Ilmakehä
Maata ympäröi suhteellisen ohut ilmakehä (jota yleisesti kutsutaan ilmaksi), joka koostuu kaasujen seoksesta, pääasiassa molekyylit typestä (78 prosenttia) ja molekyylin happeesta (21 prosenttia). Läsnä on myös paljon pienempiä määriä kaasuja, kuten argonia (lähes 1 prosenttia), vesihöyryä (keskimäärin 1 prosenttia, mutta ajallisesti ja sijainniltaan hyvin muuttuva), hiilidioksidia (0,0395 prosenttia [395 osaa miljoonaan] ja tällä hetkellä nousevaa), metaania (0,00018 prosenttia [1,8 osaa miljoonalta] ja tällä hetkellä nouseva), ja muut, yhdessä pienten suspensioissa olevien kiinteiden ja nestemäisten hiukkasten kanssa.
geoidi: Maan kuvan määrittäminen
Hyväksyntä ajatukselle, että Maa on pallomainen, annetaan yleensä Pythagorasille (kukoisti kuudennen vuosisadan aikaiset) ja
Koska maapallolla on heikko painovoimakenttä (koon takia) ja lämmin ilmakehän lämpötila (johtuen sen läheisyydestä aurinkoon) jättiläinen planeetoihin verrattuna, siitä puuttuu niiden hallussaan universumin yleisimmät kaasut: vety ja helium. Vaikka sekä aurinko että Jupiter koostuvat pääosin näistä kahdesta elementistä, niitä ei voitu pitää kauan varhaisessa maapallossa ja haihtua nopeasti planeettojenväliseen avaruuteen. Maan ilmakehän korkea happipitoisuus on epätavallista. Happi on erittäin reaktiivinen kaasu, joka useimmissa planeettaolosuhteissa yhdistetään muiden ilmakehän, pinnan ja kuoren kemikaalien kanssa. Itse sitä toimittavat jatkuvasti biologiset prosessit; ilman elämää vapaata happea ei käytännössä olisi. Ilmakehän 1,8 miljoonasosaa metaania on myös kaukana kemiallisesta tasapainosta ilmakehän ja kuoren kanssa: se on myös biologista alkuperää, ja ihmisen toiminnan osuus on huomattavasti suurempi kuin muiden.
Ilmakehän kaasut ulottuvat maan pinnalta tuhansien kilometrien korkeuksiin, sulautuen lopulta aurinkotuuliin - ladattujen hiukkasten virtaan, joka virtaa ulos aurinkojen syrjäisimmistä alueista. Ilmakehän koostumus on suunnilleen vakio korkeuden ollessa noin 100 km (60 mailia), lukuun ottamatta vesihöyryä ja otsonia.
Ilmapiiri kuvataan yleisesti erillisinä kerroksina tai alueina. Suurin osa ilmakehästä on keskittynyt troposfääriin, joka ulottuu pinnasta noin 10–15 km (6–9 mailia) korkeuteen, leveysasteesta ja vuodenajasta riippuen. Tämän kerroksen kaasujen käyttäytymistä säädetään konvektiolla. Tämä prosessi sisältää turbulenssit, kaatumisliikkeet, jotka johtuvat auringon lämmittämän pinnan lähellä olevan ilman kelluvuudesta. Konvektio ylläpitää laskevaa pystysuuntaista lämpötilagradienttia, ts. Lämpötilan laskua korkeudessa, noin 6 ° C (10.8 ° F) / km troposfäärin läpi. Troposfäärin yläosassa, jota kutsutaan tropopauseksi, lämpötilat ovat laskeneet noin –80 ° C: seen (–112 ° F). Troposfääri on alue, jolla esiintyy melkein kaikkia vesihöyryjä ja tapahtuu käytännössä kaikkia sääolosuhteita.
Kuiva, heikko stratosfääri sijaitsee troposfäärin yläpuolella ja ulottuu noin 50 km: n (30 mailin) korkeuteen. Konvektiiviset liikkeet ovat heikkoja tai puuttuvat stratosfäärissä; Liikkeet sen sijaan yleensä suuntautuvat vaakasuunnassa. Tämän kerroksen lämpötila nousee korkeuden kanssa.
Ylemmissä stratosfäärin alueilla auringon ultraviolettivalon absorptio hajottaa molekyylin happea (O 2); rekombinaatio yhden happiatomin O 2 molekyylejä otsonia (3) luo suojaavan otsonikerrosta.
Suhteellisen lämpimän stratopauksen yläpuolella on vielä taipuvampi mesosfääri, jossa lämpötilat laskevat jälleen korkeuden ollessa 80–90 km (50–56 mailia) pinnan yläpuolelle, missä mesopause on määritelty. Siellä saavutettu minimilämpötila on erittäin vaihteleva vuodenajan mukaan. Lämpötilat nousevat sitten korkeuden kasvaessa yläkerroksen, joka tunnetaan termosfäärinä, läpi. Myös noin 80–90 km: n yläpuolella on kasvava osa varautuneita tai ionisoituneita hiukkasia, jotka tältä korkeudelta ylöspäin määrittelevät ionosfäärin. Tältä alueelta, etenkin suunnilleen ympyränmuotoisilla napojen ympärillä, syntyy näkyviä näkyviä aurorat, kun ilmakehän typpi- ja happiatomit ovat vuorovaikutuksessa auringosta peräisin olevien energisten hiukkasten episodisten purskeiden kanssa.
Maan yleistä ilmakehän kiertoa ohjaa auringonvalon energia, jota on runsaammin päiväntasaajan leveysasteilla. Tämän lämmön liikkeelle napoja kohti vaikuttaa voimakkaasti maan nopea kierto ja siihen liittyvä Coriolis-voima leveysasteilla päässä päiväntasaajasta (joka lisää itä-länsi-komponentin tuulien suuntaan), mikä johtaa useisiin kiertävän ilman soluihin kussakin pallonpuoliskolla. Epävakaudet (ilmakehän virtauksen häiriöt, jotka kasvavat ajan myötä) tuottavat keskipistevyöhykkeille ominaisia korkeapainealueita ja matalapaine myrskyjä, samoin kuin ylemmän troposfäärin nopeita, itään liikkuvia suihkuputkia, jotka ohjaavat myrskyjen polkuja. Valtameret ovat massiivisia lämmönvaraajia, jotka toimivat pääasiassa tasoittaen maapallon lämpötilojen vaihteluita, mutta niiden hitaasti muuttuvat virrat ja lämpötilat vaikuttavat myös sääen ja ilmastoon, kuten El Niño / Southern Oscillation -ilmiöilmiössä (katso ilmasto: kierto, virtaukset, sekä valtameren ja ilmakehän vuorovaikutus; ilmasto: El Niño / eteläinen värähtely ja ilmastomuutos).
Maan ilmapiiri ei ole ympäristön staattinen ominaisuus. Sen koostumus on pikemminkin kehittynyt geologisen ajan kuluessa yhdessä elämän kanssa ja muuttuu nykyään nopeammin vastauksena ihmisen toimintaan. Noin puolivälissä maapallon historian aikana ilmakehän epätavallisen suuri vapaan hapen määrä alkoi kehittyä syanobakteerien aiheuttaman fotosynteesin (ks. Sinilevät) ja luonnollisten happea sisältävien happeaineiden kyllästymisen (esim. Suhteellisen happea sisältävät mineraalit ja vety) tulivuorista purkautuvat rikkaat kaasut). Hapen kertyminen antoi mahdollisuuden kehittyä monimutkaisille soluille, jotka kuluttavat happea aineenvaihdunnan aikana ja joista kaikki kasvit ja eläimet koostuvat (katso eukaryootti).
