Materiały do matury.

GEOGRAFIA


GEOGRAFIA FIZYCZNA OGÓLNA

1. Geografia jako nauka
Geografia jako nauka należy do systemu nauk o Ziemi, który tworzy wraz z geologią, geofizyką i geodezją. Wyniki badań uzyskiwane w każdej z tych dziedzin służą rozwojowi pozostałych i wzajemnie się uzupełniają.
Geografia jest nauką badającą powłokę Ziemi, jej przestrzenne zróżnicowanie pod względem przyrodniczym i społeczno-gospodarczym oraz związki zachodzące między środowiskiem geograficznym a działalnością społeczeństw.
Wprowadza się następujący podział nauk geograficznych:
Geografia fizyczna:
hydrografia - nauka o wodach lądowych
oceanografia - nauka o wodach oceanicznych
meteorologia - nauka o pogodzie
klimatologia - nauka o klimacie
geomorfologia - nauka o rzeźbie Ziemi i procesach ją kształtujących
pedologia - nauka o glebach
biogeografia - nauka o rozmieszczeniu życia na Ziemi
paleogeografia - bada i odtwarza warunki geograficzne na powierzchni Ziemi w minionych epokach geologicznych
glacjologia - nauka o lądolodach i lodowcach
geografia matematyczna (astronomiczna) - zajmuje się ruchami Ziemi i ich konsekwencjami, orientacją na Ziemi
Geografia społeczno-ekonomiczna:
geografia osadnictwa
geografia zaludnienia
geografia przemysłu
geografia komunikacji
geografia rolnictwa
geografia turystyki
geografia polityczna
geografia gospodarki przestrzennej
geografia zasobów przyrodniczych
geografia usług
geografia regionalna

2. Kartografia
Mapa jest podstawowym źródłem informacji geograficznej. Nauka o mapach, metodach ich sporządzania i wykorzystywania to kartografia.
Mapa jest rysunkiem przedstawiającym na płaszczyźnie zmniejszony i uogólniony obraz powierzchni Ziemi lub jej części, wykonanym według przyjętych zasad odwzorowania kartograficznego i przy użyciu umownych, symbolicznych znaków umownych.
Mapa tym różni się od planu, że uwzględnia wypukły kształt poziomej powierzchni Ziemi; mapą nie jest globus ani plastyczny model powierzchni (tzw. relief)
Mapa odznacza się następującymi cechami:
· jest obrazem wymiernym umożliwiającym pomiar
· jest obrazem zmniejszonym a stopień zmniejszenia określa skala (podziałka)
· jest obrazem symbolicznym - treść mapy przedstawiana jest za pomocą środków graficznych
· jest to obraz uogólniony (zgeneralizowały) - świadomie dokonuje się selekcji treści mapy
Mapa składa się z elementów matematycznych, geograficznych i opisu pozaramkowego:
· elementy matematyczne tworzą: odwzorowania matematyczne, skala mapy, punkty geodezyjne
· elementy geograficzne mapy to informacje składające się na jej treść przedstawioną za pomocą znaków umownych
· opis pozaramkowy uwzględnia przede wszystkim tytuł mapy i jej legendę
Skala jest jednym z zasadniczych elementów mapy. Skala mapy określa stopień zmniejszenia za pomocą stosunku długości na mapie do odpowiadającej jej długości w terenie. Odnosi się ona do wymiarów długości. Jeśli skala wynosi 1: A to stopień zmniejszenia pola wynosi 1 : A2
Na mapie skala może być zapisana jako skala liczbowa np. 1 :100 000 lub jako skala mianowana, np. 1 cm - 1 km bądź skonstruowana jako skala liniowa przedstawiona w postaci prostej linii podzielonej na kilka jednakowych odcinków odpowiadających jednostce miary długości w terenie.
Przedstawienie wypukłej powierzchni Ziemi na płaszczyźnie powoduje zniekształcenia ze względu na nierozwijalność jej kulistej powierzchni. Metody matematycznych rozwiązań pozwalają na przedstawienie siatki geograficznej na płaskiej powierzchni, ale bez jednoczesnego zachowania wierności powierzchni, kątów i odległości. Na całej powierzchni mapy możliwe jest zachowanie wierności tylko jednego z tych elementów.
Siatka geograficzna, czyli układ równoleżników i południków wyobrażany na powierzchni Ziemi lub na globusie, po przeniesieniu na płaszczyznę tworzy siatkę kartograficzną.
Sposób przedstawienia siatki geograficznej na płaszczyźnie nazywamy odwzorowaniem kartograficznym.
W zależności od elementu, którego wierność odwzorowanie zachowuje wyróżnia się odwzorowania:
· wiernoodległościowe
· wiernokątne
· wiernopowierzchniowe
· umowne, które nie zachowują wierności któregokolwiek z elementów, ale zniekształcenia są niewielkie
Obraz siatki kartograficznej na mapie może się bardzo różnić. Zależy on od powierzchni, na którą geometrycznie rzutuje się fragment powierzchni Ziemi oraz od położenia tej powierzchni. Rzutowanie geometryczne dokonuje się na płaszczyznę lub powierzchnię bryły dającej się płasko rozwinąć.
Rodzaje odwzorowań wyróżnione ze względu na kształt i położenie powierzchni rzutu:
· walcowe - siatka geograficzna z globu zostaje przeniesiona na styczny do niego walec
· stożkowe - powierzchnią rzutowania jest stożek
· płaszczyznowe - siatka przeniesiona jest na płaszczyznę
· pochodne - powstają z przekształcenia jednego lub kilku odwzorowań kartograficznych
W zależności od punktu przyłożenia powierzchni rzutowania, odwzorowania dzielimy na:
· azymutalne - z punktem stycznym do bieguna,
· poprzeczne - z punktami stycznymi do równika,
· ukośne - z punktem stycznym w innym miejscu niż równik i biegun.

Główne rodzaje siatek
Zjawiska, obiekty i zdarzenia najczęściej przedstawiane są na mapach za pomocą kartograficznych metod, które charakteryzuje poniższy wykaz:
· metoda sygnaturowa za pomocą znaków geometrycznych, liter, obrazków, pozwala lokalizować na mapie obiekty ważne, ale tak małe, że nie mogą być pokazane w skali mapy, np. złoża surowców, uprawiane rośliny i hodowane zwierzęta
· metoda kropkowa polega na umieszczeniu w miejscach występowania zjawiska kropek, przy czym każdej kropce przyporządkowana jest waga, czyli wartość liczbowa. Zagęszczenie kropek pokazuje intensywność zjawiska. Metoda ta wykorzystywana jest najczęściej do ilustracji rozmieszczenia zaludnienia
· metoda powierzchniowa stosowana jest do określania zasięgu danego zjawiska. Linie zasięgu, czyli najdalsze granice, zwykle wyznaczają występowanie rodzajów klimatu, upraw, formacji roślinnych, typów gleb.
· metoda izarytmiczna posługuje się izarytmami, czyli izoliniami. Są to linie łączące punkty o tej samej wartości zjawiska. W ten sposób ilustruje się rozkład różnych zjawisk na mapach, np. izobary pokazują rozkład ciśnienia, izohipsy - wysokości, izotermy - wysokości temperatury, izohiety - wielkości opadów, izobaty - głębokości, izohaliny - stopnia zasolenia
· metoda kartogramu za pomocą barwy lub szrafu uporządkowanych wg intensywności (od najjaśniejszej do najciemniejszej) przedstawia intensywność zjawiska na danym obszarze - państwa, województwa, powiatu itp.
· metoda kartodiagramu za pomocą diagramów umieszczonych na danym obszarze (państwa, województwa, gminy itp.) ilustruje natężenie zjawiska lub jego strukturę. W ten sposób przedstawiana jest wielkość i struktura okręgów przemysłowych, import i eksport, struktura ludności itp.

