Az atmoszféra
A Földet egy viszonylag vékony légkör (általában levegő) veszi körül, amely gázok, elsősorban molekuláris nitrogén (78%) és molekuláris oxigén (21%) keverékéből áll. Jelenleg sokkal kevesebb gázmennyiség van jelen, mint például argon (közel 1%), vízgőz (átlagosan 1%, de időben és helyzetben nagyon változó), szén-dioxid (0,0395% [395 ppm) és jelenleg emelkedő), metán (0,00018 százalék [1,8 rész / millió] és jelenleg növekszik), és mások, a szuszpenzióban lévő kis szilárd és folyékony részecskékkel együtt.
geoid: A Föld alakjának meghatározása
Az a gondolat, hogy a Föld gömb alakú, általában Pythagorasnak adják (a 6. században virágzott), és
Mivel a Földnek gyenge gravitációs mezője (méretének köszönhetően) és meleg légköri hőmérséklete (a Naphoz való közelsége miatt) az óriásbolygókhoz képest, hiányzik az univerzumban a leggyakoribb gázok: hidrogén és hélium. Míg a Nap és a Jupiter túlnyomórészt e két elemből áll, nem tudták őket sokáig megőrizni a korai Földön, és gyorsan elpárologtattak a bolygóközi térben. A Föld légkörének magas oxigéntartalma nem szokásos. Az oxigén egy nagyon reakcióképes gáz, amelyet a legtöbb bolygójárási körülmény között a légkörben, a felszínen és a kéregben lévő egyéb vegyi anyagokkal kombinálnának. Valójában folyamatosan biológiai folyamatok szolgáltatják; élet nélkül gyakorlatilag nem lenne szabad oxigén. A légkörben levő 1,8 millió rész metán szintén messze nem felel meg a légkör és a kéreg kémiai egyensúlyának: ez is biológiai eredetű, az emberi tevékenységek hozzájárulása messze meghaladja a többieket.
A légkör gázai a Föld felszínétől több ezer kilométer magasságig terjednek, végül összeolvadnak a napszélgel - egy töltött részecskékkel, amely kifelé áramlik a Nap legkülső régióiból. A légkör összetétele körülbelül 100 km (60 mérföld) magasságig többé-kevésbé állandó, kivéve a vízgőzt és az ózonot.
A légkört általában külön rétegek vagy régiók szerint írják le. A légkör nagy része a troposzféra koncentrálódik, amely a felszíntől a szélességi foktól és az évszaktól függően körülbelül 10–15 km (6–9 mérföld) magasságig terjed. A gázok viselkedését ebben a rétegben konvekció szabályozza. Ez a folyamat magában foglalja a Nap melegített felszíni levegő felhajtóképességéből adódó, turbulens, felboruló mozgásokat. A konvekció csökkenő függőleges hőmérsékleti gradienst, azaz hőmérsékleti csökkenést magasságban tart, kb. 6 ° C (10,8 ° F) / km a troposzférán keresztül. A troposzféra tetején, amelyet tropopause-nak hívnak, a hőmérséklet körülbelül –80 ° C-ra (–112 ° F) esett. A troposzféra az a régió, ahol szinte minden vízgőz létezik, és gyakorlatilag minden időjárás bekövetkezik.
A száraz, nehezebb sztratoszféra a troposzféra felett fekszik, és kb. 50 km (30 mérföld) magasságig terjed. A konvektív mozgások gyenge vagy hiányoznak a sztratoszférában; A mozgások inkább vízszintesen orientáltak. A hőmérséklet ebben a rétegben a magassággal nő.
A felső sztratoszférikus régiókban a Nap ultraibolya fényének abszorpciója lebontja a molekuláris oxigént (O 2); az egyes oxigénatomok O 2 molekulákkal történő rekombinációja ózonré (O 3) hozza létre az árnyékoló ózonréteget.
A viszonylag meleg rétegszünet felett a még nehezebb mezoszféra, ahol a hőmérséklet ismét a tengerszint feletti magasság 80–90 km-re (50–56 mérföld) magasságával csökken, ahol a mezopuuse meghatározása megtörtént. Az ott elért minimális hőmérséklet rendkívül változó az évszakok szerint. A hőmérsékletek ezután növekvő magassággal emelkednek a termoszféra néven ismert felülrétegen keresztül. Körülbelül 80–90 km felett is egyre növekszik a töltött vagy ionizált részecskék aránya, amely ettől a magasságtól felfelé határozza meg az ionoszférát. Látványos látható aurákat generálnak ebben a régióban, különösen a pólusok körül körülbelül kör alakú zónák mentén, a légkörben levő nitrogén- és oxigénatomok kölcsönhatása által a Napból származó energetikai részecskék epizodikus törtjeivel.
A Föld általános légköri keringését a napfény energiája vezérli, amely az egyenlítői szélességben sokkal bonyolultabb. Ennek a hőnek a pólusok felé történő elmozdulását erősen befolyásolja a Föld gyors forgása és az ahhoz kapcsolódó Coriolis-erő az Egyenlítőtől távol eső szélességeken (amely egy keleti-nyugati komponenst ad a szelek irányához), ami több keringő cellát eredményez mindegyikben félteke. Az instabilitások (a légköri áramlásban bekövetkező zavarok, amelyek idővel növekednek) a középső szélesség jellegzetes nagynyomású területeit és alacsony nyomású viharjait, valamint a troposzféra felső, keleti irányba haladó gyors, kelet felé vezető sugárfolyamát eredményezik, amelyek a viharok útját vezetik. Az óceánok hatalmas hőtárolók, amelyek nagyrészt a Föld globális hőmérséklete változásainak enyhítésére szolgálnak, de lassan változó áramuk és hőmérsékleteik szintén befolyásolják az időjárást és az éghajlatot, mint például az El Niño / déli oszcilláció időjárási jelenségében (lásd éghajlat: Keringés, áramlatok, és az óceán és a légkör kölcsönhatása; éghajlat: El Niño / Déli oszcilláció és éghajlati változások).
A Föld légköre nem egy statikus tulajdonsága a környezetnek. Kompozíciója inkább a földtani idő alatt, az élettel összhangban alakult ki, és ma az emberi tevékenységekre reagálva gyorsabban változik. Körülbelül a Föld története felénél a légkör szokatlanul magas szabad oxigéntartalma kezdett kialakulni a cianobaktériumok általi fotoszintézis (lásd kék-zöld algák) és az oxigén természetes felszíneinek (pl. Viszonylag oxigénszegény ásványi anyagok és hidrogén-) telítettsége révén. vulkánokból kilépő gazdag gázok). Az oxigén felhalmozódása lehetővé tette olyan komplex sejtek fejlődését, amelyek az anyagcserét során oxigént fogyasztanak, és amelyekből minden növény és állat áll (lásd eukarióta).
A Föld éghajlata bármilyen helyen változhat az évszakoktól függően, de a globális éghajlat hosszabb távon is változik. A vulkáni robbanások, például a Pinatubo-hegy 1991-es kitörése a Fülöp-szigeteken, nagy mennyiségű porrészecskét vezethetnek be a sztratoszférába, amelyek évekig szuszpendálódnak, csökkentve a légköri átláthatóságot, és mérhető hűtést eredményezve világszerte. Az aszteroidák és üstökösök sokkal ritkább, óriási hatásai még mélyebb hatást fejthetnek ki, ideértve a napfény erőteljes csökkenését hónapokig vagy évekig, amire sok tudós szerint az élő fajok tömeges kihalása vezette a krétakori időszak végén, 66 millió évvel. ezelőtt. (A kozmikus hatások által jelentett kockázatokról és azok bekövetkezésének esélyeiről további információt a Föld ütközési veszélye tartalmaz.) A legfrissebb geológiai nyilvántartásban megfigyelt domináns éghajlati változások a jégkorszakok, amelyek a Föld dőlésének és körüli pályájának változásaihoz kapcsolódnak. geometria a Nap felé.
