żyjemy na dnie niewidzialnego Oceanu zwanego atmosferą, warstwy gazów otaczającej naszą planetę. Azot i tlen stanowią 99 procent gazów w suchym powietrzu, a argon, dwutlenek węgla, hel, neon i inne gazy tworzą niewielkie porcje. Para wodna i pył są również częścią ziemskiej atmosfery. Inne planety i księżyce mają bardzo różne atmosfery, a niektóre nie mają atmosfery w ogóle.,
atmosfera jest tak rozłożona, że ledwo ją zauważamy, ale jej waga jest równa warstwie wody o głębokości ponad 10 metrów (34 stopy) pokrywającej całą planetę. Dno 30 kilometrów (19 mil) atmosfery zawiera około 98 procent jego masy. Atmosfera-powietrze – jest znacznie cieńsza na dużych wysokościach. W kosmosie nie ma atmosfery.
naukowcy twierdzą, że wiele gazów w naszej atmosferze zostało wyrzuconych w powietrze przez wczesne wulkany. W tym czasie, nie byłoby niewiele wolnego tlenu otaczającego ziemię lub nie., Wolny tlen składa się z cząsteczek tlenu nie przyłączonych do innego pierwiastka, jak węgiel (tworząc dwutlenek węgla) lub wodór (tworząc wodę).
wolny tlen mógł być dodawany do atmosfery przez prymitywne organizmy, prawdopodobnie bakterie, podczas fotosyntezy. Fotosynteza to proces, w którym roślina lub inny autotrof wykorzystuje żywność i tlen z dwutlenku węgla i wody. Później, bardziej złożone formy życia roślinnego dodawały więcej tlenu do atmosfery. Tlen w dzisiejszej atmosferze prawdopodobnie gromadził się miliony lat.,
atmosfera działa jak gigantyczny filtr, zatrzymując większość promieniowania ultrafioletowego, jednocześnie wpuszczając rozgrzewające promienie słoneczne. Promieniowanie ultrafioletowe jest szkodliwe dla żywych istot i jest tym, co powoduje oparzenia słoneczne. Z drugiej strony, ciepło słoneczne jest niezbędne dla całego życia na Ziemi.
atmosfera ziemska ma strukturę warstwową. Z ziemi w kierunku nieba, warstwy są troposferą, stratosferą, mezosferą, termosferą i egzosferą. Inna warstwa, zwana jonosferą, rozciąga się od mezosfery do egzosfery. Poza egzosferą znajduje się przestrzeń kosmiczna., Granice między warstwami atmosferycznymi nie są jasno określone i zmieniają się w zależności od szerokości geograficznej i pory roku.
troposfera
troposfera jest najniższą warstwą atmosferyczną. Średnio troposfera rozciąga się od ziemi do około 10 kilometrów (6 mil) wysokości, od około 6 kilometrów (4 mile) na biegunach do ponad 16 kilometrów (10 mil) na równiku. Szczyt troposfery jest wyższy latem niż zimą.
prawie cała pogoda rozwija się w troposferze, ponieważ zawiera ona prawie całą parę wodną atmosfery., W troposferze tworzą się chmury, od nisko położonych mgieł, przez gromy po wysokogórskie cirrus. Masy powietrza, obszary systemów wysokociśnieniowych i niskociśnieniowych, są przemieszczane przez wiatry w troposferze. Te systemy pogodowe prowadzą do codziennych zmian pogody, a także sezonowych wzorców pogodowych i systemów klimatycznych, takich jak El Nino.
powietrze w troposferze rozrzedza się wraz ze wzrostem wysokości. Na przykład na szczycie Mount Everestu w Nepalu jest mniej cząsteczek tlenu niż na hawajskiej plaży. To dlatego alpiniści często używają kanistrów z tlenem podczas wspinaczki na wysokie szczyty., Cienkie powietrze jest również powodem, dla którego śmigłowce mają trudności z manewrowaniem na dużych wysokościach. W rzeczywistości helikopter nie był w stanie wylądować na Mount Everestu aż do 2005 roku.
