Земљина атмосфера

Из Википедија

Земљина атмосфера је слој гасова који окружују планету Земљу и који задржава Земљина гравитација. Садржи око четири петине азота и једну петину кисеоника, док су количине осталих гасова незнатне или у траговима. Атмосфера штити живот на Земљи апсорбирајући ултраљубичасто сунчево зрачење и смањујући температурне екстреме између дана и ноћи.

Слојеви атмосфере (НОАА)

Атмосфера не завршава нагло. Она полагано постаје рјеђа и посепено нестаје у свемиру. Не постоји коначна граница између атмосфере и спољашњог свемира. Три четвртине масе атмосфере налази се унутар 11 км од површине планете. У САД-у се особа која путује изнад висине од 80 км назива астронаутом. Висина од 120 км означава границу гдје атмосферски утицаји постају видљиви током уласка свемирске летјелице у атмосферу. Такође се често као границу атмосфере и свемира узима Карманова црта на удаљености од 100 км од површине.

[уреди] Различита подручја у атмосфери

Подручја у атмосфери названа су на следећи начин:

јоносфера — подручје које садржи јоне: приближно одговара мезосфери и термосфери до 550 km.
егзосфера — изнад јоносфере где атмосфера нестаје у свемиру.
магнетосфера — подручје где је Земљино магнетско поље у интеракцији са сунчевим ветром. Простире се десетинама хиљада километара, с дугачким репом окренутим од Сунца.
озонски слој — или озоносфера, приближно 10 - 50 км, гдје се налази стратосферски озон. Треба се напоменути да је чак и унутар ове регије озон према обиму мања саставница.

горња атмосфера — подручје атмосфере изнад мезопаузе.

Ван Аленови појасеви зрачења — подручја где честице са Сунца постају концентрисане.

[уреди] Притисак

Атмосферски притисак је директна последица тежине ваздуха. То значи да се пристисак ваздуха разликује са местом и временом јер се количина (и тежина) ваздуха изнад Земље исто тако разликују. Атмосферски притисак се смањује за ~50% на висини од око 5 км (једнако се и око 50% укупне масе атмосфере налази унутар најнижих 5 км). Просечни атмосферски пристисак измерен на морском нивоу износи око 101.3 килопаскала.

[уреди] Температура и атмосферски слојеви

Температура Земљине атмосфере се мијења с висином. Између различитих атмосферских слојева мијења се математички однос температуре и висине:

тропосфера: од површине до 7 км или 17 км зависно о ширини временским факторима, температура се смањује с висином.
стратосфера: од 7–17 км до око 50 км, температура се повећава с висином.
мезосфера: од око 50 км до 80–85 км, температура се смањује с висином.
термосфера: од 80–85 км до 640+ км, температура се повећава с висином.

Границе међу тим слојевима називају се тропопауза, стратопауза и мезопауза.

Просјечна температура атмосфере на површини Земље износи 14 °C.

[уреди] Густина и маса

Густина ваздуха на нивоу мора износи око 1.2 кг/м³. Као посљедице времена јављају се природне разлике у барометарском притиску на било којој висини. Та разлика је релативно малена за насељене висине али је много више изражена у спољашњох атмосфери и свемиру захваљујући промјењивом сунчевом зрачењу.

Густина атмосфере се смањује с повећањем висине. Та се разлика може приближно приказати употребом барометријске формуле. Метеоролози и свемирске агенције користе софистицираније моделе за предвиђање времена и орбиталних пропадања сателита.

Укупна маса атмосфере износи око 5.1 × 10¹⁸ кг, или око 0.9 ппм Земљине укупне масе.

Горњи постотци састава атмосфере направљени су с обзиром на обим. Претпостављајући да се гасови понашају као идеални гасови, могу се додати постотци помножени с њиховим моларним масама м, да се добије укупно у = зброј (п•м). Тада је било који постотак елемента по маси п•м/т. Када се то примјени на горње постотке добије се да је састав атмосфере према маси 75.523% Н₂, 23.133% О₂, 1.288% Ар, 0.053% ЦО₂, 0.001267% Не, 0.00029% ЦХ₄, 0.00033% Кр, 0.000724% Хе и 0.0000038 % Х₂.

Овај графикон је према НРЛМСИСЕ-00 атмосферском моделу који као улазне податке има: ширину, дужину, датум, вријеме дана, висину, сунчеву струју те дневни индекс Земљиног магнетног поља.

[уреди] Састав

Састав Земљине атмосфере. Доњи дијаграм представља најмање уобичајене гасове које чине само 0.038% атмосфере. Вриједности су регулисане за илустрацију.