A hidrogénfúzió fizikája arra utal, hogy a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a Nap a Föld legkorábbi története során 30 százalékkal kevésbé volt világító, mint jelenleg. Ennélfogva, mivel minden más egyenlő volt, az óceánokat fagyosnak kellett volna hagyni. A Föld bolygószomszédainak, a Marsnak és a Vénusznak a megfigyelése, valamint a földkéregbe bekötött szén becslése arra utal, hogy a korábbi időszakokban a Föld légkörében sokkal több szén-dioxid volt. Ez fokozta volna a felület melegítését az üvegházhatás révén, és így lehetővé tenné az óceánok folyékony maradását.
Ma 10000-szor annyi széndioxid van eltemetve a karbonátos kőzetekbe a földkéregben, mint a légkörben, éles ellentétben a Vénuszmal, amelynek légköri evolúciója más irányba haladt. A Földön a szén-dioxid karbonátokké történő átalakításának fő mechanizmusa a tengeri élet által képződő karbonáthéjak; A folyékony vizet érintő abiotikus folyamatok szintén karbonátokat eredményeznek, bár lassabban. A Vénuszon azonban az életnek soha nem volt esélye felmerülni és karbonátokat előállítani. Mivel a bolygó a Naprendszerben helyezkedik el, a korai Vénusz 10–20 százalékkal több napfényt kapott, mint a Földön esik még ma is, annak ellenére, hogy az akkoriban halványabb Nap volt. A legtöbb bolygó tudós úgy gondolja, hogy a megemelkedett felszíni hőmérséklet megakadályozta a víz kondenzálódását folyadékgá. Ehelyett vízgőzként maradt a légkörben, amely, mint a szén-dioxid, hatékony üvegházhatású gáz. A két gáz együttes hatására a felületi hőmérséklet még magasabbra emelkedett, így hatalmas mennyiségű víz távozott a sztratoszférába, ahol a napenergia ultraibolya sugárzása szétválasztotta azt. A túl forró és száraz körülmények között az abiotikus karbonát képződéséhez a bolygó szénkészleteinek nagy része vagy egésze a légkörben szén-dioxid formájában maradt. A modellek azt jósolják, hogy a Föld ugyanazt a sorsot szenvedheti egy milliárd év alatt, amikor a Nap 10–20 százalékkal haladja meg jelenlegi fényerejét.
Az 1950-es évek vége és a 20. század vége között a szén-dioxid mennyisége a Föld légkörében több mint 15 százalékkal nőtt a fosszilis tüzelőanyagok (például szén, olaj és földgáz) elégetése és a trópusi esőerdők pusztulása miatt., mint például az Amazon folyó medencéje. A számítógépes modellek azt jósolják, hogy a szén-dioxid nettó megduplázódása a 21. század közepére a bolygó átlagában 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) globális felmelegedéshez vezethet, amelynek mély hatása lenne a tenger szintjére és mezőgazdaság. Bár ezt a következtetést néhányan kritizálták azon az alapon, hogy az eddig megfigyelt felmelegedés nem tartott lépést az előrejelzéssel, az óceánhőmérsékleti adatok elemzése arra utalt, hogy a 20. században felmelegedés nagy része valójában magukban az óceánokban történt - és végül megjelenik a légkörben.
Egy másik jelenlegi aggodalom a légkörrel kapcsolatban az emberi tevékenységeknek a sztratoszférikus ózonrétegre gyakorolt hatása. Az 1980-as évek közepén úgy találták, hogy az összetett kémiai reakciókkal, amelyekben nyomon követik az ember által készített klór-fluorozott szénhidrogének (CFC-k) nyomait, az átmeneti lyukakat hoznak létre az ózonrétegben, különösen az Antarktisz felett a poláris tavasz alatt. Még inkább zavarónak találta az ózon fokozódó kimerülését a magasan lakott mérsékelt szélességi területeken, mivel azt találták, hogy a rövid hullámhosszú ultraibolya sugárzás, amelyet az ózonréteg hatékonyan elnyel, bőrrákot okoz. A legszembetűnőbb ózonpusztító CFC-k termelésének megállítására vonatkozó nemzetközi megállapodások végül megállítják és visszafordítják a kimerülést, de csak a 21. század közepére, mivel ezeknek a vegyi anyagoknak a sztratoszférában hosszú tartózkodási ideje van.
