Atmosfera - skład i budowa.
Atmosfera jest najbardziej zewnętrzną powłoką Ziemi. Składa się ona z mieszaniny gazów i aerozoli zwanej powietrzem atmosferycznym.
Skład atmosfery
Występują w niej tak zwane składniki stałe, które w dolnej atmosf. pozostają w niezmiennych proporcjach oraz składniki zmienne, których zawartość ulega zmianom zarówno w czasie, jak i w przestrzeni. W atmosf. oprócz gazów obecne są aerozole, będące drobnymi cząsteczkami ciał stałych lub cieczy.
Obecny w atmosferze azot obniża stężenie tlenu, co wpływa na spowolnienie procesów spalania i przemiany materii. Zmienne składniki atmosfery pełnią także bardzo ważną rolę w procesach zachodzących w atmosferze (np. w powstawaniu opadów atmosf.., powst. efektu cieplarnianego), ale nie tylko. Zawartość zmiennych składników atmosfery kształtowana jest przez procesy naturalne i antropogeniczne. Źródłem CO2 w atmosf. są wybuchy wulkanów, spalanie paliw, takich jak węgiel ropa naftowa, gaz, a także oddychanie i gnicie. Od rewolucji przemy-słowej, kiedy rozpoczęło się powszechne wykorzystywanie węgla, a następnie ropy naftowej, zawartość tego gazu w dolnej warstwie atmosfery powoli rośnie.
Efekt cieplarniany polega na pochłanianiu długofalowego, podczerwonego promieniowania Ziemi przez gazy i aerozole występujące w atmosf., (CO2 metan, ozon, a także parę wodną i chmury).
Zawartość pary wodnej w atmosferze ulega wahaniom, od prawie 0%,np. nad obszarami gorących pustyń, do 4% nad ciepłymi morzami. Zmianom podlega też stan skupienia, może ona przechodzić w stan ciekły czy stały. Źródłem pary wodnej w atmosferze są głównie procesy parowania z powierzchni różnych zbiorników wodnych, z gleby oraz z transpiracji roślin. Także sublimacja dostarcza niewielkich ilości pary wodnej. W wyniku tych procesów trafia rocznie do atmosfery około 520 000 km3 wody i tyle samo powraca na powierzchnię Ziemi w postaci opadów i osadów.
Znaczenie pary wodnej występującej w atmosferze jest b.duże. Procesom parowania i kondensacji towarzyszy wymiana ciepła. Wyparowanie 1g wody wymaga aż ok.2500 J energii cieplej. Ciepło to oddawane jest atmosf podczas kondensacji pary wodnej, poprzez zwrot tzw. ciepła utajonego. Produkty kondensacji - chmury, rozpraszają i odbijają promie-niowanie słoneczne oraz promieniowanie długofalowe Ziemi, a opady atmosfer. przyczyniają się do oczyszczania atmosfery.
Kwaśny deszcz – opad atmosferyczny o niskim pH, powstaje poprzez reakcję gazów z parą wodną.
Skład atmosfery zmienia się także wraz w wys nad poziomem morza. Intensywne mieszanie powietrza w kieru-nku pion. uniemożliwia zróżnicowanie warstwowe gazów wynikające z ich ciężaru właściwego. Dlatego do wys. ok. 70-80 km w składzie atmosfery nie zachodzą większe zmiany - oprócz zawart. aerozoli, pary wodnej, ozonu i CO2. Od tej wys. zaczyna ubywać tlenu cząsteczkowego, do czego przyczynia się intensywne promieniowanie UV. Powyżej 100 km tlen wystę-pujący w atmosf. znajduje się niemal wyłącznie w postaci atomowej. Na tych wysokościach wyraźnie zaznacza się już warstwowanie gęstościowe gazów atmosferycznych. Powyżej 1000 km głównym gazem jest hel, a powyżej 2000 km wodór.
Budowa atmosfery
Ustalenie granic atmosfery jest dość trudne. Przyjmuje się, że dolną granicę stanowi powierzchnia litosfery i hydrosfery, choć powietrze przenika w te sfery. Górna granica znajduje się na wysokości kilkudziesięciu tysięcy kilometrów, gdzie atmosfera stopniowo przechodzi w przestrzeń międzyplanetarną. Aż 90% ogólnej masy atmosf. skupia się w warstwie o grubości 35 km, a 99,9997% w warstwie o miąższości 100 km. Jest to efekt oddziaływania grawitacji ziemskiej.
