Jordens atmosfär
Jordatmosfären är lagret av gaser , bekant kollektivt som luft , som hålls kvar av jordens gravitation som omger planeten och bildar dess planetariska atmosfär . Jordens atmosfär skyddar livet på jorden genom att skapa tryck som tillåter flytande vatten att existera på jordens yta , absorberar ultraviolett solstrålning , värmer ytan genom värmeretention ( växthuseffekt ) och minskar temperaturextrema mellan dag och natt ( dygnstemperaturen). variation ).
Från och med 2023, per molfraktion (dvs. efter antal molekyler), innehåller torr luft 78,08 % kväve , 20,95 % syre , 0,93 % argon , 0,04 % koldioxid och små mängder andra gaser. Luft innehåller också en varierande mängd vattenånga , i genomsnitt cirka 1 % vid havsnivån och 0,4 % över hela atmosfären. Luftsammansättning, temperatur och atmosfärstryck varierar med höjden. Inom atmosfären finns luft som är lämplig för användning i fotosyntes av marklevande växter och andning av landlevande djur endast i jordens troposfär . [ citat behövs ]
Jordens tidiga atmosfär bestod av gaser i solnebulosan , främst väte. Atmosfären förändrades avsevärt över tiden, påverkad av många faktorer som vulkanism , liv och väderpåverkan . På senare tid har mänsklig aktivitet också bidragit till atmosfäriska förändringar , såsom global uppvärmning , ozonnedbrytning och surt nedfall .
Atmosfären har en massa på cirka 5,15 × 10 18 kg, varav tre fjärdedelar är inom cirka 11 km (6,8 mi; 36 000 fot) från ytan. Atmosfären blir tunnare med ökande höjd, utan någon bestämd gräns mellan atmosfären och yttre rymden . Kármánlinjen 1,57 % av jordens radie, används ofta som gränsen mellan atmosfären och yttre rymden. Atmosfäriska effekter blir märkbara under atmosfäriskt återinträde av rymdfarkoster på en höjd av cirka 120 km (75 mi). Flera lager kan urskiljas i atmosfären, baserat på egenskaper som temperatur och sammansättning.
Studiet av jordens atmosfär och dess processer kallas atmosfärisk vetenskap (aerologi), och inkluderar flera delområden, såsom klimatologi och atmosfärsfysik . Tidiga pionjärer på området inkluderar Léon Teisserenc de Bort och Richard Assmann . Studiet av historisk atmosfär kallas paleoklimatologi .
Sammansättning
De tre ha som huvudämnebeståndsdelar av jord atmosfär är kväve , syre och argon . Vattenånga står för ungefär 0,25 % av atmosfären i massa. Koncentrationen av vattenånga (en växthusgas) varierar avsevärt från cirka 10 ppm per molfraktion i de kallaste delarna av atmosfären till så mycket som 5% per molfraktion i heta, fuktiga luftmassor, och koncentrationer av andra atmosfäriska gaser är vanligtvis anges i termer av torr luft (utan vattenånga). De återstående gaserna kallas ofta spårgaser, bland vilka är andra växthusgaser , främst koldioxid, metan, dikväveoxid och ozon. Förutom argon, som redan nämnts , finns även andra ädelgaser , neon, helium, krypton och xenon. Filtrerad luft innehåller spårmängder av många andra kemiska föreningar . Många ämnen av naturligt ursprung kan vara närvarande i lokalt och säsongsmässigt varierande små mängder som aerosoler i ett ofiltrerat luftprov, inklusive damm av mineral- och organisk sammansättning, pollen och sporer , havssprej och vulkanisk aska . Olika industriella föroreningar kan också förekomma som gaser eller aerosoler, såsom klor (elementärt eller i föreningar), fluorföreningar och elementär kvicksilverånga . Svavelföreningar som vätesulfid och svaveldioxid (SO 2 ) kan härröra från naturliga källor eller från industriell luftförorening.
| Gas | Molfraktion (A) | ||
|---|---|---|---|
| namn | Formel | i ppm (B) | i % |
| Kväve | N 2 | 780 840 | 78,084 |
| Syre | O 2 | 209,460 | 20,946 |
| Argon | Ar | 9 340 | 0,9340 |
|
Koldioxid (april 2022) (C) |
CO 2 | 417 | 0,0417 |
| Neon | Ne | 18.18 | 0,001818 |
| Helium | han | 5.24 | 0,000524 |
| Metan | CH 4 | 1,87 | 0,000187 |
| Krypton | Kr | 1.14 | 0,000114 |
| Ingår inte i ovanstående torra atmosfär: | |||
| Vattenånga (D) | H2O _ _ | 0–30 000 (D) | 0–3 % (E) |
anteckningar:
|
|||
Medelmolekylvikten för torr luft, som kan användas för att beräkna densiteter eller för att omvandla mellan molfraktion och massfraktion, är cirka 28,946 eller 28,96 g/mol . Detta minskar när luften är fuktig.
Den relativa koncentrationen av gaser förblir konstant till cirka 10 000 m (33 000 fot).
