Hydrosféra – Atmosféra, základné poznatky

ATMOSFÉRA – ZÁKLADNÉ POZNATKY

Atmosféra alebo ovzdušie Zeme je plynový obal obklopujúci Zem. Nemá výraznú hornú hranicu (splýva s kozmickým priestorom) a otáča sa spolu so Zemou. Chráni nás pred škodlivým kozmickým žiarením, škodlivým slnečným žiarením a slnečným vetrom. Prebieha v nej tvorba počasia. Obsahuje vzduch, ktorý dýchame. Bez nej by nemohol existovať život. Plyny, ktoré tvoria atmosféru, udržuje okolo Zeme gravitačná sila. Každá z jej vrstiev obsahuje zmes plynov, ktorej hustota sa so vzdialenosťou od Zeme zmenšuje. Už vo výške 100 km nad morom (čiže v spodnej termosfére) leží tzv. Kármánova čiara, čiže hranica, ktorú Medzinárodná astronautická federácia považuje za začiatok vesmíru. Do atmosféry vstupuje z okolitého vesmíru elektromagnetické vlnenie rôznych vlnových dĺžok, ale väčšinu z nich atmosféra na dlhé vzdialenosti pohlcuje. Prepúšťa len žiarenie s vlnovou dĺžkou medzi 1 cm až 11 metrov (rádiové okno) a s vlnovou dĺžkou medzi 300 až 1100 nm. Táto oblasť sa nazýva optické okno, napriek tomu, že obsahuje aj časť infračerveného a ultrafialového žiarenia. Optické okno je zvlášť dôležité pre život na Zemi. Fyzikálne procesy prebiehajú v atmosfére takmer nepretržite. Okamžitý stav atmosféry nazývame počasie, dlhodobý charakter atmosféry nad určitým územím je podnebie.

Vrstvy zemskej atmosféry

Základné členenie

Z hľadiska zmeny teploty s výškou v danej časti atmosféry sa zemská atmosféra delí na viacero vrstiev zdola nahor:

• Troposféra je najnižšia vrstva atmosféry. Je vysoká 8 – 9 km na póloch a raz toľko na rovníku. V našich zemepisných šírkach je to 11 km. Jej šírka sa ale mení. V zime je pravidelne širšia ako v lete. Prejavuje sa tu mnoho vplyvov, najvýraznejšie asi vzostupné výškové prúdy v trópoch a zemská rotácia. Troposféra má rozhodujúci vplyv na formovanie počasia. Tlak a teplota v tejto vrstve klesajú takmer lineárne s výškou. Pokles teploty je asi o 0,6 °C na každých sto metrov. Ohraničuje ju tenká tropopauza.

• Stratosféra je vrstva atmosféry nad troposférou dosahujúca do výšky 50 km nad povrch Zeme. Pri analyzovaní meteorologických dát a pri predpovedi počasia sa sleduje spodných 30 km atmosféry, takže aj stratosféra má vplyv na formovanie počasia. Stratosféra nemá jednotné rozdelenie závislosti teploty na výške. Teplota medzi 11. a 30. kilometrom sa takmer nemení. Pohybuje sa okolo -55 °C. Medzi 30. a 50. kilometrom teplota takmer lineárne rastie až k 0 °C. Ohraničuje ju tenká stratopauza.

• Mezosféra je vrstva atmosféry nadväzujúca na stratosféru. Je široká asi 30 km, takže dosahuje do výšky od 50. po 80. km nad povrch Zeme. Teplota mezosféry opätovne neustále so vzdialenosťou klesá z počiatočných -10 °C až 0 °C. Ohraničuje ju mezopauza.

• Termosféra je vrstva od 80 po 400 – 500 km nad povrch Zeme. Pre termosféru je charakteristický opätovný nárast teploty s výškou. Rast teploty pokračuje až do výšky 200 m. Teplota v hornej polovici je potom približne konštantná. Ohraničuje ju termopauza.

• Exosféra je najvzdialenejšou vrstvou zemskej atmosféry. Nadväzuje na termosféru a plynule prechádza do medziplanetárneho priestoru. Vzduch, už aj tak veľmi zriedený prechádza do vákua.

Vrstvy zemskej atmosféry

Ďalšie členenia atmosféry

Troposféra sa označuje aj ako „spodná atmosféra“, mezosféra a stratosféra aj ako „stredná atmosféra“ a termosféra a exosféra ako „vrchná atmosféra“. Vo výške nad 500 – 600 km termosféra (ionosféra) pozvoľne prechádza do exosféry, ktorá sa tiahne smerom k vesmíru do výšky niekoľko tisíc kilometrov. Všetky molekuly plynu, ktoré sa tu nachádzajú, sú už na ceste do vesmíru.

