Atmosfera ziemska to powłoka gazowa otaczająca Ziemię, utrzymywana przy powierzchni przez grawitację planety. Dzięki efektowi cieplarnianemu ogrzewa powierzchnię Ziemi, zmniejszając także różnice temperatur między stroną dzienną i nocną planety. Pozwala na istnienie różnorodnego życia na Ziemi, dostarczając m.in. ciepła i wody oraz chroniąc przed promieniowaniem ultrafioletowym. W atmosferze zachodzą procesy, które nazywamy ogólnie zjawiskami atmosferycznymi. Należą do nich np. procesy związane z obiegiem wody, zjawiska optyczne i wyładowania atmosferyczne.

Atmosfera ma budowę warstwową. Czy każda z warstw atmosfery pełni jakąś funkcję ochronną? Czy jest to domena tylko jednej, wyjątkowej warstwy? Więcej informacji o atmosferze i jej składowych znajdziesz w e‑materiałach: „Skład i właściwości powietrza atmosferycznego”, „Profil pionowy atmosfery” oraz „Wymiana ciepła w atmosferze”.

Polecenie 1

Przypomnij charakterystyczne cechy warstw atmosfery.

RmINEde7y1NIp

Grafika przedstawia przebieg temperatury i ciśnienia na poszczególnych etapach atmosfery. Troposfera występuje do wysokości 10 kilometrów. Jest to wysokość Mount Everestu. Występują w niej chmury warstwowe deszczowe, chmury kłębiaste i chmury kłębiaste deszczowe. Temperatura spada do około minus 60 stopni Celsjusza a ciśnienie również spada do ponad 100 hektopaskali. Stratosfera sięga do ponad 40 kilometrów, gdzie jest stratopauza. Latają w niej samoloty i występują chmury pierzaste i obłoki iryzujące. Temperatura wacha się od minus 100 do 0 stopni Celsjusza, a ciśnienie od minus 60 do około 1 hektopaskala. Mezosfera sięga do ponad 80 kilometrów, gdzie jest mezopauza. Występują w niej meteory. Temperatura spada do minus 80 stopni Celsjusza a ciśnienie zanika. Termosfera sięga do 600 kilometrów. Występują w niej nocne obłoki świecące oraz zorze polarne. Temperatura rośnie. Egzosfera zaczyna się od 600 kilometrów i zawiera sztuczne satelity Ziemi.

R1W5A7aT4uzWA

(Uzupełnij).

Znaczenie troposfery dla życia na Ziemi

Troposfera jest najbliższą nam warstwą atmosfery. Oddychamy zawierającym tlen powietrzem troposfery. Skupia ona prawie całą parę wodną – tutaj powstają chmury, tworzą się opady, odbywa się krążenie wody. Właśnie w tej warstwie zachodzą wszystkie podstawowe procesy kształtujące pogodę i klimat. Wraz z szerokością geograficzną wpływają one na wszystkie elementy środowiska przyrodniczego, m.in. na strefy klimatyczne, roślinne i krajobrazowe. Przez to wpływają na życie, a także na działalność człowieka na Ziemi. Troposfera skupia ok. 80% masy powietrza, w warstwie tej powietrze jest bardzo gęste w porównaniu do innych warstw atmosfery. Przez to, że znajduje się najbliżej powierzchni ziemi, jest w niej również największe ciśnienie. Grubość troposfery wpływa również na uniemożliwienie dotarcia zabójczego promieniowania jonizującego z kosmosu. Troposfera pochłania energię padających z kosmosu cząsteczek poprzez zderzenia cząsteczek promieniowania z jądrami gazów (tlenu i azotu) w atmosferze.

R6Ij8n6sjtZdm

Wykres kołowy przedstawia skład powietrza. Azot 78,08%. Tlen 20,95%. Argon 0,93%. Dwutlenek węgla 0,03%. Neon, hel, krypton, wodór, ksenon, ozon 0,01%.

Atmosfera stanowi swoistą barierę, która zatrzymuje ciepło przy powierzchni Ziemi, działając w podobny sposób jak szyba w szklarni. Na skutek tego powstaje efekt cieplarniany (przez skojarzenie ze szklarnią nazywany też efektem szklarniowym). Gazy cieplarniane to głównie para wodna i dwutlenek węgla, a także metan i podtlenek azotu. Efekt cieplarniany odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu warunków rozwoju życia na Ziemi. Promienie słoneczne przenikają przez atmosferę i ogrzewają Ziemię. Ciepło unosi się, a dzięki wymienionym gazom cieplarnianym ucieczka powietrza poza troposferę jest znacząco utrudniona – czyli prowadzi do podwyższenia temperatury powietrza. Przypuszcza się, że powierzchnia Ziemi pozbawiona atmosfery miałaby przeciętną temperaturę ok. -19°C, czyli niższą o ponad 30°C od obecnej średniej. To zmieniłoby diametralnie warunki życia na planecie.

Dla roślin (np. dla dużych obszarów leśnych) ważnym składnikiem zmiennym atmosfery jest dwutlenek węgla. Dzięki niemu i światłu słonecznemu zachodzi proces fotosyntezy – atmosfera dostaje dawkę tlenu, a z węgla rośliny budują swoje organizmy. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta, m.in. przez ubytek szaty roślinnej (np. wycinanie lasów) oraz spalanie paliw kopalnych i biomasy. W sposób naturalny emitują ten gaz m.in. wulkany. W ziemskiej atmosferze jest ok. 0,02–0,08% dwutlenku węgla. W atmosferach Wenus i Marsa ten gaz dominuje – stanowi ok. 95% objętości.

Podsumowując – warunki w troposferze (głównie: odpowiedni skład chemiczny, duże ciśnienie i gęstość powietrza, dostatecznie wysoka temperatura i niemożliwość dotarcia zabójczego promieniowania jonizującego z kosmosu) stwarzają doskonałe warunki do rozwoju życia.

Znaczenie stratosfery dla życia na Ziemi

Z punktu widzenia człowieka jednym z najważniejszych gazów w atmosferze jest ozon. Należy on do zmiennych składników atmosfery. Ogólnie w atmosferze jest go bardzo mało – poniżej 0,00005% objętości. Większość ozonu (prawie 90%) występuje właśnie w stratosferze na wysokości ok. 30 km (ozonosfera). Ozon stratosferyczny zapewnia niezbędną ochronę biosfery ziemskiej przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym (UV) o długości krótszej niż 290 nm. Promieniowanie to, przechodząc przez warstwę ozonu, zostaje pochłonięte przez trójatomowe cząsteczki ozonu, które jednocześnie rozpadają się na dwuatomowe cząsteczki tlenu. W ten sposób ozonosfera pełni funkcję naturalnego filtru i likwiduje groźne dla życia promieniowanie ultrafioletowe, którego źródłem jest Słońce. Gdyby całe to promieniowanie docierało do powierzchni Ziemi, mogłoby spowodować szkodliwe skutki biologiczne na Ziemi – nawet zanik życia, jakie obecnie znamy. Promieniowanie nadfioletowe ma bardzo wysoką energię, jest niezwykle groźne dla życia biologicznego, ponieważ rozbija ważne struktury (jak DNA), zawierające kod genetyczny organizmów. Już zwiększone (w stosunku do obecnego) promieniowanie nadfioletowe może powodować szereg negatywnych skutków, np. o wiele częściej u ludzi mogą występować rak skóry, katarakta, choroby układu immunologicznego. Wpływa ono także szkodliwe na plony i ekosystemy.

Drugą ważną funkcją ozonu stratosferycznego jest pochłanianie ultrafioletowego promieniowania słonecznego w stratosferze. Powoduje to wzrost energii cieplnej i wpływa na kształtowanie bilansu cieplnego Ziemi.

Najwięcej ozonu jest w okolicach biegunów, a najmniej nad równikiem. Ozon występuje także w troposferze. Powstaje w wyniku naturalnych procesów, np. w czasie wyładowań atmosferycznych, a także podczas reakcji niektórych zanieczyszczeń, głównie węglowodorów i tlenków azotu, zachodzących pod wpływem światła słonecznego. Ozon (O₃) powstający blisko powierzchni ziemi jest gazem szkodliwym dla organizmów żywych. Jest gazem drażniącym, powoduje m.in. uszkodzenie błon biologicznych, uszkadza błony komórkowe i struktury wewnętrzne – chloroplasty, mitochondria, może zakłócać proces fotosyntezy, wywoływać podrażnienia i uszkodzenia układu oddechowego.

Podsumowując – główną funkcję ochronną w stratosferze spełnia jej część zwana ozonosferą. To ona zatrzymuje szkodliwe dla życia na Ziemi promieniowanie nadfioletowe i wpływa na bilans cieplny Ziemi.

Znaczenie mezosfery dla życia na Ziemi

RZ5lKmVj5AlPs

Zdjęcie przedstawia chmury w mezosferze. Od góry i od dołu znajdują się czarne wąskie pasy przestrzeni. Pomiędzy nimi są polarne chmury mezosferyczne.

W mezosferze następuje spadek temperatury z wysokością, co sprzyja intensywnemu mieszaniu się powietrza. W tej warstwie występują pewne wyładowania atmosferyczne (wysoko ponad chmurami burzowymi). W mezosferze spala się większość meteoroidówmeteoroidymeteoroidów, wzbogacając tę część atmosfery w atomy żelaza i innych metali.

Znaczenie termosfery dla życia na Ziemi

R1XxsxBRJlA2Z

Zdjęcie przedstawia zorzę polarną. Na pierwszym planie znajduje się płaski teren otoczony ogrodzeniem oraz wzniesienie z lewej strony. W tle znajduje się woda oraz niewielkie chmury. Na niebie tworzy się zorza polarna. Tworzy kolorowe pasma - zielone, czerwone.

Z powodu intensywnej dostawy promieniowania kosmicznego temperatura w termosferze wzrasta do powyżej 1000°C (z poziomu -80°C w mezosferze). Tak wysoka temperatura powoduje częściowe spalanie i rozpad meteoroidów wpadających w atmosferę Ziemi.

W dolnej części termosfery występuje tzw. jonosfera – silnie zjonizowana część atmosfery. Wiatr słonecznywiatr słonecznyWiatr słoneczny w tej warstwie zderza się z cząstkami gazów atmosferycznych, powodując ich świecenie – w ten sposób powstaje zorza polarna. Na wysokości ok. 100 km przebiega tak zwana linia Kármánalinia Kármánalinia Kármána, która jest uważana za umowną granicę kosmosu (powyżej tej wysokości nie jest możliwy np. lot samolotem – atmosfera jest zbyt mocno rozrzedzona). W termosferze krążą niektóre satelity i stacje kosmiczne m.in. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, która znajduje się na wysokości około 400 km nad powierzchnią Ziemi.

Znaczenie egzosfery dla życia na Ziemi

RKnr8wQobS4Bc

Zdjęcie przedstawia górną granicę atmosfery. Na pierwszym planie znajdują się gęste chmury. W tle jest słaby zarys księżyca.

Egzosfera jest miejscem, gdzie powietrze (bardzo już rozrzedzone) przechodzi w próżnię kosmiczną. W tej warstwie i powyżej – w kosmosie, krąży większość satelitów telekomunikacyjnych.

Podsumowanie znaczenia atmosfery dla życia na Ziemi

Bez promieniowania słonecznego nie byłoby życia na Ziemi. Dostarcza ono energii, dzięki czemu możliwy jest rozwój życia na planecie (roślin oraz organizmów zwierzęcych). Niektóre częstotliwości promieniowania słonecznego mogłyby być zabójcze dla życia na Ziemi (np. promieniowanie ultrafioletowe). Na szczęście dla nas i całej biosfery – atmosfera ziemska pochłania szkodliwe promieniowanie (głównie w ozonosferze), chroniąc w ten sposób życie na Ziemi. Słońce emituje także wiatr słoneczny, czyli strumień naładowanych cząstek. Pod ich wpływem powstaje w termosferze zjawisko zorzy polarnej. Promieniowanie kosmiczne to strumień cząstek elementarnych docierających do Ziemi z przestrzeni kosmicznej – jest to promieniowanie kosmiczne pierwotne (pod wpływem tego promieniowania w reakcjach z gazami atmosferycznymi powstaje promieniowanie kosmiczne wtórne). Źródłem promieniowania pierwotnego jest Słońce, centrum Galaktyki oraz inne obiekty występujące w naszej Galaktyce i poza nią. Natężenie promieniowania wtórnego zależy od wysokości – im wyżej, tym promieniowanie jest większe. Zbyt duże natężenie promieniowania kosmicznego mogłoby być szkodliwe, lecz jego wpływ ograniczany jest przez atmosferę i magnetosferęmagnetosfera ziemskamagnetosferę.

Słownik