Stratifiering
I allmänhet minskar lufttrycket och densiteten med höjden i atmosfären. Temperaturen har dock en mer komplicerad profil med höjden och kan förbli relativt konstant eller till och med öka med höjden i vissa regioner (se temperaturavsnittet nedan ). Eftersom det allmänna mönstret för temperatur/höjdprofilen, eller lapse rate , är konstant och mätbart med hjälp av instrumenterade ballongsonderingar , ger temperaturbeteendet ett användbart mått för att särskilja atmosfäriska skikt. På så sätt kan jordens atmosfär delas upp (kallad atmosfärisk skiktning) i fem huvudlager: troposfär, stratosfär, mesosfär, termosfär och exosfär. Höjden för de fem lagren är som följer:
- Exosfär: 700 till 10 000 km (440 till 6 200 miles)
- Termosfär: 80 till 700 km (50 till 440 miles)
- Mesosfären: 50 till 80 km (31 till 50 miles)
- Stratosfären: 12 till 50 km (7 till 31 miles)
- Troposfären: 0 till 12 km (0 till 7 miles)
Exosfär
Exosfären är det yttersta lagret av jordens atmosfär (dvs atmosfärens övre gräns). Den sträcker sig från termopausen , på toppen av termosfären på en höjd av cirka 700 km över havet, till cirka 10 000 km (6 200 mi; 33 000 000 fot), där den smälter samman i solvinden .
Detta lager består huvudsakligen av extremt låga densiteter av väte, helium och flera tyngre molekyler inklusive kväve, syre och koldioxid närmare exobasen. Atomerna och molekylerna är så långt ifrån varandra att de kan färdas hundratals kilometer utan att kollidera med varandra. Exosfären beter sig alltså inte längre som en gas, och partiklarna flyr hela tiden ut i rymden. Dessa fritt rörliga partiklar följer ballistiska banor och kan migrera in och ut ur magnetosfären eller solvinden.
Exosfären är för långt över jorden för att meteorologiska fenomen ska vara möjliga. Men jordens norrsken — norrskenet (norrsken) och norrskenet (söderskenet) — förekommer ibland i den nedre delen av exosfären, där de överlappar in i termosfären. Exosfären innehåller många av de konstgjorda satelliter som kretsar runt jorden.
Termosfär
Termosfären är det näst högsta lagret av jordens atmosfär. Den sträcker sig från mesopausen (som skiljer den från mesosfären) på en höjd av cirka 80 km (50 mi; 260 000 fot) upp till termopausen vid ett höjdområde på 500–1000 km (310–620 mi; 1 600 000–3 000 fot) ). Termopausens höjd varierar avsevärt på grund av förändringar i solaktiviteten. Eftersom termopausen ligger vid den nedre gränsen av exosfären, kallas den också för exobasen . Den nedre delen av termosfären, från 80 till 550 kilometer (50 till 342 mi) över jordens yta, innehåller jonosfären .
Temperaturen på termosfären ökar gradvis med höjden och kan stiga så högt som 1500 °C (2700 °F), även om gasmolekylerna är så långt ifrån varandra att dess temperatur i vanlig mening inte är särskilt meningsfull. Luften är så sällsynt att en enskild molekyl (av syre , till exempel) färdas i genomsnitt 1 kilometer (0,62 mi; 3300 fot) mellan kollisioner med andra molekyler. Även om termosfären har en hög andel molekyler med hög energi, skulle den inte kännas varm för en människa i direkt kontakt, eftersom dess densitet är för låg för att leda en betydande mängd energi till eller från huden.
Detta lager är helt molnfritt och fritt från vattenånga. Men icke-hydrometeorologiska fenomen som norrsken och norrsken ses ibland i termosfären. Den internationella rymdstationen kretsar i detta lager, mellan 350 och 420 km (220 och 260 mi). Det är detta lager där många av satelliterna som kretsar runt jorden finns.
Mesosfären
Mesosfären är det tredje högsta lagret av jordens atmosfär och upptar området ovanför stratosfären och under termosfären. Den sträcker sig från stratopausen på en höjd av cirka 50 km (31 mi; 160 000 fot) till mesopausen på 80–85 km (50–53 mi; 260 000–280 000 fot) över havet.
Temperaturen sjunker med ökande höjd till mesopausen som markerar toppen av detta mellanlager av atmosfären. Det är den kallaste platsen på jorden och har en medeltemperatur på runt −85 °C (−120 °F ; 190 K ).
Strax under mesopausen är luften så kall att även den mycket knappa vattenångan på denna höjd kan kondensera till polarmesosfäriska nattlysande moln av ispartiklar. Dessa är de högsta molnen i atmosfären och kan vara synliga för blotta ögat om solljus reflekteras från dem ungefär en timme eller två efter solnedgången eller liknande före soluppgången. De är lättast synliga när solen är runt 4 till 16 grader under horisonten. Blixtinducerade urladdningar som kallas transient luminous events (TLEs) bildas ibland i mesosfären ovanför troposfäriska åskmoln . Mesosfären är också det lager där de flesta meteorer brinner upp vid atmosfärisk ingång. Det är för högt över jorden för att vara tillgängligt för jetdrivna flygplan och ballonger, och för lågt för att tillåta orbitala rymdfarkoster. Mesosfären nås huvudsakligen av sondraketer och raketdrivna flygplan .