w miarę rozrzedzania się powietrza w troposferze temperatura spada. Z tego powodu szczyty gór są zwykle znacznie zimniejsze niż doliny poniżej. Naukowcy uważali, że temperatura nadal spada, gdy wysokość wzrasta poza troposferą. Ale dane zebrane za pomocą balonów pogodowych i rakiet pokazały, że tak nie jest. W dolnej stratosferze temperatura pozostaje prawie stała., Wraz ze wzrostem wysokości w stratosferze, temperatura faktycznie wzrasta.
ciepło słoneczne łatwo przenika do troposfery. Warstwa ta pochłania również ciepło, które odbija się od podłoża w procesie zwanym efektem cieplarnianym. Efekt cieplarniany jest niezbędny do życia na Ziemi. Najbardziej obfite gazy cieplarniane w atmosferze to dwutlenek węgla, para wodna i metan.
szybko poruszające się, wysokogórskie wiatry zwane strumieniami strumieniowymi wiją się wokół planety w pobliżu górnej granicy troposfery. Strumienie odrzutowe są niezwykle ważne dla branży lotniczej., Samoloty oszczędzają czas i pieniądze, latając strumieniami odrzutowymi zamiast dolną troposferą, gdzie powietrze jest grubsze.
Stratosfera
troposfera zmienia się nagle i gwałtownie, ale stratosfera jest spokojna. Stratosfera rozciąga się od tropopauzy, górnej granicy troposfery, do około 50 kilometrów (32 mil) nad powierzchnią ziemi.
w stratosferze wieją silne wiatry poziome, ale jest mało turbulencji. Jest to idealne rozwiązanie dla samolotów, które mogą latać w tej części atmosfery.
stratosfera jest bardzo sucha, a chmury są rzadkie., Te, które tworzą, są cienkie i wiotkie. Nazywane są chmurami perłowymi. Czasami nazywane są chmurami Z Masy Perłowej, ponieważ ich kolory wyglądają jak te wewnątrz skorupy mięczaka.
stratosfera ma kluczowe znaczenie dla życia na Ziemi, ponieważ zawiera niewielkie ilości ozonu, formy tlenu, która zapobiega przedostawaniu się szkodliwych promieni UV do ziemi. Region w stratosferze, w którym znajduje się ta cienka powłoka ozonu, nazywany jest warstwą ozonową. Warstwa ozonowa stratosfery jest nierówna i cieńsza w pobliżu biegunów. Ilość Ozonu w atmosferze Ziemi stale spada., Naukowcy powiązali stosowanie substancji chemicznych, takich jak chlorofluorowęglowodory (CFC) z zubożeniem ozonu.
Mezosfera
mezosfera rozciąga się od stratopauzy (górnej granicy stratosfery) do około 85 kilometrów (53 mil) nad powierzchnią ziemi. Tutaj temperatura znowu zaczyna spadać.
mezosfera ma najzimniejsze temperatury w atmosferze, zanurzając się tak nisko, jak -120 stopni Celsjusza (-184 stopnie Fahrenheita, czyli 153 kelviny). W mezosferze znajdują się również najwyższe chmury atmosfery. Przy bezchmurnej pogodzie można czasami zobaczyć je jako srebrzyste wispy zaraz po zachodzie słońca., Są one nazywane noctilucent chmury, lub noc-lśniące chmury. Mezosfera jest tak zimna, że noktilucentne chmury są w rzeczywistości zamarzniętą parą wodną-lodowymi chmurami.
spadające gwiazdy—ogniste wypalenie meteorów, pyłu i skał z kosmosu—widoczne są w mezosferze. Większość spadających gwiazd jest wielkości ziarenka piasku i spala się przed wejściem do stratosfery lub troposfery. Jednak niektóre meteory są wielkości kamyków, a nawet głazów., Ich zewnętrzne warstwy płoną podczas wyścigu przez mezosferę, ale są na tyle masywne, że spadają przez dolną atmosferę i zderzają się na Ziemię jako meteoryty.