Постотни састав сухе атмосфере, по обиму - ппмв: дијелова по милионуу обима
Гас	по НАСА-и
Азот	78.084%
Кисеоник	20.946%
Аргон	0.9340%
Угљен-диоксид	365 ппмв
Неон	18.18 ппмв
Хелијум	5.24 ппмв
Метан	1.745 ппмв
Криптон	1.14 ппмв
Водоник	0.55 ппмв
У горњи састав суве атмосфере није укључена:
Водена пара	Промјењиве количине; обично чини око 1%

Угљен-диоксид и метан су исправљени према ИПЦЦ ТАР таблици 6.1 из 1998. године.

Мање саставнице ваздуха које нису горе наведене укључују: азотов оксид (0.5 ппмв), ксенон (0.09 ппмв), озон (0.0 до 0.07 ппмв, 0.0 до 0.02 ппмв зими), азотов диоксид (0.02 ппмв), јод (0.01 ппмв), угљиков моноксид (0.0 у траговима), и амонијак (0.0 у траговима).

Средња молекулска маса ваздуха износи 28.97 г/мол.

[уреди] Хетеросфера

Испод висине од око 100 км Земљина атмосфера има више-мање једноличан састав (осим водене паре) као што је изнад описано. Изнад око 100 км Земљина атмосфера ипак почиње имати састав који се мијења с висином. То је битно јер у одсуству мијешања густина гаса пада експоненцијално с порастом висине, али по стопи која зависи од молекулске масе. Стога саставнице веће масе (кисеоник и азот) падају брже него лакше саставнице (хелијум, молекуларни и атомарни водоник). Стога постоји слој назван хетеросфера у којој Земљина атмосфера има различит састав. Како се висина повећава у атмосфери постепено превладава хелијум, молекуларни и атомарни водоник. Прецизна висина хетеросфере и слојева од којих је састављена мијења се значајно с температуром.

[уреди] Еволуција Земљине атмосфере

О историји Земљине атмосфере прије милијарду година слабо се зна, али слиједеће представља вјероватан слијед догађаја. Како год било то још увијек остаје подручје истраживања.

Данашња атмосфера се понекад односи на Земљину "трећу атмосферу" као би се разликовао тренутни хемијски састав од два значајно различита пријашња састава. Првотна атмосфера се састојала од водоника и хелијума. Топлина (из растаљене коре и са Сунца) је распршила атмосферу.

Око прије 3.5 милијарди година површина се довољно охладила да се обликује земљина кора која се још увијек састојала од бројних вулкана који с испуштали пару, угљен-диоксид и амонијак. То је довело до стварања "друге атмосфере" која је у почетку била састављена од угљен-диоксида и водене паре уз нешто азота али практички без кисроника. (Иако недавне симулације из 2005. проведене на Универзитетимаа у Ватерлоу и Колораду показују да је могла имати и до 40% водоника.) Та је друга атмосфера имала ~100 пута више гаса од тренутне атмосфере. Уопште, вјерује се да је ефект стакленика, узрокован високим нивоима угљен-диоксида, чувао Земљу од смрзавања.

Током сљедећих неколико милијарди година водена се пара кондензовала па је створила кишу и океане који су почели отапати угљен-диоксид. Океани су апсорбирали приближно 50% угљен-диоксида. Једна од најранијих врста бактерија биле су цијанобактерије. Фослини доказ показује да су те бактерије постојале прије приближно 3.3 милијарди година и да су биле први еволуирајући фототропни организми који су производили кисеоник. Оне су одговорне за прву промену Земљине атмосфере из аноксидног (стање без кисеоника) у оксидно (с кисеоником) стање. Како су цијанобактерије биле прве које су започеле фотосинтезу кисеоника, могле су промијенити угљен-диоксид у кисеоник па су одиграле главну улогу у оксигенацији атмосфере.

Фотосинтетизирајуће биљке су еволуирале те су и оне почеле све више претварати угљен-диоксид у кисеоник. С временом је вишак угљена постао затворен у фосилним горивима, седиментним стијенама (вапненац) и животињским љуштурама. Кад се кисеоник ослободио, реаговао је с амонијаком те створио азот; штовише су и бактерије претварале амонијак у азот.

Појавом све више биљака ниво кисеоника се значајно повећао (док се ниво угљен-диоксида смањио). У почетку се кисеоник спајао с различитим елементима (нпр. гвожђем) да би се на крају акумулирао у атмосфери — резултујући масовним изумирањем и даљњом еволуцијом. Појавом озонског слоја (озон је алотроп кисеоника) животни су услови били боље заштићени од ултраљубичастог зрачења. Ова атмосфера од кисеоника и азота чини "трећу атмосферу".