Как работи земната атмосфера
Колко широка е земната атмосфера? Имате ли идея? До 10 км? 1000 км? Защо атмосферното налягане намалява с надморска височина? Какво генерира атмосферно налягане? Защо температурата пада с надморска височина? Защо има области, в които температурата се повишава в горните слоеве на атмосферата? Как човек е унищожил озоновия слой и защо е важен? Как се формира северното/южното сияние? Ето няколко въпроса, на които ще отговорим в тази статия.
Атмосферата на Земята е уникална в нашата слънчева система, като се има предвид, че никоя друга планета няма сместа от газове, влажност и топлина, която намираме на Земята. Тази уникална комбинация позволява съществуването на живот.
В сравнение със земния радиус, който е дълъг около 6 400 км, земната атмосфера е просто изключително тънък слой. .
И което е още по-интересно, повече от 99% от земната атмосфера е през първите 30 км . Този тънък слой газ осигурява невероятна защита срещу космическа радиация.
Обменът на енергия, който се осъществява между земната повърхност и атмосферата и между междупланетното пространство и атмосферата, се идентифицира под името на времето.
Съставът на атмосферата
В допълнение към газовете, които можете да видите, споменати на снимката по-горе, атмосферата има редица променливи компоненти: водни пари, аерозоли и озонов слой .
Водна пара
Водните пари са източникът на всички облаци и следователно валежите. Но те имат и друга важна роля, тази да абсорбират топлината, отразена от Земята, както и част от слънчевата енергия. Следователно водната пара има "латентна топлина", която се абсорбира или отделя в зависимост от условията. Тази енергия генерира например бури.
Динамиката на земната атмосфера е достатъчна, за да запази безброй частици, суспендирани във въздуха: солни частици, получени от движението на вълните, малки фрагменти от почвата, дим от пожари, цветен прашец, микроорганизми, издигнати във вятърната атмосфера, вулканична пепел и т.н. Всички те са известни като "Аерозол".
Аерозолите присъстват по-силно в долната атмосфера, по-близо до земната повърхност. Аерозолите са важни от метеорологична гледна точка, тъй като те функционират като повърхности, върху които водните пари могат да кондензират, съществен аспект по отношение на образуването на облаци. От друга страна, аерозолите могат да абсорбират и отразяват слънчевата радиация.
Озонът е молекула, изградена от 3 кислородни атома. Озонът се различава от кислорода, който дишаме (молекулите са изградени от 2 кислородни атома).
Озонът има слабо присъствие в атмосферата, представлявайки 3 от 10 милиона молекули. Той присъства предимно в стратосферата, слой от атмосферата, който се простира между 10 и 50 км от повърхността на Земята.
Озонът се образува от комбинацията на кислородни молекули (състоящи се от 2 атома) и кислородни атоми, получени в резултат от разпадането на кислородна молекула (O2) под действието на ултравиолетово лъчение, излъчвано от Слънцето. Озонът от своя страна абсорбира част от вредното ултравиолетово лъчение на слънцето. Човекът, без първоначално да знае, изтънява озоновия слой, като освобождава хлорофлуоровъглеводороди (CFC) в атмосферата, използвани главно като охлаждащ разтвор в климатици и хладилни съоръжения. Тези вещества, които междувременно са забранени (Монреалски протокол, 1987 г.), имат потенциал да разграждат озоновите молекули, като по този начин озоновия слой се разрежда.
Където започва и свършва земната атмосфера?
Трудно е да се каже. Няма ясна граница, която да ограничава атмосферата от космоса; атмосферата става все по-рядка, до степен, в която не може да се направи разлика между нея и междупланетното пространство.
Това, което знаем е, че атмосферата става все по-рядка, когато се отдалечаваме от земната повърхност. Половината маса на атмосферата е на разстояние до 5,6 км от земната повърхност. Около 90% от атмосферата се простира на височина от само 16 км!
На над 100 км има само 0,00003% от всички газове, които съставляват атмосферата. Всъщност на 100 км над земята атмосферата е толкова оскъдна, че плътността на въздуха е по-ниска, отколкото в най-съвършения вакуум, който можем да създадем в лабораторията! На 600 км разстоянието между 2 атома/частици, като се вземе предвид средното разпределение, е около 10 км.
Промени в налягането в земната атмосфера
Атмосферното налягане е просто теглото на атмосферния въздух в контекста на земната гравитация. Разбира се, поради изтъняването на атмосферата с увеличаване на надморската височина атмосферното налягане намалява с надморската височина.