3. Miejsce Ziemi w Układzie Słonecznym i we Wszechświecie
Najbliższa Ziemi gwiazda to Słońce - światło z jego powierzchni dociera do nas po 500 s pokonując około 150 mln km (300 tys. km/s * 500 s).
Inne gwiazdy - sąsiadki leżą znacznie dalej - odległość do najbliższej z nich to ponad 4 lata świetlne (1 rok = około 31 mln s; 1 rok świetlny = 31 mln s * 300 tys km/s = około 9460 mld km). Wokół Słońca, w kuli o promieniu około 16 lat świetlnych, znajduje się 30 gwiazd.
Przestrzeń między gwiazdami nie jest całkowicie pusta, bo wypełnia ją rzadki gaz i pył międzygwiazdowy (średnio kilkadziesiąt atomów/cm3).
Gwiezdne sąsiedztwo Słońca jest fragmentem jednego ze znacznie większych zbiorów materii we Wszechświecie. Gwiazdy i materia międzygwiazdowa skupiają się bowiem w galaktykach. Na podstawie wyglądu na zdjęciach wyróżniamy galaktyki:
· eliptyczne (o kształcie owalnym),
· spiralne (w których świecąca materia, rozciągająca się od jasnego jądra, układa się w kształty przypominające skręcone skrzydła wiatraka, tzw. ramiona),
· nieregularne (czyli wszystkie inne).
Galaktyka, w skład której wchodzi Słońce, i której nazwę piszemy dużą literą, jest galaktyką spiralną, liczącą około 200 mld gwiazd. Większość masy Galaktyki skupiona jest w jądrze, które stanowi centrum płaskiego dysku galaktycznego. Ten ostatni tworzą spiralnie skręcone ramiona, w których gromadzą się gwiazdy i gazowo-pyłowa materia międzygwiazdowa. Wokół jądra kuliście, rozciąga się materia wchodząca w skład halo galaktycznego. Jest jej o wiele mniej (tzn. jest znacznie rzadsza) niż w dysku galaktycznym.
Słońce znajduje się praktycznie w środku "grubości" dysku Galaktyki, na skraju jednego z ramion spiralnych, w odległości około 30 tys. lat świetlnych od Centrum (środka jądra) Galaktyki (i około 20 tys. lat świetlnych od jej skraju). Razem z całym Układem Słonecznym obiega Centrum Galaktyki raz na około 220 mln lat (jak Ziemia Słońce raz na rok).
Tak jak gwiazdy skupiają się w galaktyki, tak galaktyki tworzą gromady galaktyk. Przestrzeń między nimi wypełnia niesłychanie rzadka materia międzygalaktyczna (pojedyncze atomy na kilometr sześcienny, w powietrzu mamy około 5*1019 atomów na cm3!).
Ziemia jest jedną z wielu planet, nie zajmuje wyróżnionego miejsca w Układzie Słonecznym; Słońce jest jedną z miliardów gwiazd na uboczu Galaktyki; Galaktyka nie znajduje się w centrum żadnej gromady galaktyk. Miejsce Ziemianina we Wszechświecie jest więc najzupełniej średnie.
Pod pojęciem Układu Słonecznego rozumiemy Słońce i wszystkie ciała niebieskie, które poruszają się w jego polu grawitacyjnym. Układ Słoneczny powstał ok. 5 mld lat temu z obłoku materii pyłowo-gazowej. Wyróżnia się w nim następujące obiekty: Słońce, planety, księżyce, planetoidy, komety i meteroidy. Oto ich krótka charakterystyka:
Słońce jest gwiazdą i centralnym ciałem Układu. W jego wnętrzu, (jak w każdej gwieździe), zachodzą reakcje jądrowe, dzięki którym Słońce świeci (jak każda gwiazda) światłem własnym. Zbudowane jest głównie z wodoru i helu, które stanowią 99,9% liczby atomów. Resztę stanowią atomy kilkudziesięciu cięższych pierwiastków. Słońce skupia 99,87% masy całego Układu. Ma kształt kuli o średnicy około 109 razy większej od średnicy Ziemi.
Planetą nazywamy obiegające gwiazdę ciało niebieskie, o średnicy ponad 1000 km, wewnątrz którego nie zachodzą reakcje syntezy jądrowej stanowiące źródło energii dla gwiazd.
Planetoidy, zwane też asteroidami lub planetkami, to ciała niebieskie o umownej średnicy od 1 km do 1000 km, często o nieregularnych kształtach, powstałe z rozbicia planety lub z resztek tworzywa Ukłau Słonecznego. Najwięcej ich krąży między orbitami Marsa i Jowisza w pasie planetoid.
Planetka, która obiega większą od siebie planetę, nazywana jest księżycem. Księżyc obiega więc planetę, a z nią Słońce. W Układzie Słonecznym jest 61 księżyców.
Komety są ciałami obiegającymi gwiazdę centralną, przeważnie po wydłużonych orbitach, zbudowanymi głównie z "brudnego" lodu. Ich rozmiary wahają się od 1 do 20 km.
Do meteroidów zaliczamy krążące wokół Słońca małe bryły skał o rozmiarach mniejszych niż kilometr.
W Układzie Słonecznym jest 9 planet. Wszystkie obiegają Słońce w jednym kierunku. Ich orbity, oprócz Merkurego i Plutona, leżą w przybliżeniu w jednej płaszczyźnie. Planety dzielą się na planety ziemiopodobne oraz planety olbrzymie.
Planety ziemiopodobne - Merkury, Wenus, Ziemia, Mars - odznaczają się niewielkimi rozmiarami, dużą gęstością, podobną warstwową budową wewnętrzną i twardą powierzchnią. Każda ma żelazne jądro otoczone płaszczem. Krążą blisko Słońca po ciasno rozmieszczonych orbitach.
Planety olbrzymie - Jowisz, Saturn, Uran i Neptun są wielkie, o małej gęstości, zbudowane głównie z substancji ciekłych i gazowych. Każda z nich ma prawdopodobnie skaliste jądro. Są znacznie oddalone od Słońca i ich orbity dzielą duże odległości.
Pluton jest planetą nietypową - małą, posiadającą twardą powierzchnię (jak ziemiopodobne), ale bardzo oddaloną od Słońca (jak olbrzymie). Charakteryzuje go średnia gęstość. Ma bardzo wydłużoną orbitę leżącą w wyraźnie innej płaszczyźnie niż "średnia" płaszczyzna ruchu innych planet. Ciągle tradycyjnie zaliczany do planet - jest prawdopodobnie największym obiektem w pozaneptunowym, nowo odkrytym pasie lodowych (a nie skalnych) planetoid. Takie bardzo odległe planetoidy odkrywane są lawinowo od 1992 r.
Przestrzeń między ciałami Układu Słonecznego wypełnia międzyplanetarny gaz i pył (około 5 atomów na cm3 w okolicy Ziemi).
Ziemia (jak inne planety) dokonuje dwojakiego rodzaju ruchów - ruchu obrotowego wokół własnej osi oraz ruchu obiegowego wokół Słońca. Fakt ten odkrył Mikołaj Kopernik, ogłaszając teorię heliocentryczną. Teoria ta, opisująca ruchy obiegowe wszystkich planet, udoskonalona została przez Johannesa Keplera.
Ruch obiegowy dokonuje się po eliptycznej orbicie wokół Słońca, które nie znajduje się w środku tej elipsy, ale w jednej z jej ognisk. Stąd odległość planet od Słońca zmienia się w czasie ruchu obiegowego. Punkt najbardziej oddalony to aphelium (Ziemia osiąga go ok. 3 lipca gdy oddala się od Słońca na odległość ok. 152 mln km). Miejsce na orbicie, w którym planeta najbardziej zbliża się do Słońca to peryhelium (przez Ziemię osiągane ok. 2 stycznia gdy Ziemia zbliża się do Słońca na odległość 147 mln km).

