כדור הארץ

האטמוספירה

כדור הארץ מוקף באטמוספרה דקה יחסית (המכונה בדרך כלל אוויר) המורכבת מתערובת של גזים, בעיקר חנקן מולקולרי (78 אחוז) וחמצן מולקולרי (21 אחוז). כמו כן קיימים כמויות קטנות בהרבה של גזים כמו ארגון (כמעט אחוז אחד), אדי מים (בממוצע אחוז אך משתנים מאוד בזמן ובמיקום), פחמן דו חמצני (0.0395 אחוז [395 חלקים למיליון] ועולה כיום), מתאן (0.00018 אחוז [1.8 חלקים למיליון] ועולים כעת) ואחרים, יחד עם חלקיקים מוצקים ונוזלים דקים בהשעיה.

גיאואיד: קביעת דמות כדור הארץ

האשראי לרעיון כי כדור הארץ הוא כדורי ניתן בדרך כלל לפיתגורס (פרח המאה ה -6 לפנה"ס) ו

מכיוון שכדור הארץ הוא בעל שדה כבידה חלש (מתוקף גודלו) וטמפרטורות אטמוספריות חמות (בגלל קרבתו לשמש) בהשוואה לכוכבי הלכת הענקיים, הוא חסר את הגזים הנפוצים ביקום שיש להם: מימן והליום. בעוד ששמש וגם יופיטר מורכבים בעיקר משני היסודות הללו, לא ניתן היה לשמור עליהם זמן רב על כדור הארץ הקדום ולהתאדות במהירות למרחב הבין-פלנטרי. תכולת החמצן הגבוהה באטמוספירה של כדור הארץ אינה רגילה. חמצן הוא גז ריאקטיבי ביותר, אשר בתנאים פלנטריים ביותר, ישולב עם כימיקלים אחרים באטמוספירה, במשטח ובקרום. זה למעשה מסופק ברציפות על ידי תהליכים ביולוגיים; ללא חיים, כמעט ולא היה חמצן חופשי. 1.8 החלקים למיליון מתאן באטמוספרה הם גם רחוקים משיווי משקל כימי עם האטמוספרה והקרום: גם הוא ממוצא ביולוגי, ותרומתם של פעילויות אנושיות עולה על אחרים.

גזי האטמוספירה נמתחים משטח כדור הארץ לגבהים של אלפי קילומטרים, ובסופו של דבר מתמזגים עם רוח השמש - זרם של חלקיקים טעונים שזורם החוצה מאזורים חיצוניים של השמש. הרכב האטמוספירה פחות או יותר קבוע עם גובה לגובה של כ- 100 ק"מ (60 מיילים). יוצאים מן הכלל הם אדי מים ואוזון.

האווירה מתוארת בדרך כלל במונחים של שכבות או אזורים שונים. מרבית האווירה מרוכזת בטרופוספירה, המשתרעת מהשטח לגובה של כ-10–15 ק"מ (6–9 מיילים), תלוי בקו הרוחב ובעונה. התנהגות הגזים בשכבה זו נשלטת על ידי הסעה. תהליך זה כולל את התנועות הסוערות והמתהפכות הנובעות מציפה של אוויר קרוב לפני השטח שמתחמם על ידי השמש. ההסעה שומרת על מדרגת טמפרטורה אנכית יורדת - כלומר ירידת טמפרטורה עם הגובה - של בערך 6 ° C (10.8 ° F) לקילומטר דרך הטרופוספירה. בראש הטרופוספירה, המכונה טרופופוזה, הטמפרטורות ירדו לכ- 80 ° C (-112 ° F). הטרופוספירה היא האזור בו כמעט כל אדי המים קיימים ובעצם כל מזג האוויר מתרחש.

הסטרטוספירה היבשה והנוקשה שוכנת מעל הטרופוספירה ומשתרעת לגובה של כ -50 ק"מ (30 מיילים). תנועות מניעה הן חלשות או נעדרות בסטרטוספרה; תנועות נוטות במקום להיות מכוונות אופקית. הטמפרטורה בשכבה זו עולה עם הגובה.

באזורים הסטרטוספיים העליונים, ספיגת האור האולטרה סגול מהשמש מפרקת חמצן מולקולרי (O ₂); שילוב מחדש של אטומי חמצן בודדים עם מולקולות O ₂ לאוזון (O ₃) יוצר את שכבת האוזון המסוכנת.

