Atmosfera
Žemę supa gana plona atmosfera (paprastai vadinama oru), susidedančią iš dujų, pirmiausia molekulinio azoto (78 proc.) Ir molekulinio deguonies (21 proc.), Mišinio. Taip pat yra daug mažesnių dujų, tokių kaip argonas (beveik 1 procentas), vandens garai (vidutiniškai 1 procentas, bet labai kinta laiko ir vietos atžvilgiu), anglies dioksidas (0,0395 procentai [395 dalys milijonui] ir šiuo metu kyla), metanas (0,00018 procentų [1,8 dalys milijonui] ir šiuo metu kyla), ir kiti kartu su mažomis kietų ir skystų dalelių suspensijoje.
geoidas: Žemės figūros nustatymas
Kreditai už mintį, kad Žemė yra sferinė, paprastai suteikiami Pitagoroms (klestėjo 6 a. Pr. M. E.) Ir
Kadangi Žemė turi silpną gravitacinį lauką (dėl savo dydžio) ir šiltą atmosferos temperatūrą (dėl savo artumo su Saule), palyginti su milžiniškomis planetomis, jai trūksta labiausiai paplitusių visatos dujų, kurias jie turi: vandenilio ir helio. Nors tiek Saulė, tiek Jupiteris yra sudaryti iš šių dviejų elementų, jie negalėjo ilgai būti laikomi ankstyvoje Žemėje ir greitai išgaravo į tarpplanetinę erdvę. Didelis deguonies kiekis Žemės atmosferoje yra neįprastas. Deguonis yra labai reaktyvios dujos, kurios daugumoje planetų sąlygų būtų derinamos su kitomis atmosferoje, paviršiuje ir plutoje esančiomis cheminėmis medžiagomis. Tiesą sakant, jį nuolat tiekia biologiniai procesai; be gyvybės laisvo deguonies praktiškai nebūtų. 1,8 milijoninės metano dalys atmosferoje taip pat nėra cheminės pusiausvyros su atmosfera ir pluta pusiausvyra: jis taip pat yra biologinės kilmės, o žmogaus veikla prisideda prie kitų.
Atmosferos dujos tęsiasi nuo Žemės paviršiaus iki tūkstančių kilometrų aukščio, galiausiai susiliedamos su Saulės vėju - įkrautų dalelių srautu, kuris išteka iš atokiausių Saulės regionų. Atmosferos sudėtis yra maždaug vienoda, kai aukštis siekia maždaug 100 km (60 mylių), išskyrus vandens garus ir ozoną.
Paprastai atmosfera apibūdinama atskirais sluoksniais arba regionais. Didžioji atmosferos dalis yra sutelkta troposferoje, kuri tęsiasi nuo paviršiaus iki maždaug 10–15 km (6–9 mylių) aukščio, atsižvelgiant į platumą ir sezoną. Šio sluoksnio dujų elgsena kontroliuojama konvekcija. Šis procesas apima neramius, apvirstančius judesius, atsirandančius dėl Saulės pašildyto paviršinio oro plūdrumo. Konvekcija palaiko mažėjantį vertikalų temperatūros gradientą, ty temperatūros mažėjimą aukštyje - per troposferą maždaug 6 ° C (10.8 ° F) / km. Troposferos, vadinamos tropopausa, viršuje temperatūra nukrito iki maždaug –80 ° C (–112 ° F). Troposfera yra regionas, kuriame egzistuoja beveik visi vandens garai ir iš esmės bet koks oras.
Sausas, silpnas stratosfera yra virš troposferos ir tęsiasi iki maždaug 50 km (30 mylių) aukščio. Konvekciniai judesiai stratosferoje silpni arba jų nėra; judesiai yra linkę būti orientuoti horizontaliai. Šio sluoksnio temperatūra didėja didėjant aukščiui.
Viršutiniuose stratosferos regionuose ultravioletinės saulės absorbcija skaido molekulinį deguonį (O 2); rekombinacija vienas deguonies atomų O 2 molekulių į ozono (O 3) sukuria ekranavimas ozono sluoksnį.
