Layers of the Atmosphere: En guide till jordens luftzoner

När du tittar upp mot himlen är troposfären avgörande för att vårda moln ovanför dig. Men bortom detta andningsbara lager finns det fem andra viktiga områden för livet på jorden.

I troposfären, jetströmmar fungerar som motorvägar. Dessa snabbt strömmande luftströmmar, formade av planetens rotation och variation i temperatur, dikterar mycket av de transkontinentala flygrutterna och vädermönster. Kommersiella flygplan navigerar i dessa korridorer.

Inom stratosfäriskt lugn skyddar ozonmolekyler - vaksamt absorberar skadlig ultraviolett strålning. Auroras elegans pryder termosfären. Här, ovanför de högsta molnen, kretsar satelliter runt jorden. Ovanför detta är exosfären, mer känd som "yttre rymden".

Låt oss gräva djupare in i atmosfärens lager och utforska vad som finns inom var och en.

Infografik

Vi har destillerat informationen nedan till en lättförståelig infografik för våra prenumeranter. Av prestandaskäl visas en bild av lägre kvalitet på den här sidan. För att spara bilden i full storlek på din dator, klicka på knappen "ladda ner" under infografiken.

Lager-av-atmosfärenLadda ner

Troposfären: Jordens vädermotor

Troposfären är det atmosfäriska skiktet närmast jordens yta, där praktiskt taget alla moln- och väderfenomen förekommer, och varierar i höjd. Den är så lite som fyra miles hög vid polerna, men upp till 12 miles hög vid ekvatorn. Temperatur generellt minskar med höjd i troposfären och når sin kallaste punkt vid tropopaus, gränsen mellan troposfären och stratosfären.

Temperaturerna här kan vara så låga som -60°F (-51°C)!

Stormar brygger och skingras i detta lager, regnbågar bågar sig över himlen efter nederbörd och passadvindar färdas outtröttligt över hav.

Klimatpåverkan och mänsklig aktivitet

Troposfären är oupplösligt kopplad till mänskliga aktiviteter, vilket påverkar vädermönster. Den rikliga närvaron av växthusgaser, främst från förbränning av fossila bränslen, intensifierar den globala uppvärmningen och stör naturliga klimatrytmer.

Industriell verksamhet släpper ut koldioxid i detta atmosfäriska skikt, vilket förvärrar växthuseffekten.

Urbaniseringen tränger undan naturliga landskap och förändrar lokala mikroklimat. Dessa lokala förändringar kan, även om de verkar små, kulminera i betydande klimatförändringar på global skala.

Jordbruksmetoder modifierar troposfärens kemiska sammansättning genom metanfrisättning och omvandlar jordens albedo (förmågan att fånga värme) och påverkar lokalt väder och långsiktiga klimattrender. Förändringar i markanvändning, avskogning och vissa grödor som risfält förstärker dessa effekter.

Stratosfären: Ozonets domän

Stratosfären sitter ovanför troposfären och är det skyddande lager som skyddar oss från solens skadliga ultravioletta strålning, tack vare ozon. Här kryssar kommersiella jetplan och utnyttjar lagrets relativa lugn och stabilitet för effektivare resor. Stratosfären är cirka 4 till 12 miles (6 till 20 kilometer) över jordens yta, närmast ytan vid polerna och slutar cirka 31 miles ovanför oss.

På grund av värme som frigörs av ozonbildning på grund av solens UV-strålar, ökar temperaturen med höjden i detta lager. Temperaturer på toppen av stratosfären är i genomsnitt runt 5°F (-15°C).

Till skillnad från troposfären förekommer vädret sällan i stratosfären och är vanligtvis begränsat till de lägsta lagren (åskväders "överskjutande toppar"). Emellertid bildas det ibland nattlyssnande moln här.

Noctilucenta moln, även kända som polära mesosfäriska moln, dyker upp på höga höjder i stratosfären, vanligtvis under sommarmånaderna i polära områden. De är sammansatta av små iskristaller som reflekterar solljus och skapar en fantastisk visning av lysande blå och silverfärgade nyanser mot natthimlen.

Bildandet av nattlysande moln är fortfarande inte helt förstått, vilket tillför en luft av intriger till dessa svårfångade fenomen. Forskare tror att de bildas när vattenånga fryser fast på meteoriska dammpartiklar högt uppe i atmosfären. De extremt låga temperaturerna i de övre delarna av stratosfären, i kombination med närvaron av dessa mikroskopiska partiklar, skapar de perfekta förutsättningarna för deras bildning.

På marschhöjd skär kommersiella jetplan genom den nedre stratosfären.

Flygplan navigerar vanligtvis i den nedre stratosfären, längs ozonskiktet, för optimala flygförhållanden.

Mesosfären: mysterier och meteorer

Mesosfären, det tredje lagret av jordens atmosfär, ligger inbäddat ovanför stratosfären och det är där lufttemperaturerna börjar sjunka. Med en höjd mellan 31 och 53 miles, medan temperaturen är något tolerabel för människor närmare ytan, vid de övre delarna, faller temperaturen till -184°F (-120°C).

Men detta är bra, eftersom mesosfärens termiska egenskaper hjälper till i ett viktigt planetariskt jobb: sönderfallet av meteoroider. När vi ser en stjärnfall flyga över natthimlen, ser vi dessa partiklar som förångas i mesosfärens ökande temperaturer när de sjunker.

Detta atmosfäriska lager förblir mindre utforskat än andra, eftersom det är för högt för flygplan och för lågt för satelliter, vilket skapar en barriär som utmanar direkt mänsklig observation. Men den skyddar vår planet och förbränner de flesta meteorer som vågar komma in i jordens atmosfär.

Termosfären: Uppvärmning

Termosfären ligger mellan 53 miles (85 km) och 375 miles (600 km) över jordens yta och är en livlig motorväg för mänskliga satelliter.

Här kan satelliter upprätthålla konsekventa banor runt planeten. Tack vare termosfärens glesa atmosfäriska molekyler möter dessa satelliter mindre motstånd, vilket gör att de kan röra sig mer fritt och bibehålla sin hastighet med minimal bränsleförbrukning.

Atmosfären börjar tunnas ut vid detta lager, även om det finns en drastisk skillnad i temperatur i detta lager (den mest av alla – alltså dess namn!). Medan temperaturen i botten av termosfären är så låg som -184°F (-120°C), kan temperaturen på toppen av detta lager stiga över 3 600°F (2 000°C)!

Auroras majestät

Aurora borealis och aurora australis målar himlen med respektingivande skönhet, främst synlig från de höga breddgraderna. De förekommer vanligtvis i de lägsta delarna av termosfären. Dessa naturfenomen är bäst bevittnade i polarområdena och är en spektakulär kollision av partiklar och atmosfäriska gaser.

Var börjar "yttre rymden"?

Gränsdragningen mellan atmosfär och rymd är inte en tydlig gräns utan en gradvis tona in i kosmos. De flesta nuvarande definitioner placerar detta någonstans i termosfären.

Kármán Line: Ungefär 100 km över jorden är Kármán-linjen internationellt erkänd som rymdens utkant. Aerodynamikern Theodore von Kármán beräknade var atmosfären blir för tunn för att stödja flygning. Fédération Aéronautique Internationale använder Kármán-linjen för att definiera astronautik kontra aeronautikregioner. Ovanför denna höjd är rymdfarkoster föremål för internationell rymdlagstiftning snarare än luftfartsregler.

Theodore von Kármán gjorde ett utmärkt arbete: 2009 rapporterade forskare att en Supra-Thermal Ion Imager (ett instrument som mäter jonernas riktning och hastighet) tillät dem att fastställa en gräns 118 km (73,3 mi) över jorden, mycket nära till Theodore von Kármáns beräkningar.

Exosfären: Välkommen till yttre rymden

Uppflugen ovanpå jordens atmosfäriska lager är exosfären där luften gradvis ger vika för rymdens tomrum. Tunt spridda väte- och heliumatomer viskar övergången från luften vi andas till den kosmiska tomheten.

Det finns få luftmolekyler i denna glesa region, som undviker satelliter när de kretsar runt.

Här blir gränsen mellan atmosfären och yttre rymden otydlig. Vid exosfärens yttre gräns undkommer gaser jordens grepp och blöder långsamt in i tomrummet i det interplanetära rymden.

Exosfären sträcker sig till 6 200 miles (10 000 kilometer) ovanför oss och försvinner in i det himmelska havet. Här förlorar termen "luft" sin traditionella betydelse när vi tippar in i rymdens vidder.