Skład i budowa atmosfery

Życie na Ziemi istnieje dzięki trzem czynnikom: wodzie w stanie ciekłym średniej temperaturze warstw przypowierzchniowych rzędu 15°C bogatej w tlen atmosferze

Skład atmosfery Atmosfera ziemska jest niejednorodną powłoką złożoną z mieszaniny gazów zwanej powietrzem. Oprócz gazów takich jak: azot (78% objętości powietrza), tlen (21%), argon (0,934%), dwutlenek węgla (0,0385%) oraz śladowych ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton i ksenon), zawiera także metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki oraz (w znacznie mniejszych ilościach) m.in. radon i jego izotopy, jod, amoniak, a także przedostające się do atmosfery tzw. aerozole atmosferyczne, tj. pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka.

Historia powstania Początkowo atmosfera naszej planety składała się z najlżejszych frakcji pierwotnej materii Układu Słonecznego - wodoru i helu. Jednak stosunkowo szybko (w skali geologicznej) ta pierwotna atmosfera uległa rozproszeniu na skutek gwałtownych procesów geologicznych, zderzeń z planetoidami i oddziaływania z wiatrem słonecznym. W jej miejsce pojawiły się gazy uwalniane z głębi uformowanej już skorupy ziemskiej: dwutlenek węgla, para wodna, amoniak i pewna ilość azotu. 3-4 miliardy lat temu pojawiły się na Ziemi pierwsze bakterie. Ich gwałtowny rozwój, oraz późniejszy rozwój innych organizmów, spowodował pojawienie się w atmosferze tlenu. Ilość tlenu stopniowo wzrastała na skutek zachodzącej w tych organizmach fotosyntezy, powodującej zamianę dwutlenku węgla w tlen. Zatem malała ilość CO2, natomiast wzrastała ilość O2 i azotu, który był uwalniany przez bakterie z amoniaku.

Atmosfera sięga do wysokości ponad 500 km Atmosfera sięga do wysokości ponad 500 km. Ze względu na różnice fizyczne została podzielona na cztery warstwy zwane sferami. Źródło:http://www.wiking.edu.pl/upload/geografia/images/przekroj_przez_atmosfere.gif

Troposfera Najcieńsza, ale też najgęstsza z wszystkich warstw, skupiająca ponad połowę powietrza atmosferycznego. Górna jej granica zmienia się w zależności od pory roku i od szerokości geograficznej. Nad biegunami sięga ona do 7 km w zimie i do 9 km w lecie. W umiarkowanych szerokościach geograficznych od 10 km w zimie do 13 km w lecie. Nad równikiem zasięg troposfery waha się od 15 do 18 km przez cały rok. Wraz ze wzrostem wysokości spada temperatura, przeciętnie 0,6°C na 100m.

Troposfera Ciśnienie atmosferyczne i gęstość powietrza spadają tutaj z wysokością najszybciej. Na poziomie morza średnie ciśnienie wynosi 1013,27 hPa, a gęstość powietrza ok. 1,225 kg/m³ (atmosfera wzorcowa). Poniżej 5 km n.p.m. znajduje się 50% całego atmosferycznego powietrza.

Troposfera W troposferze zachodzą wszystkie zjawiska pogodowe oraz cały obieg wody w przyrodzie. Występuje w niej para wodna, która skraplając się tworzy chmury. Charakterystyczną cechą tej warstwy są pionowe ruchy powietrza związane z konwekcją. Najwyższe chmury typu cirrus złożone z kryształków lodu sięgają wysokości 7 – 13 km. Niekiedy jednak zdarza się, że intensywnie rozbudowana w pionie burzowa chmura Cumulonimbus sięgnie 15 km lub nawet wyżej, aż do granicy ze stratosferą.

Chmura burzowa w troposferze Troposfera Chmura burzowa w troposferze

Stratosfera Zaczyna się od wysokości ok. 15-20 km nad powierzchnią Ziemi, a kończy na wysokości ok. 45-55 km. W dolnej części stratosfery panuje prawie stała temperatura powietrza, począwszy od wysokości 30-50 km temperatura rośnie wraz ze wzrostem wysokości. Temperatura w górnej części wzrasta do 15°C. W stratosferze znajduje się warstwa ozonowa, która odpowiada za filtrowanie promieni ultrafioletowych docierających do Ziemi ze Słońca.

Stratosfera Wraz ze wzrostem wysokości powietrze się rozrzedza, a jego ciśnienie maleje. Na wysokości ok. 19,2 km ciśnienie atmosferyczne, zrównuje się z ciśnieniem nasyconej pary wodnej w temperaturze 37°C, co powoduje wydzielanie się gazów w postaci pęcherzyków z płynów ustrojowych, czyli ich wrzenie. Pionowe ruchy powietrza w tej strefie nie występują, natomiast wieją tutaj bardzo szybkie prądy strumieniowe – poziome wiatry o globalnym zasięgu, odpowiedzialne za przemieszczanie układów barycznych.

Stratosfera

Mezosfera Warstwa atmosfery ziemskiej znajdująca się na wysokości od 45-50 km do 80-85 km. Temperatura powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości (od ok. 0°C do ok. –70°C). Niebo zmienia kolor z błękitnego na granatowoczarny, pojawiają się na nim gwiazdy.

Mezosfera Ciśnienie atmosferyczne i gęstość powietrza spadają do śladowych wartości. Skład chemiczny atmosfery pozostaje cały czas stały. Większość cząstek gazów atmosferycznych jest w stanie zjonizowanym, co sprawia, iż powietrze staje się odtąd bardzo dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego.

Obłoki srebrzyste w mezosferze Mezosfera Obłoki srebrzyste w mezosferze

Termosfera Warstwa zaczynająca się na wysokości ok. 85 km nad powierzchnią Ziemi i sięgająca do ok. 500-600km. W termosferze temperatura wzrasta wraz z wysokością do 1500°C w górnej granicy wskutek pochłaniania nadfioletowej części widma promieniowania słonecznego. W termosferze występują zorze polarne.

Źródło: Platforma Edukacyjna Portalu www.szkolnictwo.pl Termosfera W termosferze przestają rozchodzić się fale dźwiękowe. Na wysokości 1000km n.p.m. przebiega umowna granica kosmosu. Źródło: Platforma Edukacyjna Portalu www.szkolnictwo.pl

Egzosfera Stanowi najwyższą warstwę atmosfery. Wyróżnia się ona silnie rozrzedzonym powietrzem. Jego cząsteczki mogą uchodzić w przestrzeń kosmiczną z uwagi na słabe przyciąganie ziemskie. Teoretycznie egzosfera sięga od 700km do 1000km nad powierzchnią Ziemi. Górną granicę egzosfery trudno ustalić, gdyż stopniowo przechodzi ona w przestrzeń kosmiczną.