Virš santykinai šilto stratopauzės yra dar labiau menka mezosfera, kurioje temperatūra vėl mažėja, kai aukštis siekia 80–90 km (50–56 mylių) virš paviršiaus, kur yra apibrėžta mezopauzė. Minimali ten pasiekiama temperatūra labai kinta priklausomai nuo sezono. Temperatūra didėja didėjant aukščiui per viršutinį sluoksnį, vadinamą termosfera. Taip pat virš 80–90 km yra vis didesnė dalis įkrautų arba jonizuotų dalelių, kurios nuo šio aukščio į viršų nusako jonosferą. Šiame regione, ypač išilgai maždaug apskritų zonų aplink polius, susidaro įspūdingi matomi aurorai, atmosferoje vykstant azoto ir deguonies atomų sąveikai su epizodiniais Saulės kilmės energetinių dalelių sprogimais.
Žemės bendrą atmosferos cirkuliaciją lemia saulės šviesos energija, kurios gausu pusiaujo platumose. Šios šilumos judėjimą polių link stipriai veikia spartus Žemės sukimasis ir su tuo susijusi Koriolio jėga platumos atstumu nuo pusiaujo (prie vėjų krypties pridedant rytų-vakarų komponentą), todėl kiekviename iš jų cirkuliuoja oro ląstelės. pusrutulis. Dėl nestabilumo (atmosferos srauto sutrikimai, kurie laikui bėgant didėja) susidaro būdingi aukšto slėgio plotai ir žemo slėgio audros iš vidutinių platumų, taip pat greitai, į rytus judantys viršutinės troposferos srovės srautai, nukreipiantys audrų kelius. Vandenynai yra didžiuliai šilumos rezervuarai, kurie didžiąja dalimi sušvelnina Žemės pasaulinės temperatūros svyravimus, tačiau jų lėtai kintančios srovės ir temperatūra taip pat daro įtaką orams ir klimatui, kaip El Niño / Pietinio svyravimo oro reiškinys (žr. Klimatą: Cirkuliacija, srovės, vandenyno ir atmosferos sąveika; klimatas: El Niño / Pietinis svyravimas ir klimato pokyčiai).
Žemės atmosfera nėra statiškas aplinkos bruožas. Jos kompozicija pasikeitė per geologinį laiką kartu su gyvenimu ir šiandien sparčiau keičiasi reaguodama į žmogaus veiklą. Maždaug įpusėjus Žemės istorijai, atmosferoje atsirado neįprastai didelis laisvojo deguonies kiekis, vykstant fotosintezei melsvabakterijomis (žr. Mėlynai žaliuosius dumblius) ir prisotinant natūralius deguonies paviršinius paviršius (pvz., Santykinai mažai deguonies turinčius mineralus ir vandenilį). turtingos dujos, išsiskiriančios iš ugnikalnių). Deguonies kaupimasis leido vystytis sudėtingoms ląstelėms, kurios metabolizmo metu sunaudoja deguonį ir kurias sudaro visi augalai ir gyvūnai (žr. Eukariotą).
Žemės klimatas bet kurioje vietoje kinta priklausomai nuo metų laikų, tačiau yra ir ilgalaikio pasaulio klimato pokyčių. Vulkaniniai sprogimai, tokie kaip 1991 m. Pinatubo kalno išsiveržimas Filipinuose, gali įnešti į stratosferą didelius kiekius dulkių dalelių, kurios išlieka suspenduotos daugelį metų, mažindamos atmosferos skaidrumą ir sukeldamos išmatuojamą aušinimą visame pasaulyje. Daug retesnis, milžiniškas asteroidų ir kometų poveikis gali sukelti dar gilesnį poveikį, įskaitant stiprų saulės spindulių sumažėjimą mėnesiais ar metais, pavyzdžiui, daugelio mokslininkų manymu, kretos periodo pabaigoje, 66 mln. Metų, masiškai išnyko gyvos rūšys. prieš. (Norėdami gauti papildomos informacijos apie kosminio poveikio keliamą riziką ir jo atsiradimo tikimybes, skaitykite Žemės poveikio pavojų.) Dominuojantys klimato pokyčiai, stebimi naujausiuose geologiniuose įrašuose, yra ledo amžiai, kurie yra susiję su Žemės pakreipimo ir jos orbitos pokyčiais. geometrija saulės atžvilgiu.