Температурни промени в земната атмосфера
Защо въздухът е по-студен, колкото по-голяма е височината? Не трябва да е по-топло, когато се приближаваме до Слънцето.?
Както знаете, топлият въздух се издига. В една стая през летен месец ще има малка разлика между долния и горния въздух. Следователно монтираният на тавана вентилатор е полезен за отстраняване на горещия въздух от стаята. Но защо тогава е толкова студено на върха на планина?
Можем да си представим Земята като страхотен радиатор; колкото по-далеч отидете от него, толкова по-студено се чувства.
Но какво загрява "радиатора"? Слънчева светлина. Учените наричат тази светлина „радиация“. Този фотонен поток загрява повърхността на Земята и осигурява необходимите условия за живот на Земята.
Слънчева светлина
Слънчевата радиация пътува през космоса към Земята и преминава през атмосферата. Но атмосферата не е много добра за задържане на топлина от Слънцето. Това е така, защото, както казах по-горе, въздухът на по-голяма надморска височина има по-ниска плътност, тъй като частиците газ се разширяват и губят енергия.
И накрая, слънчевата радиация удря земната повърхност и тя абсорбира топлината. Горите и океаните са особено добри в абсорбирането на слънчевата топлина. Други области от земната повърхност, като тези, покрити със сняг, са по-склонни да отразяват радиацията.
Колкото по-далеч се отдалечавате от морското равнище, толкова по-далеч сте от „радиатора“, който ни държи свикнали с температурите, с които сме свикнали. На върха на планината може да бъде толкова студено, че човек може да умре за няколко минути, ако няма необходимите защитни средства.
Въздухът на голяма надморска височина няма способността да „задържа“ лъчението от Слънцето, което преминава през горните слоеве на атмосферата, без да го нагрява.
В космоса има много слънчева радиация, а астронавтите носят специални костюми, за да се предпазят от нея. Но в космоса няма въздух, което означава, че наистина няма какво да „поддържа“ топлината на Слънцето.
Но. изненада! Температурата не намалява непрекъснато с надморска височина!
Това, което казах по-горе, по принцип е вярно. Но това не е валидно за цялата повърхност на атмосферата. Френският изследовател Леон Филип Тейсеренк де Борт използва данни от над 200 метеорологични балона, за да покаже, че температурата се поддържа близо до 8 до 12 км.
Но докато се изкачваме по слоевете на атмосферата, забелязваме области с температурна инверсия. За да не използвате твърде много думи, анализирайте изображението по-долу с развитието на температурата, в зависимост от надморската височина. Струва си да се спомене, че в района с най-висока концентрация на озон температурата се повишава, като се има предвид, че тази зона се характеризира с висока скорост на абсорбиране на слънчевата ултравиолетова радиация.
Четвъртият слой на атмосферата, термосферата, съдържа само част от масата на атмосферата, която е изключително разредена. Но температурата отново се повишава в тази област - и може да достигне температури до 1000 o C, поради поглъщането на високоенергийна слънчева радиация от кислородни и азотни атоми. Но тези високи температури не са сравними с температурите, усещани в земната кора. Температурата се определя от средната скорост, с която се движат молекулите; как газовете в термосферата се движат с висока скорост - температурата е висока.
Йоносферата е слой, който не виждате на снимката по-горе, който се намира между 80 и 400 км. Този слой се характеризира с електрически заряд; азотните молекули и кислородните атоми са бомбардирани от високоенергийна слънчева радиация, атомите губят електрони в процеса (и атомите стават „йони“, откъдето идва и името на слоя), а електроните пътуват свободно под формата на електрически ток.
Въпреки че йонизацията настъпва между 1000 и 50 km, най-голямата плътност на положително заредени електрони и йони е между 80 и 400 km.
Северно Сияние
Йоносферата е зоната на атмосферата, където се случва едно от най-зрелищните явления: северното сияние (северното полукълбо) и южното сияние (южното полукълбо). Появата на полярни сияния е строго свързана с активността на Слънцето (слънчевия вятър) и, географски, с магнитните полюси на Земята. Високоенергийните частици, генерирани от Слънцето, протони и електрони, се улавят от магнитното поле на Земята и се насочват към магнитните полюси. Тъй като слънчевите ветрове са свързани с активността на слънчевите петна, появата на сияния е по-многобройна, когато слънчевите петна са по-многобройни.
Източници: Книгата на Лутгенс Тарбак Атмосферата
Защо въздухът е по-студен, колкото по-високо се изкачвате
Можете да коментирате използване на акаунта на сайта, от FB, Twitter или Google или като посетител (без регистрация). За посетителите коментарите са умерени (одобрени от администратор).