Troposfera to najniższa warstwa atmosfery rozciągająca się od powierzchni Ziemi do wysokości, na której występują chmury. Jest to zatem powietrze, które nas bezpośrednio otacza, w którym żyjemy. Patrząc w niebo zazwyczaj wydaje się nam, że troposfera sięga znacznie dalej, niż to ma miejsce w rzeczywistości.
1. Atmosfera (kolor niebieski) składa się z kilku warstw. Najniższa warstwa to troposfera. Kliknij na rycinę aby zobaczyć schemat w powiększeniu. UWAGA: na schemacie grubość atmosfery jest znacznie większa niż w rzeczywistości, jak widać na zdjęciu. źródło: freeware STRATO, schemat: Univ. of Cambridge Objaśnienia do schematu: altitude - wys. n.p.m., troposphere - troposfera, stratosphere - stratosfera, mesosphere - mezosfera, termosphere - termosfera, exosphere - egzosfera. http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/
Tymczasem atmosfera chroni nas przed niekorzystnym wpływem promieniowania słonecznego, dostarcza tlenu do życia i umożliwia życie na Ziemi, choć tak naprawdę to tylko cienka otoczka wokół naszej planety.
Rozmiary troposfery
Troposfera jest najcieńszą warstwą atmosfery, o grubości zaledwie ok. 10 km, a otacza Ziemię, której średnica wynosi ok. 12 800 km. Mimo to właśnie w troposferze zawiera się 90% masy całej atmosfery, czyli 90% wszystkich cząsteczek powietrza. Troposfera sięga do wysokości ok. 7 km nad biegunami i do ok. 17 km nad równikiem. Kolejną warstwą atmosfery, znajdującą się powyżej troposfery, jest stratosfera. Pomiędzy nimi znajduje się tropopauza. Ale skąd wiemy gdzie kończy się troposfera? Zmiany temperatury wraz z wysokością pomagają znaleźć odpowiedź na to pytanie.
Rozkład temperatury w pionie i ruchy pionowe powietrza
Temperatura powietrza obniża się wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. Im wyżej wznosimy się w troposferze, tym zimniejsze powietrze nas otacza. Możemy to odczuć np. wspinając się na wysoką górę. Ale na pewnej wysokości temperatura w troposferze przestaje się obniżać. To jest właśnie tropopauza, czyli najzimniejsze miejsce w troposferze. Czasami naukowcy nazywają je "zimną pułapką", ponieważ powietrze wznoszące się od powierzchni Ziemi ku górze jest tam zatrzymywane, niejako uwięzione. Spójrz na porcję powietrza, tak jak to pokazano na ryc. 2 - jej ruch ku górze zostaje przerwany w tropopauzie. Jest to zjawisko bardzo ważne dla dynamiki i składu chemicznego troposfery, dla tworzenia się chmur i innych procesów pogodowych. Co jest przyczyną tego zjawiska? Powietrze ciepłe jest lżejsze od zimnego, o czym możemy się przekonać w codziennym życiu. Jeśli otworzymy drzwi domu zimą to najpierw poczujemy zimne powietrze na wysokości naszych stóp, gdyż jako cięższe opada ono na dół. A gdy w letni poranek powierzchnia ziemi ogrzewa się od promieni słonecznych to wzrasta temperatura powietrza zalegającego najniżej i staje się ono lżejsze od powietrza znajdującego się wyżej. Tak długo jak powietrze otaczające jest zimniejsze (=cięższe), ciepłe powietrze może wznosić się do góry. Ta wędrówka kończy się w tropopauzie, gdyż powietrze zalegające ponad nią jest cieplejsze.
2. Ciepłe powietrze unoszące się w troposferze Pewna „porcja” ciepłego powietrza (kolor czerwony) unosi się w troposferze do góry i stopniowo zwiększa swoją objętość. Równocześnie ochładza się, co symbolizuje zanikający kolor czerwony, ale mimo to jest zawsze cieplejsza niż otaczające ją powietrze. Po dotarciu do tropopauzy nie może się już dalej wznosić, może jedynie rozszerzać się w poziomie. Objaśnienia jak w ryc. 1, a ponadto: Earth surface - powierzchnia Ziemi Autor: Anja Kaiser
Z tego powodu para wodna (z której tworzą się chmury) i różne związki chemiczne nie mogą przekroczyć tej niewidzialnej bariery termicznej. Również z tego powodu większość reakcji chemicznych i procesów pogodowych, jakie zachodzą w atmosferze, ma miejsce w troposferze.
Animacja pokazuje średnią roczną temperaturę globalną na powierzchni Ziemi (15°C) i w tropopauzie (-50°C) i uproszczony profil pionowy temperatury.
3. Zmiany temperatury (w kelwinach i °C, oś pozioma) z wysokością (w km, oś pionowa) w troposferze i niższych warstwach stratosfery, w różnych regionach i porach roku. Kliknij na rycinę aby zobaczyć ją w powiększeniu! (50 KB) Źródło: wykład na uniwersytecie w Harvard (zmienione przez E. Uherka). icg.harvard.edu/~eps132/lecture.dir/lecture3a/notes.htm Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński
W rzeczywistości pionowy profil temperatury jest dużo bardziej skomplikowany. Temperatura przy powierzchni Ziemi bardzo się różni w poszczególnych regionach, podobnie jak temperatura w tropopauzie. Ponadto temperatura zmienia się w poszczególnych porach roku. Rysunek obok pokazuje jak wygląda pionowy profil temperatury w różnych szerokościach geograficznych latem i zimą (w pobliżu równika zmiany w ciągu roku są bardzo małe).
strefa międzyzwrotnikowa: linia zielona, tropopauza > 15 km
umiarkowane szerokości geograficzne: linia czerwona – lato, linia ciemnoczerwona – zima, tropopauza > 10 km
obszary okołobiegunowe: linia jasnoniebieska – lato, linia ciemnoniebieska – zima, tropopauza < 10 km
Naukowcy dzielą troposferę na planetarną warstwę graniczną i tzw. wolną troposferę. Warstwa graniczna podlega bezpośrednio wpływowi powierzchni Ziemi, a elementy pogody ulegają tu bezustannym zmianom wskutek m.in. transportu ciepła, działaniu sił tarcia, parowaniu i zanieczyszczeniu powietrza. Grubość warstwy granicznej zmienia się od kilkuset metrów do kilku kilometrów. Najważniejszym procesem jest mieszanie się powietrza wskutek porannej konwekcji (czyli ruchów pionowych ogrzanego porannym słońcem powietrza).
Zajrzyj także na te strony!
Więcej o planetarnej warstwie granicznej: Troposfera - Więcej - Część 1 - Noc i azotany
O budowie pionowej atmosfery: Stratosfera - Podstawy - Część 1 - Budowa pionowa
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 Konsultacja dydaktyczna wersji polskojęzycznej: mgr Hanna Smolińska, Zespół Szkół Rolniczych CKP, Kaczki Średnie - 2008-09-18 Ostatnia aktualizacja: 2008-09-30 Tłumaczenie na język polski: dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków
