Jordens planet

Atmosfæren

Jorden er omgivet af en relativt tynd atmosfære (ofte kaldet luft) bestående af en blanding af gasser, primært molekylært nitrogen (78 procent) og molekylært ilt (21 procent). Til stede er også meget mindre mængder af gasser, såsom argon (næsten 1 procent), vanddamp (i gennemsnit 1 procent, men meget variabel i tid og placering), kuldioxid (0,0395 procent [395 dele pr. Million] og i øjeblikket stigende), methan (0,00018 procent [1,8 dele pr. Million] og stiger i øjeblikket) og andre sammen med små faste og flydende partikler i suspension.

geoid: Bestemmelse af Jordens figur

Kredit for ideen om, at Jorden er sfærisk, gives normalt til Pythagoras (blomstrede fra det 6. århundrede f.Kr.) og

Fordi Jorden har et svagt tyngdefelt (i kraft af sin størrelse) og varme atmosfæriske temperaturer (på grund af dens nærhed til Solen) sammenlignet med de kæmpe planeter, mangler den de mest almindelige gasser i universet, de har: brint og helium. Mens både Solen og Jupiter overvejende er sammensat af disse to elementer, kunne de ikke holdes længe på den tidlige jord og hurtigt fordampes til interplanetisk rum. Det høje iltindhold i Jordens atmosfære er usædvanligt. Oxygen er en meget reaktiv gas, der under de fleste planetariske forhold ville blive kombineret med andre kemikalier i atmosfæren, overfladen og skorpen. Det leveres faktisk kontinuerligt af biologiske processer; uden liv ville der næsten ikke være frie ilt. De 1,8 dele pr. Million metan i atmosfæren er også langt ude af kemisk ligevægt med atmosfæren og skorpen: Den er også af biologisk oprindelse, idet bidrag fra menneskelige aktiviteter langt opvejer andre.

Atmosfærens gasser strækker sig fra Jordens overflade til højder på tusinder af kilometer og smelter til sidst sammen med solvinden - en strøm af ladede partikler, der strømmer udad fra de yderste områder af Solen. Atmosfære af atmosfæren er mere eller mindre konstant med højde til en højde på ca. 100 km (60 miles), med særlige undtagelser er vanddamp og ozon.

Atmosfæren er almindeligt beskrevet i form af forskellige lag eller regioner. Det meste af atmosfæren er koncentreret i troposfæren, der strækker sig fra overfladen til en højde på ca. 10–15 km (6–9 miles), afhængigt af breddegrad og sæson. Opførslen af ​​gasserne i dette lag styres ved konvektion. Denne proces involverer de turbulente, væltende bevægelser, der følger af opdrift af luft nær overfladen, der opvarmes af Solen. Konvektion opretholder en faldende lodret temperaturgradient - dvs. et temperaturfald med højden - på ca. 6 ° C (10,8 ° F) pr. Km gennem troposfæren. Øverst på troposfæren, der kaldes tropopausen, er temperaturerne faldet til ca. −80 ° C (−112 ° F). Troposfæren er det område, hvor næsten al vanddamp findes, og i det væsentlige forekommer alt vejr.

Den tørre, spændende stratosfære ligger over troposfæren og strækker sig til en højde på ca. 50 km (30 miles). Konvektive bevægelser er svage eller fraværende i stratosfæren; bevægelser har i stedet tendens til at være horisontalt orienteret. Temperaturen i dette lag stiger med højden.

I de øvre stratosfæriske områder nedbryder absorption af ultraviolet lys fra solen molekylært ilt (O ₂); rekombination af enkelt oxygenatomer med O _2- molekyler til ozon (O ₃) skaber det afskærmende ozonlag.

Over den relativt varme stratopause er den endnu mere anstrengende mesosfære, hvor temperaturerne igen falder med en højde til 80–90 km (50–56 miles) over overfladen, hvor mesopausen er defineret. Den opnåede minimumstemperatur er meget variabel med sæsonen. Temperaturerne stiger derefter med stigende højde gennem det overliggende lag kendt som termosfæren. Også over ca. 80–90 km er der en stigende fraktion af ladede eller ioniserede partikler, der fra denne højde opad definerer ionosfæren. Spektakulære synlige auraer dannes i denne region, især langs cirka cirkulære zoner omkring polerne, ved vekselvirkning af nitrogen- og iltatomer i atmosfæren med episodiske udbrud af energiske partikler, der stammer fra solen.

Jordens generelle atmosfæriske cirkulation drives af sollysets energi, der er mere rigeligt i ækvatoriale breddegrader. Bevægelse af denne varme mod polerne påvirkes stærkt af Jordens hurtige rotation og den tilhørende Coriolis-kraft på breddegrader væk fra Ækvator (som tilføjer en øst-vest komponent til vindens retning), hvilket resulterer i flere cirkulerende celler i hver halvkugle. Ustabiliteter (forstyrrelser i den atmosfæriske strøm, der vokser med tiden) producerer de karakteristiske højtryksområder og lavtryksstorme i mellemlængderne såvel som de hurtige østgående bevægende jetstrømme i den øverste troposfære, der leder vejen til storme. Havene er massive reservoirer af varme, der i vid udstrækning virker til at udjævne variationer i Jordens globale temperaturer, men deres langsomt skiftende strømme og temperaturer påvirker også vejr og klima, som i El Niño / Sydlige oscillations vejrfænomen (se klima: Cirkulation, strømme, og interaktion mellem hav og atmosfære; klima: El Niño / sydlig oscillation og klimaforandringer).

