WARSTWOWA STRUKTURA ATMOSFERY

Atmosfera- to najbardziej zewnętrzna powłoka Ziemi (gazowa). W najniższej części atmosfera przenika się z litosferą, hydrosferą, biosferą, a jej górne partie stopniowo przechodzą w próżnię miedzy planetarną.

Mieszaninę gazowych składników atmosfery określa się jako powietrze atmosferyczne.

Pozostałe: Gazy szlachetne - hel, neon, krypton i ksenon

Inne gazy - metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki radon jod, amoniak, pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka

Warstwy atmosfery i ich charakterystyka

• Troposfera (najniższa)

• Stratosfera

• Mezosfera

• Termosfera

• Jonosfera

• Egzosfera

Troposfera

Rozciąga się od powierzchni Ziemi, aż do górnej granicy występowania chmur. Temperatura powietrza spada wraz z wysokością, w tropopauzie osiąga ok. -50ºC. Górna granica troposfery jest w przedziale od 8 km nad biegunami do 15-18 km nad równikiem. Jest to warstwa, gdzie kształtuje się pogoda.

Stanowi ona ponad 80% całej masy atmosfery, gdyż wyżej rozrzedzenie jest tak duże, że na ogromne przestrzenie przypada niewiele masy.

Podstawowymi procesami zachodzącymi w tej warstwie są:
1. Prądy konwekcyjne, gdzie cieplejsze powietrze jako lżejsze unosi się do góry, a chłodniejsze (cięższe) opada na dół
2. Parowanie wody, która unosi się wraz z powietrzem w wyższe i chłodniejsze obszary, w skutek czego powietrze to nie jest w stanie przyjąć tak dużej ilości pary wodnej i następuję kondensacja (skraplanie), tworzą się chmury i może być opad deszczu.
3. Powietrze i para wodna unosi się do tropopauzy, jedynie nieliczna część pary wodnej i różnych związków chemicznych jest w stanie przedostać się do stratosfery.

W troposferze zachodzi wiele reakcji chemicznych, np. utleniacze potrafią czyścić powietrze ze szkodliwych substancji:

• rodnik hydroksylowy, tworzący się w skutek działania światła słonecznego, oczyszczający atmosferę w dzień

• rodnik azotanowy, tworzący się w nocy i o wschodzie słońca, oczyszcza atmosferę w nocy

Stratosfera

Warstwa atmosfery ziemskiej położona między mezosferą a troposferą, od ok. 15 km. do ok. 55 km. nad powierzchnią Ziemi.

Temperatura w stratosferze odwrotnie niż w troposferze zwiększa się wraz z wysokością, a przy górnej granicy tej warstwy - stratopauzie, na wysokości ok. 50km, jest już nawet dodatnia. To tutaj występuje największa koncentracja ozonu - większa część warstwy ozonowej leży właśnie w stratosferze. To właśnie dzięki niemu, a raczej dzięki temu, że jest on w stanie pochłaniać zakresy widma promieniowania słonecznego, w których jest przenoszona największa ilość energii, temperatura w tej warstwie wzrasta

Warstwa przejściowa pomiędzy stratosferą i mezosferą to stratopauza, znajdująca się na wysokości około 50 km nad powierzchnią Ziemi. Temperatura w tej warstwie to ok. 0 stopni.

Mezosfera

warstwa ta, rozciąga się na wysokości ok. 55-80 km. Cechuje się ponownym szybkim spadkiem temperatury z wysokością (średnio 2,3°C/1 km) i na górnej granicy osiąga temperatury rzędu od -80 do -90°C, a nawet niższe. Są to najniższe temperatury w atmosferze.

• Prędkości wiatrów w omawianej warstwie podlegają dużym wahaniom - od 15 do ponad 100 m/s.

• Wskutek szybkiego pionowego spadku temperatury w mezosferze rozwinięta jest turbulencja.

• To tu mają miejsce zorze polarne, czyli zjawisko świecenia cząsteczek powietrza pobudzonych strumieniem wysokoenergetycznych cząstek wysyłanych w przestrzeń przez Słońce.

• Powietrze w tej warstwie jest silnie zjonizowane, tzn. jego atomy są pozbawione zewnętrznych elektronów, co powoduje, że powietrze jako gaz jest "naładowane" elektrycznie

• Ponad mezosferą, w przedziale wysokości 80-85 km, znajduje się warstwa przejściowa - mezopauza.

Termosfera

Jest najrozleglejszą warstwą atmosfery, gdyż rozciąga się od wysokości ok. 80km aż do ok. 800km. Promy kosmiczne orbitują z reguły właśnie w tej warstwie (najniższa orbita wahadłowca to ok. 350km nad powierzchnia Ziemi). Nazwa bierze się stąd, iż temperatura znowu rośnie wraz z wysokością, lecz w pewnym momencie nie tylko przekracza 0 st. Celsjusza lecz dochodzi nawet do ok. 1000 stopni

• W termosferze gęstość powietrza jest już bardzo mała, co oznacza, że zawiera ona niewielką ilość ciepła, przez co może reagować szybko na dobowe zmiany ilości promieniowania słonecznego.

• Dobowa różnica jest bardzo duża - na wysokości 500 km temperatura w ciągu dnia może wzrosnąć znacznie powyżej 1000°C, podczas gdy w nocy obniża się do 400°C.

• Bardzo wysokie temperatury w tej części atmosfery są rezultatem pochłaniania promieniowania słonecznego o bardzo małych długościach fal.

• Głównym składnikiem termosfery jest tlen atomowy. W tej warstwie występują zorze polarne.

• W termosferze część cząsteczek gazu jest zjonizowana. Warstwie zjonizowanego gazu nadano nazwę jonosfery (od 80 do 700 km) -niżej dodatnie, wyżej ujemne

Jonosfera

Skutkiem pochłaniania przez cząsteczki krótkofalowego (ultrafioletowego) promieniowania słonecznego jest jonizacja powietrza, tzn. powstawanie cząsteczek gazu obdarzonych dodatnim lub ujemnym ładunkiem elektrycznym. Zjawisko to jest charakterystyczne dla mezosfery i termosfery, jonosfera to warstwa gdzie takie cząsteczki występują. Zawiera się ona w granicach od 60 do 1000 km wysokości.

Czym jest zorza polarna i jak powstaje?

Zorza polarna to rozbłyski światła w wysokich warstwach atmosfery. Zjawisko powstaje w jonosferze (wysokość 100 -400 kilometrów) i najczęściej występuje na wysokości 100 - 150 kilometrów. Występują jednak odstępstwa od reguły i zorza była polarna była notowana na wysokości 70 i 1000 kilometrów. Zorza powstaje poprzez wyrzucane przez słońce elektrony i protony, które natrafiając na atmosferę ziemską, pobudzają azot oraz wodór i w wyniku reakcji dochodzi do zjawiska świecenia. Cząstki słoneczne wnikają do atmosfery i ulegają przyspieszeniu. Pole magnetyczne ziemi, powoduje że cząstki wnikają w atmosferę w pobliże bieguna magnetycznego Ziemi. Zjawisku temu towarzyszą procesy jonizacji, które prowadzą do zakłóceń w odbiorze krótkich fal radowych.

Egzosfera

Warstwa uznawana jeszcze za atmosferę, chociaż większość gazów w tej warstwie jest już pochodzenia kosmicznego (są to głównie gazy korony słonecznej - najbardziej zewnętrznej warstwy atmosfery Słońca).

• Istnieje od 500 do 2000 km

• brak tlenu

• słabe oddziaływanie grawitacyjne

---