Ruch obiegowy Ziemi
Planety obiegają Słońce po coraz to bardziej oddalonych od niego orbitach, w następującej kolejności: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun i Pluton.
Średnia odległość Ziemia - Słońce wynosi 150 mln km.
Jeden pełny obieg Ziemi wokół Słońca trwa 365 dni 5 godzin 48 minut i 49 sekund (rok). Dane dla innych planet są podane w tabeli:
Planeta Okres obiegu wokół Słońca (w latach) średnia odległość od Słońca/średnia odległość Ziemi od Słońca odległość w jednostkach świetlnych
Merkury 0,24 0,38 3 min. 10 s
Wenus 0,61 0,72 6 min.
Ziemia 1 1 8 min. 21 s
Mars 1,88 1,52 12 min. 40 s
Jowisz 11,86 5,2 43 min 20 s
Saturn 29,46 9,54 1 h 19 min. 30 s
Uran 84,01 19,19 2 h 39 min 55 s
Neptun 164,79 30,06 4 h 10 min 30 s
Pluton 248,5 39,53 5 h 29 min 25 s
Podczas obiegu naszej planety wokół Słońca, oś obrotu Ziemi nachylona jest do płaszczyzny orbity pod kątem 6634’. Stałe położenie osi ziemskiej w przestrzeni podczas ruchu obiegowego jest przyczyną zmieniającego się w rytmie rocznym oświetlenia i ogrzania powierzchni Ziemi.
21 III i 23 IX promienie słoneczne padają na równiku prostopadle do płaszczyzny horyzontu (Słońce góruje w zenicie). Są to dni równonocy - dzień trwa tak samo długo jak noc. 21 III na półkuli północnej rozpoczyna się astronomiczna wiosna, a 23 IX astronomiczna jesień. Poza kołem podbiegunowym północnym od 21 III do 23 IX występują dni polarne, a na półkuli południowej poza kołem podbiegunowym - noce polarne. Od 23 IX do 21 III sytuacja jest odwrotna - dni polarne występują w strefach podbiegunowych na półkuli południowej, a noce polarne na północy.
21 VI promienie słoneczne padają na zwrotniku Raka prostopadle do płaszczyzny horyzontu. Na półkuli północnej jest to najdłuższy dzień w roku - dzień przesilenia letniego. Data ta rozpoczyna astronomiczne lato na półkuli północnej.
22 XII promienie słoneczne padają na zwrotniku Koziorożca pionowo na płaszczyznę horyzontu. Data ta rozpoczyna astronomiczną zimę dla półkuli północnej. Jest to najkrótszy dzień w roku dla tej półkuli.

Oświetlenie Ziemi w dniach równonocy oraz przesilenia letniego i zimowego
Następstwa ruchu obiegowego Ziemi i nachylenia osi jej obrotu do płaszczyzny orbity:
· występowanie stref oświetlenia: strefy międzyzwrotnikowej, dwóch stref umiarkowanych szerokości geograficznych, dwóch stref podbiegunowych, czyli polarnych; w strefie międzyzwrotnikowej Słońce może górować w zenicie (raz w roku - na zwrotnikach; dwa razy na rok gdzie indziej); w strefach polarnych Słońce może być widoczne ponad 24 godziny (dni polarne),
· występowanie pór roku, gdyż te same miejsca na Ziemi otrzymują w ciągu roku zmienną ilość ciepła i światła,
· zmiany w ciągu roku wysokości Słońca nad horyzontem w momencie górowania,
· zmienna długość dnia i nocy w ciągu roku,
· zmienne w ciągu roku punkty wschodu i zachodu Słońca na horyzoncie
· występowanie stref klimatycznych i podporządkowanych im stref roślinnych i glebowych,
· zmieniające się w ciągu roku widoczne gwiazy (stąd gwiazdozbiory letnie i zimowe).
Ruch obrotowy Ziemi dokonuje się wokół jej własnej osi i trwa 23 godziny 56 minut 3,44 sekundy. Okres obrotu Ziemi wokół osi nazywamy dobą. Ruch obrotowy Ziemi, czyli ruch wirowy, dokonuje się z zachodu na wschód, a zatem przeciwnie do pozornego ruchu Słońca (Słońce na niebie przechodzi ze wschodu na zachód, bo Ziemia obraca się z zachodu na wschód).
Następstwa ruchu obrotowego Ziemi wpłynęły na wykształcenie się rytmu zmian w przyrodzie oraz na regulację życia cywilnego ludzi. Do najważniejszych należą:
· występowanie dnia i nocy,
· widoma wędrówka Słońca i gwiazd po niebie ze wschodu na zachód (stąd np. zmiany wysokości Słońca nad horyzontem obserwowane w ciągu dnia),
· spłaszczenie Ziemi na biegunach
· powstawanie siły Coriolisa powodującej odchylenia kierunku poruszania się ciał - w prawo na półkuli północnej i w lewo na południowej; podlegają jej m. in.: wiatry, prądy morskie, wody rzek,
· konieczność wprowadzenia
Położenie danego punktu na powierzchni Ziemi określa się za pomocą współrzędnych geograficznych - szerokości i długości geograficznej. Obliczanie wartości współrzędnych geograficznych umożliwiają południki i równoleżniki.
Obie współrzędne - szerokość i długość geograficzna są kątami i wyrażamy je w mierze kątowej - w stopniach, minutach i sekundach.
Szerokość geograficzna jest kątem zawartym między płaszczyzną równika a promieniem Ziemi przechodzącym przez dany punkt na jej powierzchni. Na północ od równika liczy się szerokość geograficzną północną, a na południe - południową. Wartość kąta szerokości geograficznej wynosi od 0 na równiku do 90 na biegunie. Oznaczamy ją jako N - północną i S - południową.
Długość geograficzna jest kątem zawartym między półpłaszczyznami południka początkowego (0) i południka przechodzącego przez określony punkt na powierzchni Ziemi. Południk 0 ustalony został uchwałą Międzynarodowej Unii Geograficznej w 1911 roku wybrano ten, który przechodził przez główny teleskop w obserwatorium astronomicznym w Greenwich w Londynie. Określa się względem niego długość geograficzną.

Szerokość i długość geograficzna
Na zachód od południka początkowego, czyli zerowego, liczy się długość geograficzną zachodnią W, na wschód - wschodnią E. Kąt długości geograficznej wynosi od 0 do 180.
Szerokość i długość geograficzna są w bezpośrednim związku ze zjawiskami astronomicznymi. Od szerokości geograficznej zależy między innymi możliwy kąt padania promieni słonecznych, a więc i inne zjawiska z tym związane; z długością geograficzną wiąże się zmiana czasu lokalnego.
Za pomocą południków i równoleżników określamy jednoznacznie położenie danego punktu na Ziemi, możemy także obliczać rozciągłość równoleżnikową i rozciągłość południkową.
Różnica szerokości geograficznej skrajnych punktów obszaru to rozciągłość południkowa, a różnica długości geograficznej skrajnie położonych punktów - rozciągłość równoleżnikowa.
Ziemia zbliżona jest swoim kształtem do kuli. W rzeczywistości Ziemia nie jest idealną kulą, ale nieregularną bryłą, której kształt nazwano geoidą. Geoida zbliżona jest kształtem do elipsoidy obrotowej, bryły powstałej przez obrót elipsy wokół jej osi. Odchylenie geoidy od elipsoidy ziemskiej tylko gdzieniegdzie przekracza 100 m.

Rzeczywisty kształt Ziemi a geoida
Parametry Ziemi:
· średni promień: 6371 km,
· powierzchnia: 510 mln km2 - w tym lądy 148 mln km2 (29%),
· oceany i morza 362 mln km2 (71%)
· objętość: 1083 mld km3
· masa: 5,973 x 1024 kg
· obwód: 40 030 km
· jednostopniowy łuk koła wielkiego: 111,19 km
· jednominutowy łuk koła wielkiego: 1853 m. (mila morska)
Ziemia posiada pole magnetyczne. Nie jest ono stałe. Ulega zmianom dobowym, rocznym i wiekowym. Położenie biegunów magnetycznych nie pokrywa się z położeniem biegunów geograficznych. Kąt, o jaki igła magnetyczna kompasu odchyla się od południka geograficznego, nazywa się deklinacją.
Bieguny magnetyczne położone są na Ziemi w punktach o współrzędnych geograficznych (dane z 1987 r.):
- na Grenlandii, na 78 szerokości geograficznej północnej i 105 długości geograficznej zachodniej
- na Antarktydzie, na 66 szerokości geograficznej południowej i 105 długości geograficznej wschodniej
Na biegunach magnetycznych igła busoli ustawia się prostopadle do powierzchni Ziemi.