Stratosfär
Stratosfären är det näst lägsta lagret av jordens atmosfär. Den ligger ovanför troposfären och skiljs från den av tropopausen . Detta lager sträcker sig från toppen av troposfären på ungefär 12 km (7,5 mi; 39 000 fot) över jordens yta till stratopausen på en höjd av cirka 50 till 55 km (31 till 34 mi; 164 000 till 180 000 fot).
Atmosfärstrycket på toppen av stratosfären är ungefär 1/1000 av trycket vid havsnivån . Den innehåller ozonskiktet , som är den del av jordens atmosfär som innehåller relativt höga koncentrationer av den gasen. Stratosfären definierar ett lager där temperaturen stiger med ökande höjd. Denna temperaturstegring orsakas av absorptionen av ultraviolett strålning (UV) från solen av ozonskiktet, vilket begränsar turbulens och blandning. Även om temperaturen kan vara −60 °C (−76 °F; 210 K) vid tropopausen, är toppen av stratosfären mycket varmare och kan vara nära 0 °C.
Den stratosfäriska temperaturprofilen skapar mycket stabila atmosfäriska förhållanden, så stratosfären saknar den väderproducerande luftturbulens som är så utbredd i troposfären. Följaktligen är stratosfären nästan helt fri från moln och andra former av väder. ses polära stratosfäriska eller pärlemormoln ibland i den nedre delen av detta lager av atmosfären där luften är kallast. Stratosfären är det högsta skiktet som kan nås med jetdrivna flygplan .
Troposfär
Troposfären är det lägsta lagret av jordens atmosfär. Den sträcker sig från jordens yta till en genomsnittlig höjd av cirka 12 km (7,5 mi; 39 000 ft), även om denna höjd varierar från cirka 9 km (5,6 mi; 30 000 ft) vid de geografiska polerna till 17 km (11 mi; 56 000 ft) vid ekvatorn , med viss variation beroende på vädret. Troposfären begränsas ovanför av tropopausen , en gräns som på de flesta ställen markeras av en temperaturinversion (dvs. ett lager av relativt varm luft ovanför en kallare), och i andra av en zon som är isotermisk med höjden.
Även om variationer förekommer, sjunker vanligtvis temperaturen med ökande höjd i troposfären eftersom troposfären mestadels värms upp genom energiöverföring från ytan. Således är den lägsta delen av troposfären (dvs jordens yta) vanligtvis den varmaste delen av troposfären. Detta främjar vertikal blandning (därav ursprunget till dess namn i det grekiska ordet τρόπος, tropos , som betyder "sväng"). Troposfären innehåller ungefär 80% av massan av jordens atmosfär. Troposfären är tätare än alla dess överliggande skikt eftersom en större atmosfärisk vikt sitter ovanpå troposfären och gör att den komprimeras hårdast. Femtio procent av atmosfärens totala massa ligger i de nedre 5,6 km (3,5 mi; 18 000 fot) av troposfären.
Nästan all atmosfärisk vattenånga eller fukt finns i troposfären, så det är lagret där det mesta av jordens väder utspelar sig. Den har i princip alla väderrelaterade molnsläktstyper som genereras av aktiv vindcirkulation, även om mycket höga cumulonimbus-åskmoln kan penetrera tropopausen underifrån och stiga upp i den nedre delen av stratosfären. Den mesta konventionella flygaktiviteten äger rum i troposfären, och det är det enda lagret som kan nås av propellerdrivna flygplan .
Andra lager
Inom de fem huvudskikten ovan, som till stor del bestäms av temperatur, kan flera sekundära skikt särskiljas av andra egenskaper:
- Ozonskiktet finns i stratosfären . I detta lager är ozonkoncentrationerna cirka 2 till 8 ppm, vilket är mycket högre än i den lägre atmosfären men fortfarande mycket liten jämfört med huvudkomponenterna i atmosfären. Den är huvudsakligen belägen i den nedre delen av stratosfären från cirka 15–35 km (9,3–21,7 mi; 49 000–115 000 fot), även om tjockleken varierar säsongsmässigt och geografiskt. Cirka 90 % av ozonet i jordens atmosfär finns i stratosfären.
- Jonosfären är en region i atmosfären som joniseras av solstrålning . Det är ansvarigt för norrsken . Under dagtid sträcker den sig från 50 till 1 000 km (31 till 621 mi; 160 000 till 3 280 000 fot) och inkluderar mesosfären, termosfären och delar av exosfären. Men joniseringen i mesosfären upphör i stort sett under natten, så norrsken ses normalt bara i termosfären och nedre exosfären. Jonosfären bildar den inre kanten av magnetosfären . Det har praktisk betydelse eftersom det påverkar till exempel radioutbredning på jorden.
