Atmosfera

Ten artykuł dotyczy atmosfer ciał niebieskich. Aby zapoznać się z atmosferą ziemską, zobacz Atmosfera Ziemi . W przypadku innych zastosowań zobacz Atmosfera (ujednoznacznienie) .
„Środowisko atmosferyczne” przekierowuje tutaj. W przypadku czasopisma naukowego zobacz Środowisko atmosferyczne .
Planeta Mars ma atmosferę złożoną z cienkich warstw gazów.
Gazy atmosferyczne wokół Ziemi rozpraszają światło niebieskie (krótsze fale) bardziej niż światło w kierunku czerwonego końca (dłuższe fale) widma widzialnego ; w ten sposób niebieska poświata nad horyzontem jest widoczna podczas obserwacji Ziemi z kosmosu .
Schemat warstw atmosfery ziemskiej

Atmosfera (od starogreckiego ἀτμός (atmós) „para, para” i σφαῖρα (sphaîra) „ kula ”) to warstwa gazu lub warstw gazów, które otaczają planetę i są utrzymywane w miejscu przez grawitację planetarnych ciało. Planeta zachowuje atmosferę, gdy grawitacja jest duża, a temperatura atmosfery jest niska. Gwiezdna atmosfera to zewnętrzny obszar gwiazdy, który obejmuje warstwy nad nieprzezroczystą fotosferą ; gwiazdy o niskiej temperaturze mogą mieć zewnętrzne atmosfery zawierające cząsteczki złożone .

Atmosfera ziemska składa się z azotu (78%), tlenu (21%), argonu (0,9%), dwutlenku węgla (0,04%) i gazów śladowych. Większość organizmów używa tlenu do oddychania ; pioruny i bakterie wiążą azot w celu wytworzenia amoniaku , który jest używany do produkcji nukleotydów i aminokwasów ; rośliny , algi i cyjanobakterie wykorzystują dwutlenek węgla do fotosyntezy . Warstwowy skład atmosfery minimalizuje szkodliwy wpływ światła słonecznego , promieniowania ultrafioletowego , wiatru słonecznego i promieni kosmicznych , aby chronić organizmy przed uszkodzeniami genetycznymi. Obecny skład atmosfery ziemskiej jest efektem miliardów lat biochemicznej modyfikacji paleoatmosfery przez żywe organizmy. Ewolucja atmosfery

Kompozycja

Początkowy skład gazowy atmosfery zależy od składu chemicznego i temperatury lokalnej mgławicy słonecznej , z której uformowała się planeta , oraz późniejszej ucieczki niektórych gazów z wnętrza właściwej atmosfery. Oryginalna atmosfera planet powstała z obracającego się dysku gazów, który zapadł się na siebie, a następnie podzielił na szereg oddalonych od siebie pierścieni gazu i materii, które później skondensowały się, tworząc planety Układu Słonecznego . Atmosfery planet Wenus i Mars składają się głównie z dwutlenku węgla i azotu , argonu i tlenu .

Skład ziemskiej atmosfery zależy od produktów ubocznych życia, które ona podtrzymuje. Suche powietrze (mieszanina gazów) z atmosfery ziemskiej zawiera 78,08% azotu, 20,95% tlenu, 0,93% argonu, 0,04% dwutlenku węgla oraz śladowe ilości wodoru, helu i innych „szlachetnych” gazów (objętościowo), ale generalnie zmienna występuje również ilość pary wodnej, średnio około 1% na poziomie morza.

gigantycznych planet Układu Słonecznego — Jowisza , Saturna , Urana i Neptuna — pozwalają im łatwiej zatrzymywać gazy o niskiej masie cząsteczkowej . Planety te mają atmosfery wodorowo-helowe ze śladowymi ilościami bardziej złożonych związków.

Dwa satelity planet zewnętrznych posiadają znaczące atmosfery. Atmosfery Tytana , księżyca Saturna i Trytona , księżyca Neptuna, składają się głównie z azotu . W części swojej orbity najbliższej Słońcu Pluton ma atmosferę azotu i metanu podobną do atmosfery Trytona, ale gazy te są zamarznięte, gdy znajduje się dalej od Słońca.

Inne ciała w Układzie Słonecznym mają niezwykle rozrzedzoną atmosferę, która nie jest w równowadze. Należą do nich Księżyc ( gaz sodowy ), Merkury (gaz sodowy), Europa (tlen), Io ( siarka ) i Enceladus ( para wodna ).

Pierwszą egzoplanetą, której skład atmosfery określono, jest HD 209458b , gazowy olbrzym krążący wokół gwiazdy w konstelacji Pegaza . Jego atmosfera nagrzewa się do temperatury ponad 1000 K i stale ucieka w przestrzeń kosmiczną. W napompowanej atmosferze planety wykryto wodór, tlen, węgiel i siarkę.

Struktura atmosfery

Ziemia

Atmosfera ziemska składa się z warstw o ​​różnych właściwościach, takich jak określony skład gazowy, temperatura i ciśnienie.

Troposfera to najniższa warstwa atmosfery. Rozciąga się od powierzchni planety do dna stratosfery . Troposfera zawiera 75-80 procent masy atmosfery i jest warstwą atmosfery, w której występuje pogoda; wysokość troposfery waha się od 17 km na równiku do 7,0 km na biegunach.

Stratosfera rozciąga się od szczytu troposfery do dna mezosfery i zawiera warstwę ozonową na wysokości od 15 km do 35 km . To warstwa atmosfery pochłania większość promieniowania ultrafioletowego , które Ziemia otrzymuje od Słońca.

Mezosfera rozciąga się od 50 km do 85 km i jest warstwą, w której większość meteorów jest spalana przed dotarciem do powierzchni.

Termosfera rozciąga się od wysokości 85 km do podstawy egzosfery na wysokości 690 km i zawiera jonosferę , w której promieniowanie słoneczne jonizuje atmosferę. Gęstość jonosfery jest większa w niewielkich odległościach od powierzchni planety w ciągu dnia i maleje, gdy jonosfera podnosi się w nocy, umożliwiając w ten sposób większy zakres częstotliwości radiowych na pokonywanie większych odległości. Ponadto w termosferze na 100 km znajduje się linia Kármána , która jest granicą między przestrzenią kosmiczną a ziemską atmosferą.

Egzosfera zaczyna się od 690 do 1000 km od powierzchni i rozciąga się do około 10 000 km, gdzie oddziałuje z magnetosferą Ziemi .

Ciśnienie

Główny artykuł: Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne to siła (na jednostkę powierzchni) prostopadła do jednostki powierzchni planety, określona przez ciężar pionowej kolumny gazów atmosferycznych. We wspomnianym modelu atmosferycznym ciśnienie atmosferyczne , czyli masa gazu, maleje na dużych wysokościach z powodu zmniejszania się masy gazu powyżej punktu pomiaru barometrycznego . Jednostki ciśnienia powietrza oparte są na standardowej atmosferze (atm), która wynosi 101,325 kPa (760 Torr , czyli 14,696 funtów na cal kwadratowy (psi). Wysokość, na której ciśnienie atmosferyczne spada o współczynnik e ( liczba niewymierna równa 2,71828) nazywamy wysokością łuski ( H ). Dla atmosfery o jednolitej temperaturze wysokość łuski jest proporcjonalna do temperatury atmosferycznej i odwrotnie proporcjonalna do iloczynu średniej masy cząsteczkowej suchego powietrza i lokalnego przyspieszenia grawitacji w punkcie pomiaru barometrycznego.

Ucieczka

Główny artykuł: Atmosferyczna ucieczka

Grawitacja powierzchniowa różni się znacznie między planetami. Na przykład duża siła grawitacji gigantycznej planety Jowisz zatrzymuje lekkie gazy, takie jak wodór i hel , które uciekają z obiektów o niższej grawitacji. Po drugie, odległość od Słońca określa energię dostępną do ogrzania gazu atmosferycznego do punktu, w którym pewna część ruchu termicznego jego cząsteczek przekracza prędkość ucieczki planety , umożliwiając im ucieczkę z grawitacyjnego uścisku planety. Tak więc odległy i zimny Tytan , Tryton i Pluton są w stanie zachować swoją atmosferę pomimo stosunkowo niskiej grawitacji.

Ponieważ zbiór cząsteczek gazu może poruszać się w szerokim zakresie prędkości, zawsze będzie jakaś wystarczająco szybka, aby spowodować powolny wyciek gazu w przestrzeń. Lżejsze cząsteczki poruszają się szybciej niż cięższe z tą samą termiczną energią kinetyczną , a więc gazy o małej masie cząsteczkowej są tracone szybciej niż te o dużej masie cząsteczkowej. Uważa się, że Wenus i Mars mogły stracić dużo wody, gdy po fotodysocjacji na wodór i tlen przez słoneczne promieniowanie ultrafioletowe wodór uciekł. Ziemskie pole magnetyczne pomaga temu zapobiec, ponieważ normalnie wiatr słoneczny znacznie zwiększyłby ucieczkę wodoru. Jednak w ciągu ostatnich 3 miliardów lat Ziemia mogła utracić gazy przez obszary biegunów magnetycznych z powodu aktywności zórz polarnych, w tym 2% netto tlenu atmosferycznego. Efekt netto, biorąc pod uwagę najważniejsze procesy ucieczki, jest taki, że wewnętrzne pole magnetyczne nie chroni planety przed ucieczką do atmosfery i że w przypadku niektórych namagnesowań obecność pola magnetycznego zwiększa szybkość ucieczki.

Inne mechanizmy, które mogą powodować zubożenie atmosfery , to rozpylanie wywołane wiatrem słonecznym , erozja uderzeniowa , wietrzenie i sekwestracja - czasami określana jako „zamrażanie” - w regolicie i czapach polarnych .

Teren

Atmosfery mają dramatyczny wpływ na powierzchnie ciał skalistych. Obiekty, które nie mają atmosfery lub mają tylko egzosferę, mają teren pokryty kraterami . Bez atmosfery planeta nie jest chroniona przed meteoroidami , które zderzają się z powierzchnią jako meteoryty i tworzą kratery.

Większość meteoroidów spala się jako meteory przed uderzeniem w powierzchnię planety. Kiedy meteoroidy uderzają, skutki są często usuwane przez działanie wiatru.

Erozja wietrzna jest istotnym czynnikiem kształtującym ukształtowanie terenu planet skalistych z atmosferą iz czasem może zatrzeć skutki zarówno kraterów, jak i wulkanów . Ponadto, ponieważ ciecze nie mogą istnieć bez ciśnienia, atmosfera umożliwia obecność cieczy na powierzchni, w wyniku czego powstają jeziora , rzeki i oceany . Wiadomo, że Ziemia i Tytan mają ciecze na swojej powierzchni, a ukształtowanie terenu na planecie sugeruje, że Mars miał ciecz na swojej powierzchni w przeszłości.

Atmosfera w Układzie Słonecznym

Wykresy prędkości ucieczki w funkcji temperatury powierzchni niektórych obiektów Układu Słonecznego pokazujące, które gazy są zatrzymywane. Obiekty są rysowane w skali, a ich punkty danych znajdują się w czarnych kropkach na środku.

Poza Układem Słonecznym

Główny artykuł: Atmosfera pozaziemska

Krążenie

Główny artykuł: Cyrkulacja atmosferyczna

Cyrkulacja atmosfery zachodzi na skutek różnic termicznych, kiedy konwekcja staje się bardziej wydajnym transporterem ciepła niż promieniowanie cieplne . Na planetach, gdzie głównym źródłem ciepła jest promieniowanie słoneczne, nadmiar ciepła w tropikach jest transportowany na wyższe szerokości geograficzne. Kiedy planeta wytwarza wewnątrz znaczną ilość ciepła, tak jak w przypadku Jowisza , konwekcja w atmosferze może przenosić energię cieplną z wnętrza o wyższej temperaturze na powierzchnię.

Znaczenie

geologa planetarnego atmosfera kształtuje powierzchnię planety. Wiatr unosi pył i inne cząstki, które zderzając się z terenem niszczą rzeźbę terenu i pozostawiają osady ( procesy eoliczne ). Na rzeźbę terenu wpływają również mróz i opady , które zależą od składu atmosfery. Zmiany klimatu mogą wpływać na historię geologiczną planety. I odwrotnie, badanie powierzchni Ziemi prowadzi do zrozumienia atmosfery i klimatu innych planet.

Dla meteorologa skład atmosfery ziemskiej jest czynnikiem wpływającym na klimat i jego zmienność.

Dla biologa lub paleontologa skład atmosfery ziemskiej jest ściśle zależny od pojawienia się życia i jego ewolucji .

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atmosphere&oldid=1135486662 ”