4. Atmosfera
Kula ziemska jest otoczona powłoką gazową, nazwaną atmosferą. Jest to mieszanina gazów, o stałym składzie do ok. 100 km od powierzchni Ziemi, nazwana powietrzem. Skład suchego powietrza jest następujący:
Nazwa gazu % objętości
azot 78,08
tlen 20,95
argon 0,93
dwutlenek węgla 0,03
krypton, ksenon, neon, hel, wodór, ozon i inne gazy 0,01
W powietrzu znajdują się ponadto składniki i domieszki w zmiennej ilości. Jest to para wodna, a także dwutlenek węgla, którego ilość miejscowo może być większa niż normalnie.
W powietrzu znajdują się też zanieczyszczenia, które są zarówno pochodzenia naturalnego (morskie, lądowe, wulkaniczne, roślinne), jak i antropogenicznego (pyły i gazy).
Domieszki zawarte w atmosferze mają bardzo duże znaczenie dla wielu zachodzących tu procesów, np. para wodna chroni kulę ziemską przed nadmiernym wypromieniowaniem ciepła, tworząc tzw. efekt cieplarniany. Do efektu tego przyczynia się także dwutlenek węgla. Znajdujące się w atmosferze pyły stanowią jadra kondensacji, na których skrapla się para wodna, tworząc chmury i mgły. Zanieczyszczenia pyłowe ograniczają dopływ promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Pyły i gazy mogą przyczyniać się do powstawania smogu - mieszaniny mgły i dymu ("smog londyński") lub tzw. smogu fotochemicznego, tworzącego się pod wpływem promieniowania słonecznego w powietrzu silnie zanieczyszczonym spalinami z silników samochodowych.
Wraz z wysokością zmienia się w atmosferze temperatura, a powietrze ulega rozrzedzeniu.
Zróżnicowanie cech fizycznych atmosfery pozwala wyróżnić w niej 5 warstw. Są to:
· Troposfera, warstwa przylegająca do powierzchni Ziemi, sięgająca od około 7 km nad biegunami do 17-18 km nad równikiem. Odznacza się ona spadkiem temperatury i wilgotności wraz z wysokością, co następuje wraz z oddalaniem się od głównych źródeł ciepła i wilgoci, jakimi są dla atmosfery powierzchnie lądowe i wodne Ziemi. Temperatura spada tu średnio o 0,6C na każde 100 m i na górnej granicy troposfery nad obszarami międzyzwrotnikowymi wynosi około -70 - -80C.
· Stratosfera, sięgająca do około 50 - 55 km, w której w górnej części temperatura powietrza wzrasta do 0C. Na wysokości 20-30 km występuje ozonosfera, warstwa o podwyższonej zawartości ozonu.
· Mezosfera, w której ponownie następuje spadek temperatury do około –80 C. Warstwa ta sięga do około 85 km wysokości.
· Termosfera, warstwa, w której następuje wzrost temperatury do wartości ponad 1000C. W termosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego dochodzi do silnej jonizacji gazów. Tę część atmosfery określa się często mianem jonosfery. Występują tu zorze polarne.
· Egzosfera, rozciągającą się jeszcze powyżej 600 km. Następuje tu ucieczka gazów atmosferycznych w przestrzeń międzyplanetarną.
Atmosfera stopniowo zanika, nie tworząc granicy z przestrzenią międzyplanetarną.

Budowa atmosfery (wg Rungego)
Źródłem ciepła na Ziemi jest promieniowanie słoneczne. Powierzchnia Ziemi pochłania je i ogrzewa się, by stać się wtórnym źródłem promieniowania. O temperaturze powietrza, szczególnie w dolnej części atmosfery, decyduje głównie wymiana ciepła z powierzchnią Ziemi.
Średnia temperatura powietrza przy powierzchni Ziemi wynosi 15C, ale rzeczywista wartość temperatury zmienia się wraz z szerokościa geograficzną. Najwyższa średnia roczna temperatura jest w strefie międzyzwrotnikowej, gdzie wynosi 25-28C, a najniższa wokół biegunów - północnego około -23C, południowego około -30C. W Polsce średnia roczna temperatura wwynosi 6C.
Najwyższą wartość temperatury na Ziemi (czyli bezwzględne maksimum) zanotowano na półkuli północnej na Pustyni Libijskiej oraz w Dolinie Śmierci w Kalifornii (57C)
Najniższą wartość temperatury na Ziemi (czyli bezwzględne minimum) zanotowano w rejonie bieguna południowego. Według najnowszych źródeł wynosi ona -91,5C. Na półkuli północnej najniższą wartość zarejestrowano na obszarze Jakucji, między Leną a Indygirką (poniżej -70C).
Do najważniejszych czynników warunkujących temperaturę powietrza na Ziemi należą:
· szerokość geograficzna - średnia roczna temperatura powietrza wykazuje spadek ze wzrostem szerokości geograficznej, średnio o około 0,6C na 1 szerokości geograficznej,
· wysokość nad poziomem morza - ze wzrostem wysokości temperatura spada średnio o 0,6C na każde 100 m.,
· rozkład lądów i mórz - woda nagrzewa się wolniej niż ląd, wolniej też ciepło oddaje, dlatego nad dużymi obszarami wodnymi zimą jest cieplej niż nad lądami, a latem chłodniej,
· prądy morskie - ciepłe ogrzewają powietrze, a zimne ochładzają,
· rodzaj podłoża i pokrycie terenu - mają tu znaczenie barwa, właściwości cieplne i wilgotność: powierzchnie jasne (śnieg, piasek) odbijają więcej promieniowania niż ciemne (ugór, drogi); nagi grunt (np. piasek) nagrzewa się silniej niż pokryty roślinnością; suche podłoże nagrzewa się bardziej niż wilgotne itp.,
· ekspozycja stoków - na półkuli północnej stoki południowe otrzymujące więcej energii i nagrzewają się szybciej, na półkuli południowej odwrotnie - szybciej nagrzewają się stoki północne.
Na mapach rozkład temperatury powietrza pokazuje się za pomocą izoterm. Należy zwrócić uwagę na spadek ich wartości od równika do bieguna (wpływ szerokości geograficznej), wyginanie się tych linii na granicy lądów i oceanów (wpływ odmiennie nagrzewających się lądów i oceanów) oraz na przesunięcie izotermy 0C w styczniu na północ poza koło podbiegunowe (tu: wpływ ciepłego prądu Zatokowego).
Ciśnienie atmosferyczne jest wynikiem nacisku masy atmosfery na powierzchnię Ziemi. Ciśnienie maleje wraz z wysokością, gdyż im wyżej od powierzchni Ziemi, tym mniejszy ciężar słupa powietrza. Rozkład ciśnienia na Ziemi uwarunkowany jest nierównomiernym rozkładem temperatury. Nad obszarami ciepłymi, odznaczającymi się wyższą temperaturą, powietrze unosi się ku górze i w dolnej warstwie staje się rzadsze, przez co następuje spadek ciśnienia. Powietrze o niskiej temperaturze jest cięższe, cechuje je wyższe ciśnienie. W atmosferze niskie ciśnienie charakterystyczne jest dla wznoszącego się ciepłego powietrza, a wysokie ciśnienie dla osiadającego powietrza.
W atmosferze mamy więc do czynienia z obszarami o podwyższonym lub obniżonym ciśnieniu. Można to zobaczyć na mapach ciśnienia, na których za pomocą izobar rysuje się układy baryczne.