Jordens atmosfære er ikke et statisk træk i miljøet. Tværtimod har dens sammensætning udviklet sig over geologisk tid i samspil med livet og ændrer sig hurtigere i dag som svar på menneskelige aktiviteter. Omkring halvvejs gennem Jordens historie begyndte atmosfærens usædvanlige høje forekomst af frie ilt at udvikle sig, gennem fotosyntesen af ​​cyanobakterier (se blågrønne alger) og mætning af naturlige overfladedynke af ilt (f.eks. Relativt iltfattige mineraler og brint- rige gasser udsondret fra vulkaner). Akkumulering af ilt gjorde det muligt for komplekse celler, der forbruger ilt under stofskiftet, og som alle planter og dyr er sammensat af, at udvikle sig (se eukaryote).

Jordens klima på ethvert sted varierer med årstiderne, men der er også længerevarende variationer i det globale klima. Vulkaniske eksplosioner, såsom udbruddet af Mount Pinatubo i Filippinerne i 1991, kan injicere store mængder støvpartikler i stratosfæren, som forbliver ophængt i årevis, hvilket mindsker atmosfærens gennemsigtighed og resulterer i en målelig afkøling i hele verden. Meget sjældnere, gigantiske påvirkninger af asteroider og kometer kan give endnu dybere effekter, herunder alvorlige reduktioner i sollys i måneder eller år, som mange forskere mener, førte til masseudryddelse af levende arter i slutningen af ​​kridttiden, 66 millioner år siden. (Yderligere oplysninger om de risici, der er forbundet med kosmiske påvirkninger og chancerne for deres forekomst, se fare for jordpåvirkning.) De dominerende klimavariationer, der er observeret i den nylige geologiske rekord, er istidene, der er knyttet til variationer i Jordens hældning og dens bane geometri med hensyn til solen.

Hydrogenfusionens fysik får astronomer til at konkludere, at solen var 30 procent mindre lysende under Jordens tidligste historie, end den er i dag. Derfor skal oceanerne alt andet lige have været frosset. Observationer af Jordens planetariske naboer, Mars og Venus, og estimater af det kulstof, der låst i jordskorpen på nuværende tidspunkt antyder, at der var meget mere kuldioxid i jordens atmosfære i tidligere perioder. Dette ville have forbedret opvarmningen af ​​overfladen via drivhuseffekten og således gjort det muligt for havene at forblive flydende.

I dag er der 100.000 gange mere kuldioxid begravet i karbonatklipper i jordskorpen end i atmosfæren, i skarp kontrast til Venus, hvis atmosfæriske udvikling fulgte en anden kurs. På jorden er dannelsen af ​​karbonatskaller af det marine liv den vigtigste mekanisme til omdannelse af kuldioxid til carbonater; abiotiske processer, der involverer flydende vand, producerer også carbonater, omend langsommere. På Venus havde livet dog aldrig chancen for at opstå og til at generere karbonater. På grund af planetens placering i solsystemet modtog den tidlige Venus 10-20 procent mere sollys end falder på Jorden selv i dag, på trods af den svagere unge sol på det tidspunkt. De fleste planetariske forskere mener, at den forhøjede overfladetemperatur, der resulterede i, at vand kondenserede til en væske. I stedet forblev den i atmosfæren som vanddamp, der ligesom kuldioxid er en effektiv drivhusgas. Sammen forårsagede de to gasser overfladetemperaturerne til at stige endnu højere, så massive mængder vand slap ud til stratosfæren, hvor den blev dissocieret af ultraviolet stråling fra solen. Med forhold, der nu er for varmt og tørt til at tillade dannelse af abiotisk carbonat, forblev det meste af eller hele planetens lager af kulstof i atmosfæren som kuldioxid. Modeller forudsiger, at Jorden kan lide den samme skæbne i en milliard år, når Solen overskrider sin nuværende lysstyrke med 10-20 procent.

Mellem slutningen af ​​1950'erne og slutningen af ​​det 20. århundrede steg mængden af ​​kuldioxid i Jordens atmosfære med mere end 15 procent på grund af forbrænding af fossile brændstoffer (f.eks. Kul, olie og naturgas) og ødelæggelsen af ​​tropiske regnskove, såsom Amazonas-bassinet. Computermodeller forudsiger, at en nettofordobling af kuldioxid i midten af ​​det 21. århundrede kunne føre til en global opvarmning på 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) i gennemsnit over planeten, hvilket ville have dybe effekter på havoverfladen og landbrug. Selvom denne konklusion er blevet kritiseret af nogle på grundlag af, at den hidtil observerede opvarmning ikke har holdt trit med fremskrivningen, har analyser af havtemperaturdata antydet, at meget af opvarmningen i det 20. århundrede faktisk forekom i selve havene - og vil til sidst vises i atmosfæren.

En anden nuværende bekymring med hensyn til atmosfæren er virkningen af ​​menneskelige aktiviteter på det stratosfæriske ozonlag. Komplekse kemiske reaktioner, der involverede spor af menneskeskabte chlorfluorcarboner (CFC'er), fandtes i midten af ​​1980'erne for at skabe midlertidige huller i ozonlaget, især over Antarktis, under polær forår. Endnu mere foruroligende var opdagelsen af ​​en voksende nedbrydning af ozon over de stærkt befolkede tempererede breddegrader, da det har vist sig, at den korte bølgelængde ultraviolet stråling, som ozonlaget effektivt absorberer, forårsager hudkræft. Internationale aftaler, der er indgået for at standse produktionen af ​​de mest ubehagelige ozonødelæggende CFC'er, vil til sidst stoppe og vende udtømningen, men først i midten af ​​det 21. århundrede på grund af disse kemikaliers lange opholdstid i stratosfæren.