Atmosfera zbudowana jest z mieszaniny gazów i rozproszonych w nich domieszek, głównie pary wodnej, kropli i kryształków ciekłej i zamarzniętej wody oraz aerozoli. Ta gazowa powłoka utrzymywana jest przy powierzchni Ziemi dzięki sile przyciągania grawitacyjnego. Obecnie wyodrębnia się dwie główne warstwy atmosfery. Pierwszą – nazywaną homosferą – tworzą głównie cząstki obojętne elektrycznie. Sięga od powierzchni Ziemi do ok. 100 km. Przeważają w niej dwa gazy: azot i tlen. Przyczyną wyrównanego składu homosfery jest nieustanne krążenie gazów wskutek turbulencji i konwekcji. Na wysokości powyżej 100 km mechanizmy mieszania się gazów nie występują. Warstwa ta nazywana jest heterosferą. Zawiera gazy zjonizowane. Najbardziej zewnętrzna część tej warstwy posiada miąższość wielu tysięcy kilometrów i tworzy tzw. geokoronęgeokoronageokoronę.

Pionowa budowa atmosfery

Atmosfera zbudowana jest z warstw. Za jej górną granicę uznaje się warstwę znajdującą się w odległości kilkudziesięciu tysięcy kilometrów od powierzchni Ziemi. Gęstość atmosfery jest tam porównywalna z gęstością w przestrzeni międzyplanetarnej. Poszczególne warstwy atmosfery dzieli się ze względu na zróżnicowane właściwości fizyczne. Kolejno od powierzchni Ziemi wyróżniamy: troposferę, stratosferę, mezosferę, termosferę i egzosferę, oddzielone od siebie kolejno tropopauzą, stratopauzą, mezopauzą i termopauzą. Nad egzosferą znajduje się magnetosfera mająca związek z oddziaływaniem ziemskiego pola magnetycznego, to w niej występują zjonizowane cząstki nagromadzone w strefie Van Allenastrefa Van Allenastrefie Van Allena.

R1MPe4Xqdu3T1

Wykres przedstawia budowę atmosfery. Warstwy na wykresie wyróżnione są według kryterium termicznego. Na osi x oznaczona jest temperatura w stopniach Celsjusza. Podziałka rozpoczyna się od minus stu stopni i wzrasta do plus czterdziestu stopni co dwadzieścia stopni. Na osi y oznaczona jest wysokość w kilometrach: na podziałce zaznaczone jest dziesięć kilometrów i kolejno sto kilometrów. Wzdłuż osi y odcieniami turkusu oznaczone są warstwy atmosfery. Do dziesięciu kilometrów występuje troposfera, tuż nad nią zaczyna się stratosfera, później na wysokości około sześćdziesięciu kilometrów mezosfera, a powyżej stu kilometrów termosfera. Przerywanymi liniami zaznaczona jest na wysokości około piętnastu kilometrów tropopauza, na wysokości około sześćdziesięciu kilometrów stratopauza a na wysokości około dziewięćdziesięciu kilometrów mezopauza. Fioletowa linia symbolizująca temperaturę w korespondencji z wysokością na wykresie rozpoczyna się na osi x na temperaturze piętnastu stopni Celsjusza i biegnie łukiem aż do linii oznaczające tropopauzę, na której wskazuje wartość minus pięćdziesiąt pięć stopni Celsjusza. Dalej biegnie pionowo w górę i zaczyna wzrastać od wartości trzydziestu kilometrów aż do stratopauzy, gdzie osiąga wartość zera stopni Celsjusza. Kolejno biegnie prosto w górę i powyżej linii stratopauzy zaczyna z powrotem spadać do minus dziewięćdziesięciu stopni Celsjusza. Od tego momentu biegnie prosto w górę, a następnie wzrasta aż do temperatury 40 stopni Celsjusza.

• Troposfera

Znajduje się bezpośrednio nad Ziemią i stanowi 80% masy atmosfery. Za górną granicę troposfery uznaje się wysokość ok. 17 km nad równikiem i ok. 7 km nad biegunami. Temperatura powietrza tej warstwy przy powierzchni średnio osiąga 15°C, a przy górnej granicy odpowiednio: nad biegunami od -45°C do -60°C, nad równikiem od -70°C do -80°C. Charakterystyczne dla troposfery jest zmniejszanie się temperatury wraz ze wzrostem wysokości. Temperatura spada średnio o 0,6°C na 100 m wzrostu wysokości. To w troposferze zachodzą procesy kształtujące pogodę i klimat: powstają chmury, wieją wiatry, występuje konwekcja.

• Tropopauza

Warstwa między troposferą a stratosferą. Rozciąga się nad troposferą na wysokości ok. 8 km nad biegunami oraz 15‑17 km nad równikiem. Ma ok. 2 km grubości. Pionowy gradient temperatury tej warstwy nie przekracza 0,2°C/100 m. Tropopauza nie jest jednolita; w miejscach, gdzie się przerywa, powstają bardzo silne wiatry strumienioweprąd strumieniowywiatry strumieniowe. Powietrze i para, które unoszą się w troposferze, docierają do tropopauzy i w niej się zatrzymują. Nieznaczna część różnych związków chemicznych oraz pary wodnej przedostaje się do stratosfery.

• Stratosfera

Rozciąga się do wysokości 50–55 km. W dolnej warstwie stratosfery występują prądy strumieniowe wykorzystywane przez samoloty. Znajduje się w niej niewielka ilość wody; stratosfera skupia ok. 20% masy atmosfery. W jej dolnej części utrzymuje się niska temperatura, ok. -60°C. Dopiero od wysokości 25 km, w ozonosferze, temperatura osiąga 0°C, co spowodowane jest pochłanianiem promieniowania ultrafioletowego przez ozon. Koncentracja ozonu na wysokości 20‑35 km, tworząca ozonosferę, stanowi parasol ochronny dla życia na Ziemi. Spadek ilości ozonu w stratosferze nazywany jest dziurą ozonową.

• Stratopauza

Warstwa homogeniczna, która jest warstwą przejściową między stratosferą a mezosferą.

• Mezosfera

Warstwa o grubości ok. 35 km, rozciągająca się od stratopauzy do wysokości ok. 85 km. Charakterystyczny jest w niej silny spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości. Na ok. 85 km temperatura spada do przedziału od -75°C do - 100°C. Na tym poziomie znajduje się górna granica mezosfery – mezopauza. Mezosfera stanowi górną granicę tej części atmosfery, której skład uważany jest za jednorodny, czyli homosfery. Temperatura na wysokości mezopauzy jest najniższą obserwowaną w atmosferze. Na wysokości ok. 60 km zaczyna się obszar silnie zjonizowany, tzw. jonosfera, która sięga najwyższych warstw termosfery. W mezosferze jonizacja nie jest trwała, występuje praktycznie tylko w ciągu dnia. W pobliżu mezopauzy, na dużych szerokościach geograficznych, gdy Słońce znajduje się od 5° do 13° poniżej horyzontu, obserwuje się nocne obłoki świecące (srebrzyste) zbudowane z drobnych cząsteczek pyłu pokrytych kryształkami lodu.

• Termosfera

Obejmuje wysokość od 85 do 500 km. W termosferze temperatura wzrasta, osiągając na wysokości ok. 150 km 240°C, powyżej 200 km od ok. 500°C do 1 200°C, a na wysokości 500 km nawet 2 000°C. Podstawowym źródłem ciepła w termosferze jest pochłanianie promieniowania słonecznego ultrafioletowego i rentgenowskiego, fotojonizacjafotojonizacjafotojonizacja, fotodysocjacjafotodysocjacjafotodysocjacja oraz energia strumienia korpuskularnegostrumień korpuskularnystrumienia korpuskularnego Słońca. W termosferze zmienia się także znacznie skład atmosfery. Na skutek fotojonizacji i fotodysocjacji cząsteczki wielu gazów rozpadają się na pojedyncze atomy. Nie występuje mieszanie się gazów, a cięższe cząsteczki oraz atomy osiadają. Ze wzrostem wysokości ciężkie cząsteczki azotu są więc zastępowane przez atomy tlenu, a na dużych wysokościach przeważają lekkie atomy wodoru.

• Jonosfera

Podwarstwa zaczynająca się na wysokości ok. 60 km w górnej mezosferze. Odznacza się dużą koncentracją wolnych elektronów i jonów. Jonizacja w tej podwarstwie zachodzi na skutek bombardowania cząsteczek gazów przez promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie emitowane przez Słońce. Jonosfera ma znaczenie w łączności radiowej dalekiego zasięgu, ponieważ warstwa ta odbija wysyłane z Ziemi fale radiowe, głównie fale krótkie.

• Egzosfera

Warstwa rozpraszania, występuje powyżej termopauzy, od 500 km. Gazy są tu silnie rozrzedzone, gęstość atmosfery jest bardzo mała i zderzenia między cząsteczkami występują niezwykle rzadko. Temperatura na wysokości 500 km może osiągać wartość od 500°C do 2 000°C, w zależności od pory dnia, aktywności Słońca i szerokości geograficznej. Tak wysoka temperatura cząsteczek znajdujących się w egzosferze, z uwagi na duże rozrzedzenie, nie jest transportowana między nimi ani przez przewodnictwo, ani przez konwekcję. Cząsteczki mają ogromną energię cieplną, jednak z powodu bardzo małej liczby zderzeń nie są w stanie jej przekazywać. W egzosferze następuje stopniowe przejście od atmosfery ziemskiej do gazu międzyplanetarnego. Obszar ten często nazywany jest obszarem rozprysków.

• Magnetosfera

Obszar atmosfery znajdujący się powyżej egzosfery. Ma związek z oddziaływaniem pola magnetycznego ziemskiego ze strumieniem korpuskularnego promieniowania słonecznego (tzw. wiatr słonecznywiatr słonecznywiatr słoneczny). Na skutek tego po stronie oświetlonej Ziemi, w odległości 10–15 jej promieni, natężenie pola magnetycznego spada do zera. Granica ta nazywa się magnetopauzą, a obszar poniżej niej – magnetosferą. Po stronie zacienionej magnetosfera rozciąga się na znacznie większe odległości. Jest to tzw. ogon magnetyczny Ziemi. Cząstki, które w wyniku zderzeń znajdą się w polu magnetycznym, będą się w nim poruszały po spirali wokół linii sił pola magnetycznego. W wyniku ponownych zderzeń ich energia może zostać zmniejszona, co spowoduje ich przesunięcie do niższych części atmosfery. Te uwięzione cząstki skupiają się wokół Ziemi głównie w dwóch pasach, tzw. pasach Van Allena (odkrytych w 1958 r.) – pierwszy znajduje się w odległości ok. 2 500–5 000 km, a drugi w odległości 20 000–30 000 km od powierzchni Ziemi.

RPB04Jxc6l8dO

Film opowiadający o profilu pionowym atmosfery.

Film opowiadający o profilu pionowym atmosfery.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1FpQCbvs

Film opowiadający o profilu pionowym atmosfery.

Słownik