Troposfera znajduje się w bezpośrednim kontakcie z powierz-chnią Ziemi, dlatego też podlega silnemu oddziaływaniu podłoża. Przebieg górnej granicy troposfery uzależniony jest przecie wszystkim od szerokości geograficznej i pory roku. Troposfera osiąga największą grubość nad równikiem - 17-18 km, około 10-12 km w umiarkowanych szerokościach i około 7 km nad biegunami. W troposferze znajduje się około 4/5 całkowitej masy atmosfery, niemal cała para wodna i aerozole. Ma ona bardzo duże znaczenie dla życia na Ziemi i procesów egzogenicznych modelujących jej powierzchnię gdyż w warstwie tej zachodzą główne procesy kształtujące warunki pogodowe i klimat. W troposferze odbywa się obieg wody i jej przemiany fazowe, występują intensywne ruchy powietrza (poziome, pionowe, turbulencyjne), które w dużym stopniu uzależnione są od rodzaju i ukształtowania powierzchni. W warstwie tarcia do wys. 0,5-1,5km ruchy powietrza są zakłócane szorstkością podłoża; powyżej znajduje się atmosfera swobodna, której ruch jest niezależny od cech podłoża. Istotną cechą troposfery jest systematyczny spadek temp. wraz z wys, średnio o 0,6C na 100 m. Troposferę kończy cienka (1-2 km miąższości) warstwa przejściowa - tropopauza, w której temp. jest stała w przekroju pionowym.
Stratosfera sięga do wys. 50-55km. Dolna część stratosfery nazywana bywa warstwą zimną, gdyż panuje tu b.niska temp. Dopiero od wysokości około 25km następuje szybki wzrost temp., tak że w górnej jej części osiąga ona 0C. Wzrost temp. jest wynikiem pochłaniania promieniowania słonecznego, głównie ultrafioletowego przez ozon. Największa koncentracja ozonu obserwowana jest w warstwie od 20 do 35 km. Warstwa ta nazywana jest ozonosferą lub warstwą ciepłą. Znaczenie tej cienkiej warstwy ozonowej dla życia na Ziemi jest bardzo duże, gdyż pochłania ona znaczną część szkodliwego dla organizmów żywych promieniowania nadfioletowego i rentgenowskiego. Ozon cechuje się małą trwałością. Do jego rozpadu przyczy-niają się b.trwałe freony i inne gazy zawierające brom lub chlor. Ich wzrastająca w troposferze i stratosferze ilość przyczynia się do zmniejszania zawartości ozonu, czyli powstawania „dziur ozonowych" umożliwiających wzrost ilości szkodliwego promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi.
Mezosfera jest kolejną warstwą, rozciągającą się od około 50-55 km do 85 km. Charakt. ją duży spadek temp. wraz z wys. Temp. spada tam do-80C. Na granicy z przejściową warstwą-mezopauzą - może być ona jeszcze niższa -100C.
Termosfera cechuje się wzrostem temp. wraz z wys do 1000C w jej górnej granicy, czyli na wysokości około 800 km. B.wys. temp. występująca w tej warstwie jest efektem pochłaniania promieniow. Słonecznego (krótkofalowego i ultrakrótkofalo-wego) przez zjonizowane gazy. Silna jonizacja atmosfery, która rozpoczyna się już poniżej mezopauzy, stała się podstawą do określania tej części atmosfery także mianem jonosfery. W warstwie tej występują zorze polarne, polegające na świeceniu rozrzedzonych gazów (zjonizowanych atomów azotu i tlenu). Egzosfera czyli zewnętrzna warstwa atmosfery. Charakteryzuje się ucieczką cząsteczek gazów. W warstwie tej temp spada wraz ze wzrostem wys., co jest efektem znacznego rozrzedzenia powietrza. Na granicy z przestrzenią międzyplanetarną temp. spada do -273,2C, czyli 0 w skali Kelwina.