Układy ciśnienia na półkuli północnej (strzałki oznaczają kierunek ruchu powietrza)
Do głównych układów barycznych należą:
· niż - na mapach rozkładu ciśnienia zaznacza go układ zamkniętych izobar z ciśnieniem malejącym do środka
· wyż - określa go układ zamkniętych izobar z najwyższą wartością w środku układu
· zatoka niskiego ciśnienia - to obszar obniżonego ciśnienia położony między obszarami o ciśnieniu wyższym
· klin wysokiego ciśnienia - położony jest pomiędzy obszarami o ciśnieniu niższym
Zagęszczenie izobar na mapie informuje o dużych różnicach ciśnienia. Różnice ciśnienia atmosferycznego wywołują naturalną dążność do jego wyrównania. Tak powstaje wiatr, który jest poziomym ruchem powietrza, wywołanym różnicą ciśnienia i przemieszczającym się od obszarów wysokiego do obszarów niskiego ciśnienia. Wiatr wiejąc odchyla się pod działaniem siły Coriolisa (związanej z ruchem obrotowym kuli ziemskiej), na półkuli północnej na prawo, na półkuli południowej na lewo.
Wiatr, prądy wstępujące i zstępujące tworzą ogólne krążenie powietrza atmosferycznego nad powierzchnią Ziemi, nazywane cyrkulacją atmosfery. Jego przyczyną jest nierównomierny dopływ energii do powierzchni Ziemi, powodujący duże różnice temperatury między równikiem i biegunami. Te wywołują różnice ciśnienia atmosferycznego, uruchamiające przemieszczanie się powietrza. Kierunek ruchu mas powietrznych od wyżu do niżu jest odchylany przez siłę Coriolisa i ostatecznie na kuli ziemskiej wytworzyły się stałe strefy ciśnienia: równikowa bruzda niskiego ciśnienia w szerokościach umiarkowanych oraz wyższe okołobiegunowe. Pomiędzy poszczególnymi strefami ciśnienia ukształtowały się odmienne systemy cyrkulacji atmosferycznej. Na cyrkulację wpływa także rozkład oceanów i kontynentów (nad lądami tworzą się latem niże, a w zimie wyże).

Cyrkulacja powietrza
Do stałych wiatrów na Ziemi należą pasaty, wiatry zachodnie w szerokościach umiarkowanych oraz wiatry wschodnie w szerokościach podbiegunowych. Mechanizm powstawania tych wiatrów jest następujący:
· pasaty - są to wiatry wiejące od wyżów podzwrotnikowych do równikowej bruzdy niskiego ciśnienia. W strefie równikowej silnie nagrzane powietrze unosi się do góry, co prowadzi do spadku ciśnienia atmosferycznego. Wznoszące się powietrze oziębia się i na wysokości kilkunastu kilometrów rozpływa się w kierunku biegunów, jednak pod działaniem siły Coriolisa przemieszcza się na prawo na półkuli północnej, a na lewo na półkuli południowej, tzm. z zachodu na wschód. Powietrze to osiada w strefach około 30-35 szerokości geograficznej północnej i południowej, prowadząc do powstania tu strefy wyżów. Osiadające w wyżach powietrze rozpływa się - częściowo w stronę niżu równikowego, częściowo ku wyższym szerokościom. Wiatry wiejące od wyżów podzwrotnikowych w stronę równika to pasaty, wiatry NE na półkuli północnej i SE na południowej. Są to wiatry o bardzo dużej stałości kierunku i prędkości 3-6 m/s.
· wiatry zachodnie - to wiatry wiejące od wyżów podzwrotnikowych ku wyższym szerokościom geograficznym, skręcające na prawo na półkuli północnej i na lewo na południowej, a więc wiejące z zachodu na wschód. Na półkuli północnej są one silnie zniekształcone przez obecność lądów - powierzchni o większej szorstkości, cieplejszej od wody latem i chłodniejszej zimą. Na półkuli południowej natomiast wiatry te są bardzo regularne i osiągają większe prędkości. Znane są tam jako tzw. “ryczące czterdziestki” oraz “wyjące pięćdziesiątki”.
· wiatry wschodnie - wieją od wyżów podbiegunowych w stronę szerokości umiarkowanych. Jest to rozpływ osiadającego nad biegunami chłodnego, ciężkiego powietrza, które pod wpływem siły Coriolisa przemieszcza się ze wschodu na zachód. Na półkuli północnej nad lądami fale tego chłodnego powietrza sięgają czasami daleko na południe: aż do Europy Środkowej i południowych stanów USA.
W górnej troposferze i dolnej stratosferze stwierdzono występowanie tzw. prądów strumieniowych, czyli wiatrów wiejących z prędkością 60-80 m/s, a czasami dochodzącą nawet do 150 m/s. Występują one zwłaszcza nad umiarkowanymi szerokościami geograficznymi.
W strefach kontaktu powietrza o różnych właściwościach tworzy się powierzchnia frontu atmosferycznego. Przy napływie powietrza ciepłego napierającego na chłodną masę mówimy o froncie ciepłym, a przy napływie chłodnego, wypierającego ustępującą masę ciepłego powietrza - o froncie chłodnym.
Zmienne wiatry to sezonowo zmieniające kierunek monsuny, bryzy zmieniające kierunek w cyklu dobowym, podobnie jak wiatry górskie i dolinne.

Fen

Wiatry górskie (na górze) i dolinne (na dole)
Monsuny są wiatrami sezonowymi, dwa razy w roku zmieniającymi kierunek na przeciwny. Przemieszczanie się mas powietrza zachodzi latem znad oceanów w stronę lądów, a zimą odwrotnie - znad lądów w stronę oceanów. Za główną przyczynę powstawania tej cyrkulacji uważa się powstawanie sezonowych ośrodków ciśnienia atmosferycznego nad rozległymi powierzchniami lądowymi: wyżu zimą i niżu latem. Monsun ukształtował się przede wszystkim u wybrzeży Azji Południowo-Wschodniej, Azji Wschodniej, północno-wschodniej Australii i wschodniej Afryce (Somalia), głównie w strefie klimatycznej zwrotnikowej, podzwrotnikowej i w niewielkim zakresie w strefie umiarkowanej.

Kierunki wiania wiatru w Azji Południowej - monsun zimowy (po lewej) i letni (po prawej)
Powietrze w troposferze składa się z wielkich objętości (o wymiarach poziomych tysięcy kilometrów) o jednorodnej temperaturze i wilgotności, nazywanych masami powietrznymi. Na kuli ziemskiej wyróżnia się masy powietrzne:
- arktyczne (antarktyczne) - PA
- polarne - PP
- zwrotnikowe - PZ
- równikowe - PR
Ponadto rozróżnia się powietrze morskie (PAm, PPm i PZm - wilgotne) i kontynentalne (PAk, PPk i PZk - suche), z wyjątkiem równikowego, które wszędzie jest wilgotne. Powietrze morskie latem jest chłodniejsze, a zimą cieplejsze od kontynentalnego.
Masy powietrzne, w wyniku ogólnej cyrkulacji atmosfery, stale przemieszczają się nad kulą ziemską. W wyniku tego masy zmieniają swoje pierwotne właściwości, tj. ulegają transformacji: ogrzewają się lub ochładzają, wzbogacają się w wilgoć lub ją tracą.
Napływające powietrze może być chłodniejsze lub cieplejsze od podłoża.
Powietrze chłodniejsze od podłoża to powietrze chłodne, które od podłoża się ogrzewa. Rozwijają się prądy wznoszące, powstają chmury kłębiaste, mogą wystąpić opady przelotne.
Powietrze cieplejsze od podłoża to powietrze ciepłe, które od podłoża się ochładza. Jeśli powietrze zawiera mało wilgoci, ustala się pogoda bezchmurna, a jeśli jest dostatecznie wilgotne, to powstają niskie chmury warstwowe lub mgły.
Poszczególne typy mas powietrznych są od siebie oddzielone powierzchniami przejściowymi, zwanymi powierzchniami frontowymi. Powierzchnie te są zawsze bardzo silnie pochylone w stronę powietrza chłodniejszego. Linia przecięcia powierzchni frontowej z powierzchnią ziemi nosi nazwę linii frontu. Całość zjawiska to front atmosferyczny.
Rodzaje frontów:
· ciepły - kiedy powietrze ciepłe napływa nad ustępujące powietrze chłodne,
· chłodny - kiedy powietrze chłodne wciska się pod powietrze ciepłe i wypycha je,
· zokludowany - kiedy w wyniku połączenia frontu chłodnego i ciepłego po obu stronach frontu przy powierzchni ziemi jest powietrze chłodne, a powietrze ciepłe jest wyparte do góry.

Reszta w załączniku 2 i 3