miercuri, 7 decembrie 2011
Structura Atmosferei
Straturile atmosferei
Atmosfera terestră are o masă de cca 4,9 · 1018 kg și este alcătuită in funcție de temperatură din mai multe straturi, partea superioară a fiecărui strat terminându-se cu o zonă de așa-numită „pauză”:
Troposfera între 0 km deasupra munților înalți și 7 km în zona polară și 17 km la tropice (inclusiv tropopauza). Ea are o grosime medie de ≈11 km (1/600 din raza de 6.371 km a Pământului). Dacă se închipuie un Pământ cu diametrul de 1 m, atunci troposfera ar avea o grosime de numai 0,863 mm. Troposfera constituie aproximativ 90 % din masa totală a atmosferei. Aici, în stratul inferior al atmosferei, au loc fenomenele meteorologice.
Stratosfera între 7 - 17 până la 50 km (inclusiv stratopauza)
Mezosfera între 50 și 80 km (inclusiv mezopauza)
Termosfera numită și „ionosferă” între 80 și 640 km; denumirea de „termo-” este legată de creșterea relativ bruscă a temperaturii cu altitudinea, iar cea de „iono-” de fenomenul de ionizare a atomilor de oxigen și azot existenți, care astfel devin buni conducători de electricitate și au influență asupra transmisiilor radio.
Exosfera între 500 și 1.000 km până la cca 100.000 km, cu o trecere treptată la spațiul interplanetar.
Atmosfera mai poate fi subîmpărțită și astfel:
După procesele fizico-radiologice
1.Ionosfera
2.Magnetosfera
3.Ozonosfera (16 - 50 km)
4.Hemosfera
Stratul cu viețuitoare
1.Biosfera (0 - 20 km)
După gradul de amestec a gazelor:
1.Homosfera (0 - 100 km)
2.Homopauza (100 - 120 km)
3.Heterosfera (> 120 km)
După starea aerodinamică:
1.Stratul Prandtl (cca 0 - 50 m)
2.Stratul Ekman (cca 50 - 1.000 m)
3.împreună, Stratul Prandtl + Stratul Ekman
4.Stratul atmosferic liber (> 1 km)
Exosfera
Atmosferă, cuvânt compus de origine greacă (de la ἀτμός, atmos = ceață, abur și σφαῖρα, sfaira = sferă), desemnează învelișul de aer sau alte gaze al Pământului sau al altui corp ceresc. Atmosfera planetei noastre este practic 100 % gazoasă, fiind compusă din aer, conține însă și urme de substanțe solide și lichide fin divizate. Atmosfera este numită uneori și, simplu, „aer”.
Atmosfera de astăzi a Pământului conține molecule diatomice de azot (nitrogen) (N2) în proporție de aproape 4/5 (78,2 %), molecule diatomice de oxigen (O2) (20,5 %), argon (Ar) (0,92 %), dioxid de carbon (CO2) (0,03 %), ozon sau oxigen triatomic (O3) și alte gaze, praf, fum, alte particule în suspensie, etc.
Compoziția atmosferei s-a schimbat de-a lungul celor aproximativ 2,5 - 2,8 miliarde de ani de când există, de la o atmosferă primitivă la cea actuală, trecând prin mai multe faze intermediare, în decursul cărora ea și-a schimbat nu numai compoziția chimică, dar și alte caracteristici precum densitate, grosime, transparență și altele.
Formare
Vulcanismul, factor determinant al formării atmosferei
Procesele de formare a atmosferei sunt legate de compoziția ei chimică, care la rândul ei a influențat procesele climatice. În urmă cu 4,56 miliarde de ani, când s-a format globul pământesc, hidrogenul (H2) și heliul (He) erau deja prezente. Ulterior, datorită densității și greutății specifice scăzute a acestor două gaze, ele nu au mai putut fi atrase și reținute de planetă, disipându-se treptat în spațiul cosmic.
Datorită răcirii lente a Terrei și prin activitatea vulcanică de pe glob au fost aduse la suprafață diverse gaze, care rezultaseră din reacțiile chimice ale straturilor interne. De la aceste procese a luat naștere o atmosferă cu o compoziție de circa 80 % vapori de apă (H2O), 10 % de dioxid de carbon (CO2) și 5 până la 7 % hidrogen sulfurat. Această combinație de gaze poate fi și astăzi întâlnită în emanațiile și erupțiile vulcanice.
Lipsa precipitațiilor din acea perioadă de formare se explică prin aceea că în ciuda prezenței apei, inclusiv în stare de vapori de apă, suprafața fierbinte a Pământului nu permitea condensarea acestora.
Proveniența apei pe pământ este, de fapt, o temă controversată. Prin scăderea temperaturii atmosferei sub punctul de fierbere al apei, aerul saturat, adesea chiar suprasaturat cu vapori de apă, a determinat condensarea apei sub forma unor ploi de scurtă durată. În această perioadă s-au format, foarte probabil, mările și oceanele.
Radiația ultravioletă intensă a determinat o descompunere fotochimică a moleculelor de apă, a metanului și a amoniacului, astfel acumulându-se dioxid de carbon și azot. Gazele mai ușoare, precum hidrogenul și heliul, au urcat în straturile superioare ale atmosferei, ulterior disipându-se în spațiul cosmic, pe când gazele mai grele, ca de ex. dioxidul de carbon, s-au dizolvat în mare parte în apa oceanelor. Azotul, inert din punct de vedere chimic în condițiile existente atunci, a rămas neschimbat în atmosferă, fiind încă înainte cu circa 3,4 miliarde de ani partea componentă cea mai importantă a atmosferei.
Oxigenul O2, care joacă un rol esențial în evoluția și existența vieții pe Pământ, a apărut sub formă liberă, gazoasă, acum circa 3,5 miliarde de ani, fiind eliberat datorită activității de fotosinteză a bacteriilor care descompuseseră substanțele bazate pe grupe cianhidrice.
Oxigenul format s-a dizolvat în mare parte în apa oceanelor, oxidând metalele feroase. În urmă cu circa 350 milioane de ani o parte din oxigen a format prin ionizare în straturile superioare ale atmosferei ozonul, combinație alotropică a oxigenului ce protejează pământul de razele ultraviolete. Se consideră că, începând cu acea perioadă și pănâ astăzi, compoziția aerului atmosferic a rămas relativ stabilă.
Fizica atmosferei este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul structurii şi compoziţiei
atmosferei terestre şi a fenomenelor fizice şi proceselor din atmosferă (mişcarea şi circulaţia
maselor de aer, transformări de stare ale apei, propagarea undelor de diferite tipuri, etc.). În cadrul
fizicii atmosferei există mai multe capitole, în care se studiază diferite aspecte ale fizicii
atmosferei: statica, termodinamica, dinamica, electricitatea şi optica atmosferică, meteorologia şi aeronomia (ultima este ştiinţa ce se ocupă cu studiul atmosferei înalte şi medii).
Fizica atmosferei este strâns legată de celelalte ştiinţe care studiază Pământul (geofizica, geodezia, chimia proceselor
terestre şi a celor atmosferice). Dezvoltarea ei s-a datorat iniţial, în mare parte, necesităţii de a cunoaşte şi de a prevedea vremea, ce se defineşte ca fiind starea atmosferei la un moment dat.
Metodele experimentale de studiu a atmosferei folosesc tehnici de la cele mai simple (giruete, pluviometre) până la cele mai complicate (sateliţi, radiolocaţie). Ca orice studiu, fizica atmosferei
are o finalitate şi anume rezolvarea unor probleme practice legate de activitatea umană, cum ar fi:
înţelegerea, dirijarea şi controlul unora din fenomenele atmosferice pentru a le folosi în scopuri practice, previziunea fenomenelor meteorologice globale (seceta, inundaţii, riscuri de întrerupere a telecomunicaţiilor) sau locale (ceaţa, grindina), amplasarea unor obiective civile astfel încât să reducă la maxim impactul negativ al acestora asupra mediului înconjurător.
Atmosfera terestră are o masă de cca 4,9 · 1018 kg și este alcătuită in funcție de temperatură din mai multe straturi, partea superioară a fiecărui strat terminându-se cu o zonă de așa-numită „pauză”:
Troposfera între 0 km deasupra munților înalți și 7 km în zona polară și 17 km la tropice (inclusiv tropopauza). Ea are o grosime medie de ≈11 km (1/600 din raza de 6.371 km a Pământului). Dacă se închipuie un Pământ cu diametrul de 1 m, atunci troposfera ar avea o grosime de numai 0,863 mm. Troposfera constituie aproximativ 90 % din masa totală a atmosferei. Aici, în stratul inferior al atmosferei, au loc fenomenele meteorologice.
Stratosfera între 7 - 17 până la 50 km (inclusiv stratopauza)
Mezosfera între 50 și 80 km (inclusiv mezopauza)
Termosfera numită și „ionosferă” între 80 și 640 km; denumirea de „termo-” este legată de creșterea relativ bruscă a temperaturii cu altitudinea, iar cea de „iono-” de fenomenul de ionizare a atomilor de oxigen și azot existenți, care astfel devin buni conducători de electricitate și au influență asupra transmisiilor radio.
Exosfera între 500 și 1.000 km până la cca 100.000 km, cu o trecere treptată la spațiul interplanetar.
Atmosfera mai poate fi subîmpărțită și astfel:
După procesele fizico-radiologice
1.Ionosfera
2.Magnetosfera
3.Ozonosfera (16 - 50 km)
4.Hemosfera
Stratul cu viețuitoare
1.Biosfera (0 - 20 km)
După gradul de amestec a gazelor:
1.Homosfera (0 - 100 km)
2.Homopauza (100 - 120 km)
3.Heterosfera (> 120 km)
După starea aerodinamică:
1.Stratul Prandtl (cca 0 - 50 m)
2.Stratul Ekman (cca 50 - 1.000 m)
3.împreună, Stratul Prandtl + Stratul Ekman
4.Stratul atmosferic liber (> 1 km)
Datorită variabilităţii mari a temperaturii, compoziţiei, dinamicii atmosferei, există mai multe criterii de clasificare a structurii sale.
Un prim criteriu, cel mai folosit, este modul de variaţie a temperaturii cu altitudinea. Se defineşte gradientul vertical de temperatură ca fiind variaţia temperaturii pe unitatea de înălţime:
In funcţie de valorile lui γ, atmosfera se împarte în câteva straturi orizontale, fiecare dintre ele caracterizate de o anumită variaţie a temperaturii cu înălţimea. Acestea sunt :
• troposfera, cuprinsă între 0 şi 10 (poli) –18 (ecuator) km
• stratosfera, cuprinsă între 12-15 şi 45-55 km
• mezosfera, cuprinsă între aproximativ 50 şi 80-85 km
• termosfera, cuprinsă între 80 şi 800 km 2
• exosfera, la altitudine mai mare decât 800 km.
Un alt criteriu de divizare a atmosferei este omogenitatea acesteia. Atmosfera este omogenă sub aproximativ 100 km, zonă numită homosferă, şi heterogenă la altitudini mai mari, strat care se numeşte heterosferă. Aici densitatea mică a aerului duce la fracţionalitatea constituenţilor gazoşi.
Un prim criteriu, cel mai folosit, este modul de variaţie a temperaturii cu altitudinea. Se defineşte gradientul vertical de temperatură ca fiind variaţia temperaturii pe unitatea de înălţime:
In funcţie de valorile lui γ, atmosfera se împarte în câteva straturi orizontale, fiecare dintre ele caracterizate de o anumită variaţie a temperaturii cu înălţimea. Acestea sunt :
• troposfera, cuprinsă între 0 şi 10 (poli) –18 (ecuator) km
• stratosfera, cuprinsă între 12-15 şi 45-55 km
• mezosfera, cuprinsă între aproximativ 50 şi 80-85 km
• termosfera, cuprinsă între 80 şi 800 km 2
• exosfera, la altitudine mai mare decât 800 km.
Un alt criteriu de divizare a atmosferei este omogenitatea acesteia. Atmosfera este omogenă sub aproximativ 100 km, zonă numită homosferă, şi heterogenă la altitudini mai mari, strat care se numeşte heterosferă. Aici densitatea mică a aerului duce la fracţionalitatea constituenţilor gazoşi.
Gradientul temperaturii este aproximativ 6 – 7° C/km. În troposferă se găseşte cea mai mare parte
a vaporilor de apă. Aici se formează norii, precipitaţiile, ceaţa.
Temperatura (K)
a vaporilor de apă. Aici se formează norii, precipitaţiile, ceaţa.
Temperatura (K)
TROPOSFERA
STRATOSFERA
MEZOSFERA
TERMOSFERA
EXOSFERA
Troposfera este primul invelis atmosferic, aflat la suprafata Pamintului; in cadrul sau se desfasoara cea mai mare parte a interactiunilor cu celelalte invelisuri terestre (apa, relief, sol, vietuitoare), precum si totalitatea activitatilor omului; concentreaza peste 80% din masa atmosferei, dar si cea mai mare parte a vaporilor de apa si pulberilor atmosferice.
In troposfera temperatura scade cu un gradient de circa 6,4° la fiecare km, pana la o altitudine la care tulburenta in atmosfera se reduce mult, in cadrul unui strat de tranzitie numit tropopauza, deasupra Ecuatorlui; aici trmperaturile au valori de -70°, -80°C (in dreptul Ecuatorului).
Stratosfera se extinde de la nivelul tropopauzei pana la circa 50 km inaltime. Pana la o altitudine de 20 - 25 km temperaturile se mentin la -50°, -55°C, de unde incep sa creasca, ajungand spre limita superioara a stratosferei, numita stratopauza, chiar la valori pozitive de pana la 20°C.
Aceasa incalzire se explica prin actiunea unei parti din radiatia ultravioleta asupra moleculelor de O, pe care le desface in atomi. Acestia se unesc cu alte molecule de O, rezultand O. Aceste reactii sunt insotite de degajare de caldura; stratul de ozon are un rol imprtant in protejarea vietii pe Terra, intrucat retine o parte din radiatiile ultraviolete (U.V.) nocive vietii.
Mezosfera se desfasoara intre 50 si 85 km si este caracterizata printr-un aer extrem de rarefiat si prin scaderea rapida a temperaturii, care atinge -90°C spre limita superioara, numita mezopauza.
Termosfera este invelisul exterior, care se extinde pana la 400 - 800 km, si este caracterizata printro rarefiere extrema a aerului. Moleculele rare de gaze sunt disociate in atomi de radiatiile ultraviolete si ca urmare temperaturile cresc, ajungand la 1000°C spre partea superioara.
Exosfera
În exosfera nu mai exista aer. Distanta dintre moleculele de aer creste la 100 km.
Putem face o ierarhizare a acestui strat : omosfera, eterosfera, magnetosfera.
Exista si trei centuri de radiatii sub forma de potcoava numite centuri van Allen.
Intre 60 si 500 km se afla ionosfera. In cadrul ei absortia radiatiei U.V. determina ionizarea puternica a gazelor; exista mai multe straturi izolate intens, intre care cele mai importante au fost notate cu literele D, E, F si au proprietatea de a reflecta undele radio emise de pe suprafata terestra.
Atmosferă, cuvânt compus de origine greacă (de la ἀτμός, atmos = ceață, abur și σφαῖρα, sfaira = sferă), desemnează învelișul de aer sau alte gaze al Pământului sau al altui corp ceresc. Atmosfera planetei noastre este practic 100 % gazoasă, fiind compusă din aer, conține însă și urme de substanțe solide și lichide fin divizate. Atmosfera este numită uneori și, simplu, „aer”.
Atmosfera de astăzi a Pământului conține molecule diatomice de azot (nitrogen) (N2) în proporție de aproape 4/5 (78,2 %), molecule diatomice de oxigen (O2) (20,5 %), argon (Ar) (0,92 %), dioxid de carbon (CO2) (0,03 %), ozon sau oxigen triatomic (O3) și alte gaze, praf, fum, alte particule în suspensie, etc.
Compoziția atmosferei s-a schimbat de-a lungul celor aproximativ 2,5 - 2,8 miliarde de ani de când există, de la o atmosferă primitivă la cea actuală, trecând prin mai multe faze intermediare, în decursul cărora ea și-a schimbat nu numai compoziția chimică, dar și alte caracteristici precum densitate, grosime, transparență și altele.
Formare
Vulcanismul, factor determinant al formării atmosferei
Procesele de formare a atmosferei sunt legate de compoziția ei chimică, care la rândul ei a influențat procesele climatice. În urmă cu 4,56 miliarde de ani, când s-a format globul pământesc, hidrogenul (H2) și heliul (He) erau deja prezente. Ulterior, datorită densității și greutății specifice scăzute a acestor două gaze, ele nu au mai putut fi atrase și reținute de planetă, disipându-se treptat în spațiul cosmic.
Datorită răcirii lente a Terrei și prin activitatea vulcanică de pe glob au fost aduse la suprafață diverse gaze, care rezultaseră din reacțiile chimice ale straturilor interne. De la aceste procese a luat naștere o atmosferă cu o compoziție de circa 80 % vapori de apă (H2O), 10 % de dioxid de carbon (CO2) și 5 până la 7 % hidrogen sulfurat. Această combinație de gaze poate fi și astăzi întâlnită în emanațiile și erupțiile vulcanice.
Lipsa precipitațiilor din acea perioadă de formare se explică prin aceea că în ciuda prezenței apei, inclusiv în stare de vapori de apă, suprafața fierbinte a Pământului nu permitea condensarea acestora.
Proveniența apei pe pământ este, de fapt, o temă controversată. Prin scăderea temperaturii atmosferei sub punctul de fierbere al apei, aerul saturat, adesea chiar suprasaturat cu vapori de apă, a determinat condensarea apei sub forma unor ploi de scurtă durată. În această perioadă s-au format, foarte probabil, mările și oceanele.
Radiația ultravioletă intensă a determinat o descompunere fotochimică a moleculelor de apă, a metanului și a amoniacului, astfel acumulându-se dioxid de carbon și azot. Gazele mai ușoare, precum hidrogenul și heliul, au urcat în straturile superioare ale atmosferei, ulterior disipându-se în spațiul cosmic, pe când gazele mai grele, ca de ex. dioxidul de carbon, s-au dizolvat în mare parte în apa oceanelor. Azotul, inert din punct de vedere chimic în condițiile existente atunci, a rămas neschimbat în atmosferă, fiind încă înainte cu circa 3,4 miliarde de ani partea componentă cea mai importantă a atmosferei.
Oxigenul O2, care joacă un rol esențial în evoluția și existența vieții pe Pământ, a apărut sub formă liberă, gazoasă, acum circa 3,5 miliarde de ani, fiind eliberat datorită activității de fotosinteză a bacteriilor care descompuseseră substanțele bazate pe grupe cianhidrice.
Oxigenul format s-a dizolvat în mare parte în apa oceanelor, oxidând metalele feroase. În urmă cu circa 350 milioane de ani o parte din oxigen a format prin ionizare în straturile superioare ale atmosferei ozonul, combinație alotropică a oxigenului ce protejează pământul de razele ultraviolete. Se consideră că, începând cu acea perioadă și pănâ astăzi, compoziția aerului atmosferic a rămas relativ stabilă.
Compozitia Atmosferei
Fizica atmosferei este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul structurii şi compoziţiei
atmosferei terestre şi a fenomenelor fizice şi proceselor din atmosferă (mişcarea şi circulaţia
maselor de aer, transformări de stare ale apei, propagarea undelor de diferite tipuri, etc.). În cadrul
fizicii atmosferei există mai multe capitole, în care se studiază diferite aspecte ale fizicii
atmosferei: statica, termodinamica, dinamica, electricitatea şi optica atmosferică, meteorologia şi aeronomia (ultima este ştiinţa ce se ocupă cu studiul atmosferei înalte şi medii).
Fizica atmosferei este strâns legată de celelalte ştiinţe care studiază Pământul (geofizica, geodezia, chimia proceselor
terestre şi a celor atmosferice). Dezvoltarea ei s-a datorat iniţial, în mare parte, necesităţii de a cunoaşte şi de a prevedea vremea, ce se defineşte ca fiind starea atmosferei la un moment dat.
Metodele experimentale de studiu a atmosferei folosesc tehnici de la cele mai simple (giruete, pluviometre) până la cele mai complicate (sateliţi, radiolocaţie). Ca orice studiu, fizica atmosferei
are o finalitate şi anume rezolvarea unor probleme practice legate de activitatea umană, cum ar fi:
înţelegerea, dirijarea şi controlul unora din fenomenele atmosferice pentru a le folosi în scopuri practice, previziunea fenomenelor meteorologice globale (seceta, inundaţii, riscuri de întrerupere a telecomunicaţiilor) sau locale (ceaţa, grindina), amplasarea unor obiective civile astfel încât să reducă la maxim impactul negativ al acestora asupra mediului înconjurător.
Abonați-vă la:
Postări (Atom)