Dėl vandenilio sintezės fizikos astronomai daro išvadą, kad per seniausią Žemės istoriją Saulė buvo 30 procentų mažiau šviečianti nei dabar. Taigi visi kiti lygūs vandenynai turėjo būti užšaldyti. Žemės planetos kaimynų Marso ir Veneros stebėjimai ir šiuo metu Žemės plutoje esančios anglies įverčiai rodo, kad ankstesniais laikotarpiais Žemės atmosferoje buvo žymiai daugiau anglies dioksido. Tai padidintų paviršiaus šiltėjimą šiltnamio efektu ir leistų vandenynams likti skysčiams.
Šiandien žemės plutoje karbonatinėse uolienose yra palaidota 100 000 kartų daugiau anglies dioksido nei atmosferoje, priešingai nei Venera, kurios atmosferos evoliucija vyko kitaip. Žemėje jūrinis gyvūnijos formavimasis iš karbonato apvalkalų yra pagrindinis anglies dioksido pavertimo karbonatais mechanizmas; abiotiniai procesai, kuriuose naudojamas skystas vanduo, taip pat gamina karbonatus, nors ir lėčiau. Tačiau Veneroje niekada nebuvo galimybės kilti ir generuoti karbonatus. Dėl planetos padėties Saulės sistemoje, nepaisant tuo metu silpnesnės jaunos Saulės, ankstyvoji Venera gavo 10–20 procentų daugiau saulės šviesos nei krito žemėje net ir šiandien. Dauguma planetos mokslininkų mano, kad pakilusi paviršiaus temperatūra lėmė vandens kondensaciją į skystį. Vietoje to jis liko atmosferoje kaip vandens garai, kurie, kaip ir anglies dioksidas, yra veiksmingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Kartu dėl dviejų dujų paviršiaus temperatūra pakilo dar aukščiau, todėl didžiuliai vandens kiekiai pateko į stratosferą, kur ją atskyrė saulės ultravioletinė spinduliuotė. Dabar, kai sąlygos yra per karštos ir sausos, kad susidarytų abiotinis karbonatas, atmosferoje didžioji dalis planetos anglies atsargų arba visos jų dalys liko kaip anglies dioksidas. Modeliai prognozuoja, kad Žemė gali patirti tą patį likimą per milijardą metų, kai Saulė 10–20 procentų viršija dabartinį savo ryškumą.
Nuo šeštojo dešimtmečio pabaigos iki XX amžiaus pabaigos anglies dioksido kiekis Žemės atmosferoje padidėjo daugiau nei 15 procentų dėl iškastinio kuro (pvz., Anglies, naftos ir gamtinių dujų) deginimo ir atogrąžų miškų sunaikinimo., pavyzdžiui, Amazonės upės baseine. Kompiuteriniai modeliai prognozuoja, kad grynas anglies dioksido padvigubėjimas iki XXI amžiaus vidurio gali sukelti 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) vidutinį planetos atšilimą, kuris turėtų didžiulį poveikį jūros lygiui ir Žemdirbystė. Nors šią išvadą kai kurie kritikavo remdamiesi tuo, kad iki šiol stebimas atšilimas neatsilieka nuo prognozių, olandų temperatūros duomenų analizė parodė, kad didžioji dalis XX amžiaus atšilimo iš tikrųjų įvyko pačiuose vandenynuose ir ilgainiui pasirodyti atmosferoje.
Kitas dabartinis susirūpinimas dėl atmosferos yra žmogaus veiklos poveikis stratosferos ozono sluoksniui. Dešimtojo dešimtmečio viduryje buvo nustatyta, kad sudėtingos cheminės reakcijos, susijusios su žmogaus sukurtų chlorfluorangliavandenilių (CFC) pėdsakais, poliarinio pavasario metu sukuria laikinas ozono sluoksnio skylutes, ypač virš Antarktidos. Vis labiau nerimą kėlė tai, kad labai apgyvendintose vidutinio klimato platumose auga ozono išeikvojimas, nes nustatyta, kad trumpo bangos ilgio ultravioletinė radiacija, kurią efektyviai sugeria ozono sluoksnis, sukelia odos vėžį. Tarptautiniai susitarimai, skirti sustabdyti labiausiai ozoną naikinančių CFC gamybą, ilgainiui sustabdys ir panaikins išeikvojimą, tačiau tik XXI amžiaus viduryje dėl ilgo šių cheminių medžiagų buvimo stratosferoje.
