Troposfera

Wiadomości podstawowe

Z czego składa się powietrze w troposferze?

Powietrze jest mieszaniną gazów, z których kilka odgrywa rolę dominującą, zaś pozostałe to gazy śladowe. Niektóre z nich są jednak bardzo istotne dla działania systemu klimatycznego.

Faza gazowa

Podstawowym problemem na jaki napotykamy mówiąc o powietrzu jest to, że go nie widać. Lecz jeśli coś jest niewidoczne to nie znaczy, że to nie istnieje. Patrząc na poranną rosę wiemy, że znika ona jak tylko słońce mocniej przygrzeje. Kropelki rosy nie są jednak pochłaniane przez podłoże, ani też nie znikają w jakiś magiczny sposób. One po prostu wyparowują, a zawarta w nich woda zmienia stan skupienia z fazy ciekłej na gazową. Zmianę między formą widoczną i niewidoczną najłatwiej zrozumieć na przykładzie wody.

Suche powietrze składa się z około 78% azotu, 21% tlenu i 1% argonu. Te gazy mogą także przejść w stan ciekły. Lecz dzieje się to w temperaturze poniżej            -150°C i dlatego nigdy nie obserwujemy tego procesu w warunkach naturalnych. Powietrze jest zatem gazem i jest niewidoczne dla naszych oczu.

Cząstki stałe

Kiedy patrzymy na zdjęcia przedstawiające burze piaskowe na Saharze jest dla nas oczywiste, że w tym momencie w powietrzu unosiło się bardzo dużo piasku i pyłu. Również gdy zanieczyszczenia przemysłowe lub samochodowe są emitowane do powietrza w naszych miastach możemy stwierdzić, że w powietrzu unosi się wiele cząstek stałych. Okazuje się jednak, że nawet bardzo czyste powietrze w odległych regionach świata, np. w Antarktyce, czy nad oceanami, zawiera niewielkie cząstki stałe.

Mogą być one tworzone przez cząstki kwasu siarkowego lub pary wodnej lub innych związków, które ulegają przejściu z fazy gazowej do ciekłej, lub też być bezpośrednio emitowane z różnych źródeł. Cząstki stałe odgrywają ważną rolę w systemie klimatycznym. Są niezbędne do tworzenia się chmur, a ponadto pochłaniają i wypromieniowują z powrotem promieniowanie cieplne Ziemi.

Para wodna

Podając skład powietrza mówimy o suchym powietrzu, nie zawierającym wody w żadnej postaci. Główne gazy (azot, tlen i argon) stanowią łącznie prawie 100% suchego powietrza i rzeczywiście poza nimi występuje jeszcze tylko kilka gazów śladowych (najważniejszym z nich jest dwutlenek węgla stanowiący 0,037%). Para wodna jednakże jest bardzo nierównomiernie rozmieszczona w atmosferze. W zależności przede wszystkim od temperatury zawartość pary wodnej w powietrzu wynosi od 0,1% do 4% w troposferze, a spada prawie do zera powyżej tropopauzy (w stratosferze). Zimne powietrze jest w stanie przyjąć mniej pary wodnej niż ciepłe (przed osiągnięciem stanu nasycenia).

Gazy śladowe

Choć trudno w to uwierzyć to wiele procesów klimatycznych zależy od obecności gazów śladowych w atmosferze, mimo, że występują one w bardzo małych ilościach, np. kilka cząsteczek na 1 milion cząsteczek powietrza. Używamy jednostek zwanych ppm (ang. parts per million, części milionowe) co oznacza, że 1 ppm to jedna cząsteczka danego gazu na 1 000 000 cząsteczek powietrza. Bardziej prawidłową jednostką jest 1µmol/mol zamiast 1 ppm. Zawartość w powietrzu gazu cieplarnianego jakim jest dwutlenek węgla wzrosła z 280 ppm w epoce przed przemysłowej do około 370 ppm dziś i wzrasta nadal wskutek działalności gospodarczej ludzi. Najbardziej przyczynia się do tego spalanie paliw kopalnych. Dwa inne ważne gazy cieplarniane to metan (1,7 ppm) i ozon (około 0,04 ppm). Ponadto w powietrzu znajdują się tysiące gazów organicznych i nieorganicznych produkowanych przez rośliny (pomyśl o zapachu kwiatów) lub emitowanych przez zakłady przemysłowe (np. opary rozpuszczalników). Pewne gazy powstają w samej atmosferze wskutek zachodzących tam procesów chemicznych. Wszystkie one odgrywają ważną rolę w skomplikowanych atmosferycznych procesach chemicznych, zachodzących głównie w troposferze.

Zajrzyj także na te strony!

Więcej informacji o gazach śladowych na stronie:
Troposfera - Więcej - część 4 
Więcej informacji o cząstkach stałych:
Chmury i aerozole - podstawy - część 2

O tej stronie:

Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
1. Recenzent: Dr. Katja Mannschreck - GAW Hohenpeissenberg - 2003-08-07
2. Recenzent: Dr. Gerd Folberth - Meteorological Service of Canada / Univ. of Victoria - 2003-08-10
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-07-02
Ostatnia aktualizacja: 2004-06-12
Tłumaczenie na język polski: dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków