Astronomija

Šta je to što razlikuje jedan atmosferski sloj od drugog?

Šta je to što razlikuje jedan atmosferski sloj od drugog?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Atmosfera planetarnog tijela (pod pretpostavkom da ima atmosferu) opisana je kao da se sastoji od različitih slojeva.

Na primjer, Zemlja, Saturn i Jupiter imaju stratosferu i troposferu.

Šta je to što definira gdje se jedan sloj zaustavlja, a drugi započinje?


Šta je to što definira gdje se jedan sloj zaustavlja, a drugi započinje?

Temperatura. Preciznije, ovisi hoće li temperatura rasti ili padati s povećanjem nadmorske visine.

U troposferi, temperatura općenito opada s porastom nadmorske visine, prosječnom brzinom od 6,4 ° C / km (stopa propadanja iz okoline). Ovo smanjenje zaustavlja se u tropopauzi, granici između troposfere i stratosfere. Ozonski omotač je u stratosferi, zbog čega se temperature u stratosferi povećavaju sa povećanjem nadmorske visine. Iako je ova granica pomalo nejasna, ipak je vrlo stvarna. Potrebna je nevjerovatno jaka oluja (pomislite na uragane, oluje dovoljno snažne da iznjedre tornada i vrlo visoke i jake oluje u među-tropskoj zoni konvergencije) da bi prodrle do te granice.

Temperature u stratosferi prestaju rasti u stratopauzi, na vrlo nejasnoj granici između stratosfere i mezosfere. Poput troposfere, temperature u mezosferi padaju (i padaju vrlo naglo) sa povećanjem nadmorske visine. Termodinamika čini granicu između stratosfere i mezosfere vrlo različitom (i ni približno jasnom) kao granica između troposfere i mezosfere.

Granica između mezosfere i termosfere slična je granici između troposfere i stratosfere. Temperature rastu s porastom nadmorske visine u termosferi. Ova promjena od pada temperature u mezosferi do porasta temperature u termosferi stvara prilično stabilnu granicu.

Nešto drugo se događa u blizini te granice između mezosfere i termosfere. Dugovječni plinovi prilično su dobro miješani u troposferi, stratosferi i mezosferi zahvaljujući turbulenciji. Plinovi u termosferi i egzosferi više djeluju poput gomile pojedinačnih čestica, a ne kao plin. Za razliku od gustih slojeva ispod, plinovi u termosferi i egzosferi se razlikuju. Šminka teži prema sve lakšim i lakšim česticama (npr. Helijumu i vodiku) s povećanjem nadmorske visine. Na kraju su svi pronađeni vodonik i helij. To su plinovi koji izlaze iz atmosfere.


Problematičan pojam ovdje su "različiti" slojevi, koji zapravo ne postoje. Zemljina atmosfera je kontinuitet, kao i svaka atmosfera.

To proizlazi iz zakona o hidrostatičkom pritisku $ nabla P = - g rho $, koji zajedno sa zakonom o idealnom gasu $ P = rho k_B T / mu $ daje eksponencijalno propadajuće rješenje s visinom, kako za tlak, tako i za gustina. Ovdje je P pritisak, $ rho $ lokalna gustina mase, g lokalno ubrzanje gravitacije, $ k_B $ Boltzmannova konstanta i $ T $ temperatura.

Međutim, postoje neka upozorenja za "slojeve" kao način karakterizacije atmosfere:

  • An inverzijski sloj može biti zaseban sloj gdje je smanjenje temperature s visinom obrnuto. Tako se temperatura malo povećava, a zatim ponovo smanjuje. Stoga će postojati tačno dvije točke u kojima će porast temperature iznositi 0. Između te dvije točke definicija različitog sloja ima smisla.
  • Na sličan način cijela atmosferska temperatura na globalnoj razini ima smiješnu ovisnost o visini (vidi npr. Ovdje). Opet se mogu definirati slojevi između tačaka u kojima se događa nešto zanimljivo u T-profilu. Tu potječe karakterizacija troposfere, stratosfere itd.

Sada za karakterizaciju atmosfere možemo odabrati druge varijable osim temperature. Poput stanja jonizacije, stanja smjese, dinamičkih kretanja, kemijskog sastava, a zatim definirajte slojeve koji imaju smisla samo kada se govori o ovoj određenoj varijabli.

Rezimirajući: Slojevi se mogu definirati, čak i fizički značajni, ali samo u kontekstu određene varijable.


Stratosfera i troposfera definirani su promjenom temperature s visinom.

Unutar troposfere temperatura pada s porastom nadmorske visine i pada dovoljno brzo da dođe do konvekcije. Dok se unutar stratosfere temperatura povećava sa povećanjem nadmorske visine. Budući da konvekcija zahtijeva da brzina temperaturnog hlađenja s visinom ("brzina otpuštanja") premaši brzinu kojom se gas hladi uslijed smanjenja pritiska, u stratosferi će atmosfera biti stabilna. Tropos znači "okretanje" i stratos znači slojevito. Stratosfera se zagrijava apsorpcijom sunčevog zračenja, posebno UV zračenja (u ozonskom omotaču), dok se troposfera zagrijava uglavnom iz tla, ili u slučaju Jupitera, iz Jupiterove unutrašnje toplote.

Rezultat je da će se u troposferi atmosfera dobro pomiješati i stvoriti oblaci, dok će u stratosferi biti manje miješanja i daleko manje oblaka.

U Jupiteru se tropopauza (tačka najniže temperature) javlja pod pritiskom od oko 0,1 bara. (izvor)


Nauka jednostavna: Zemlja & # 8217s Gornja atmosfera

Zasluge: NASA / Noctilucent Clouds, Jan Erik Paulsen slika bačve, NASA / NSF.

Zemljina atmosfera ima četiri primarna sloja: troposferu, stratosferu, mezosferu i termosferu. Ovi slojevi štite našu planetu upijajući štetno zračenje.

Termosfera 53–375 milja & # 8211 U termosferi, molekuli kiseonika i azota bombardirani su zračenjem i energetskim česticama Sunca, zbog čega se molekule razdvajaju na svoje sastavne atome i stvaraju toplinu. Termosfera raste s nadmorskom visinom, jer atomski kiseonik i azot ne mogu zračiti toplinu iz ove apsorpcije.

Mezosfera 31–53 milje & # 8211 Proučavanje mezosfere je neophodno za razumijevanje dugoročnih promjena u atmosferi Zemlje i kako te promjene utječu na klimu. Budući da mezosfera reagira na male promjene u atmosferskoj kemiji i sastavu, to bi naučnicima moglo pružiti tragove, poput toga kako dodani staklenički plinovi mogu doprinijeti promjeni temperature ili sastavu vode u atmosferi.

Stratosfera 10–31 milja & # 8211 Ozonski omotač leži u stratosferi i apsorbira ultraljubičasto zračenje Sunca.

Troposfera 0–10 milja & # 8211 Troposfera je sloj atmosfere Zemlje u kojem se odvijaju sve ljudske aktivnosti.

Ionosfera & # 8211 Jonosfera je sloj plazme nastao jonizacijom atomskog kiseonika i azota visokoenergetskim ultraljubičastim i rentgenskim sunčevim zračenjem. Jonosfera se prostire od sredine mezosfere do magnetosfere. Ovaj sloj svakodnevno kruži, jer dnevna izloženost sunčevom zračenju uzrokuje jonizaciju atoma koja se može proširiti do mezosfere. Međutim, ovi gornji slojevi atmosfere i dalje su uglavnom neutralni, a dnevno se napuni samo jedna od milion čestica. Noću se jonosfera uglavnom urušava jer Sunčevo zračenje prestaje da komunicira s atomima u termosferi. Još uvijek postoje male količine nabijenih atoma uzrokovane kosmičkim zračenjem.

Komunikacija & # 8211 Jedinstveno svojstvo jonosfere je to što može lomiti kratkovalasne radio talase, omogućavajući komunikaciju na velike udaljenosti & # 8220odbijajući & # 8221 signalima od ovog jonizovanog atmosferskog sloja. Varijabilnost jonosfere može prekinuti satelitsku komunikaciju, poput grešaka u GPS signalima za komercijalnu vazdušnu navigaciju. Tokom solarnih oluja, ovaj sloj može čak i isključiti komunikaciju između zemaljskih stanica i satelita.

Rakete, baloni i sateliti & # 8211 NASA-ini naučnici koriste balone za sakupljanje in-situ mjerenja u atmosferi. Međutim, mezosfera i termosfera su previsoke da bi ih baloni mogli dosegnuti, pa se naučnici koriste instrumentima na sondirnim raketama i satelitima kako bi prikupili detaljnija mjerenja gornje atmosfere.

Noćasti oblaci u mezosferi & # 8211 Dokaz o promjeni ponašanja noktilucentnih oblaka primijetila je misija AIM. Nedavni podaci pokazuju dramatično niži sadržaj leda, što dovodi do toga da naučnici nagađaju o promjenama vremenskih prilika i atmosferskoj cirkulaciji od pola do pola.

Aeronomija leda u mezosferi (AIM) & # 8211 NASA & # 8217s AIM satelit može daljinski osjetiti noćne oblake u mezosferi. Ovi noktilucentni oblaci napravljeni su od kristala leda koji se stvaraju preko letnjih polova na previsokoj nadmorskoj visini i temperaturi prehladnoj za oblake vodene pare.

BURE & # 8211 Balonski niz za relativni gubitak elektronskog pojasa radijacijskog pojasa (BARREL) je misija zasnovana na balonu za uvećanje mjerenja NASA-ine svemirske letjelice RBSP. BARREL nastoji izmjeriti količinu padavina relativističkih elektrona iz radijacijskog pojasa tokom dvije višebalonske kampanje vođene na južnoj hemisferi.


Plinovi u Zemljinoj atmosferi

Azot i kiseonik su daleko najčešći suvi zrak koji se sastoji od oko 78% azota (N2) i oko 21% kiseonika (O2). Argon, ugljen-dioksid (CO2), a mnogi drugi plinovi su također prisutni u znatno nižim količinama, od kojih svaki čini manje od 1% mješavine plinova u atmosferi. Atmosfera uključuje i vodenu paru. Količina prisutne vodene pare jako varira, ali u prosjeku iznosi oko 1%. Mnogo je malih čestica - čvrstih i tečnih - koje „lebde“ u atmosferi. Te čestice, koje naučnici nazivaju "aerosoli", uključuju prašinu, spore i polen, sol morskog spreja, vulkanski pepeo, dim i još mnogo toga.


2. Stratosfera

Ako krenemo od vrha troposfere i idemo dalje u nebo, stižemo do sloja poznatog kao stratosfera.

Ako krenemo od vrha troposfere i idemo dalje u nebo, stižemo do sloja poznatog kao stratosfera. Ovaj se sloj penje oko 50 km iznad Zemljine površine. U ovom sloju temperatura raste kako idete dalje prema gore, a to ima neke veze sa ozonskim omotačem koji se nalazi unutar stratosfere.

Ozonski omotač ima vitalnu ulogu u zaštiti naše planete, jer molekuli ozona sprečavaju ultraljubičasto svjetlo Sunca da pogodi našu planetu bez zaustavljanja. UV svjetlost tehnički nije zaustavljena, ali dolazi do konverzije od UV svjetlosti u toplotu (zbog čega su rupe u ozonskom omotaču toliko opasne).


Vrijeme i klima

Slika 2. Oluja iz svemira: Ova satelitska slika prikazuje uragan Irene 2011. godine, malo prije nego što je oluja pogodila zemlju u New Yorku. Kombinacija nagnute Zemljine ose rotacije, umjereno brze rotacije i okeana tečne vode može dovesti do nasilnog vremena na našoj planeti. (kredit: NASA / NOAA GOES Project)

Sve planete sa atmosferom imaju vrijeme, što je ime koje dajemo cirkulaciji atmosfere. Energija koja napaja vrijeme dobiva se prvenstveno iz sunčeve svjetlosti koja zagrijava površinu. I rotacija planete i sporije sezonske promjene uzrokuju promjene u količini sunčeve svjetlosti koja pogađa različite dijelove Zemlje. Atmosfera i okeani preraspodjeljuju toplinu iz toplijih u hladnija područja. Vrijeme na bilo kojoj planeti predstavlja odgovor njene atmosfere na promjenu unosa energije sa Sunca (vidi sliku 2 za dramatičan primjer).

Klima je termin koji se koristi za označavanje efekata atmosfere koji traju desetljećima i vijekovima. Promjene u klimi (za razliku od slučajnih varijacija vremena iz godine u godinu) često je teško otkriti tijekom kratkih vremenskih razdoblja, ali kako se akumuliraju, njihov učinak može biti poražavajući. Jedna je izreka da je & # 8220Klima ono što očekujete, a vrijeme je ono što ćete dobiti. & # 8221 Na primjer, moderna poljoprivreda je posebno osjetljiva na temperaturu i kiše, izračuni pokazuju da bi pad od samo 2 ° C tijekom vegetacije smanjio prepolovljena proizvodnja pšenice u Kanadi i Sjedinjenim Državama. U drugoj krajnosti, porast prosječne temperature Zemlje za 2 ° bio bi dovoljan da otopi mnoge ledenjake, uključujući veći dio ledenog pokrivača Grenlanda, podižući nivo mora za čak 10 metara, poplavivši mnoge primorske gradove i luke , i stavljanje malih ostrva u potpunosti pod vodu.

Najbolje dokumentirane promjene u zemljinoj klimi su velika ledena doba, koja su povremeno spuštala temperaturu sjeverne hemisfere u posljednjih pola miliona godina ili tako nekako (slika 3). Posljednje ledeno doba, koje se završilo prije otprilike 14.000 godina, trajalo je oko 20.000 godina. Na svojoj visini led je bio debeo gotovo 2 kilometra iznad Bostona i protezao se čak do juga do New Yorka.

Slika 3. Ledeno doba: Ova kompjuterski generirana slika prikazuje smrznuta područja sjeverne hemisfere tokom prošlih ledenih doba s vidikovca koji gleda dolje na Sjeverni pol. Područje u crnoj boji označava najnovije zaleđivanje (pokrivenost ledenjacima), a područje u sivoj boji pokazuje maksimalni nivo poledice ikad dostignut. (zasluga: preinaka djela Hannes Grobe / AWI)

Ova ledena doba bila su prvenstveno rezultat promjena u nagibu Zemljine rotacijske osi, proizvedenih gravitacijskim efektima ostalih planeta. Manje smo sigurni u dokaze da se barem jednom (a možda i dva puta) prije otprilike milijardu godina čitav okean zaledio, situacija tzv. gruda snijega zemlja.

Razvoj i evolucija života na Zemlji proizveli su i promjene u sastavu i temperaturi atmosfere naše planete, kao što ćemo vidjeti u sljedećem odjeljku.

Ključni pojmovi i sažeci

Atmosfera ima površinski pritisak od 1 bara i sastoji se prvenstveno od N2 i O2, plus takvi važni plinovi u tragovima kao H2O, CO2, i O3. Njegova struktura sastoji se od troposfere, stratosfere, mezosfere i jonosfere. Promjena sastava atmosfere također utječe na temperaturu. Atmosferska cirkulacija (vrijeme) pokrenuta je sezonskim promjenama taloženja sunčeve svjetlosti. Mnoge dugoročne klimatske varijacije, poput ledenog doba, povezane su s promjenama u orbiti planete i osnim nagibom.


Atmosfera se može podijeliti u slojeve na osnovu temperature, kao što je prikazano na donjoj slici. Ti slojevi su troposfera, stratosfera, mezosfera i termosfera. Daljnje područje, koje počinje oko 500 km iznad Zemljine površine, naziva se egzosfera.

Troposfera

Ovo je najniži dio atmosfere - dio u kojem živimo. Sadrži većinu našeg vremena - oblake, kišu, snijeg. U ovom dijelu atmosfere temperatura postaje hladnija povećanjem udaljenosti od zemlje, za oko 6,5 ° C po kilometru. Stvarna promjena temperature s visinom varira iz dana u dan, ovisno o vremenu.

Troposfera sadrži oko 75% cijelog zraka u atmosferi i gotovo svu vodenu paru (koja stvara oblake i kišu). Smanjenje temperature s visinom rezultat je smanjenja pritiska. Ako se parcela zraka kreće prema gore, ona se širi (zbog nižeg pritiska). Kada se vazduh proširi, on se hladi. Dakle, zrak gore je hladniji od zraka dolje.

Najniži dio troposfere naziva se granični sloj. Tu se kretanje vazduha određuje svojstvima Zemljine površine. Turbulencija se stvara kako vjetar puše preko Zemljine površine, a termika se izdiže iz kopna dok ga sunce grije. Ova turbulencija preraspodjeljuje toplinu i vlagu unutar graničnog sloja, kao i zagađivače i druge sastojke atmosfere.

Vrh troposfere naziva se tropopauza. Ovo je najniže na polovima, gdje je oko 7 - 10 km iznad površine Zemlje. Najviša je (oko 17 - 18 km) u blizini ekvatora.

Stratosfera

To se proteže prema gore od tropopauze do oko 50 km. Sadrži velik dio ozona u atmosferi. Povećanje temperature sa visinom nastaje usled apsorpcije ultraljubičastog (UV) zračenja sa sunca ovim ozonom. Temperature u stratosferi su najviše preko ljetnog pola, a najniže preko zimskog pola.

Apsorbujući opasno UV zračenje, ozon u stratosferi štiti nas od raka kože i drugih zdravstvenih oštećenja. Međutim, kemikalije (zvane CFC ili freoni i haloni) koje su se nekada koristile u hladnjacima, limenkama i aparatima za gašenje požara smanjile su količinu ozona u stratosferi, posebno na polarnim geografskim širinama, što je dovelo do takozvane "antarktičke ozonske rupe".

Sada su ljudi prestali stvarati većinu štetnih CFC-a, za koje očekujemo da će se ozonska rupa na kraju oporaviti tijekom 21. stoljeća, ali ovo je spor proces.

Mezosfera

Područje iznad stratosfere naziva se mezosfera. Ovdje se temperatura ponovo smanjuje s visinom, dostižući minimum od oko -90 ° C u "mezopauzi".

Termosfera i jonosfera

Termosfera leži iznad mezopauze i predstavlja područje u kojem se temperature opet povećavaju s visinom. Ovo povećanje temperature uzrokovano je apsorpcijom sunčevog ultraljubičastog i X-zračenja.

Područje atmosfere iznad oko 80 km takođe je uzrokovano "jonosferom", jer energično sunčevo zračenje odbija elektrone od molekula i atoma, pretvarajući ih u "jone" s pozitivnim nabojem. Temperatura termosfere varira između noći i dana i između godišnjih doba, kao i broj prisutnih jona i elektrona. Jonosfera odražava i apsorbuje radio talase, omogućavajući nam da primamo kratkovalasne radio emisije na Novom Zelandu iz drugih dijelova svijeta.

Egzosfera

Regija iznad oko 500 km naziva se egzosfera. Sadrži uglavnom atome kiseonika i vodonika, ali ima ih toliko malo da se rijetko sudaraju - prate „balističke“ putanje pod utjecajem gravitacije, a neki od njih pobjegnu odmah u svemir.

Magnetosfera

Zemlja se ponaša poput ogromnog magneta. Zarobljava elektrone (negativni naboj) i protone (pozitivan), koncentrišući ih u dva pojasa oko 3.000 i 16.000 km iznad Zemlje - Van Allenov pojas "zračenja". Ovo vanjsko područje koje okružuje Zemlju, gdje se nabijene čestice vrte spiralno duž linija magnetskog polja, naziva se magnetosfera.


Objašnjenje: Naša atmosfera - sloj po sloj

Pogled na Zemljinu oblačnost i ostatak naše atmosfere snimljen s visine veće od 30.000 stopa. Na takvim fotografijama nisu vidljivi mnogi slojevi atmosfere i kako se njihove karakteristike razlikuju dok se prostiru u svemir.

Podijelite ovo:

1. decembra 2020. u 6:30

Zemljina atmosfera je svuda oko nas. Većina ljudi to uzima zdravo za gotovo. Ali nemojte. Između ostalog, štiti nas od zračenja i sprečava isparavanje naše dragocjene vode u svemir. Održava planetu toplom i pruža nam kiseonik za disanje. Zapravo, atmosfera čini Zemlju dobrim domom za život, simpatičnim koji ona i jeste.

Atmosfera se proteže od Zemljine površine do više od 10.000 kilometara (6.200 milja) iznad planete. Tih 10.000 kilometara podijeljeno je u pet različitih slojeva. Od donjeg sloja do vrha, zrak u svakom ima isti sastav. Ali što više idete gore, to su molekuli zraka sve udaljeniji.

Jeste li spremni posegnuti za nebom? Evo pregleda, sloj po sloj:

Troposfera: Zemljina površina između 8 i 14 kilometara (5 i 9 milja)

Samo naprijed, zabijte glavu točno u troposferu (TROH-poh-sfear). Ovaj najniži sloj atmosfere započinje od tla i proteže se 14 kilometara (9 milja) na ekvatoru. Tamo je najdeblje. Najtanji je iznad polova, samo 8 kilometara (5 milja) ili tako nekako. Troposfera sadrži gotovo svu Zemljinu vodenu paru. Tamo se većina oblaka vozi u vjetrovima i tamo se javlja vrijeme. Vodena para i zrak neprestano cirkuliraju u turbulentnim strujama konvekcije. Nije iznenađujuće što je troposfera ujedno i najgušći sloj. Sadrži čak 80 posto mase čitave atmosfere. Što više idete u ovom sloju, to postaje hladniji. Želite snijeg ljeti? Krenite tamo gdje se gornja troposfera kupa najviših vrhova. Granica između troposfere i sljedećeg sloja prema gore poznata je kao tropopauza.

Odgajatelji i roditelji, prijavite se za varalicu

Sedmična ažuriranja koja će vam pomoći da koristite Naučne vijesti za studente u okruženju za učenje

Stratosfera: 14 do 64 km (9 do oko 31 milje)

Za razliku od troposfere, temperature u ovom sloju rastu s porastom. Stratosfera je vrlo suha, pa se ovdje rijetko stvaraju oblaci. Sadrži i većinu atmosfere ozona, molekule tripleta napravljene od tri atoma kiseonika. Na ovom uzvišenju, ozon štiti život na Zemlji od štetnog sunčevog ultraljubičastog zračenja. To je vrlo stabilan sloj, s malo cirkulacije. Iz tog razloga komercijalne aviokompanije obično lete u donjoj stratosferi kako bi letove održavale nesmetano. Ovaj nedostatak vertikalnog kretanja takođe objašnjava zašto stvari koje uđu u stratosferu uglavnom ostaju tamo dugo vremena. Te "stvari" mogu uključivati ​​aerosolne čestice koje su vulkanskim erupcijama ispaljene prema nebu, pa čak i dim od požara. Ovaj sloj takođe ima akumulirane zagađivače, poput hlorofluoroogljikovodika (Klor-oh-FLOR-oh-kar-buns). Poznatije kao CFC, ove hemikalije mogu uništiti zaštitni ozonski sloj, jako ga stanjivajući. Do vrha stratosfere, koji se naziva stratopauza, zrak je samo hiljaditi dio gust kao na površini Zemlje.

Na ovoj slici snimljenoj sa Međunarodne svemirske stanice, najniži sloj atmosfere - troposfera - izgleda narančasto. Iznad plave boje nalazi se dno stratosfere. NASA

Mezosfera: 64 do 85 km (31 do 53 milje)

Naučnici ne znaju baš toliko o ovom sloju. Jednostavno je teže učiti. Avioni i istraživački baloni ne upravljaju ovako visoko, a sateliti kruže više. Znamo da je mezosfera (MAY-so-sfere) mjesto gdje većina meteora neškodljivo izgara dok hitaju prema Zemlji. Pri vrhu ovog sloja temperature se spuštaju do najniže u Zemljinoj atmosferi - oko -90 ° Celzijusa (-130 ° Fahrenheita). Linija koja označava vrh mezosfere naziva se, pogađate, mezopauza. Ako ikada putujete tako daleko, čestitamo! Službeno ste svemirski putnik - zvani astronaut - prema američkom ratnom zrakoplovstvu.

Mezopauza je poznata i kao Karmanova linija. Nazvan je po fizičaru mađarskog porijekla Theodoru von Kármánu. Tražio je da utvrdi donju ivicu onoga što bi moglo činiti svemir. Postavio ga je na oko 80 kilometara (50 milja). Neke agencije američke vlade prihvatile su to kao definiranje gdje svemir počinje. Druge agencije tvrde da je ta zamišljena linija nešto viša: na 100 kilometara.

Jonosfera je zona nabijenih čestica koja se proteže od gornje stratosfere ili donje mezosfere sve do egzosfere. Jonosfera je sposobna da odražava radio valove, što omogućava radio komunikaciju.

Time-lapse slika Zemlje koja prikazuje atmosferu, sa Međunarodne svemirske stanice NASA

Termosfera: 85 do 600 km (53 do 372 milje)

Sljedeći sloj gore je termosfera. Upija sunčeve zrake i ultraljubičastu energiju, štiteći nas one na zemlji od ovih štetnih zraka. Usponi i padovi te solarne energije takođe čine da se termosfera divlje razlikuje u temperaturi. Pri vrhu može preći od zaista hladnog do vrućeg oko 1.980 ºC (3.600 ºF). Promjena sunčeve energije takođe uzrokuje da se debljina ovog sloja širi zagrijavanjem i skuplja dok se hladi. Sa svim nabijenim česticama, u termosferi se nalaze i one prekrasne nebeske emisije poznate kao polarne svjetlosti. Gornja granica ovog sloja naziva se termopauza.

Eksosfera: 600 do 10.000 km (372 do 6.200 milja)

Najgornji sloj Zemljine atmosfere naziva se egzosfera. Njegova donja granica poznata je kao egzobaza. Egzosfera nema čvrsto definiran vrh. Umjesto toga, ona samo blijedi dalje u svemir. Molekuli zraka u ovom dijelu naše atmosfere toliko su udaljeni da se rijetko čak sudaraju jedni s drugima. Zemljina gravitacija još uvijek ima malo poteza ovdje, ali taman toliko da spriječi da većina oskudnih molekula zraka odnese. Ipak, neki od tih molekula zraka - sićušni komadići naše atmosfere - isplivaju, izgubljeni za Zemlju zauvijek.

Kako se izdiže prema svemiru, Zemljina atmosfera mijenja se u gustoći i mnogo više. Dubina svakog sloja može se razlikovati ovisno o danu i geografskoj širini i ovdje su prikazane umjetnički (ne crta se u mjerilu). VectorMine / iStock / Getty Images

Zabavne činjenice

  • Udarni talasi od zemljotresa, erupcija vulkana i eksplozija na površini Zemlje mogu se provući atmosferom.
  • Međunarodna svemirska stanica kruži oko Zemlje na prosječnoj nadmorskoj visini od oko 400 kilometara (250 milja). To je unutar termosfere. Sateliti takođe deluju u ovom regionu i šire, u egzosferu.
  • Termosfera je pretrpana krhotinama koje je stvorio čovjek, poput starih satelita i komadića raketa. Svake godine sudari između ovih predmeta stvaraju još više krhotina. Orbitirajući neverovatnom brzinom, čak i čestice veličine zrna graška mogu prouzrokovati ozbiljnu štetu na radim satelitima. Međunarodna svemirska stanica imala je nekoliko skoro promašaja sa svemirskim otpadom i povremeno mijenja svoj položaj u orbiti kako bi izbjegla sudare. poput ugljen-dioksida, metana, vodene pare i azot-oksida prirodno se javljaju u atmosferi. Ali ljudska aktivnost povećala je njihov nivo. Oni upijaju toplotu sa Zemlje i zrače je natrag na površinu, pojačavajući zagrijavanje.

Power Words

aerosol: (adj. aerosolizovano) Sićušna čvrsta ili tečna čestica suspendovana u vazduhu ili u obliku plina. Aerosoli mogu biti prirodni, poput magle ili plina iz vulkanskih erupcija, ili umjetni, poput dima iz sagorijevanja fosilnih goriva.

atmosfera: Omotač plinova koji okružuju Zemlju ili drugu planetu.

atom: Osnovna jedinica kemijskog elementa. Atomi se sastoje od guste jezgre koja sadrži pozitivno nabijene protone i nenabijene neutrone. Oko jezgre kruži oblak negativno nabijenih elektrona.

aurora: Svjetlosni prikaz na nebu nastao kada se dolazne energetske čestice sunca sudare s molekulima gasa u gornjoj atmosferi planete. Najpoznatija od njih je Zemljina polarna svjetlost ili sjeverno svjetlo. Na nekim vanjskim planetama plina, poput Jupitera i Saturna, kombinacija brze brzine rotacije i jakog magnetskog polja dovodi do visokih električnih struja u gornjim slojevima atmosfere, iznad polova planeta. To, takođe, može prouzrokovati polarne "svjetlosne" emisije u njihovim gornjim slojevima atmosfere.

prosjek: (u nauci) Pojam za aritmetičku sredinu, koji je zbroj grupe brojeva koji se zatim dijeli s veličinom grupe.

ugljen-dioksid: (ili CO2) Plin bez boje i mirisa koji proizvode sve životinje kada kisik koji udišu reagira sa hranom bogatom ugljikom koju su pojele. Ugljen-dioksid se takođe oslobađa kada organska materija sagori (uključujući fosilna goriva poput nafte ili plina). Ugljični dioksid djeluje kao staklenički plin, zauzimajući toplinu u Zemljinoj atmosferi. Biljke pretvaraju ugljen-dioksid u kisik tokom fotosinteze, procesa koji koriste za stvaranje vlastite hrane.

nebeski: (u astronomiji) Od ili se odnosi na nebo ili svemir.

hemijski: Supstanca nastala od dva ili više atoma koji se ujedinjuju (vezuju) u fiksnom omjeru i strukturi. Na primjer, voda je hemikalija koja nastaje kada se dva atoma vodonika vežu za jedan atom kiseonika. Njegova hemijska formula je H2O.

oblak: Plum molekula ili čestica, poput kapljica vode, koji se kreću pod djelovanjem vanjske sile, poput vjetra, zračenja ili vodenih struja. (u nauci o atmosferi) Masa kapljica vode u zraku i kristala leda koji putuju u obliku perjanice, obično visoko u Zemljinoj atmosferi. Njegovo kretanje pokreću vjetrovi.

komercijalno: (u istraživanju i ekonomiji) pridjev za nešto što je spremno za prodaju ili se već prodaje. Komercijalna roba je ona koja se uhvati ili proizvede za druge, a ne samo za ličnu potrošnju.

konvekcija: Porast i pad materijala u tekućini ili plinu zbog nejednakih temperatura. Ovaj proces se događa u vanjskim slojevima nekih zvijezda.

krhotine: Raštrkani fragmenti, obično smeća ili nečega što je uništeno. Svemirski otpad, na primjer, uključuje olupine nepostojećih satelita i svemirskih letjelica.

zemljotres: Iznenadno i ponekad nasilno tresenje tla, koje ponekad uzrokuje velika razaranja, kao rezultat kretanja unutar Zemljine kore ili vulkanskog djelovanja.

uzvišenje: Visina ili nadmorska visina na kojoj nešto postoji.

ekvator: Zamišljena linija oko Zemlje koja dijeli Zemlju na sjevernu i južnu hemisferu.

erupcija: (u geoznanosti) Iznenadno pucanje ili prskanje vrućeg materijala iz duboke unutrašnjosti planete ili mjeseca i kroz njenu površinu. Vulkanske erupcije na Zemlji obično šalju vruću lavu, vruće plinove ili pepeo u zrak i preko okolnog kopna. U hladnijim dijelovima Sunčevog sistema erupcije često uključuju prskanje tečne vode kroz pukotine u ledenoj kori. To se događa na Enceladu, Saturnovom mjesecu koji je prekriven ledom.

sila: Neki vanjski utjecaj koji može promijeniti kretanje tijela, držati tijela jedno uz drugo ili stvarati kretanje ili stres u nepokretnom tijelu.

gravitacija: Sila koja privlači bilo šta sa masom ili masu prema bilo kojoj drugoj stvari sa masom. Što više mase nešto ima, to je veća njegova gravitacija.

stakleničkih plinova: Plin koji doprinosi efektu staklene bašte upijajući toplinu. Ugljen-dioksid je jedan od primjera stakleničkih plinova.

Međunarodna svemirska stanica: Vještački satelit koji kruži oko Zemlje. Ovom stanicom upravljaju Sjedinjene Države i Rusija, a ova stanica pruža istraživački laboratorij iz kojeg naučnici mogu izvoditi eksperimente iz biologije, fizike i astronomije - i vršiti promatranja Zemlje.

ionosfera: Sloj Zemljine atmosfere koji leži oko 75 i 1.000 kilometara (47 i 620 milja) iznad Zemljine površine. Apsorbira sunčeve štetne ekstremno ultraljubičaste zrake. Ta energija oduzima elektrone od atoma i molekula, stvarajući zonu punu slobodno plutajućih jona. Udio prisutnih jona ovdje utječe na radio i druge signale koji prolaze kroz njega.

Karmanova linija: Poznata i kao mezopauza, nazvana je po fizičaru mađarskog rođenja Theodoreu von Kármánu. Na oko 80 kilometara (50 milja) gore, to je zamišljena crta koju je Karman odabrao da označi gdje započinje svemir.

širina: Udaljenost od ekvatora izmjerena u stupnjevima (do 90). Niske geografske širine bliže su ekvatoru, visoke geografske širine bližim polovima.

masa: Broj koji pokazuje koliko se objekt opire ubrzanju i usporavanju - u osnovi je mjera od koliko je materije taj objekt napravljen.

meteor: (pril. meteorit) Gruda kamena ili metala iz svemira koja pogađa atmosferu Zemlje. U svemiru je poznat kao meteoroid. Kad ga vidite na nebu, to je meteor. A kada padne na tlo naziva se meteorit.

metan: Ugljovodonik hemijske formule CH4 (što znači da su četiri atoma vodonika vezana za jedan atom ugljenika). Prirodni je sastojak onoga što je poznato kao prirodni plin. It’s also emitted by decomposing plant material in wetlands and is belched out by cows and other ruminant livestock. From a climate perspective, methane is 20 times more potent than carbon dioxide is in trapping heat in Earth’s atmosphere, making it a very important greenhouse gas.

molecule: An electrically neutral group of atoms that represents the smallest possible amount of a chemical compound. Molecules can be made of single types of atoms or of different types. For example, the oxygen in the air is made of two oxygen atoms (O2), but water is made of two hydrogen atoms and one oxygen atom (H2O).

orbita: The curved path of a celestial object or spacecraft around a galaxy, star, planet or moon. One complete circuit around a celestial body.

oxide: A compound made by combining one or more elements with oxygen. Rust is an oxide so is water.

ozone: A colorless gas made of molecules that contain three oxygen atoms. It can form high in the atmosphere or at ground level. When it forms at Earth’s surface, ozone is a pollutant that irritates eyes and lungs. It is also a major ingredient of smog.

ozone layer: A layer in Earth’s stratosphere. It contains a lot of ozone (a molecule made from three oxygen atoms), which helps block much of the sun’s biologically damaging ultraviolet radiation.

particle: A minute amount of something.

physicist: A scientist who studies the nature and properties of matter and energy.

planet: A large celestial object that orbits a star but unlike a star does not generate any visible light.

poles: (in Earth science and astronomy) The cold regions of the planet that exist farthest from the equator the upper and lower ends of the virtual axis around which a celestial object rotates.

pollutant: A substance that taints something — such as the air, water, our bodies or products. Some pollutants are chemicals, such as pesticides. Others may be radiation, including excess heat or light. Even weeds and other invasive species can be considered a type of biological pollution.

radiate: (in physics) To emit energy in the form of waves.

radio waves: Waves in a part of the electromagnetic spectrum. They are a type that people now use for long-distance communication. Longer than the waves of visible light, radio waves are used to transmit radio and television signals. They also are used in radar.

satellite: A moon orbiting a planet or a vehicle or other manufactured object that orbits some celestial body in space.

shock waves: Tiny regions in a gas or fluid where properties of the host material change dramatically owing to the passage of some object (which could be a plane in air or merely bubbles in water). Across a shock wave, a region’s pressure, temperature and density spike briefly, and almost instantaneously.

solar energy: The energy in sunlight that can be captured as heat or converted into heat or electrical energy. Some people refer to wind power as a form of solar energy. The reason: Winds are driven by the variations in temperatures and the density of the air, both of which are affected by the solar heating of the air, ground and surface waters.

sun: The star at the center of Earth’s solar system. It is about 27,000 light-years from the center of the Milky Way galaxy. Also a term for any sunlike star.

tropopause: A boundary between the two lower layers of Earth's atmosphere, the troposphere and the stratosphere. That boundary layer varies with latitude, running from a height of about 6 kilometers (4 miles) over the poles to 18 kilometers (11 miles) over the equator.

turbulent: (n. turbulence) An adjective for the unpredictable fluctuation of a fluid (including air) in which its velocity varies irregularly instead of maintaining a steady or calm flow.

ultraviolet: A portion of the light spectrum that is close to violet but invisible to the human eye.

vertical: A term for the direction of a line or plane that runs up and down, as the vertical post for a streetlight does. It’s the opposite of horizontal, which would run parallel to the ground.

vodena para: Water in its gaseous state, capable of being suspended in the air.

talasa: A disturbance or variation that travels through space and matter in a regular, oscillating fashion.

weather: Conditions in the atmosphere at a localized place and a particular time. It is usually described in terms of particular features, such as air pressure, humidity, moisture, any precipitation (rain, snow or ice), temperature and wind speed. Weather constitutes the actual conditions that occur at any time and place. It’s different from climate, which is a description of the conditions that tend to occur in some general region during a particular month or season.

X-ray: A type of radiation analogous to gamma rays, but having somewhat lower energy.

Citations

Journal: E. Astafyeva. Ionospheric detection of natural hazards. Reviews of Geophysics. Vol. 57, December 4, 2019, p. 1265. doi: 10.1029/2019RG000668.

Website: Center for Science Education. University Corporation for Atmospheric Research. Layers of Earth’s atmosphere.

Website: National Environmental Satellite, Data, and Information Service. Peeling Back the Layers of the Atmosphere. National Oceanic and Atmospheric Administration. February 22, 2016.

Classroom Resources for This Article Learn more

Free educator resources are available for this article. Register to access:


Space Littering Can Impact Earth’s Atmosphere

There is growing appreciation that outer space has become atrash bin, with the Earth encircled by dead or dying spacecraft, along withmenacing bits of orbital clutter - some of which burns up in the planet?satmosphere.

The big news of late was a smashup of a commercial Iridiumsatellite with a defunct Russian spacecraft earlier this year. Then there wasthat 2007 anti-satellite test by China, purposely destroying one of its agingweather satellites. These events produced largedebris fields in space ? adding to the swamp of cosmic compost.

But I sense a line of research that needs exploring: Theoverall impact of human-made orbital debris, solid and liquid propellantdischarges, and other space age substance abuse that winds up in a high-speeddive through Earth?s atmosphere.

There?s a convenient toss away line that is in vogue: thatsuch space refuse simply ?burns up? ? a kind of out of sight, out of minddeclaration.

What chemistry is involved given the high heating duringreentry of space leftovers made of tungsten, beryllium, aluminum and lots ofcomposite materials? The impact of these materials on Earth?s atmosphere - topto bottom ? would seem worthy of investigation.

As for total mass of uncontrolled objects that re-enter eachyear ? it?s in the range of 70 ? 80 metric tons. And that?s the trackable, bigstuff ? never mind smaller bits of orbital jetsam like bubbles ofstill-radioactive coolant that has been leaked from old nuclear-powered Sovietsatellites.

One study team that looked into the impact of de-orbitingspace debris on stratospheric ozone issued their findings back in 1994. Thework was done by an aerospace industry firm for the Environmental ManagementDivision of the Space and Missile Systems Center. They reported that objectsre-entering the atmosphere can affect ozone in several ways, but not on asignificant level globally.

Indeed, as an object plowsthrough the Earth?s stratosphere, a shock wave is created that producesnitric oxide, a known cause of ozone depletion. Spacecraft and rocket motorsare composed of metal alloys and composite materials that melt away duringre-entry. The researchers found that these materials, as they undergo intenseheating, also form chemicals that react directly or indirectly to consumeozone.

Overall, the study found that the physical and chemicalphenomena associated with deorbiting debris do not have ?a significant impact?on global stratospheric ozone.

Pass the collection plates

Then there?s the work of Michael Zolensky of AstromaterialsResearch and Exploration Science at NASA?s Johnson Space Center in Houston,Texas.

Some 20 years ago, Zolensky led a team that found a ten-foldincrease in the abundance of large solid particles in the stratosphere between1976 and 1984. Using high-altitude aircraft, the NASA sampling program wasdirected at snagging particles of dust from comets and asteroids as they filterdown through the atmosphere.

However, when the collection plates were later analyzed,exhaust residue from solid rocket motor firings, protective paints that shedfrom the outer hulls of spacecraft in orbit, and particles of mostly aluminumfrom re-entering space hardware were identified.

?I don?t think anyone ever followed up on this,? Zolensky toldme. More study is needed on the density of particles, types of particles, howlong they are suspended in the atmosphere, and whether or not the amount ofdeorbiting detritus has increased over time.

Another scientist flagging this issue is Martin Ross of TheAerospace Corporation in El Segundo, California. He points out that this typeof research is one where you need to have the science guys talking to theengineering community. ?And that usually doesn?t happen.?

Ross emphasized that orbital debris impacts onEarth?s atmosphere, at the moment, is not something to be too concernedabout. However, now is the time to get smart about what is taking place, hesaid.

But complicating that investigation, Ross noted, is thatairplane and balloons only operate at altitudes lower than where the re-entryprocess takes place. That upper stratosphere-lower mesosphere region has oftenbeen tagged as the ?Ignorosphere,? Ross said.

Even at balloon altitude there has been some recent,unexpected, insight. Scientists at the Indian Space Research Organizationannounced last March that ultraviolet-resistant bacteria had been found inEarth?s upper stratosphere, purportedly not found elsewhere on Earth.

?Everywhere we look on the Earth, we seem to find somethingthat we could call life,? Ross told SPACE.com. ?So I guess it wouldn?tbe too surprising that you?d find some layer of a particular microbe, orsomething, at various levels in the atmosphere.?

Ross, along with Darin Toohey of the University of Colorado,Boulder?s Atmospheric and Oceanic Sciences Department recently reported thatrocket launches may need regulation to prevent ozone depletion.

That study ? published in Astropolitics this pastMarch, an international journal of space politics and policy -- includesanalysis from Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona, Florida andprovides a market analysis for estimating future ozone layer depletion based onthe expected growth of the space industry and known impacts of rocket launches.

In that assessment, the global market for rocket launchesmay require more stringent regulation in order to prevent significant damage toEarth?s stratospheric via ozone-destroying rocket emissions in the decades tocome.

The new study was designed to bring attention to the issue in hopes of sparkingadditional research, Ross said. Furthermore, getting a handle on the makeup ofhuman-made components and debris that speeds through the upper atmosphere ?from an accounting point of view -- would be a fairly simple thing to do, headded.

?All we really have right now are a small handful ofobservations of the emissions of a few rockets as they ascend to space. Eventhen, we lack critical observations in the plumes of many other types ofrockets to be confident in predictions of the impacts of the space launch fleetas a whole,? Toohey told SPACE.com.

?Add in the unknown impacts of vapors formed during reentry,and you can guess that we have some work to do to provide solid evidence neededby the space launch industry to design new vehicles that minimize thoseimpacts,? Toohey added.

Toohey said the good news is that, if the atmosphericsciences and space launch communities can come together to address this issue,?we have the expertise and tools to solve this before it ever becomes a seriousproblem.?

Space ? a Superfund clean-up site

While getting a research handle on the Ignorosphere appearscalled for, the bigger mess to deal with is how best to de-clutter lowEarth orbit.


The thermosphere rises several hundred miles above the Earth's surface, from 56 miles (90 km) up to between 311 and 621 miles (500–1,000 km). Temperature is very much affected by the sun here it can be 360 degrees Fahrenheit hotter (500 C) during the day than at night. Temperature increases with height and can rise to as high as 3,600 degrees Fahrenheit (2000 C). Nonetheless, the air would feel cold because the hot molecules are so far apart. This layer is known as the upper atmosphere, and it is where the auroras occur (northern and southern lights).

Extending from the top of the thermosphere to 6,200 miles (10,000 km) above Earth is the exosphere, where weather satellites are. This layer has very few atmospheric molecules, which can escape into space. Some scientists disagree that the exosphere is a part of the atmosphere and instead classify it actually as a part of outer space. There is no clear upper boundary, as in other layers.


Shrinking atmospheric layer linked to low levels of solar radiation

Large changes in the sun's energy output may drive unexpectedly dramatic fluctuations in Earth's outer atmosphere.

Results of a new study link a recent, temporary shrinking of a high atmospheric layer with a sharp drop in the sun's ultraviolet radiation levels.

The research, led by scientists at the National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colo., and the University of Colorado at Boulder (CU), indicates that the sun's magnetic cycle, which produces differing numbers of sunspots over an approximately 11-year cycle, may vary more than previously thought.

The results, published in the American Geophysical Union journal Geophysical Research Letters, are funded by NASA and by the National Science Foundation (NSF), NCAR's sponsor.

"This research makes a compelling case for the need to study the coupled sun-Earth system," says Farzad Kamalabadi, program director in NSF's Division of Atmospheric and Geospace Sciences, "and to illustrate the importance of solar influences on our terrestrial environment with both fundamental scientific implications and societal consequences."

The findings may have implications for orbiting satellites, as well as for the International Space Station.

"Our work demonstrates that the solar cycle not only varies on the typical 11-year time scale, but also can vary from one solar minimum to another," says lead author Stanley Solomon, a scientist at NCAR's High Altitude Observatory. "All solar minima are not equal."

The fact that the layer in the upper atmosphere known as the thermosphere is shrunken and dense means that satellites can more easily maintain their orbits.

But it also indicates that space debris and other objects that pose hazards may persist longer in the thermosphere.

"With lower thermospheric density, our satellites will have a longer life in orbit," says CU professor Thomas Woods, a co-author.

"This is good news for those satellites that are actually operating, but it is also bad because of the thousands of non-operating objects remaining in space that could potentially have collisions with our working satellites."

The sun's energy output declined to unusually low levels from 2007 to 2009, a particularly prolonged solar minimum during which there were virtually no sunspots or solar storms.

During that same period of low solar activity, Earth's thermosphere shrank more than at any time in the 43-year era of space exploration.

The thermosphere, which ranges in altitude from about 55 to more than 300 miles (90 to 500 kilometers), is a rarified layer of gas at the edge of space where the sun's radiation first makes contact with Earth's atmosphere.

It typically cools and becomes less dense during low solar activity.

But the magnitude of the density change during the recent solar minimum appeared to be about 30 percent greater than would have been expected by low solar activity.

The study team used computer modeling to analyze two possible factors implicated in the mystery of the shrinking thermosphere.

They simulated both the impacts of solar output and the role of carbon dioxide, a potent greenhouse gas that, according to past estimates, is reducing the density of the outer atmosphere by about 2 percent to 5 percent per decade.

Their work built on several recent studies.

Earlier this year, a team of scientists from the Naval Research Laboratory and George Mason University, measuring changes in satellite drag, estimated that the density of the thermosphere declined in 2007-09 to about 30 percent less than during the previous solar minimum in 1996.

Other studies by scientists at the University of Southern California and CU, using measurements from sub-orbital rocket flights and space-based instruments, have estimated that levels of extreme-ultraviolet radiation-a class of photons with extremely short wavelengths-dropped about 15 percent during the same period.

However, scientists remained uncertain whether the decline in extreme-ultraviolet radiation would be sufficient to have such a dramatic impact on the thermosphere, even when combined with the effects of carbon dioxide.

To answer this question, Solomon and his colleagues turned to an NCAR computer tool, known as the Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model.

They used the model to simulate how the sun's output during 1996 and 2008 would affect the temperature and density of the thermosphere.

They also created two simulations of thermospheric conditions in 2008-one with a level that approximated actual carbon dioxide emissions and one with a fixed, lower level.

The results showed the thermosphere cooling in 2008 by 41 kelvins, or K (about 74 degrees Fahrenheit) compared to 1996, with just 2 K attributable to the carbon dioxide increase.

The results also showed the thermosphere's density decreasing by 31 percent, with just 3 percent attributable to carbon dioxide, and closely approximated the 30 percent reduction in density indicated by measurements of satellite drag.

"It is now clear that the record low temperature and density were primarily caused by unusually low levels of solar radiation at the extreme-ultraviolet level," Solomon says.

Woods says the research indicates that the sun could be going through a period of relatively low activity, similar to periods in the early 19th and 20th centuries.

This could mean that solar output may remain at a low level for the near future.

"If it is indeed similar to certain patterns in the past, then we expect to have low solar cycles for the next 10 to 30 years," Woods says.

Izvor priče:

Materijal obezbedio National Science Foundation. Napomena: Sadržaj se može uređivati ​​zbog stila i dužine.


Pogledajte video: Proljetna priprema zemljišta - metod drvene sječke (Oktobar 2022).