Kiedy patrzysz w niebo, troposfera odgrywa kluczową rolę w pielęgnowaniu chmury ponad tobą. Ale poza tą oddychającą warstwą istnieje pięć innych ważnych obszarów życia na Ziemi.
W troposferze, strumienie strumieniowe pełnić funkcję autostrad lotniczych. Te szybko płynące prądy powietrza, kształtowane przez rotację planety i wahania temperatury, dyktują większość transkontynentalnych tras lotów i wzorców pogodowych. Komercyjne samoloty latają tymi korytarzami.
W stratosferycznym spokoju strzegą cząsteczki ozonu – czujnie absorbując szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe. Elegancja zorzy zdobi termosferę. Tutaj, powyżej najwyższego chmury, satelity krążą wokół Ziemi. Powyżej znajduje się egzosfera, bardziej potocznie nazywana „przestrzenią kosmiczną”.
Zagłębmy się w warstwy atmosfery i zbadajmy, co kryje się w każdej z nich.
Infografika
Poniższe instrukcje przekształciliśmy w łatwą do zrozumienia infografikę dla naszych subskrybentów. Ze względu na wydajność na tej stronie wyświetlany jest obraz o niższej jakości. Aby zapisać obraz w pełnym rozmiarze na komputerze, kliknij przycisk „Pobierz” pod infografiką.
Troposfera: ziemski silnik pogodowy
Troposfera to warstwa atmosfery znajdująca się najbliżej powierzchni Ziemi, w której występują praktycznie wszystkie zjawiska związane z chmurami i pogodą, i której wysokość jest różna. Ma zaledwie cztery mile wysokości na biegunach, ale do 12 mil wysokości na równiku. Temperatura ogólnie maleje wraz z wysokością w troposferze, osiągając najzimniejszy punkt w tropopauza, granica między troposferą i stratosferą.
Temperatury mogą tutaj sięgać nawet -60°F (-51°C)!
W tej warstwie burze tworzą się i rozpraszają, po opadach deszczu na niebie pojawiają się tęcze, a pasaty niestrudzenie wędrują nad oceanami.
Wpływ klimatu i działalność człowieka
Troposfera jest nierozerwalnie powiązana z działalnością człowieka, wpływającą na warunki pogodowe. Obfita obecność gazów cieplarnianych, pochodzących głównie ze spalania paliw kopalnych, intensyfikuje globalne ocieplenie i zakłóca naturalne rytmy klimatyczne.
Działalność przemysłowa emituje dwutlenek węgla do tej warstwy atmosfery, pogłębiając efekt cieplarniany.
Urbanizacja wypiera naturalne krajobrazy i zmienia lokalny mikroklimat. Te lokalne zmiany, choć pozornie niewielkie, mogą zakończyć się znaczącymi zmianami klimatycznymi w skali globalnej.
Praktyki rolnicze modyfikują skład chemiczny troposfery poprzez uwalnianie metanu i przekształcają albedo (zdolność do zatrzymywania ciepła) Ziemi, wpływając na lokalną pogodę i długoterminowe trendy klimatyczne. Zmiany w użytkowaniu gruntów, wylesianie i niektóre uprawy, takie jak pola ryżowe, wzmacniają te skutki.
Stratosfera: domena ozonu
Stratosfera znajduje się nad troposferą i stanowi warstwę ochronną, która dzięki ozonowi chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym słońca. Tutaj kursują komercyjne odrzutowce, wykorzystując względny spokój i stabilność warstwy do bardziej wydajnej podróży. Stratosfera znajduje się około 6 do 20 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, najbliżej powierzchni na biegunach i kończy się około 31 mil nad nami.
Ze względu na ciepło uwalniane w wyniku tworzenia się ozonu pod wpływem promieni UV słońca, temperatura w tej warstwie rośnie wraz z wysokością. Temperatury na szczycie stratosfery wynoszą średnio około 5°F (-15°C).
W przeciwieństwie do troposfery, w stratosferze pogoda rzadko występuje i zazwyczaj ogranicza się do najniższych warstw („przekroczonych szczytów” burze). Czasami jednak tworzą się tu nocne chmury.
Chmury srebrzyste, znane również jako polarne chmury mezosferyczne, pojawiają się na dużych wysokościach w stratosferze, zwykle w miesiącach letnich w regionach polarnych. Składają się z maleńkich kryształków lodu, które odbijają światło słoneczne, tworząc oszałamiający pokaz świetlistych niebieskich i srebrnych odcieni na tle nocnego nieba.
Tworzenie się nocnych chmur wciąż nie jest w pełni poznane, co dodaje tym nieuchwytnym zjawiskom intrygującego charakteru. Naukowcy uważają, że powstają, gdy para wodna zamarza na cząsteczkach pyłu meteorytowego wysoko w atmosferze. Ekstremalnie niskie temperatury w górnych partiach stratosfery w połączeniu z obecnością tych mikroskopijnych cząstek stwarzają idealne warunki do ich powstawania.
Na wysokości przelotowej komercyjne odrzutowce przecinają niższą stratosferę.
Samoloty zazwyczaj poruszają się w dolnej stratosferze, omijając warstwę ozonową, w celu zapewnienia optymalnych warunków lotu.
Mezosfera: tajemnice i meteoryty
Mezosfera, trzecia warstwa ziemskiej atmosfery, znajduje się nad stratosferą i to tam temperatura powietrza zaczyna gwałtownie spadać. Na wysokości od 31 do 53 mil, choć temperatury są w miarę znośne dla ludzi bliżej powierzchni, w górnych partiach temperatura spada do -184°F (-120°C).
Ale to dobrze, ponieważ właściwości termiczne mezosfery pomagają w ważnym zadaniu planetarnym: rozpadzie meteoroidów. Kiedy obserwujemy spadającą gwiazdę przelatującą po nocnym niebie, jesteśmy świadkami, jak cząstki te wyparowują w rosnących temperaturach mezosfery w miarę opadania.
Ta warstwa atmosferyczna pozostaje mniej zbadana niż inne, ponieważ jest zbyt wysoka dla samolotów i zbyt niska dla satelitów, co tworzy barierę utrudniającą bezpośrednią obserwację człowieka. Jednakże osłania naszą planetę, spalając większość meteorów, które odważą się wejść w ziemską atmosferę.
Termosfera: nagrzewanie się
Termosfera znajduje się na wysokości od 53 mil (85 km) do 375 mil (600 km) nad powierzchnią Ziemi i jest tętniącą życiem autostradą dla sztucznych satelitów.
Tutaj satelity mogą utrzymywać stałe orbity wokół planety. Dzięki rzadkim cząsteczkom atmosferycznym termosfery satelity te napotykają mniejszy opór, co pozwala im poruszać się swobodniej i utrzymywać prędkość przy minimalnym zużyciu paliwa.
W tej warstwie atmosfera zaczyna się rozrzedzać, chociaż w tej warstwie występuje drastyczna różnica temperatur (największa ze wszystkich – stąd jej nazwa!). Podczas gdy temperatury na dnie termosfery wynoszą zaledwie -184°F (-120°C), na górze tej warstwy temperatury mogą wzrosnąć powyżej 3600°F (2000°C)!
Majestat Aurory
Zorza polarna i zorza australijska malują niebo budzącym podziw pięknem, widocznym głównie z dużych szerokości geograficznych. Zwykle występują w najniższych partiach termosfery. Te naturalne zjawiska, najlepiej obserwowane w regionach polarnych, to spektakularne zderzenia cząstek i gazów atmosferycznych.
Gdzie zaczyna się „przestrzeń kosmiczna”?
Granica między atmosferą a przestrzenią nie jest wyraźną granicą, ale stopniowym zanikaniem w kosmos. Większość obecnych definicji umieszcza to gdzieś w termosferze.
Linia Kármána: Linia Kármána, znajdująca się mniej więcej 100 km nad Ziemią, jest uznawana na całym świecie za granicę kosmosu. Aerodynamik Theodore von Kármán obliczył, w którym miejscu atmosfera staje się zbyt rzadka, aby umożliwić lot lotniczy. Międzynarodowa Federacja Lotnicza wykorzystuje linię Kármána do zdefiniowania regionów astronautyki i aeronautyki. Powyżej tej wysokości statki kosmiczne podlegają międzynarodowemu prawu kosmicznemu, a nie przepisom lotniczym.
Theodore von Kármán wykonał znakomitą pracę: w 2009 roku naukowcy donieśli, że supratermiczny obraz jonowy (instrument mierzący kierunek i prędkość jonów) pozwolił im wyznaczyć granicę na wysokości 118 km (73,3 mil) nad Ziemią, bardzo blisko według obliczeń Theodore'a von Kármána.
Egzosfera: Witamy w przestrzeni kosmicznej
Egzosfera, usytuowana nad warstwami atmosfery ziemskiej, to miejsce, w którym powietrze stopniowo ustępuje miejsca pustce kosmicznej. Drobno rozproszone atomy wodoru i helu szepczą przejście od powietrza, którym oddychamy, do kosmicznej pustki.
W tym rzadkim regionie istnieje niewiele cząsteczek powietrza, które unikają satelitów podczas ich orbitowania.
Tutaj granica między atmosferą a przestrzenią kosmiczną staje się niewyraźna. Na zewnętrznej granicy egzosfery gazy wymykają się z uścisku Ziemi i powoli wypływają w pustkę przestrzeni międzyplanetarnej.
Egzosfera rozciąga się na wysokość 10 000 kilometrów nad nami i znika w niebiańskim oceanie. Tutaj termin „powietrze” traci swoje tradycyjne znaczenie, gdy na palcach wkraczamy w przestrzenie kosmiczne.