mezosfera jest najmniej poznaną częścią atmosfery ziemskiej. Jest zbyt wysoka dla samolotów lub balonów pogodowych do działania, ale zbyt niska dla statków kosmicznych. Rakiety sondujące dostarczyły meteorologom i astronomom jedynie istotnych danych na temat tej ważnej części atmosfery. Rakiety sondujące to bezzałogowe instrumenty badawcze, które zbierają dane podczas lotów suborbitalnych.,
być może dlatego, że mezosfera jest tak mało zrozumiała, jest domem dla dwóch tajemnic meteorologicznych: spritów i elfów. Sprites to czerwonawe, pionowe wyładowania elektryczne, które pojawiają się wysoko nad piorunami, w górnej stratosferze i mezosferze. Elfy są ciemnymi, halo-kształtnymi wyładowaniami, które pojawiają się jeszcze wyżej w mezosferze.
jonosfera
jonosfera rozciąga się od górnej połowy mezosfery aż do egzosfery. Ta warstwa atmosferyczna przewodzi elektryczność.
nazwa jonosfery pochodzi od jonów wytwarzanych przez energiczne cząstki ze światła słonecznego i przestrzeni kosmicznej., Jony to atomy, w których liczba elektronów nie równa się liczbie protonów, co daje ATOM ładunek dodatni (mniej elektronów niż protony) lub ujemny (więcej elektronów niż protony). Jony powstają jako silne promienie rentgenowskie i promienie UV strącają elektrony z atomów.
jonosfera—warstwa wolnych elektronów i jonów—odbija fale radiowe. Guglielmo Marconi,” ojciec Wireless”, pomógł to udowodnić w 1901 roku, kiedy wysłał sygnał radiowy z Kornwalii w Anglii do St.John ' s, Nowa Fundlandia, Kanada., Eksperyment Marconiego wykazał, że sygnały radiowe nie poruszają się w linii prostej, lecz odbijają się od warstwy atmosfery—jonosfery.
jonosfera jest podzielona na odrębne warstwy, zwane warstwami D, E, F1 i F2. Podobnie jak wszystkie inne części atmosfery, warstwy te różnią się w zależności od pory roku i szerokości geograficznej. Zmiany w jonosferze zdarzają się codziennie. Niska warstwa D, która pochłania fale radiowe o wysokiej częstotliwości, a warstwa E faktycznie znikają w nocy, co oznacza, że fale radiowe mogą dotrzeć wyżej do jonosfery., Dlatego stacje radiowe AM mogą co noc rozszerzać swój zasięg o setki kilometrów.
jonosfera odbija również cząstki z wiatru słonecznego, strumienia silnie naładowanych cząstek wyrzucanych przez słońce. Owe elektryczne wyświetlacze tworzą zorze polarne (świetlne) zwane światłami północy i Południa.
Termosfera
termosfera jest najgrubszą warstwą atmosfery. Tylko najlżejsze gazy—głównie tlen, Hel i wodór—znajdują się tutaj.,
termosfera rozciąga się od mezopauzy (górnej granicy mezosfery) do 690 kilometrów (429 mil) nad powierzchnią ziemi. Cienko rozproszone cząsteczki gazu absorbują promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie ultrafioletowe. Ten proces absorpcji napędza cząsteczki w termosferze do dużych prędkości i wysokich temperatur. Temperatura w termosferze może wzrosnąć do 1500 stopni Celsjusza (2732 stopni Fahrenheita lub 1773 Kelvina).
chociaż temperatura jest bardzo wysoka, nie ma zbyt wiele ciepła. Jak to możliwe?, Ciepło powstaje, gdy cząsteczki są podekscytowane i przenoszą energię z jednej cząsteczki do drugiej. Ciepło dzieje się w obszarze wysokiego ciśnienia (pomyśl o wodzie gotującej się w garnku). Ponieważ w termosferze jest bardzo małe ciśnienie, transfer ciepła jest niewielki.
Kosmiczny Teleskop Hubble ' a i Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) okrążają Ziemię w termosferze. Mimo że termosfera jest drugą co do wysokości warstwą atmosfery ziemskiej, działające tutaj satelity znajdują się na „niskiej orbicie okołoziemskiej”.,”
Egzosfera
obszar wahań pomiędzy termosferą a egzosferą nazywany jest turbopauzą. Najniższy poziom egzosfery nazywany jest egzobazą. Na górnej granicy egzosfery jonosfera łączy się z przestrzenią międzyplanetarną, czyli przestrzenią między planetami.
egzosfera rozszerza się i kurczy, gdy wchodzi w kontakt z burzami słonecznymi. W burzach słonecznych cząstki są wyrzucane przez przestrzeń kosmiczną z wybuchowych zdarzeń na słońcu, takich jak rozbłyski słoneczne i koronalne wyrzuty masy (CME).,
burze słoneczne mogą przecisnąć egzosferę do zaledwie 1000 kilometrów (620 mil) nad ziemią. Kiedy słońce jest spokojne, egzosfera może rozciągnąć się na 10 000 kilometrów (6 214 Mil).
Wodór, najlżejszy pierwiastek we wszechświecie, dominuje w cienkiej atmosferze egzosfery. Obecne są tylko śladowe ilości helu, dwutlenku węgla, tlenu i innych gazów.
wiele satelitów meteorologicznych okrąża Ziemię w egzosferze. Dolna część egzosfery obejmuje niską orbitę okołoziemską, podczas gdy średnia Orbita okołoziemska jest wyższa w atmosferze.,
górna granica egzosfery jest widoczna na zdjęciach satelitarnych Ziemi. Nazywa się geocorona, jest to rozmyte niebieskie oświetlenie, które okrąża Ziemię.
atmosfery Pozaziemskie
wszystkie planety w naszym Układzie Słonecznym mają atmosfery. Większość tych atmosfer radykalnie różni się od ziemskich, chociaż zawierają wiele tych samych pierwiastków.
układ słoneczny ma dwa główne typy Planet: planety naziemne (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) i gazowe olbrzymy (Jowisz, Saturn, Uran i Neptun).,
atmosfery ziemskich planet są nieco podobne do ziemskich. atmosfera Merkurego zawiera tylko cienką egzosferę zdominowaną przez wodór, hel i tlen. Atmosfera Wenus jest znacznie grubsza niż ziemska, co uniemożliwia jasny widok planety. Jego atmosfera jest zdominowana przez dwutlenek węgla i zawiera wirujące chmury kwasu siarkowego. Atmosfera na Marsie jest również zdominowana przez dwutlenek węgla, choć w przeciwieństwie do Wenus jest dość cienka.
gazowe olbrzymy składają się z gazów. Ich atmosfery to prawie wyłącznie wodór i hel., Obecność metanu w atmosferach Urana i Neptuna nadaje planetom ich jasnoniebieski kolor.
w niższych atmosferach Jowisza i Saturna chmury wody, amoniaku i siarkowodoru tworzą wyraźne pasma. Szybkie wiatry oddzielają jasne pasma, zwane strefami, od ciemnych pasm, zwanych pasami. Inne zjawiska pogodowe, takie jak cyklony i błyskawice, tworzą wzory w strefach i pasach. Wielka Czerwona Plama Jowisza to wielowiekowy cyklon, który jest największą burzą w Układzie Słonecznym.
księżyce niektórych Planet mają własne atmosfery., Największy księżyc Saturna, Tytan, ma gęstą atmosferę złożoną głównie z azotu i metanu. Sposób, w jaki światło słoneczne rozkłada Metan w jonosferze Tytana, pomaga nadać księżycowi pomarańczowy kolor.
większość ciał niebieskich, w tym wszystkie asteroidy w pasie planetoid i nasz własny księżyc, nie posiada atmosfery. Brak atmosfery na Księżycu oznacza, że nie doświadcza pogody. Bez wiatru i wody, aby je erozji, wiele kraterów na Księżycu było tam od setek, a nawet tysięcy lat.,
sposób budowy atmosfery ciała niebieskiego i jego budowa pozwalają astrobiologom spekulować, jakie życie może wspierać planeta lub księżyc. Atmosfery są więc ważnymi znacznikami w eksploracji kosmosu.
atmosfera planety lub księżyca musi zawierać określone substancje chemiczne, aby podtrzymać życie, jakie znamy. Chemikalia te obejmują wodór, tlen, azot i węgiel. Chociaż Wenus, Mars i tytan mają podobne gazy atmosferyczne, to nigdzie w Układzie Słonecznym poza Ziemią nie ma atmosfery zdolnej do podtrzymywania życia., Atmosfera Wenus jest zbyt gęsta, Mars zbyt cienka, A Tytan zbyt zimny.