Ατμόσφαιρα

Ο πλανήτης Άρης έχει μια ατμόσφαιρα που αποτελείται από λεπτά στρώματα αερίων.

Τα ατμοσφαιρικά αέρια γύρω από τη Γη διασκορπίζουν το μπλε φως (μικρότερα μήκη κύματος) περισσότερο από το φως προς το κόκκινο άκρο (μεγαλύτερα μήκη κύματος) του ορατού φάσματος . Έτσι, μια μπλε λάμψη στον ορίζοντα φαίνεται κατά την παρατήρηση της Γης από το διάστημα .

Ένα διάγραμμα των στρωμάτων της ατμόσφαιρας της Γης

Μια ατμόσφαιρα (από τα αρχαία ελληνικά ἀτμός (atmós) «ατμός, ατμός» και σφαῖρα (sphaîra) «σφαίρα») είναι ένα στρώμα αερίου ή στρώματα αερίων που περιβάλλουν έναν πλανήτη και συγκρατούνται στη θέση τους από τη βαρύτητα του πλανητικού σώμα. Ένας πλανήτης διατηρεί μια ατμόσφαιρα όταν η βαρύτητα είναι μεγάλη και η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας χαμηλή. ^[1] Μια αστρική ατμόσφαιρα είναι η εξωτερική περιοχή ενός άστρου, η οποία περιλαμβάνει τα στρώματα πάνω από την αδιαφανή φωτόσφαιρα . αστέρια χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί να έχουν εξωτερικές ατμόσφαιρες που περιέχουν μόρια ένωσης .

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από άζωτο (78%), οξυγόνο (21%), αργό (0,9%), διοξείδιο του άνθρακα (0,04%) και ιχνοαέρια. ^[2] Οι περισσότεροι οργανισμοί χρησιμοποιούν οξυγόνο για την αναπνοή . οι κεραυνοί και τα βακτήρια πραγματοποιούν δέσμευση αζώτου για να παράγουν αμμωνία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή νουκλεοτιδίων και αμινοξέων . Τα φυτά , τα φύκια και τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα για φωτοσύνθεση . Η πολυεπίπεδη σύνθεση της ατμόσφαιρας ελαχιστοποιεί τις βλαβερές επιπτώσεις του ηλιακού φωτός, την υπεριώδη ακτινοβολία, τον ηλιακό άνεμο και τις κοσμικές ακτίνες για την προστασία των οργανισμών από γενετικές βλάβες. Η σημερινή σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης είναι προϊόν δισεκατομμυρίων ετών βιοχημικής τροποποίησης της παλαιοατμόσφαιρας από ζωντανούς οργανισμούς.

Σύνθεση

Η αρχική αέρια σύνθεση μιας ατμόσφαιρας καθορίζεται από τη χημεία και τη θερμοκρασία του τοπικού ηλιακού νεφελώματος από το οποίο σχηματίζεται ένας πλανήτης και η επακόλουθη διαφυγή ορισμένων αερίων από το εσωτερικό της ατμόσφαιρας. Η αρχική ατμόσφαιρα των πλανητών προήλθε από έναν περιστρεφόμενο δίσκο αερίων, ο οποίος κατέρρευσε στον εαυτό του και στη συνέχεια χωρίστηκε σε μια σειρά απεχόντων δακτυλίων αερίου και ύλης που αργότερα συμπυκνώθηκαν για να σχηματίσουν τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Οι ατμόσφαιρες των πλανητών Αφροδίτης και Άρης αποτελούνται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο , αργό και οξυγόνο . ^[3]

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης καθορίζεται από τα υποπροϊόντα της ζωής που διατηρεί. Ο ξηρός αέρας (μείγμα αερίων) από την ατμόσφαιρα της Γης περιέχει 78,08% άζωτο, 20,95% οξυγόνο, 0,93% αργό, 0,04% διοξείδιο του άνθρακα και ίχνη υδρογόνου, ηλίου και άλλων «ευγενών» αερίων (κατ' όγκο), αλλά γενικά μια μεταβλητή υπάρχει επίσης ποσότητα υδρατμών, κατά μέσο όρο περίπου 1% στο επίπεδο της θάλασσας. ^[4]

Οι χαμηλές θερμοκρασίες και η υψηλότερη βαρύτητα των γιγάντιων πλανητών του Ηλιακού Συστήματος - Δίας , Κρόνος , Ουρανός και Ποσειδώνας - τους επιτρέπουν να συγκρατούν πιο εύκολα αέρια με χαμηλή μοριακή μάζα . Αυτοί οι πλανήτες έχουν ατμόσφαιρες υδρογόνου-ηλίου, με ίχνη πιο πολύπλοκων ενώσεων.

Δύο δορυφόροι των εξωτερικών πλανητών διαθέτουν σημαντικές ατμόσφαιρες. Ο Τιτάνας , ένα φεγγάρι του Κρόνου, και ο Τρίτωνας , ένα φεγγάρι του Ποσειδώνα, έχουν ατμόσφαιρες κυρίως αζώτου . Όταν βρίσκεται στο τμήμα της τροχιάς του που βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο, ο Πλούτωνας έχει ατμόσφαιρα αζώτου και μεθανίου παρόμοια με του Τρίτωνα, αλλά αυτά τα αέρια παγώνουν όταν είναι πιο μακριά από τον Ήλιο.

Άλλα σώματα μέσα στο Ηλιακό Σύστημα έχουν εξαιρετικά λεπτές ατμόσφαιρες που δεν βρίσκονται σε ισορροπία. Αυτά περιλαμβάνουν τη Σελήνη ( αέριο νάτριο ), τον Ερμή (αέριο νάτριο), την Ευρώπη (οξυγόνο), την Ίο ( θείο ) και τον Εγκέλαδο ( υδρατμοί ).

Ο πρώτος εξωπλανήτης του οποίου η ατμοσφαιρική σύνθεση προσδιορίστηκε είναι ο HD 209458b , ένας αέριος γίγαντας με στενή τροχιά γύρω από ένα αστέρι στον αστερισμό του Πήγασου . Η ατμόσφαιρά του θερμαίνεται σε θερμοκρασίες άνω των 1.000 Κ και διαφεύγει σταθερά στο διάστημα. Υδρογόνο, οξυγόνο, άνθρακας και θείο έχουν ανιχνευθεί στην φουσκωμένη ατμόσφαιρα του πλανήτη. ^[5]

Δομή

Γη

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από στρώματα με διαφορετικές ιδιότητες, όπως ειδική αέρια σύνθεση, θερμοκρασία και πίεση. Το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι η τροπόσφαιρα , η οποία εκτείνεται από την πλανητική επιφάνεια μέχρι τον πυθμένα της στρατόσφαιρας . Η τροπόσφαιρα περιέχει το 75 τοις εκατό της μάζας της ατμόσφαιρας και είναι το ατμοσφαιρικό στρώμα στο οποίο εμφανίζεται ο καιρός. το ύψος της τροπόσφαιρας κυμαίνεται μεταξύ 17 km στον ισημερινό και 7,0 km στους πόλους. Η στρατόσφαιρα εκτείνεται από την κορυφή της τροπόσφαιρας μέχρι το κάτω μέρος της μεσόσφαιρας και περιέχει το στρώμα του όζοντος , σε υψόμετρο μεταξύ 15 km και 35 km, και είναι το ατμοσφαιρικό στρώμα που απορροφά το μεγαλύτερο μέρος τουυπεριώδη ακτινοβολία που έλαβε η Γη από τον Ήλιο. Η κορυφή της μεσόσφαιρας, κυμαίνεται από 50 km έως 85 km, και είναι το στρώμα όπου οι περισσότεροι μετεωρίτες αποτεφρώνονται πριν φτάσουν στην πλανητική επιφάνεια. Η θερμόσφαιρα εκτείνεται από υψόμετρο 85 km έως τη βάση της εξώσφαιρας στα 400 km, και περιέχει την ιονόσφαιρα όπου η ηλιακή ακτινοβολία ιονίζει την ατμόσφαιρα. Η πυκνότητα της ιονόσφαιρας είναι μεγαλύτερη σε μικρές αποστάσεις από την πλανητική επιφάνεια κατά τη διάρκεια της ημέρας και μειώνεται καθώς η ιονόσφαιρα ανεβαίνει τη νύχτα, επιτρέποντας έτσι ένα μεγαλύτερο εύρος ραδιοσυχνοτήτων να ταξιδεύει μεγαλύτερες αποστάσεις. Επιπλέον, που βρίσκεται στη μεσόσφαιρα, βρίσκεται η γραμμή Kármán στα 100 km, η οποία είναι το όριο μεταξύτο διάστημα και την ατμόσφαιρα του πλανήτη Γη. Η εξώσφαιρα ξεκινά περίπου στα 690 έως 1.000 km από την πλανητική επιφάνεια, όπου αλληλεπιδρά με τη μαγνητόσφαιρα της Γης.

Πίεση

Ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη (ανά μονάδα-εμβαδού) κάθετη σε μια μονάδα-εμβαδού της πλανητικής επιφάνειας, όπως προσδιορίζεται από το βάρος της κατακόρυφης στήλης των ατμοσφαιρικών αερίων. Στο εν λόγω ατμοσφαιρικό μοντέλο, η ατμοσφαιρική πίεση , το βάρος της μάζας του αερίου, μειώνεται σε μεγάλο υψόμετρο λόγω της φθίνουσας μάζας του αερίου πάνω από το σημείο βαρομετρικής μέτρησης. Οι μονάδες πίεσης αέρα βασίζονται στην τυπική ατμόσφαιρα (atm), η οποία είναι 101,325 kPa (760 Torr , ή 14,696 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi). Το ύψος στο οποίο η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται κατά συντελεστή e (έναάρρητος αριθμός ίσος με 2,71828) ονομάζεται ύψος της κλίμακας ( H ). Για μια ατμόσφαιρα ομοιόμορφης θερμοκρασίας, το ύψος της κλίμακας είναι ανάλογο με την ατμοσφαιρική θερμοκρασία και είναι αντιστρόφως ανάλογο με το γινόμενο της μέσης μοριακής μάζας του ξηρού αέρα και της τοπικής επιτάχυνσης της βαρύτητας στο σημείο της βαρομετρικής μέτρησης.

Απόδραση

Η επιφανειακή βαρύτητα διαφέρει σημαντικά μεταξύ των πλανητών. Για παράδειγμα, η μεγάλη βαρυτική δύναμη του γιγάντιου πλανήτη Δία συγκρατεί ελαφρά αέρια όπως το υδρογόνο και το ήλιο που διαφεύγουν από αντικείμενα με χαμηλότερη βαρύτητα. Δεύτερον, η απόσταση από τον Ήλιο καθορίζει την ενέργεια που είναι διαθέσιμη για τη θέρμανση του ατμοσφαιρικού αερίου στο σημείο όπου κάποιο κλάσμα της θερμικής κίνησης των μορίων του υπερβαίνει την ταχύτητα διαφυγής του πλανήτη , επιτρέποντας σε αυτούς να ξεφύγουν από τη βαρυτική σύλληψη ενός πλανήτη. Έτσι, ο μακρινός και ψυχρός Τιτάνας , ο Τρίτωνας και ο Πλούτωνας είναι σε θέση να διατηρήσουν την ατμόσφαιρά τους παρά τη σχετικά χαμηλή βαρύτητά τους.

Δεδομένου ότι μια συλλογή μορίων αερίου μπορεί να κινείται με ένα ευρύ φάσμα ταχυτήτων, θα υπάρχουν πάντα αρκετά γρήγορα ώστε να παράγουν μια αργή διαρροή αερίου στο διάστημα. Τα ελαφρύτερα μόρια κινούνται γρηγορότερα από τα βαρύτερα με την ίδια θερμική κινητική ενέργεια , και έτσι τα αέρια χαμηλού μοριακού βάρους χάνονται πιο γρήγορα από αυτά του υψηλού μοριακού βάρους. Θεωρείται ότι η Αφροδίτη και ο Άρης μπορεί να έχασαν μεγάλο μέρος του νερού τους όταν, μετά τη φωτοδιάσπαση σε υδρογόνο και οξυγόνο από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία, το υδρογόνο διέφυγε. μαγνητικό πεδίο της Γηςβοηθά να αποτραπεί αυτό, καθώς, κανονικά, ο ηλιακός άνεμος θα ενίσχυε σημαντικά τη διαφυγή του υδρογόνου. Ωστόσο, τα τελευταία 3 δισεκατομμύρια χρόνια η Γη μπορεί να έχει χάσει αέρια μέσω των μαγνητικών πολικών περιοχών λόγω της δραστηριότητας του σέλας, συμπεριλαμβανομένου ενός καθαρού 2% του ατμοσφαιρικού της οξυγόνου. ^[6] Το καθαρό αποτέλεσμα, λαμβάνοντας υπόψη τις πιο σημαντικές διαδικασίες διαφυγής, είναι ότι ένα εγγενές μαγνητικό πεδίο δεν προστατεύει έναν πλανήτη από την ατμοσφαιρική διαφυγή και ότι για ορισμένες μαγνητίσεις η παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου λειτουργεί για να αυξήσει τον ρυθμό διαφυγής. ^[7]

Άλλοι μηχανισμοί που μπορούν να προκαλέσουν εξάντληση της ατμόσφαιρας είναι η εκτόξευση που προκαλείται από τον ηλιακό άνεμο , η διάβρωση πρόσκρουσης , οι καιρικές συνθήκες και η απομόνωση - μερικές φορές αναφέρεται ως "πάγωμα" - στον ρεγολιθικό και στα πολικά καλύμματα .

Έδαφος

Οι ατμόσφαιρες έχουν δραματικές επιπτώσεις στις επιφάνειες των βραχωδών σωμάτων. Τα αντικείμενα που δεν έχουν ατμόσφαιρα, ή που έχουν μόνο μια εξώσφαιρα, έχουν έδαφος που καλύπτεται από κρατήρες . Χωρίς ατμόσφαιρα, ο πλανήτης δεν έχει προστασία από μετεωροειδή και όλοι αυτοί συγκρούονται με την επιφάνεια ως μετεωρίτες και δημιουργούν κρατήρες.

Τα περισσότερα μετεωροειδή καίγονται ως μετεωρίτες πριν χτυπήσουν την επιφάνεια ενός πλανήτη. Όταν τα μετεωροειδή χτυπούν , τα αποτελέσματα συχνά διαγράφονται από τη δράση του ανέμου. ^[8]

Η αιολική διάβρωση είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη διαμόρφωση του εδάφους των βραχωδών πλανητών με ατμόσφαιρες και με την πάροδο του χρόνου μπορεί να εξαλείψει τις επιπτώσεις τόσο των κρατήρων όσο και των ηφαιστείων . Επιπλέον, δεδομένου ότι τα υγρά δεν μπορούν να υπάρξουν χωρίς πίεση, μια ατμόσφαιρα επιτρέπει σε υγρό να υπάρχει στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα λίμνες , ποτάμια και ωκεανούς . Η Γη και ο Τιτάνας είναι γνωστό ότι έχουν υγρά στην επιφάνειά τους και το έδαφος στον πλανήτη υποδηλώνει ότι ο Άρης είχε υγρό στην επιφάνειά του στο παρελθόν.