Vrstvy (nie vždy pokrývajúce celú atmosféru) podľa iných hľadísk:

• podľa rádiovo-fyzikálneho stavu atmosféry:

1. ionosféra (= stratopauza + mezosféra + mezopauza + termosféra)

2. magnetosféra (s van Allenovymi pásmi)

• podľa fyzikálno-chemických procesov:

1. ozónosféra – ozónová vrstva (16-50 km)

2. chemosféra (20-600 km)

• pásmo života

1. biosféra (0-20km)

• podľa stupňa prímesí ľahších plynov

1. homosféra (0-95 km) – zóna s v podstate rovnakým chemickým zložením (s výnimkou CO2, ozónu a vodnej pary)

2. homopauza (95-120 km)

3. heterosféra (>120 km)

• podľa aerodynamického stavu

1. Prandtlova vrstva (ca. 0-50 m)

2. Ekmanova vrstva (ca. 50-1000 m)

3. Prandtlova vrstva + Ekmanova vrstva = planetárna hraničná vrstva (peplosféra)

4. voľná atmosféra (>1 km)

Zmeny teploty smerom z atmosféry

Zloženie atmosféry

Atmosféra je v podstate zmes:

• 99%: 10 plynov, najmä dusíka a kyslíka

• 1%: argón a veľmi malé množstvo oxidu uhličitého, hélia, neónu, oxidu síričitého, amoniaku, oxidu uhoľnatého, ozónu a vody

• nečistôt, ako splodiny, dymové častice, soľ, sopečný popol

Zloženie atmosféry závisí aj od výšky. V časti homosféra (čiže asi do výšky 95 km, ktorú obyčajne nazývame „vzduch“) je prakticky rovnaké, s výnimkou CO2 (podiel sa mení s časom a výškou), ozónu (podiel sa mení s výškou) a vody vo všetkých skupenstvách (najmä vodnej pary, voda tvorí do výšky 10 km asi 4% atmosféry).

Menšie zložky:

• oxid dusný (0,5 ppmv),

• xenón (0,09 ppmv),

• ozón (0,0 - 0.07 ppmv, 0,0 - 0,02 ppmv v zime),

• oxid dusičitý (0,02 ppmv),

• jód (0,01 ppmv),

• oxid uhoľnatý (0,0 až stopový výskyt)

• amoniak (0,0 až stopový výskyt)

Priemerná molekulová hmotnosť vzduchu je 28,97 g/mol.

Zastúpenie plynov v zemskej atmosfére

Vývoj atmosféry

Atmosféra sa neustále vyvíja. Krátko po vzniku Zeme bolo zloženie zemskej atmosféry veľmi podobné zloženiu atmosféry iných planét. Najhojnejšie v nej bol zastúpený vodík a hélium, v menšej miere sa v nej vyskytovali aj amoniak, metán, vodné pary a oxid uhličitý. Voľný vodík a hélium však postupne unikali do vesmíru. Zem nemá dostatočnú gravitáciu na dlhodobé udržanie si týchto plynov. Množstvo vodných pár v atmosfére sa naopak zvyšovalo, pravdepodobne dopadom komét na zemský povrch. Tieto vodné pary sa neskôr skondenzovali a dopadali na povrch Zeme, kde vytvárali oceány. Oxid uhličitý sa za pomoci vody postupne absorboval v horninách.

Pre vznik dnešnej atmosféry však bol najvýznamnejším momentom vznik života. Prvé živé organizmy žijúce v moriach produkovali kyslík. Kyslík z vody postupne prechádzal do vzduchu, kde jeho množstvá pozvoľna stúpali. Pred 1,9 miliardami rokov bolo množstvo kyslíka asi 15% zo súčasného množstva, pred 540 miliónmi rokov to bolo 18% zo súčasného množstva (v minulosti však boli aj obdobia s vyššou koncentráciou kyslíka, než je tomu dnes, napríklad v období karbónu). Obohacovanie atmosféry o kyslík bolo významným geochemickým dejom, ktorý spôsoboval oxidáciu, predtým chemicky stabilných látok. Došlo napríklad k nahromadeniu obrovského množstva páskovaných železných rúd. Hladina oxidu uhličitého počas vývoja kolísala, ale vo všeobecnosti mala klesajúcu tendenciu. So vzrastajúcimi množstvami kyslíka súvisí aj vznik ozónovej vrstvy. Až po vzniku prvotnej ozónovej vrstvy sa život rozšíril z mora na súš.

Použitá literatúra:

N. Polčák 2001: Vybrané kapitoly z klimatológie, UMB FPV KKE

Zdroje obrazkov: