Astronomi

Læringsmål

ved slutten av denne delen vil du Kunne:

  • Skille Mellom Jordens forskjellige atmosfæriske lag
  • Beskriv den kjemiske sammensetningen og mulige opprinnelsen til atmosfæren
  • Forklar forskjellen mellom vær og klima

Vi lever på bunnen av lufthavet som omslutter planeten vår. Atmosfæren, som veier Ned På Jordens overflate under tyngdekraften, utøver et trykk på havnivå som forskere definerer som 1 bar (et begrep som kommer fra samme rot som barometer, et instrument som brukes til å måle atmosfærisk trykk). En trykkstang betyr at hver kvadratcentimeter Av Jordens overflate har en vekt som tilsvarer 1,03 kilo å trykke ned på den. Mennesker har utviklet seg til å leve ved dette presset; gjør trykket mye lavere eller høyere, og vi fungerer ikke bra.

den totale massen Av jordens atmosfære er omtrent 5 × 1018 kilo. Dette høres ut som et stort antall, men det er bare omtrent en milliondel Av jordens totale masse. Atmosfæren representerer en mindre brøkdel Av Jorden enn brøkdelen av massen representert av håret på hodet ditt.

Atmosfærens Struktur

Illustrasjon Av Strukturen I Jordens Atmosfære. Til venstre er en vertikal skala i kilometer, alt fra null nederst til 130 km, i trinn på 10. Den horisontale skalaen er temperatur I Grader Kelvin, alt fra null til venstre til 500 til høyre, i trinn på 100. Helt til høyre er de atmosfæriske lagene angitt. Troposfæren er på bunnen, MED h2o skyer på ca 20 km, stratosfæren nær 40 km, mesosfæren begynner nær 90 km, og til slutt er ionosfæren øverst på 130 km. I midten av diagrammet trekkes en rød linje for å indikere temperaturendringen med høyde. På overflaten begynner linjen ved 300 K, linjekurvene igjen når den stiger til et lavt på ca 190 K ved 30 km, Hvor molekyler N2 og O2 vises. Temperaturen stiger igjen med høyde til nær 250 K ved 60 km hvor ozonlaget er merket. Temperaturen faller igjen med høyde, til 190 K ved 100 km. På denne høyden brenner meteorer opp når de trenger inn i atmosfæren. Til slutt stiger temperaturen igjen med høyde, til litt over 300 K på toppen av figuren ved 130 km.

Figur 1. Struktur Av Jordens Atmosfære: Høyden øker opp på venstre side av diagrammet, og navnene på de forskjellige atmosfæriske lagene vises til høyre. I den øvre ionosfæren kan ultrafiolett stråling fra Solen strippe elektroner fra atomene, slik at atmosfæren blir ionisert. Den buede røde linjen viser temperaturen(se skalaen på x-aksen).

atmosfærens struktur er illustrert I Figur 1. Det meste av atmosfæren er konsentrert nær jordens overflate, innenfor omtrent bunnen 10 kilometer hvor skyer dannes og fly flyr. Innenfor denne regionen—kalt troposfæren-stiger varm luft, oppvarmet av overflaten, og erstattes av nedadgående strømmer av kjøligere luft; dette er et eksempel på konveksjon. Denne sirkulasjonen genererer skyer og vind. Innenfor troposfæren synker temperaturen raskt med økende høyde til verdier nær 50 °C Under frysing ved sin øvre grense, hvor stratosfæren begynner. Det meste av stratosfæren, som strekker seg til ca 50 kilometer over overflaten, er kald og fri for skyer.Nær toppen av stratosfæren er et lag av ozon (O3), en tung form for oksygen med tre atomer per molekyl i stedet for de vanlige to. Fordi ozon er en god absorber av ultrafiolett lys, beskytter det overflaten mot Noe Av Solens farlige ultrafiolette stråling, noe som gjør det mulig for livet å eksistere på Jorden. Oppbrudd av ozon legger varme til stratosfæren, og reverserer den avtagende temperaturtrenden i troposfæren. Fordi ozon er avgjørende for vår overlevelse, reagerte vi med berettiget bekymring på bevis som ble klart på 1980-tallet at atmosfærisk ozon ble ødelagt av menneskelige aktiviteter. Ved internasjonal avtale har produksjonen av industrielle kjemikalier som forårsaker ozonutarmning, kalt klorfluorkarboner, Eller Kfk, blitt faset ut. Som et resultat har ozontapet stoppet og «ozonhullet» over Antarktis krymper gradvis. Dette er et eksempel på hvordan samordnet internasjonal handling kan bidra til å opprettholde jordens beboelighet.Besøk NASAS scientific visualization studio for en kort video av Hva Som ville ha skjedd Med jordens ozonlag innen 2065 hvis Kfk ikke hadde blitt regulert.

i høyder over 100 kilometer er atmosfæren så tynn at bane satellitter kan passere gjennom den med svært liten friksjon. Mange av atomene er ionisert ved tap av et elektron, og denne regionen kalles ofte ionosfæren. Ved disse høydene kan enkelte atomer av og til unnslippe helt Fra jordens gravitasjonsfelt. Det er en kontinuerlig, langsom lekkasje av atmosfære-spesielt av lette atomer, som beveger seg raskere enn tunge. Jordens atmosfære kan for eksempel ikke holde seg lenge til hydrogen eller helium, som rømmer ut i rommet. Jorden er ikke den eneste planeten som opplever atmosfærelekkasje. Atmosfærisk lekkasje skapte Også Mars ‘ tynne atmosfære. Venus ‘ tørre atmosfære utviklet seg fordi dens nærhet til Solen fordampet og dissosierte noe vann, med komponentgassene tapt i rommet.

Atmosfærisk Sammensetning og Opprinnelse

på Jordens overflate består atmosfæren av 78% nitrogen (N2), 21% oksygen (O2) og 1% argon (Ar), med spor av vanndamp (H2O), karbondioksid (CO2) og andre gasser. Variable mengder støvpartikler og vanndråper er også funnet suspendert i luften.en fullstendig folketelling av Jordens flyktige materialer bør imidlertid se på mer enn gassen som nå er til stede. Flyktige materialer er de som fordamper ved relativt lav temperatur. Hvis Jorden bare var litt varmere, kan noen materialer som nå er flytende eller faste, bli en del av atmosfæren. Anta for eksempel at planeten vår ble oppvarmet til over vannets kokepunkt (100 °C Eller 373 K); det er en stor forandring for mennesker, men en liten forandring i forhold til rekkevidden av mulige temperaturer i universet. Ved 100 °C ville havene koke og den resulterende vanndampen ville bli en del av atmosfæren.

for å anslå hvor mye vanndamp vil bli utgitt, merk at det er nok vann til å dekke Hele Jorden til en dybde på ca 300 meter. Fordi trykket som utøves av 10 meter vann er lik ca 1 bar, er gjennomsnittlig trykk på havbunnen ca 300 bar. Vann veier det samme enten i væske eller dampform, så hvis havene kokte bort, ville det atmosfæriske trykket i vannet fortsatt være 300 bar. Vann vil derfor i stor grad dominere Jordens atmosfære, med nitrogen og oksygen redusert til status av sporbestanddeler.

På en varmere Jord vil en annen kilde til ekstra atmosfære bli funnet i de sedimentære karbonatbergene i skorpen. Disse mineralene inneholder rikelig karbondioksid. Hvis alle disse bergarter ble oppvarmet, ville de frigjøre ca 70 bar CO2, langt mer ENN det nåværende CO2-trykket på bare 0.0005 bar. Dermed vil atmosfæren i en varm Jord bli dominert av vanndamp og karbondioksid, med et overflatetrykk nærmer seg 400 bar.Flere linjer med bevis viser at sammensetningen Av jordens atmosfære har endret seg over planetens historie. Forskere kan utlede mengden atmosfærisk oksygen, for eksempel ved å studere kjemi av mineraler som dannet på forskjellige tidspunkter. Vi undersøker dette problemet mer detaljert senere i dette kapitlet.I Dag ser VI AT CO2, H2O, svoveldioksid (SO2) og andre gasser frigjøres fra dypere I Jorden gjennom virkningen av vulkaner. (FOR CO2 er den primære kilden i dag forbrenning av fossile brensler, som frigjør langt MER CO2 enn det fra vulkanske utbrudd. Mye av denne tilsynelatende nye gassen er imidlertid resirkulert materiale som har blitt subduktert gjennom platetektonikk. Men hvor kom vår planets opprinnelige atmosfære fra?Tre muligheter eksisterer For Den opprinnelige kilden Til Jordens atmosfære og hav: (1) atmosfæren kunne ha blitt dannet med resten Av Jorden da Den samlet seg fra rusk igjen fra Solens dannelse; (2) den kunne ha blitt frigjort fra interiøret gjennom vulkansk aktivitet, etter Dannelsen Av Jorden; eller (3) det kan ha blitt avledet fra nedslag av kometer og asteroider fra de ytre delene av solsystemet. Nåværende bevis favoriserer en kombinasjon av interiør og slagkilder.

Vær og Klima

Bilde Av En Orkan fra Verdensrommet. Dette bildet viser en stor, invertert kommaformet storm som dekker mye av den nordøstlige kysten Av Usa.

Figur 2. Storm from Space: dette satellittbildet viser Orkanen Irene i 2011, kort tid før stormen rammet land I New York City. Kombinasjonen Av Jordens vippede rotasjonsakse, moderat rask rotasjon og hav av flytende vann kan føre til voldelig vær på vår planet. (kreditt: NASA/NOAA GOES Project)

alle planeter med atmosfærer har vær, som er navnet vi gir til sirkulasjonen av atmosfæren. Energien som driver været, kommer hovedsakelig fra sollyset som oppvarmer overflaten. Både rotasjonen av planeten og langsommere sesongmessige endringer forårsaker variasjoner i mengden sollys som rammer forskjellige Deler av Jorden. Atmosfæren og havene omfordeler varmen fra varmere til kjøligere områder. Vær på en hvilken som helst planet representerer atmosfærens respons på skiftende innganger av energi fra Solen (Se Figur 2 for et dramatisk eksempel).Klima Er et begrep som brukes for å referere til virkningen av atmosfæren som varer gjennom tiår og århundrer. Endringer i klimaet (i motsetning til de tilfeldige variasjonene i været fra ett år til det neste) er ofte vanskelig å oppdage over korte tidsperioder, men når de akkumuleres, kan effekten være ødeleggende. Et ordtak er At » Klima er hva du forventer, og været er hva du får.»Moderne oppdrett er spesielt følsomt for temperatur og nedbør; for eksempel viser beregninger at en dråpe på bare 2 °C gjennom vekstsesongen ville kutte hveteproduksjonen med halvparten i Canada og Usa. På den andre ytterligheten vil en økning på 2 °C i gjennomsnittstemperaturen På Jorden være nok til å smelte mange isbreer, inkludert Mye Av Isdekket På Grønland, øke havnivået med så mye som 10 meter, oversvømme mange kystbyer og havner, og sette små øyer helt under vann.

de best dokumenterte endringene I Jordens klima er de store istidene, som har senket temperaturen på Den Nordlige Halvkule med jevne mellomrom de siste halv million år eller så (Figur 3). Den siste istiden, som tok slutt for rundt 14 000 år siden, varte rundt 20 000 år. På høyden var isen nesten 2 kilometer tykk Over Boston og strekte seg så langt sør som New York City.

Illustrasjon Av Nyere Istider På Den Nordlige Halvkule. Ser ned På Nordpolen, svarte områder dekker Grønland, vestkysten Av Canada, Og Himalaya indikerer dagens glacial dekning. Over-plottet i semi-gjennomsiktig grå er omfanget av den siste store istiden. Dette dekket det Meste Av Nord-Amerika, Mye Av Nord-Europa Og Sibir, Og Det Tibetanske Platået.

Figur 3. istid: Dette datagenererte bildet viser de frosne områdene på Den Nordlige Halvkule under siste istid fra utsiktspunktet til å se Ned På Nordpolen. Området i svart indikerer den siste istiden (dekning av isbreer), og området i grått viser det maksimale nivået av istid som noen gang er nådd. disse istidene var først og Fremst et resultat av endringer i hellingen Til Jordens rotasjonsakse, som følge av gravitasjonseffektene til de andre planetene. Vi er mindre sikre på bevis på at minst en gang (og kanskje to ganger) for en milliard år siden frøs hele havet over, en situasjon som kalles snowball Earth.utviklingen og utviklingen av livet på Jorden har også produsert endringer i sammensetningen og temperaturen i planetens atmosfære, som vi skal se i neste avsnitt.

Nøkkelbegreper og Sammendrag

atmosfæren har et overflatetrykk på 1 bar og består hovedsakelig Av N2 Og O2, pluss slike viktige sporgasser SOM H2O, CO2 og O3. Dens struktur består av troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og ionosfæren. Endring av sammensetningen av atmosfæren påvirker også temperaturen. Atmosfærisk sirkulasjon (vær) er drevet av sesongmessig skiftende avsetning av sollys. Mange langsiktige klimavariasjoner, som istidene, er relatert til endringer i planetens bane og aksehelning.

Ordliste

bar: en kraft på 100.000 Newtons som virker på et overflateareal på 1 kvadratmeter; gjennomsnittlig trykk Av Jordens atmosfære på havnivå er 1.013 bar

ozon: (O3) et tungt oksygenmolekyl som inneholder tre atomer i stedet for de mer normale to

stratosfæren: laget Av jordens atmosfære over troposfæren og under ionosfæren

troposfæren: det laveste nivået Av Jordens atmosfære, hvor det meste av været finner sted

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.