מעל הסטרטופוזה החמה יחסית נמצאת מזוספרה הנוקשה עוד יותר, שבה הטמפרטורות שוב יורדות עם גובהו ל 80-90 ק"מ (50-56 מיילים) מעל פני השטח, שם מוגדרת מזופוזה. הטמפרטורה המינימלית שהושגה שם משתנה מאוד עם העונה. הטמפרטורות עולות אז עם גובה הולך וגובר דרך השכבה העליונה המכונה התרמוספירה. גם מעל 80-90 ק"מ יש חלק הולך וגובר של חלקיקים טעונים או מיוננים, שמגובה זה ומעלה מגדירים את היונוספרה. אורוריות גלויות מרהיבות נוצרות באזור זה, במיוחד לאורך אזורים מעגליים בערך סביב הקטבים, על ידי אינטראקציה של אטומי חנקן וחמצן באטמוספירה עם התפרצויות אפיזודיות של חלקיקים אנרגטיים שמקורם בשמש.

התפוצה הכללית של כדור הארץ מונעת על ידי האנרגיה של אור השמש, השופעת יותר בקווי הרוחב המשווניים. התנועה של חום זה לכיוון הקטבים מושפעת מאוד מהסיבוב המהיר של כדור הארץ וכוח הקורוליס המשויך לו בקווי הרוחב מהקו המשווה (שמוסיף מרכיב מזרח-מערב לכיוון הרוחות), וכתוצאה מכך תאים רבים של אוויר המסתובב בכל אחד מהם המיספרה. חוסר יציבות (הפרעות בזרימה האטמוספרית הגוברת עם הזמן) מייצרים את אזורי הלחץ הגבוה האופייניים וסופות בלחץ נמוך של רמת הביניים, כמו גם את זרמי הסילון המהירים והמזרחיים של הטרופוספירה העליונה המנחים את שבילי הסערות. האוקיאנוסים הם מאגרי חום מאסיביים הפועלים במידה רבה להחלקת הווריאציות בטמפרטורות הגלובליות של כדור הארץ, אך הזרמים והטמפרטורות המשתנים לאט שלהם משפיעים גם על מזג האוויר והאקלים, כמו בתופעת מזג האוויר אל ניניו / דרום התנודה הדרומית (ראה אקלים: זרימה, זרמים, ואינטראקציה בין האטמוספירה בין האוקיאנוס; אקלים: תנודת אל נינו / תנודה דרומית ושינוי אקלימי).

האטמוספרה של כדור הארץ אינה תכונה סטטית של הסביבה. במקום זאת, הרכבו התפתח במשך הזמן הגאולוגי בקונצרט עם החיים ומשתנה במהירות רבה יותר היום כתגובה לפעילויות אנושיות. בערך באמצע ההיסטוריה של כדור הארץ, החל להתפתח השפע הגבוה במיוחד של האטמוספרה של חמצן חופשי, דרך פוטוסינתזה על ידי ציאנובקטריה (ראו אצות כחולות-ירוקות) והרוויה של כיורי שטח פנימיים טבעיים (למשל, מינרלים עניים בחמצן ומימן- גזים עשירים שהופרשו מהרי געש. הצטברות חמצן איפשרה התפתחות של תאים מורכבים, הצורכים חמצן במהלך חילוף החומרים ושכולם מורכבים מהצמחים ובעלי החיים (ראה אוקיוטה).

האקלים של כדור הארץ בכל מקום משתנה עם עונות השנה, אך ישנן גם שונות באקלים הגלובלי לטווח הארוך. פיצוצים וולקניים, כמו התפרצות הר פינאטובו בפיליפינים ב -1991, יכולים להזריק כמויות גדולות של חלקיקי אבק לסטרטוספרה, שנשארים תלויים לאורך שנים, ומצמצמים את השקיפות האטמוספרית וגורמים לקירור מדיד ברחבי העולם. השפעות ענק הרבה יותר נדירות, ענקיות של אסטרואידים ושביטים יכולים לייצר השפעות עמוקות עוד יותר, כולל הפחתות חמורות באור השמש במשך חודשים או שנים, כמו שמדענים רבים סבורים שהובילו להכחדה המונית של מינים חיים בסוף תקופת הקרטיקון, 66 מיליון שנה לפני. (למידע נוסף על הסיכונים הנובעים מההשפעות הקוסמיות והסיכוי להתרחשותם, ראו סכנת ההשפעה על כדור הארץ.) השונות האקלימית הדומיננטית שנצפתה בתיעוד הגיאולוגי האחרון הם עידן הקרח שקושרים לווריאציות בהטיה של כדור הארץ ובמסלולו. גיאומטריה ביחס לשמש.

הפיזיקה של היתוך מימן מביאה את האסטרונומים למסקנה כי השמש הייתה פחות זוהר ב -30 אחוז במהלך ההיסטוריה הקדומה ביותר של כדור הארץ מכפי שהיא כיום. לפיכך, כל השאר שווה, האוקיינוסים היו צריכים להיות קפואים. תצפיות על שכנותיה הפלנטאריות של כדור הארץ, מאדים וונוס, והערכות לגבי הפחמן שננעל בקרום כדור הארץ כרגע מרמזות על כך שהיה הרבה יותר פחמן דו חמצני באטמוספירה של כדור הארץ בתקופות קדומות יותר. זה היה משפר את ההתחממות של פני השטח באמצעות אפקט החממה וכך מאפשר לאוקיינוסים להישאר נוזליים.

כיום יש פי מאה אלף יותר פחמן דו חמצני קבור בסלעי קרבונט בקרום כדור הארץ מאשר באטמוספירה, בניגוד חד לוונוס, שהתפתחותה האטמוספרית עקבה אחר מסלול אחר. על פני כדור הארץ, היווצרות פגזי קרבונט על ידי חיים ימיים היא המנגנון העיקרי להפיכת פחמן דו חמצני לקרבונט; תהליכים abiotic הכוללים מים נוזליים מייצרים גם פחמימות, אם כי לאט יותר. לעומת זאת, בוונוס, לחיים לא היה סיכוי להתעורר ולייצר פחמימות. בגלל מיקומו של כוכב הלכת במערכת השמש, ונוס המוקדמת קיבלה 10-20 אחוז יותר אור שמש מנפילות על כדור הארץ גם בימינו, למרות השמש הצעירה והמתמדה באותה תקופה. מרבית מדעני הפלנטה מאמינים כי טמפרטורת פני השטח הגבוהה שהביאה לכך שהמים לא יתעבו לנוזל. במקום זאת, הוא נשאר באטמוספירה כאדי מים, שכמו פחמן דו חמצני הם גז חממה יעיל. שני הגזים גרמו לטמפרטורות פני השטח לעלות עוד יותר, כך שכמויות אדירות של מים ברחו לסטרטוספרה, שם ניתקה על ידי קרינה אולטרה סגולה סולארית. עם תנאים עכשיו חמים ויבשים מכדי לאפשר היווצרות של קרבונט abiotic, רוב או כל מלאי הפחמן של כדור הארץ נותר באטמוספירה כפחמן דו חמצני. דגמים מנבאים שכדור הארץ עלול לסבול אותו גורל בעוד מיליארד שנה, כאשר השמש חורגת מבהירותו הנוכחית בעשרה אחוזים.

בין סוף שנות החמישים לסוף המאה ה -20, כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה של כדור הארץ עלתה ביותר מ- 15 אחוזים בגלל שריפת דלקים מאובנים (למשל פחם, נפט וגז טבעי) והשמדת יערות הגשם הטרופיים. כמו זה של אגן נהר האמזונס. מודלים ממוחשבים מנבאים כי הכפלה נטו של פחמן דו חמצני באמצע המאה ה -21 עשויה להביא להתחממות כדור הארץ של 1.5–4.5 ° C (2.7–8.1 ° F) בממוצע על פני כדור הארץ, דבר שישפיע באופן עמוק על פני הים ו חקלאות. אף על פי שמסקנה זו זכתה לביקורת על ידי חלק מהבסיס כי ההתחממות שנצפתה עד כה לא עמדה בקצב התחזית, ניתוחים של נתוני טמפרטורת האוקיאנוס הצביעו על כך שחלק גדול מההתחממות במהלך המאה העשרים התרחשה בפועל באוקיינוסים עצמם - ויהיה בסופו של דבר מופיעים באווירה.

דאגה נוספת שנוגעת לאווירה היא השפעתן של פעילויות אנושיות על שכבת האוזון הסטרטוספרית. תגובות כימיות מורכבות הכוללות עקבות של כלור-פלואורו-פחמימות מעשה ידי אדם (CFC) התגלו באמצע שנות השמונים כמי שנוצרות חורים זמניים בשכבת האוזון, במיוחד באנטארקטיקה, במהלך האביב הקוטבי. מטרידה יותר הייתה הגילוי של התדלדלות האוזון הגוברת על קווי הרוחב הממוזגים ביותר, שכן הקרינה האולטרה-סגולה באורך הגל הקצר ביותר ששכבת האוזון סופגת למעשה נמצאה כגורמת לסרטן העור. הסכמים בינלאומיים הקיימים להפסקת ייצורם של ה- CFC ההרסני ביותר באוזון המחריבים את האוזון בסופו של דבר יעצרו ויבטלו את ההידלדלות, אך רק באמצע המאה ה -21, בגלל זמן השהייה הארוך של כימיקלים אלה בסטרטוספרה.