|
|
 |
|
|
|
|
|
Atmosfera
Powietrze wokół nas
|
|
 |
|
|
Encyklopedia
Link do strony głównej
|
|
Choć nie można tego zobaczyć gołym okiem to powietrze składa się z materii. Jak udawadniają spadochroniarze, w powietrzu można nurkować jak w wodzie. Opór jest znacznie mniejszy, ale jednak występuje. Otaczające nas powietrze składa się z niezliczonej ilości unoszących się, niewidzialnych cząsteczek i atomów. Mają one wpływ na ilość promieniowania słonecznego dochodzącego do Ziemi, a zdarza się, że wchodzą w reakcje między sobą. Małe cząstki mogą się łączyć w większe, a na nich może np. kondensować woda i tworzyć krople chmurowe. Gdy jest ich dostatecznie dużo to są widoczne jako chmury na niebie.
|
|
 |
|
|
1. Spadochroniarze - powietrze to nie próżnia
© Skydivers Sittertal
|
|
 |
|
|
2. Wyobraź sobie cząstki powietrza jako małe piłeczki szybko przemieszczające sie w powietrzu. Kliknij na rycinę aby zobaczyć symulację (przy pomocy programu Java) ruchu cząstek powietrza! Otworzy się nowa strona (dostępna tylko w języku angielskim), którą później można zamknąć i wrócić do strony bieżącej.
Objaśnienia: każde kółeczko na rysunku to cząstka powietrza. Powietrze składa się jednak z różnych cząstek. "Zahl" to ilość cząstek poruszająca się na rysunku. Wpisz inną liczbę, naciśnij "enter" i zobacz efekt! "m1/m2" to stosunek masy cząstki pokazanej jako duże czerwone kółko (reprezentującej np. cząstkę pyłu) do masy pozostałych cząstek powietrza pokazanych jako małe szare kółka. Wprowadź inną wartość i zobacz efekt! Naciśnięcie "+" przyspiesza ruch cząstek, a "-" opóźnia. Zaznaczając lub odznaczając "Bahn" aktywujemy albo wyłączamy rysowanie śladu ruchu czerwonego kółka. Naciskając prawy przycisk myszy unieruchamiamy animację i możemy wtedy lewym przyciskiem myszy dowolnie przemieścić czerwone kółko. Ponowne kliknięcie prawym przyciskiem uruchamia animację. Zaznaczenie opcji "Noboundary" spowoduje przejście do animacji przedstawiającej nie pewną zamkniętą objętość powietrza, ale sytuację jak w rzeczywistości (jedne cząstki będą "uciekać" z ekranu, a inne docierać do niego "z zewnątrz").
|
|
|
Skład
Jeśli nie uwzględnimy wody to otaczające nas powietrze składa się z:
78,08 % azotu (N2)
20,95% tlenu (O2)
0,93% argonu (Ar)
Te trzy gazy stanowią 99,96% powietrza. A co z dwutlenkiem węgla, metanem, ozonem, węglowodorami i innymi gazami w powietrzu, o których pewnie słyszałeś? Dwutlenek węgla jest najbardziej powszechnym spośród tych gazów śladowych i stanowi około 0,037% powietrza. Wszystkie pozostałe gazy występują w niewielkich ilościach. Statystycznie, na każdy milion cząsteczek powietrza zwykle przypada mniej niż jedna cząsteczka któregoś z tych gazów. Niemniej jednak, są one niezwykle ważne dla naszego klimatu.
|
Zasięg atmosfery
Patrząc w niebo łatwo możemy przeszacować grubość atmosfery, podczas gdy naprawdę jest to bardzo cienka warstwa otaczająca Ziemię. Jeśli podróżujemy samolotem na wysokości 11-12 km (czyli na granicy między troposferą i stratosferą), to około 75% cząstek powietrza znajduje się pod nami. To oznacza, że warstwa atmosfery o miąższości poniżej 1/1000 promienia Ziemi (12800 km) zawiera 3/4 całej jej masy. Dla porównania: jest to równoważne warstwie śniegu o grubości poniżej 1 cm leżącej na 4-piętrowym budynku. W tej cienkiej warstwie atmosfery tworzą się chmury i zachodzą wszystkie zjawiska pogodowe.