- Homosfären och heterosfären definieras av om de atmosfäriska gaserna är väl blandade. Den ytbaserade homosfären inkluderar troposfären, stratosfären, mesosfären och den lägsta delen av termosfären, där atmosfärens kemiska sammansättning inte beror på molekylvikten eftersom gaserna blandas av turbulens. Detta relativt homogena skikt slutar vid turbopausen som finns på cirka 100 km (62 mi; 330 000 ft), själva kanten av rymden som accepterats av FAI , som placerar den cirka 20 km (12 mi; 66 000 ft) ovanför mesopausen.
- Ovanför denna höjd ligger heterosfären, som inkluderar exosfären och större delen av termosfären. Här varierar den kemiska sammansättningen med höjden. Detta beror på att avståndet som partiklar kan röra sig utan att kollidera med varandra är stort jämfört med storleken på rörelser som orsakar blandning. Detta tillåter gaserna att skikta sig efter molekylvikt, med de tyngre, såsom syre och kväve, endast närvarande nära botten av heterosfären. Den övre delen av heterosfären består nästan helt av väte, det lättaste grundämnet. [ förtydligande behövs ]
- Det planetariska gränsskiktet är den del av troposfären som är närmast jordens yta och påverkas direkt av den, främst genom turbulent diffusion . Under dagen är det planetariska gränsskiktet vanligtvis väl blandat, medan det på natten blir stabilt skiktat med svag eller intermittent blandning. Djupet på det planetariska gränsskiktet sträcker sig från så lite som cirka 100 meter (330 fot) på klara, lugna nätter till 3 000 m (9 800 fot) eller mer under eftermiddagen i torra områden.
Atmosfärens medeltemperatur vid jordens yta är 14 °C (57 °F; 287 K) eller 15 °C (59 °F; 288 K), beroende på referensen.
Fysikaliska egenskaper
Tryck och tjocklek
Det genomsnittliga atmosfärstrycket vid havsnivån definieras av International Standard Atmosphere som 101325 pascal (760,00 Torr ; 14,6959 psi ; 760,00 mmHg ). Detta kallas ibland för en enhet av standardatmosfärer (atm) . Den totala atmosfäriska massan är 5,1480×10 18 kg (1,135×10 19 lb), cirka 2,5% mindre än vad som skulle kunna slutas från det genomsnittliga havsnivåtrycket och jordens yta på 51007,2 megahektar, denna del förskjuts av jordens bergiga terräng. Atmosfäriskt tryck är den totala vikten av luften över enhetsarea vid den punkt där trycket mäts. Lufttrycket varierar alltså med plats och väder .
Om hela atmosfärens massa hade en enhetlig densitet lika med havsnivådensiteten (ca 1,2 kg per m 3 ) från havsnivån och uppåt, skulle den plötsligt sluta på en höjd av 8,50 km (27 900 fot).
Lufttrycket minskar faktiskt exponentiellt med höjden och sjunker med hälften var 5,6 km (18 000 fot) eller med en faktor på 1/ e (0,368) var 7,64 km (25 100 fot), (detta kallas skalhöjden ) -- för höjder ut till cirka 70 km (43 mi; 230 000 fot). Atmosfären är dock mer exakt modellerad med en anpassad ekvation för varje lager som tar hänsyn till gradienter av temperatur, molekylär sammansättning, solstrålning och gravitation. På höjder över 100 km kanske en atmosfär inte längre är väl blandad. Sedan har varje kemisk art sin egen skalhöjd.
Sammanfattningsvis är massan av jordens atmosfär fördelad ungefär som följer:
- 50 % är under 5,6 km (18 000 fot).
- 90 % är under 16 km (52 000 fot).
- 99,99997 % är under 100 km (62 mi; 330 000 fot), Kármán-linjen . Enligt internationell konvention markerar detta början på rymden där mänskliga resenärer anses vara astronauter .
Som jämförelse är toppen av Mount Everest på 8 848 m (29 029 fot); kommersiella flygplan kryssar vanligtvis mellan 10 och 13 km (33 000 och 43 000 fot) där luftens lägre densitet och temperatur förbättrar bränsleekonomin; väderballonger når 30,4 km (100 000 fot) och över; och den högsta X-15 -flygningen 1963 nådde 108,0 km (354 300 fot).
Även ovanför Kármánlinjen förekommer fortfarande betydande atmosfäriska effekter som norrsken . Meteorer börjar glöda i denna region, även om de större kanske inte brinner upp förrän de tränger in djupare. De olika lagren av jordens jonosfär , viktiga för HF-radioutbredning , börjar under 100 km och sträcker sig över 500 km. Som jämförelse kretsar den internationella rymdstationen och rymdfärjan vanligtvis i en omloppsbana av 350–400 km, inom jonosfärens F-skikt där de möter tillräckligt med luftmotstånd för att kräva återförstärkningar med några månaders mellanrum, annars kommer omloppsbanan att uppstå vilket resulterar i en återgång till Jorden. Beroende på solaktiviteten kan satelliter uppleva märkbart luftmotstånd på så höga höjder som 700–800 km.
Temperatur
Uppdelningen av atmosfären i skikt mestadels med hänvisning till temperatur diskuteras ovan. Temperaturen minskar med höjden som börjar vid havsnivån, men variationer i denna trend börjar över 11 km, där temperaturen stabiliseras över ett stort vertikalt avstånd genom resten av troposfären. I stratosfären , med början över cirka 20 km, ökar temperaturen med höjden, på grund av uppvärmning i ozonskiktet orsakad av infångningen av betydande ultraviolett strålning från solen av dioxygen och ozon i denna region. Ytterligare ett område med ökande temperatur med höjden inträffar på mycket höga höjder, i den passande namnet termosfären över 90 km.
Ljudhastighet
Eftersom i en idealgas med konstant sammansättning beror ljudets hastighet endast på temperatur och inte på tryck eller densitet, så tar ljudhastigheten i atmosfären med höjd formen av den komplicerade temperaturprofilen (se bilden till höger), och speglar inte höjdförändringar i densitet eller tryck.
Densitet och massa
Luftdensiteten vid havsnivån är cirka 1,2 kg/m 3 (1,2 g/L, 0,0012 g/cm 3 ). Densiteten mäts inte direkt utan beräknas från mätningar av temperatur, tryck och fuktighet med hjälp av tillståndsekvationen för luft (en form av den ideala gaslagen ). Atmosfärens densitet minskar när höjden ökar. Denna variation kan ungefär modelleras med hjälp av den barometriska formeln . Mer sofistikerade modeller används för att förutsäga satelliters omloppssönderfall.
Atmosfärens genomsnittliga massa är cirka 5 kvadriljoner (5 × 10 15 ) ton eller 1/1 200 000 av jordens massa. Enligt American National Center for Atmospheric Research , "atmosfärens totala medelmassa är 5,1480 × 10 18 kg med ett årligt intervall på grund av vattenånga på 1,2 eller 1,5 × 10 15 kg, beroende på om yttryck eller vattenångdata används; något mindre än den tidigare uppskattningen. Medelmassan av vattenånga uppskattas till 1,27 × 10 16 kg och torrluftmassan till 5,1352 ±0,0003 × 10 18 kg."
Egenskaper i tabellform
Tabell över fysikaliska och termiska egenskaper hos luft vid atmosfärstryck:
| Temperatur (K) | Densitet (kg/m^3) | Specifik värme (J/kg °C) | Dynamisk viskositet (kg/ms) | Kinematisk viskositet (m^2/s) | Värmeledningsförmåga (W/m °C) | Termisk diffusivitet (m^2/s) | Prandtl nummer | Bulkmodul (K^-1 ) |
| 100 | 3,601 | 1026,6 | 6.92E-06 | 1.92E-06 | 0,000925 | 2.50E-06 | 0,77 | 0,01 |
| 150 | 2,3675 | 1009,9 | 1.03E-05 | 4.34E-06 | 0,013735 | 5.75E-06 | 0,753 | 0,006667 |
| 200 | 1,7684 | 1006.1 | 1.33E-05 | 7.49E-06 | 0,01809 | 1.02E-05 | 0,738 | 0,005 |
| 250 | 1,4128 | 1005,3 | 1.60E-05 | 1.13E-05 | 0,02227 | 1.57E-05 | 0,722 | 0,004 |
| 300 | 1,1774 | 1005,7 | 1.85E-05 | 1.57E-05 | 0,02624 | 2.22E-05 | 0,708 | 0,003333 |
| 350 | 0,998 | 1009 | 2.08E-05 | 2.08E-05 | 0,03003 | 2.98E-05 | 0,697 | 0,002857 |
| 400 | 0,8826 | 1014 | 2.29E-05 | 2.59E-05 | 0,03365 | 3.76E-05 | 0,689 | 0,0025 |
| 450 | 0,7833 | 1020,7 | 2.48E-05 | 3.17E-05 | 0,03707 | 4.22E-05 | 0,683 | 0,002222 |
| 500 | 0,7048 | 1029,5 | 2.67E-05 | 3.79E-05 | 0,04038 | 5.56E-05 | 0,68 | 0,002 |
| 550 | 0,6423 | 1039,2 | 2.85E-05 | 4.43E-05 | 0,0436 | 6.53E-05 | 0,68 | 0,001818 |
| 600 | 0,5879 | 1055,1 | 3.02E-05 | 5.13E-05 | 0,04659 | 7.51E-05 | 0,68 | 0,001667 |
| 650 | 0,543 | 1063,5 | 3.18E-05 | 5.85E-05 | 0,04953 | 8.58E-05 | 0,682 | 0,001538 |
| 700 | 0,503 | 1075,2 | 3.33E-05 | 6.63E-05 | 0,0523 | 9.67E-05 | 0,684 | 0,001429 |
| 750 | 0,4709 | 1085,6 | 3.48E-05 | 7.39E-05 | 0,05509 | 1.08E-04 | 0,686 | 0,001333 |
| 800 | 0,4405 | 1097,8 | 3.63E-05 | 8.23E-05 | 0,05779 | 1.20E-04 | 0,689 | 0,00125 |
| 850 | 0,4149 | 1109,5 | 3.77E-05 | 9.08E-05 | 0,06028 | 1.31E-04 | 0,692 | 0,001176 |
| 900 | 0,3925 | 1121,2 | 3.90E-05 | 9.93E-05 | 0,06279 | 1.43E-04 | 0,696 | 0,001111 |
| 950 | 0,3716 | 1132,1 | 4.02E-05 | 1.08E-04 | 0,06525 | 1.55E-04 | 0,699 | 0,001053 |
| 1000 | 0,3524 | 1141,7 | 4.15E-05 | 1.18E-04 | 0,06753 | 1.68E-04 | 0,702 | 0,001 |
| 1100 | 0,3204 | 1160 | 4.44E-05 | 1.39E-04 | 0,0732 | 1.97E-04 | 0,704 | 0,000909 |
| 1200 | 0,2947 | 1179 | 4.69E-05 | 1.59E-04 | 0,0782 | 2.25E-04 | 0,707 | 0,000833 |
| 1300 | 0,2707 | 1197 | 4.93E-05 | 1.82E-04 | 0,0837 | 2.58E-04 | 0,705 | 0,000769 |
| 1400 | 0,2515 | 1214 | 5.17E-05 | 2.06E-04 | 0,0891 | 2.92E-04 | 0,705 | 0,000714 |
| 1500 | 0,2355 | 1230 | 0,000054 | 2.29E-04 | 0,0946 | 3.26E-04 | 0,705 | 0,000667 |
| 1600 | 0,2211 | 1248 | 5.63E-05 | 2.55E-04 | 0,1 | 3.61E-04 | 0,705 | 0,000625 |
| 1700 | 0,2082 | 1267 | 5.85E-05 | 2.81E-04 | 0,105 | 3.98E-04 | 0,705 | 0,000588 |
| 1800 | 0,197 | 1287 | 6.07E-05 | 3.08E-04 | 0,111 | 4.38E-04 | 0,704 | 0,000556 |
| 1900 | 0,1858 | 1309 | 6.29E-05 | 3.39E-04 | 0,117 | 4.81E-04 | 0,704 | 0,000526 |
| 2000 | 0,1762 | 1338 | 0,000065 | 3.69E-04 | 0,124 | 5.26E-04 | 0,702 | 0,0005 |
| 2100 | 0,1682 | 1372 | 6.72E-05 | 4.00E-04 | 0,131 | 5.72E-04 | 0,7 | 0,000476 |
| 2200 | 0,1602 | 1419 | 6.93E-05 | 4.33E-04 | 0,139 | 6.12E-04 | 0,707 | 0,000455 |
| 2300 | 0,1538 | 1482 | 7.14E-05 | 4.64E-04 | 0,149 | 6.54E-04 | 0,71 | 0,000435 |
| 2400 | 0,1458 | 1574 | 7.35E-05 | 5.04E-04 | 0,161 | 7.02E-04 | 0,718 | 0,000417 |
| 2500 | 0,1394 | 1688 | 7.57E-05 | 5.44E-04 | 0,175 | 7.44E-04 | 0,73 | 0,0004 |
| 3000 | 0,1135 | 2,726 | 9.55E-05 | 8.41E-04 | 0,486 | 1.57E-03 | 0,536 | 0,00033333333333 |
Optiska egenskaper
Solstrålning (eller solljus) är den energi som jorden får från solen . Jorden sänder också ut strålning tillbaka till rymden, men vid längre våglängder som människor inte kan se. En del av den inkommande och emitterade strålningen absorberas eller reflekteras av atmosfären. I maj 2017 visade sig glimt av ljus, som sågs som blinkande från en satellit som kretsar runt en miljon mil bort, vara reflekterat ljus från iskristaller i atmosfären.
Spridning
När ljus passerar genom jordens atmosfär interagerar fotoner med den genom spridning . Om ljuset inte interagerar med atmosfären kallas det för direktstrålning och är det man ser om man skulle titta direkt på solen. Indirekt strålning är ljus som har spridits i atmosfären. Till exempel, på en mulen dag när du inte kan se din skugga, finns det ingen direkt strålning som når dig, allt har varit utspritt. Som ett annat exempel, på grund av ett fenomen som kallas Rayleigh-spridning , sprids kortare (blå) våglängder lättare än längre (röda) våglängder. Det är därför himlen ser blå ut; du ser spritt blått ljus. Det är också därför solnedgångarna är röda. Eftersom solen är nära horisonten passerar solens strålar genom mer atmosfär än normalt innan de når ditt öga. Mycket av det blå ljuset har spridits ut, vilket lämnar det röda ljuset i en solnedgång.
Absorption
Olika molekyler absorberar olika våglängder av strålning. Till exempel absorberar O 2 och O 3 nästan all strålning med våglängder kortare än 300 nanometer . Vatten (H 2 O) absorberas vid många våglängder över 700 nm. När en molekyl absorberar en foton ökar den energin hos molekylen. Detta värmer atmosfären, men atmosfären svalnar också genom att sända ut strålning, som diskuteras nedan.
De kombinerade absorptionsspektra för gaserna i atmosfären lämnar "fönster" med låg opacitet , vilket tillåter överföring av endast vissa ljusband. Det optiska fönstret löper från cirka 300 nm ( ultraviolett -C) upp till det område som människor kan se, det synliga spektrumet (vanligen kallat ljus), vid ungefär 400–700 nm och fortsätter till det infraröda till cirka 1100 nm. Det finns också infraröda och radiofönster som sänder en del infraröda och radiovågor på längre våglängder. Radiofönstret går till exempel från cirka en centimeter till cirka elva meter vågor.
Utsläpp
Emission är motsatsen till absorption, det är när ett föremål avger strålning. Objekt tenderar att sända ut mängder och våglängder av strålning beroende på deras " svarta kropps " emissionskurvor, därför tenderar hetare objekt att sända ut mer strålning, med kortare våglängder. Kallare föremål avger mindre strålning, med längre våglängder. Till exempel är solen cirka 6 000 K (5 730 °C ; 10 340 °F ), dess strålningstoppar nära 500 nm och är synlig för det mänskliga ögat. Jorden är ungefär 290 K (17 °C; 62 °F), så dess strålning toppar nära 10 000 nm och är alldeles för lång för att vara synlig för människor.
På grund av sin temperatur avger atmosfären infraröd strålning. Till exempel på klara nätter svalnar jordens yta snabbare än på molniga nätter. Detta beror på att moln (H 2 O) är starka absorbenter och utsändare av infraröd strålning. Det är också därför det blir kallare på natten på högre höjder.
Växthuseffekten är direkt relaterad till denna absorptions- och emissionseffekt . Vissa gaser i atmosfären absorberar och avger infraröd strålning, men interagerar inte med solljus i det synliga spektrumet. Vanliga exempel på dessa är CO 2 och H 2 O.
Brytningsindex
brytningsindex är nära, men bara större än 1. Systematiska variationer i brytningsindex kan leda till att ljusstrålar böjs över långa optiska banor . Ett exempel är att observatörer ombord på fartyg under vissa omständigheter kan se andra fartyg strax över horisonten eftersom ljuset bryts i samma riktning som jordytans krökning .
Luftens brytningsindex beror på temperaturen, vilket ger upphov till brytningseffekter när temperaturgradienten är stor. Ett exempel på sådana effekter är hägringen .
Omlopp
Atmosfärisk cirkulation är den storskaliga rörelsen av luft genom troposfären och medlet (med havscirkulation ) genom vilket värme distribueras runt jorden. Den atmosfäriska cirkulationens storskaliga struktur varierar från år till år, men grundstrukturen förblir ganska konstant eftersom den bestäms av jordens rotationshastighet och skillnaden i solstrålning mellan ekvatorn och polerna.
Utvecklingen av jordens atmosfär
Tidigast atmosfär
Den första atmosfären bestod av gaser i solnebulosan , främst väte . Det fanns förmodligen enkla hydrider som de som nu finns i gasjättarna ( Jupiter och Saturnus ) , särskilt vattenånga, metan och ammoniak .
Andra atmosfären
Utgasning från vulkanismen , kompletterad med gaser som producerades under det sena tunga bombardementet av jorden av enorma asteroider , producerade nästa atmosfär, som till stor del bestod av kväve plus koldioxid och inerta gaser. En stor del av koldioxidutsläppen löstes upp i vatten och reagerade med metaller som kalcium och magnesium under vittring av jordskorpan för att bilda karbonater som avsattes som sediment. Vattenrelaterade sediment har hittats som är från så tidigt som 3,8 miljarder år sedan.
För cirka 3,4 miljarder år sedan utgjorde kväve huvuddelen av den då stabila "andra atmosfären". Livets inflytande måste tas med i beräkningen ganska snart i atmosfärens historia eftersom antydningar om tidiga livsformer dyker upp så tidigt som för 3,5 miljarder år sedan. Hur jorden vid den tiden höll ett klimat tillräckligt varmt för flytande vatten och liv, om den tidiga solen släckte ut 30 % lägre solstrålning än idag, är ett pussel som kallas "den svaga unga solparadoxen" .
Det geologiska rekordet visar dock en kontinuerlig relativt varm yta under hela jordens tidiga temperaturrekord – med undantag för en kall isfas för cirka 2,4 miljarder år sedan. I den sena arkeiska Eon började en syrehaltig atmosfär att utvecklas, uppenbarligen producerad av fotosyntetiserande cyanobakterier (se Great Oxygenation Event ), som har hittats som stromatolitfossiler för 2,7 miljarder år sedan. Den tidiga grundläggande kolisotopin ( isotopförhållandeproportioner ) tyder starkt på förhållanden som liknar de nuvarande, och att de grundläggande dragen i kolcykeln etablerades redan för 4 miljarder år sedan.
Forntida sediment i Gabon från mellan cirka 2,15 och 2,08 miljarder år sedan ger ett register över jordens dynamiska syresättningsutveckling. Dessa fluktuationer i syresättningen var sannolikt drivna av kolisotopexkursionen i Lomagundi.
Tredje atmosfären
Den ständiga omarrangeringen av kontinenter genom plattektonik påverkar den långsiktiga utvecklingen av atmosfären genom att överföra koldioxid till och från stora kontinentala karbonatlager. Fritt syre fanns inte i atmosfären förrän för cirka 2,4 miljarder år sedan under den stora syresättningshändelsen och dess utseende indikeras av slutet av de bandformade järnformationerna .
Före denna tid förbrukades allt syre som producerats genom fotosyntes genom oxidation av reducerade material, särskilt järn. Fria syremolekyler började inte ackumuleras i atmosfären förrän produktionshastigheten av syre började överstiga tillgången på reducerande material som avlägsnade syre. Denna punkt betyder ett skifte från en reducerande atmosfär till en oxiderande atmosfär. O 2 visade stora variationer tills den nådde ett stabilt tillstånd på mer än 15 % i slutet av prekambrium. Följande tidsspann från 539 miljoner år sedan till idag är Phanerozoic Eon, under den tidigaste perioden av vilken de kambriska , syrekrävande metazoaniska livsformerna började dyka upp.
Mängden syre i atmosfären har fluktuerat under de senaste 600 miljoner åren och nått en topp på cirka 30 % för cirka 280 miljoner år sedan, betydligt högre än dagens 21 %. Två huvudprocesser styr förändringar i atmosfären: Växter som använder koldioxid från atmosfären och frigör syre, och sedan använder växter lite syre på natten genom processen med fotorespiration medan det återstående syret används för att bryta ner organiskt material. Nedbrytning av pyrit och vulkanutbrott släpper ut svavel i atmosfären, som reagerar med syre och därmed minskar mängden i atmosfären. Men vulkanutbrott frigör också koldioxid, som växter kan omvandla till syre. Orsaken till variationen av mängden syre i atmosfären är inte känd. Perioder med mycket syre i atmosfären är förknippade med djurens snabba utveckling.
Luftförorening
Luftföroreningar är införandet i atmosfären av kemikalier , partiklar eller biologiska material som orsakar skada eller obehag för organismer. Ozonnedbrytning i stratosfären orsakas av luftföroreningar, främst från klorfluorkolväten och andra ozonnedbrytande ämnen.
Sedan 1750 har mänsklig aktivitet ökat koncentrationerna av olika växthusgaser, framför allt koldioxid, metan och dikväveoxid. Denna ökning har orsakat en observerad ökning av globala temperaturer . Globala genomsnittliga yttemperaturer var 1,1 °C högre under 2011-2020 decenniet än de var 1850.
Bilder från rymden
Den 19 oktober 2015 startade NASA en webbplats som innehåller dagliga bilder av hela den solbelysta sidan av jorden på https://epic.gsfc.nasa.gov/ . Bilderna är tagna från Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) och visar jorden när den roterar under en dag.
De geomagnetiska stormarna orsakar uppvisningar av norrsken över atmosfären.
Extremitetsvy, av jordens atmosfär. Färger betecknar ungefär atmosfärens lager.
Den här bilden visar månen i mitten, med jordens lem nära botten som övergår till den orangefärgade troposfären. Troposfären slutar abrupt vid tropopausen, som framträder i bilden som den skarpa gränsen mellan den orange- och blåfärgade atmosfären. De silverblå nattlysande molnen sträcker sig långt över jordens troposfär.
Jordens atmosfär motljus av solen i en förmörkelse som observerades från rymden ombord på Apollo 12 1969.
Se även
- Flygperspektiv
- Luft (klassiskt element)
- Luftglöd
- Airshed
- Atmosfärisk spridningsmodellering
- Atmosfärisk elektricitet
- Atmospheric Radiation Measurement Climate Research Facility (ARM) (i USA)
- Atmosfärisk skiktning
- Biosfär
- Klimatsystem
- COSPAR internationell referensatmosfär (CIRA)
- Flygets miljöpåverkan
- Global nedbländning
- Historiskt temperaturrekord
- Hydrosfär
- Hypermobilitet (resor)
- Kyotoprotokollet
- Lakning (jordbruk)
- Litosfären
- Atmosfärisk referensmodell
externa länkar
| Stjärna | |
|
|---|---|---|
| Exoplanet | ||
| Planet | ||
| Dvärgplanet | ||
| Satellit | ||
| Se även | ||
| Luft |
|
||||
|---|---|---|---|---|---|
| Energi | |||||
| Landa | |||||
| Liv | |||||
| Vatten |
|
||||
| Relaterad |
|
||||
| Nationalbibliotek | |
|---|---|
| Övrig | |