Ατμόσφαιρες στο Ηλιακό Σύστημα

Γραφήματα της ταχύτητας διαφυγής σε σχέση με την επιφανειακή θερμοκρασία ορισμένων αντικειμένων του Ηλιακού συστήματος που δείχνουν ποια αέρια συγκρατούνται. Τα αντικείμενα σχεδιάζονται σε κλίμακα και τα σημεία δεδομένων τους βρίσκονται στις μαύρες κουκκίδες στη μέση.

Έξω από το ηλιακό σύστημα

Κύριο άρθρο: Εξωγήινη ατμόσφαιρα

Ατμόσφαιρα HD 209458 β

Κυκλοφορία

Η κυκλοφορία της ατμόσφαιρας συμβαίνει λόγω θερμικών διαφορών όταν η μεταφορά γίνεται πιο αποτελεσματικός μεταφορέας θερμότητας από τη θερμική ακτινοβολία . Σε πλανήτες όπου η κύρια πηγή θερμότητας είναι η ηλιακή ακτινοβολία, η περίσσεια θερμότητας στις τροπικές περιοχές μεταφέρεται σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη. Όταν ένας πλανήτης παράγει σημαντική ποσότητα θερμότητας εσωτερικά, όπως στην περίπτωση του Δία , η μεταφορά στην ατμόσφαιρα μπορεί να μεταφέρει θερμική ενέργεια από το εσωτερικό της υψηλότερης θερμοκρασίας στην επιφάνεια.

Σημασία

Από την οπτική γωνία ενός πλανητικού γεωλόγου , η ατμόσφαιρα δρα για να διαμορφώσει μια πλανητική επιφάνεια. Ο άνεμος μαζεύει σκόνη και άλλα σωματίδια τα οποία, όταν συγκρούονται με το έδαφος, διαβρώνουν το ανάγλυφο και αφήνουν εναποθέσεις ( αιολικές διεργασίες). Ο παγετός και οι βροχοπτώσεις , που εξαρτώνται από την ατμοσφαιρική σύνθεση, επηρεάζουν επίσης το ανάγλυφο. Οι κλιματικές αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν τη γεωλογική ιστορία ενός πλανήτη. Αντίθετα, η μελέτη της επιφάνειας της Γης οδηγεί στην κατανόηση της ατμόσφαιρας και του κλίματος άλλων πλανητών.

Για έναν μετεωρολόγο , η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει το κλίμα και τις παραλλαγές του.

Για έναν βιολόγο ή παλαιοντολόγο , η ατμοσφαιρική σύνθεση της Γης εξαρτάται στενά από την εμφάνιση της ζωής και την εξέλιξή της .

Δείτε επίσης

Αναφορές

^ Liddell, Henry George. Scott, Robert (24-09-2015). «ἀτμός» . Ένα ελληνοαγγλικό λεξικό . Ψηφιακή Βιβλιοθήκη Περσέα . Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 Σεπτεμβρίου 2015.
↑ "Σύνθεση της Γης Ατμόσφαιρας: Άζωτο, Οξυγόνο, Αργό και CO2" . Γη Πώς . 31-07-2017 . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .
^ Williams, Matt (2016-01-07). "Πώς είναι η ατμόσφαιρα σε άλλους πλανήτες;" . Σύμπαν σήμερα . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .
↑ «Ατμοσφαιρική Σύνθεση» . ανεμοστρόβιλος.sfsu.edu . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .
^ Weaver, D.; Villard, R. (2007-01-31). "Hubble Probes Layer-cake Structure of Alien World's Atmosphere" . Κέντρο ειδήσεων Hubble. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-03-14 . Ανακτήθηκε 2007-03-11 .
^ Seki, Κ.; Elphic, RC; Hirahara, Μ.; Terasawa, Τ.; Mukai, T. (2001). «Σχετικά με την ατμοσφαιρική απώλεια ιόντων οξυγόνου από τη γη μέσω των διεργασιών μαγνητόσφαιρας» . Επιστήμη . 291 (5510): 1939–1941. Bibcode : 2001Sci...291.1939S . CiteSeerX 10.1.1.471.2226 . doi : 10.1126/science.1058913 . PMID 11239148 . S2CID 17644371 . Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-10-01 . Ανακτήθηκε 2007-03-07 .
^ Gunell, Η.; Maggiolo, R.; Nilsson, Η.; Stenberg Wieser, G.; Slapak, R.; Lindkvist, J.; Hamrin, Μ.; De Keyser, J. (2018). «Γιατί ένα εγγενές μαγνητικό πεδίο δεν προστατεύει έναν πλανήτη από την ατμοσφαιρική διαφυγή» . Αστρονομία και Αστροφυσική . 614 : L3. Bibcode : 2018A&A...614L...3G . doi : 10.1051/0004-6361/201832934 .
^ "Επιστήμονες εντόπισαν έναν εισερχόμενο αστεροειδή με το μέγεθος ενός αυτοκινήτου την περασμένη εβδομάδα - Γιατί αυτό έχει σημασία για εμάς" .

Περαιτέρω ανάγνωση

Sanchez-Lavega, Agustin (2010). Εισαγωγή στις Πλανητικές Ατμόσφαιρες . Taylor & Francis . ISBN 978-1-4200-6732-3.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[1] Liddell, Henry George. Scott, Robert (24-09-2015). «ἀτμός» . Ένα ελληνοαγγλικό λεξικό . Ψηφιακή Βιβλιοθήκη Περσέα . Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 Σεπτεμβρίου 2015.

[2] "Σύνθεση της Γης Ατμόσφαιρας: Άζωτο, Οξυγόνο, Αργό και CO2" . Γη Πώς . 31-07-2017 . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .

[3] Williams, Matt (2016-01-07). "Πώς είναι η ατμόσφαιρα σε άλλους πλανήτες;" . Σύμπαν σήμερα . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .

[4] «Ατμοσφαιρική Σύνθεση» . ανεμοστρόβιλος.sfsu.edu . Ανακτήθηκε 22-10-2019 .

[5] Weaver, D.; Villard, R. (2007-01-31). "Hubble Probes Layer-cake Structure of Alien World's Atmosphere" . Κέντρο ειδήσεων Hubble. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-03-14 . Ανακτήθηκε 2007-03-11 .

[6] Seki, Κ.; Elphic, RC; Hirahara, Μ.; Terasawa, Τ.; Mukai, T. (2001). «Σχετικά με την ατμοσφαιρική απώλεια ιόντων οξυγόνου από τη γη μέσω των διεργασιών μαγνητόσφαιρας» . Επιστήμη . 291 (5510): 1939–1941. Bibcode : 2001Sci...291.1939S . CiteSeerX 10.1.1.471.2226 . doi : 10.1126/science.1058913 . PMID 11239148 . S2CID 17644371 . Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-10-01 . Ανακτήθηκε 2007-03-07 .

[Gunell_et_al.,_2018-7] Gunell, Η.; Maggiolo, R.; Nilsson, Η.; Stenberg Wieser, G.; Slapak, R.; Lindkvist, J.; Hamrin, Μ.; De Keyser, J. (2018). «Γιατί ένα εγγενές μαγνητικό πεδίο δεν προστατεύει έναν πλανήτη από την ατμοσφαιρική διαφυγή» . Αστρονομία και Αστροφυσική . 614 : L3. Bibcode : 2018A&A...614L...3G . doi : 10.1051/0004-6361/201832934 .

[8] "Επιστήμονες εντόπισαν έναν εισερχόμενο αστεροειδή με το μέγεθος ενός αυτοκινήτου την περασμένη εβδομάδα - Γιατί αυτό έχει σημασία για εμάς" .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Έλεγχος αρχής
Εθνικές βιβλιοθήκες	Ηνωμένες Πολιτείες
Αλλα	Microsoft Academic Εθνικά Αρχεία (ΗΠΑ)