|
|
 |
|
|
3. Atmosfera, widoczna na horyzoncie w kolorze jasno-niebieskim, to bardzo cienka warstwa
źródło: archiwum zdjęć STRATO
|
|
 |
|
|
4. Zmiany temperatury (w kelwinach i °C), ciśnienia (w hPa) i gęstości (w kg/m3) powietrza wraz ze wzrostem wysokości.
na podstawie: Schirmer - Wetter und Klima
Wersja polska ryciny: Mateusz Kamiński
Proszę kliknąć aby zobaczyć rycinę w powiększeniu! (65 KB)
|
|
|
Zmiany temperatury z wysokością i budowa atmosfery
Nie możemy zobaczyć poszczególnych warstw atmosfery, ale możemy zmierzyć jak temperatura zmienia się wraz ze wzrostem wysokości. Te zmiany temperatury są podstawą do wydzielenia następujących warstw atmosfery:
- troposfera, najniższa warstwa atmosfery, gdzie temperatura spada wraz ze wzrostem wysokości,
- w stratosferze, położonej powyżej, temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości,
- powyżej stratosfery znajduje się mezosfera, gdzie temperatura spada wraz ze wzrostem wysokości,
- termosfera jest najwyżej położoną warstwą atmosfery i tam temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości.
|
|
Pomiędzy wyróżnionymi warstwami atmosfery znajdują się strefy, gdzie rozkład pionowy temperatury ulega zmianie. Nazywamy je "-pauzami". I tak pomiędzy troposferą i stratosferą znajduje się tropopauza. Powyżej stratosfery występuje stratopauza. Mezopauza oddziela mezosferę od termosfery i jest to najzimniejszy obszar atmosfery. Temperatura może tam spaść aż do -100 oC!
W przeciwieństwie do temperatury, ciśnienie i gęstość powietrza stopniowo obniżają się wraz ze wzrostem wysokości, a powietrze staje się coraz rzadsze. Jeśli przyjmiemy, że w określonej objętości powietrza przy powierzchni Ziemi znajduje się 1000 cząsteczek tlenu, to na wysokości 50 km ta sama objętość powietrza będzie zawierać tylko jedną cząsteczkę tlenu.
|
Wzajemne oddziaływanie światła i powietrza
Słońce dostarcza Ziemi energii, która jest pochłaniana przez podłoże (wody i lądy) i zamieniana na ciepło. Czym dalej od powierzchni Ziemi - tym zimniej. Ten proces kształtuje zmiany temperatury w troposferze, najniższej warstwie atmosfery.
Co powoduje zmiany temperatury w stratosferze? Powietrze staje się cieplejsze jeśli jego cząsteczki mogą same pochłaniać energię słoneczną. W stratosferze taką rolę odgrywają cząstki ozonu tworzące warstwę ozonową. Właściwości tych cząsteczek mają ogromne znaczenie dla naszego klimatu. Ilość energii jaką pochłania cząsteczka zależy od własności samej cząsteczki i od długości fali świetlnej.
|
Animacja po prawej stronie pokazuje trzy przykłady:
- Mikrofale mają mało energii. Mogą wprawić cząsteczki w ruch, ale nie mogą rozbić wiązań chemicznych.
- Promieniowanie podczerwone (ciepło) jest nieco silniejsze. Wprawia cząsteczki w wibracje. Atomy przemieszczają się i długości wiązań ulegają zmianie. Takie zjawisko zachodzi gdy gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie cieplne (podczerwone)wypromieniowane z podłoża.
- Promieniowanie ultrafioletowe (UV) ma jeszcze więcej energiii może rozerwać wiązania chemiczne. Taki proces zachodzi gdy ozon w warstwie ozonowej pochłania energię słoneczną.
|
|
 |
|
|
5. Światło słoneczne oddziałuje na cząsteczki powietrza. W zależności od ilości energii jaką niosą ze sobą fale o różnej długości, mogą one rozerwać wiązania chemiczne (ultrafiolet=nadfiolet), wprawić cząsteczki w wibracje (podczerwień) albo, jeśli energii jest mało, tylko spowodować rotację. Objaśnienia: visible - promieniowanie widzialne
Kliknij na rycinę aby zobaczyć ją w powiększeniu (75 K)
© Ecole normale superieure de Lyon
http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/ Climats/Rayonnement/Cours/
Polska wersja ryciny: Mateusz Kamiński
|
|
|
Pochłanianie energii docierającej ze Słońca przez ozon w stratosferze powoduje zatrzymanie jej tam i dlatego temperatura w stratosferze wzrasta wraz z wysokością. Jest to podobne do procesu, który zachodzi w termosferze, ale tam to tlen i azot pochłaniają promieniowanie słoneczne. Promieniowanie to niesie ze sobą tyle energii, że nie tylko rozrywa wiązania, ale powoduje tworzenie się naładowanych atomów i cząstek zwanych jonami, dlatego też tą warstwę nazywa się czasem jonosferą.
|
O tej stronie:
Autor: Dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
ostatnia aktualizacja: 2004-12-18
tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa - Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, Kraków |
|
|
|
