Atmosféra
Zem je obklopená relatívne tenkou atmosférou (bežne nazývanou vzduch), ktorá pozostáva zo zmesi plynov, predovšetkým molekulárneho dusíka (78 percent) a molekulárneho kyslíka (21 percent). Tiež sú prítomné oveľa menšie množstvá plynov, ako je argón (takmer 1 percento), vodná para (v priemere 1 percento, ale vysoko variabilná v čase a mieste), oxid uhličitý (0,0395% [395 častíc na milión] a v súčasnosti stúpajúci), metán (0,00018 percenta (1,8 dielov na milión] a v súčasnosti stúpa) a ďalšie, spolu s drobnými pevnými a kvapalnými časticami v suspenzii.
geoid: Určenie postavy Zeme
Zásluhu na myšlienke, že Zem je sférická, sa zvyčajne pripisuje Pythagoras (rozkvet v 6. storočí) a
Pretože Zem má slabé gravitačné pole (na základe svojej veľkosti) a teplé atmosférické teploty (vďaka svojej blízkosti k Slnku) v porovnaní s obrovskými planétami, postrádajú najbežnejšie plyny vo vesmíre, ktoré vlastnia: vodík a hélium. Zatiaľ čo Slnko aj Jupiter sú zložené prevažne z týchto dvoch prvkov, nemohli sa dlho udržať na ranej Zemi a rýchlo sa odpariť do medziplanetárneho priestoru. Vysoký obsah kyslíka v zemskej atmosfére je neobvyklý. Kyslík je vysoko reaktívny plyn, ktorý by sa za väčšiny planetárnych podmienok mohol kombinovať s inými chemikáliami v atmosfére, povrchu a kôre. V skutočnosti sa dodáva nepretržite biologickými procesmi; bez života by prakticky neexistoval žiadny voľný kyslík. 1,8 dielov na milión metánu v atmosfére je tiež ďaleko od chemickej rovnováhy s atmosférou a kôrou: je tiež biologického pôvodu a príspevok ľudskej činnosti prevažuje nad ostatnými.
Plyny atmosféry sa tiahnu od povrchu Zeme do výšok tisícov kilometrov a nakoniec sa spájajú so slnečným vetrom - prúdom nabitých častíc, ktoré tečú von z najvzdialenejších oblastí Slnka. Zloženie atmosféry je viac-menej konštantné s výškou do výšky asi 100 km (60 míľ), s osobitnými výnimkami sú vodná para a ozón.
Atmosféra je všeobecne opísaná z hľadiska rôznych vrstiev alebo oblastí. Väčšina atmosféry je sústredená v troposfére, ktorá sa rozprestiera od povrchu do výšky asi 10–15 km (6–9 míľ), v závislosti od zemepisnej šírky a ročného obdobia. Správanie sa plynov v tejto vrstve je riadené prúdením. Tento proces zahŕňa turbulentné, prevrátené pohyby vyplývajúce z vztlaku vzduchu blízko povrchu, ktorý je ohrievaný Slnkom. Konvekcia udržiava klesajúci vertikálny teplotný gradient - tj pokles teploty s nadmorskou výškou - približne 6 ° C (10,8 ° F) na km cez troposféru. Na vrchole troposféry, ktorá sa nazýva tropopauza, teploty klesli na asi -80 ° C (-112 ° F). Troposféra je oblasť, v ktorej existuje takmer všetka vodná para a vyskytuje sa v podstate každé počasie.
Suchá, jemná stratosféra leží nad troposférou a siaha do výšky asi 50 km (30 míľ). Konvekčné pohyby sú vo stratosfére slabé alebo chýbajú; pohyby sú skôr orientované horizontálne. Teplota v tejto vrstve sa zvyšuje s nadmorskou výškou.
V horných stratosférických oblastiach absorpcia ultrafialového svetla zo Slnka rozkladá molekulárny kyslík (O 2); rekombinácie jednotlivých atómov kyslíka s O 2 molekulami na ozón (O 3) vytvára vrstvu tienenia ozónu.
Nad relatívne teplou stratopaulou sa nachádza ešte miernejšia mezosféra, v ktorej teploty opäť klesajú s nadmorskou výškou na 80–90 km (50–56 míľ) nad povrchom, kde je mezopauza definovaná. Minimálna dosiahnutá teplota je v závislosti od ročného obdobia mimoriadne premenlivá. Teploty potom stúpajú so zvyšujúcou sa výškou cez vrchnú vrstvu známu ako termosféra. Tiež nad asi 80 - 90 km sa zvyšuje podiel nabitých alebo ionizovaných častíc, ktoré z tejto výšky hore určujú ionosféru. V tejto oblasti, najmä pozdĺž približne kruhových zón okolo pólov, sa vytvárajú spektrálne viditeľné aurory interakciou atómov dusíka a kyslíka v atmosfére s epizodickými výbuchmi energetických častíc pochádzajúcich zo Slnka.
Všeobecná atmosférická cirkulácia Zeme je poháňaná energiou slnečného svetla, ktoré je v rovníkových zemepisných šírkach hojnejšie. Pohyb tohto tepla smerom k pólom je silne ovplyvnený rýchlou rotáciou Zeme a súvisiacou Coriolisovou silou v zemepisných šírkach od rovníka (ktorý pridáva zložku východ - západ k smeru vetra), čo vedie k viacerým bunkám cirkulujúceho vzduchu v každom pologule. Nestability (poruchy v atmosférickom prúde, ktoré rastú s časom) vytvárajú charakteristické vysokotlakové oblasti a nízkotlakové búrky v stredných polohách, ako aj rýchle prúdové toky horných troposfér, smerujúce na východ, ktoré vedú cesty búrok. Oceány sú obrovské nádrže tepla, ktoré do značnej miery vyrovnávajú výkyvy globálnych teplôt Zeme, ale ich pomaly sa meniace prúdy a teploty ovplyvňujú aj počasie a klímu, ako je to v prípade fenoménu počasia El Niño / Southern Oscillation (pozri klímu: Cirkulácia, prúdy, a interakcia oceán - atmosféra; podnebie: El Niño / južná oscilácia a klimatické zmeny).
Atmosféra Zeme nie je statickým prvkom životného prostredia. Jeho zloženie sa skôr vyvíjalo v geologickom čase v zhode so životom a dnes sa mení rýchlejšie v reakcii na ľudské činnosti. Zhruba v polovici histórie Zeme sa začal vyvíjať nezvyčajne vysoký počet voľného kyslíka v atmosfére prostredníctvom fotosyntézy cyanobaktérií (pozri modrozelené riasy) a nasýtenia prirodzených povrchových záchytov kyslíka (napr. Minerálov s relatívne nízkym obsahom kyslíka a vodíka). plyny bohaté na sopky). Hromadenie kyslíka umožnilo rozvoj komplexných buniek, ktoré počas metabolizmu konzumujú kyslík a z ktorých sú zložené všetky rastliny a zvieratá (pozri eukaryota).
Klíma Zeme v ktorejkoľvek oblasti sa líši v závislosti od ročných období, ale v globálnej klíme sú aj dlhodobejšie rozdiely. Sopečné výbuchy, ako napríklad erupcia na vrchu Pinatubo v roku 1991 na Filipínach, môžu do stratosféry vstreknúť veľké množstvo prachových častíc, ktoré zostávajú roky pozastavené, čím sa znižuje priehľadnosť atmosféry a výsledkom je merateľné chladenie na celom svete. Oveľa zriedkavejšie, obrovské dopady asteroidov a komét môžu spôsobiť ešte hlbšie účinky, vrátane výrazného zníženia slnečného žiarenia na mesiace alebo roky, ako sa mnohí vedci domnievajú, že na konci kriedového obdobia, 66 miliónov rokov, došlo k hromadnému vyhynutiu živých druhov. pred. (Ďalšie informácie o rizikách spôsobených kozmickými vplyvmi a šanciach na ich výskyt nájdete v časti Nebezpečenstvo nárazu Zeme.) Dominantnými klimatickými zmenami pozorovanými v nedávnom geologickom zázname sú doby ľadové, ktoré súvisia so zmenami náklonu Zeme a jej obežnej dráhy. geometria vzhľadom na Slnko.
Fyzika vodíkovej fúzie vedie astronómov k záveru, že Slnko bolo o 30 percent menej žiarivé počas najstarších dejín Zeme, ako je tomu dnes. Z tohto dôvodu by všetky oceány mali byť zmrazené. Pozorovania planétnych susedov Zeme, Marsu a Venuše a odhady obsahu uhlíka v zemskej kôre v súčasnosti naznačujú, že v atmosfére Zeme bolo v predchádzajúcich obdobiach oveľa viac oxidu uhličitého. To by zlepšilo otepľovanie povrchu skleníkovým efektom, čo by umožnilo oceánom zostať tekuté.
Dnes je v zemskej kôre pochovaných 100 000 krát viac oxidu uhličitého než v atmosfére, čo je v ostrom kontraste s Venušou, ktorej atmosférický vývoj sledoval iný smer. Na Zemi je tvorba uhličitanových škrupín morským životom hlavným mechanizmom pre transformáciu oxidu uhličitého na uhličitany; abiotické procesy zahŕňajúce kvapalnú vodu tiež produkujú uhličitany, hoci pomalšie. Na Venuši však život nikdy nemal šancu vzniknúť a vytvárať uhličitany. Vďaka umiestneniu planéty v slnečnej sústave dostala Venuša skoro o 20 až 20 percent viac slnečného žiarenia, než dopadá na Zem, a to aj napriek tomu, že v tom čase bolo slabé mladé Slnko. Väčšina vedcov planéty verí, že zvýšená povrchová teplota, ktorá vyústila, zabránila kondenzácii vody na kvapalinu. Namiesto toho zostala v atmosfére ako vodná para, ktorá je rovnako ako oxid uhličitý účinným skleníkovým plynom. Spoločne tieto dva plyny spôsobili, že povrchové teploty stúpali ešte vyššie, takže obrovské množstvo vody uniklo do stratosféry, kde ju disociovalo slnečné ultrafialové žiarenie. V podmienkach, ktoré sú teraz príliš horúce a suché na to, aby umožnili tvorbu abiotického uhličitanu, zostala väčšina alebo všetky zásoby uhlíka na planéte v atmosfére ako oxid uhličitý. Modely predpovedajú, že Zem môže trpieť rovnakým osudom za miliardu rokov, keď Slnko prekročí súčasný jas o 10 - 20 percent.
Od konca 50. rokov do konca 20. storočia sa množstvo oxidu uhličitého v zemskej atmosfére zvýšilo o viac ako 15 percent v dôsledku spaľovania fosílnych palív (napr. Uhlia, ropy a zemného plynu) a ničenia tropických dažďových pralesov., napríklad povodie rieky Amazonky. Počítačové modely predpovedajú, že čisté zdvojnásobenie oxidu uhličitého do polovice 21. storočia by mohlo viesť k priemernému globálnemu otepľovaniu o 1,5 až 4,5 ° C (2,7 až 8,1 ° F) na planéte, čo by malo výrazný vplyv na hladinu mora a poľnohospodárstvo. Hoci tento záver niektorí kritizovali na základe toho, že doteraz pozorované otepľovanie neudržalo krok s projekciou, analýzy údajov o teplote oceánov naznačujú, že k väčšiemu otepľovaniu v 20. storočí skutočne došlo v samotných oceánoch - a nakoniec sa objaví v atmosfére.
Ďalším súčasným problémom týkajúcim sa atmosféry je vplyv ľudskej činnosti na stratosférickú ozónovú vrstvu. V polovici osemdesiatych rokov 20. storočia sa zistilo, že zložité chemické reakcie zahŕňajúce stopy umelých chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC) spôsobujú počas polárnej jari dočasné otvory v ozónovej vrstve, najmä nad Antarktídou. Ešte znepokojivejším bol objav narastajúcej deplécie ozónu vo vysoko obývaných miernych zemepisných šírkach, pretože sa zistilo, že ultrafialové žiarenie s krátkou vlnovou dĺžkou, ktoré ozónová vrstva efektívne absorbuje, spôsobuje rakovinu kože. Medzinárodné dohody na zastavenie výroby najzávažnejších CFC, ktoré ničia ozón, nakoniec zastavia a zvrátia vyčerpanie, ale až do polovice 21. storočia kvôli dlhému času zotrvania týchto chemikálií vo stratosfére.
