Atmosfēra
Zemi ieskauj samērā plāna atmosfēra (ko parasti sauc par gaisu), kas sastāv no gāzu, galvenokārt molekulārā slāpekļa (78 procenti) un molekulārā skābekļa (21 procents), maisījuma. Klāt ir arī daudz mazāks gāzu daudzums, piemēram, argons (gandrīz 1 procents), ūdens tvaiki (vidēji 1 procents, bet ļoti mainīgi laikā un vietā), oglekļa dioksīds (0,0395 procenti [395 daļas uz miljonu] un pašlaik pieaug), metāns (0,00018 procenti [1,8 daļas uz miljonu] un pašlaik pieaug), un citi, kopā ar nelielām cietām un šķidrām daļiņām suspensijā.
ģeoīds: Zemes figūras noteikšana
Par ideju, ka Zeme ir sfēriska, parasti tiek piešķirta Pitagoram (uzplaukusi 6. gadsimtā pirms mūsu ēras) un
Tā kā Zemei ir vājš gravitācijas lauks (tā lieluma dēļ) un silta atmosfēras temperatūra (sakarā ar tās tuvumu Saulei) salīdzinājumā ar milzu planētām, tai trūkst visizplatītāko gāzu Visumā, kas tām pieder: ūdeņraža un hēlija. Lai gan Saule un Jupiters galvenokārt sastāv no šiem diviem elementiem, tos nevarēja ilgi turēt uz Zemes un ātri iztvaicēt starpplanētu telpā. Augsts skābekļa saturs Zemes atmosfērā ir neierasts. Skābeklis ir ļoti reaģējoša gāze, kas lielākajā daļā planētas apstākļu būtu kombinēta ar citām atmosfērā, virsmā un garozā esošajām ķīmiskajām vielām. Faktiski to nepārtraukti piegādā bioloģiski procesi; bez dzīvības brīvā skābekļa praktiski nebūtu. Arī 1,8 miljonās metāna daļas atmosfērā ir tālu no atmosfēras un garozas ķīmiskā līdzsvara: arī tam ir bioloģiska izcelsme, un cilvēka darbību ieguldījums ievērojami pārsniedz citus.
Atmosfēras gāzes izplešas no Zemes virsmas līdz tūkstošu kilometru augstumam, galu galā saplūstot ar Saules vēju - uzlādētu daļiņu straumi, kas plūst uz āru no Saules attālākajiem reģioniem. Atmosfēras sastāvs ir vairāk vai mazāk nemainīgs ar augstumu līdz aptuveni 100 km (60 jūdzēm), ar īpašiem izņēmumiem ir ūdens tvaiki un ozons.
Atmosfēru parasti raksturo kā atšķirīgus slāņus vai reģionus. Atmosfēras lielākoties ir koncentrētas troposfērā, kas sniedzas no virsmas līdz apmēram 10–15 km (6–9 jūdzes) augstumam atkarībā no platuma un gadalaika. Gāzu izturēšanos šajā slānī kontrolē ar konvekciju. Šis process ietver nemierīgus, apgāzošus kustības, kas rodas no virszemes gaisa, ko silda Saule, peldspējas. Konvekcija uztur vertikālās temperatūras gradienta samazināšanos, ti, temperatūras pazemināšanos augstumā, aptuveni 6 ° C (10.8 ° F) uz km caur troposfēru. Troposfēras augšdaļā, ko sauc par tropopauzi, temperatūra ir pazeminājusies līdz aptuveni –80 ° C (–112 ° F). Troposfēra ir reģions, kurā pastāv gandrīz visi ūdens tvaiki un notiek galvenokārt visi laikapstākļi.
Sausais, nogurdinošais stratosfēra atrodas virs troposfēras un sniedzas apmēram 50 km (30 jūdzes) augstumā. Konvekcijas kustības stratosfērā ir vājas vai vispār nav; kustības tā vietā mēdz būt horizontāli orientētas. Temperatūra šajā slānī palielinās līdz ar augstumu.
Augšējos stratosfēras reģionos ultravioletās gaismas absorbcija no Saules sadala molekulāro skābekli (O 2); atsevišķu skābekļa atomu rekombinācija ar O 2 molekulām ozonā (O 3) rada ekranējošu ozona slāni.
Virs samērā siltā stratopauzes ir vēl necaurlaidīgāka mezosfēra, kurā temperatūra atkal pazeminās līdz augstumam līdz 80–90 km (50–56 jūdzes) virs virsmas, kur ir definēta mezopauze. Minimālā tur sasniegtā temperatūra ir ļoti mainīga atkarībā no gadalaika. Pēc tam temperatūra, paaugstinoties augstumam, paaugstinās caur virsējo slāni, ko sauc par termosfēru. Arī virs apmēram 80–90 km ir arvien lielāka uzlādētu vai jonizētu daļiņu daļa, kas no šī augstuma uz augšu nosaka jonosfēru. Īpaši redzamas auroras šajā apgabalā, it īpaši aptuveni apļveida zonās ap poliem, rada atmosfēras slāpekļa un skābekļa atomu mijiedarbība ar epizodiskiem Saules izcelsmes enerģētisko daļiņu pārrāvumiem.
Zemes vispārējo atmosfēras cirkulāciju veicina saules gaismas enerģija, kas bagātīgāka ekvatoriālajos platuma grādos. Šīs siltuma kustību pret poliem spēcīgi ietekmē straujā Zemes rotācija un ar to saistītais Koriolisa spēks platuma grādos prom no ekvatora (kas vēju virzienam pievieno austrumu-rietumu komponentu), kā rezultātā katrā cirkulē vairākas gaisa plūsmas šūnas puslode. Nestabilitāte (atmosfēras plūsmas traucējumi, kas laika gaitā palielinās) rada raksturīgās vidēja augstuma spiediena zonas un zema spiediena vētras, kā arī straujas, uz austrumiem virzās augšējās troposfēras strūklas, kas virza vētru ceļus. Okeāni ir masīvi siltuma rezervuāri, kas galvenokārt darbojas, lai izlīdzinātu Zemes globālās temperatūras svārstības, taču to lēnām mainīgās straumes un temperatūras ietekmē arī laika apstākļus un klimatu, kā El Niño / Dienvidu svārstību laika parādība (sk. Klimatu: Cirkulācija, straumes, okeāna un atmosfēras mijiedarbība; klimats: El Niño / Dienvidu svārstības un klimatiskās izmaiņas).
Zemes atmosfēra nav statiska vides iezīme. Drīzāk tā sastāvs ir mainījies ģeoloģiskā laika posmā, saskanot ar dzīvi, un šodien, mainoties cilvēka darbībām, straujāk mainās. Aptuveni pusceļā Zemes vēsturē atmosfērā sāka veidoties neparasti lielais brīvā skābekļa daudzums, pateicoties fotosintēzei ar zilaļģēm (sk. Zilzaļās aļģes) un dabisko skābekļa virskārtas piesātinājumu (piemēram, relatīvi skābekļa trūkuma minerāliem un ūdeņradim). no vulkāniem izdalītas bagātīgas gāzes). Skābekļa uzkrāšanās ļāva attīstīties sarežģītām šūnām, kuras metabolisma laikā patērē skābekli un no kurām sastāv visi augi un dzīvnieki (skatīt eukariotu).
Zemes klimats jebkurā vietā mainās atkarībā no gadalaika, taču pastāv arī ilgtermiņa izmaiņas pasaules klimatā. Vulkānu sprādzieni, piemēram, Pinatubo kalna 1991. gada izvirdums Filipīnās, var ievadīt stratosfērā lielu daudzumu putekļu daļiņu, kuras gadiem ilgi paliek apturētas, samazinot atmosfēras caurspīdīgumu un rezultātā visā pasaulē sasniedzot izmērāmu atdzišanu. Daudz retāka, milzīga asteroīdu un komētu ietekme var radīt vēl dziļāku iedarbību, ieskaitot spēcīgu saules starojuma samazināšanos mēnešiem vai gadiem, piemēram, kā daudzi zinātnieki uzskata, ka krītošā perioda beigās, 66 miljoni gadu, dzīvās sugas bija izmirušas masveidā. pirms. (Lai iegūtu papildinformāciju par kosmiskās ietekmes radītajiem riskiem un to iespējamību, skat. Zemes ietekmes briesmas.) Dominējošās klimata izmaiņas, kas novērotas nesenajā ģeoloģiskajā dokumentācijā, ir ledus laikmets, kas saistīts ar Zemes slīpuma un tās orbītas izmaiņām. ģeometrija attiecībā pret Sauli.
Ūdeņraža saplūšanas fizika liek astronomiem secināt, ka agrākajā Zemes vēsturē Saule bija par 30 procentiem mazāk mirdzoša nekā šobrīd. Tā kā visi pārējie bija vienādi, okeāniem vajadzēja būt sasaldētiem. Zemes planētu kaimiņu Marsa un Venēras novērojumi un pašreiz Zemes garozā ieslēgtā oglekļa aprēķini liecina, ka iepriekšējos periodos Zemes atmosfērā bija daudz vairāk oglekļa dioksīda. Tas būtu pastiprinājis virsmas sasilšanu caur siltumnīcas efektu un ļāvis okeāniem palikt šķidram.
Mūsdienās zemes garozā karbonātajos iežos ir aprakts 100 000 reizes vairāk oglekļa dioksīda nekā atmosfērā, pretēji Venērai, kuras atmosfēras evolūcija noritēja atšķirīgi. Uz Zemes karbonātu čaumalu veidošanās jūras dzīvē ir galvenais mehānisms oglekļa dioksīda pārvēršanai karbonātos; abiotiski procesi, kas saistīti ar šķidru ūdeni, arī rada karbonātus, kaut arī lēnāk. Tomēr uz Venēras dzīvei nekad nebija iespējas rasties un radīt karbonātus. Sakarā ar planētas atrašanās vietu Saules sistēmā, agrā Venēra saņēma par 10–20 procentiem vairāk saules gaismas nekā nokrīt uz Zemes pat šodien, neskatoties uz tolaik vājāko jauno Sauli. Lielākā daļa planētu zinātnieku uzskata, ka paaugstinātā virsmas temperatūra, kas izraisīja ūdens kondensāciju līdz šķidrumam. Tā vietā tas palika atmosfērā kā ūdens tvaiki, kas, tāpat kā oglekļa dioksīds, ir efektīva siltumnīcefekta gāze. Kopā abas gāzes izraisīja virsmas temperatūras paaugstināšanos vēl augstāk, tāpēc milzīgs ūdens daudzums nokļuva stratosfērā, kur to atdalīja saules ultravioletais starojums. Tā kā apstākļi tagad ir pārāk karsti un sausi, lai veidotos abiotiski karbonāti, lielākā daļa vai viss planētas oglekļa krājums atmosfērā palika kā oglekļa dioksīds. Modeļi prognozē, ka Zeme var ciest tādu pašu likteni miljarda gadu laikā, kad Saule par 10–20 procentiem pārsniedz pašreizējo spilgtumu.
Laikā no piecdesmito gadu beigām līdz 20. gadsimta beigām oglekļa dioksīda daudzums Zemes atmosfērā palielinājās par vairāk nekā 15 procentiem fosilā kurināmā (piemēram, ogļu, naftas un dabasgāzes) degšanas un tropisko lietus mežu iznīcināšanas dēļ., piemēram, Amazones upes baseinā. Datormodeļi paredz, ka oglekļa dioksīda neto divkāršošanās līdz 21. gadsimta vidum varētu izraisīt planētas vidējo globālo sasilšanu 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F), kurai būtu dziļa ietekme uz jūras līmeni un lauksaimniecība. Kaut arī daži ir kritizējuši šo secinājumu, pamatojoties uz to, ka līdz šim novērotā sasilšana nav notikusi atbilstoši prognozēm, okeāna temperatūras datu analīze liecina, ka liela daļa 20. gadsimta sasilšanas faktiski notika pašos okeānos - un tas notiks galu galā parādās atmosfērā.
Vēl viena baža par atmosfēru ir cilvēku darbību ietekme uz stratosfēras ozona slāni. Astoņdesmito gadu vidū tika konstatēts, ka sarežģītās ķīmiskās reakcijas, kurās iesaistītas cilvēka radīto hlorfluorogļūdeņražu (CFC) pēdas, rada īslaicīgus caurumus ozona slānī, īpaši virs Antarktīdas, polārā pavasara laikā. Vēl satraucošāks bija atklājums par arvien pieaugošo ozona līmeņa pazemināšanos īpaši apdzīvotajos mērenajos platuma grādos, jo ir konstatēts, ka īsa viļņa garuma ultravioletais starojums, ko ozona slānis efektīvi absorbē, rada ādas vēzi. Vietējie starptautiskie nolīgumi, lai apturētu visbriesmīgāko ozonu iznīcinošo CFC ražošanu, galu galā apturēs un mainīs noārdīšanos, taču tikai līdz 21. gadsimta vidum šo ķīmisko vielu ilgā uzturēšanās laika dēļ stratosfērā.
