnetickým pólom. Pretože slnečné vetry korelujú s činnosťou slnečných škvŕn, výskyt polárnych žiarok je početnejší, keď sú slnečné škvrny početnejšie.
Zdroje: kniha Lutgensa Tarbucka Atmosféra
Prečo je vzduch chladnejší, tým vyššie idete
Môžete komentovať pomocou účtu na webe, prostredníctvom FB, Twitteru alebo Google alebo ako návštevník (bez registrácie). Pre návštevníkov sú komentáre mierne (schválené správcom).