Maan ilmasto missä tahansa paikassa vaihtelee vuodenaikojen mukaan, mutta globaalissa ilmastossa on myös pidemmän aikavälin eroja. Tulivuoren räjähdykset, kuten Filippiineillä sijaitsevan Pinatubon vuoren purkaus vuonna 1991, voivat injektoida stratosfääriin suuria määriä pölyhiukkasia, jotka pysyvät keskeytettynä vuosia, vähentäen ilmakehän läpinäkyvyyttä ja johtaen mitattavissa olevaan jäähdytykseen maailmanlaajuisesti. Asteroidien ja komeettojen huomattavasti harvemmat jättiläisvaikutukset voivat tuottaa vielä syvällisempiä vaikutuksia, mukaan lukien auringonvalon voimakas heikkeneminen kuukausien tai vuosien ajan, kuten monet tutkijat uskovat johtavan elävien lajien massiiviseen sukupuuttoon kriidikauden lopulla, 66 miljoonaa vuotta. sitten. (Lisätietoja kosmisten vaikutusten aiheuttamista riskeistä ja niiden esiintymismahdollisuuksista, katso Maavahinkovahinko.) Äskettäisessä geologisessa tutkimuksessa havaitut hallitsevat ilmastomuutokset ovat jääkaudet, jotka liittyvät maapallon kallistumisen ja sen kiertoradan vaihteluihin. geometria auringon suhteen.
Vetyfuusion fysiikka saa tähtitieteilijät toteamaan, että aurinko oli 30 prosenttia vähemmän valoisaa Maan varhaisimman historian aikana kuin nykyään. Kaikkien muiden ollessa tasa-arvoisia, valtameret olisi pitänyt jäädyttää. Maapallon planeettanaapureiden Marsin ja Venuksen havainnot ja arviot maankuoreen lukittuneesta hiilestä tällä hetkellä viittaavat siihen, että hiilidioksidia oli maapallon ilmakehässä aiempien ajanjaksojen aikana paljon enemmän. Tämä olisi parantanut pinnan lämpenemistä kasvihuoneilmiön kautta ja sallinut merien jäädä nestemäisiksi.
Nykyään maapallonkuoreen on haudattu hiilidioksidia 100 000 kertaa enemmän hiilidioksidia kuin ilmakehään, toisin kuin Venus, jonka ilmakehän kehitys tapahtui eri tavalla. Maapallolla karbonaattikuorien muodostuminen meren elämässä on tärkein mekanismi hiilidioksidin muuttamiseksi karbonaateiksi; abiottiset prosessit, joihin liittyy nestemäistä vettä, tuottavat myös karbonaatteja, tosin hitaammin. Venuksen kohdalla elämässä ei kuitenkaan koskaan ollut mahdollisuutta syntyä ja tuottaa karbonaatteja. Maapallon sijainnin vuoksi aurinkokunnassa varhainen Venus sai 10–20 prosenttia enemmän auringonvaloa kuin maan päälle sattuu vielä nykyäänkin, silloisesta kevyemmästä auringosta huolimatta. Useimmat planeettatutkijat uskovat, että kohonnut pinnan lämpötila piti veden tiivistymästä nesteeksi. Sen sijaan se pysyi ilmakehässä vesihöyrynä, joka, kuten hiilidioksidi, on tehokas kasvihuonekaasu. Yhdessä nämä kaksi kaasua aiheuttivat pintalämpötilojen nousun vielä korkeammaksi, jolloin valtavat määrät vettä pakenivat stratosfääriin, missä se erottui aurinko-ultraviolettisäteilystä. Olosuhteissa, jotka ovat nyt liian kuumia ja kuivia abiottisen karbonaatin muodostumisen mahdollistamiseksi, suurin osa tai koko planeetan hiilivarasto pysyi ilmakehässä hiilidioksidina. Mallit ennustavat, että maapallo voi kärsiä saman kohtalon miljardissa vuodessa, kun aurinko ylittää nykyisen kirkkautensa 10–20 prosentilla.
1950-luvun lopun ja 1900-luvun lopun välisenä aikana hiilidioksidin määrä maan ilmakehässä kasvoi yli 15 prosenttia fossiilisten polttoaineiden (esim. Hiilen, öljyn ja maakaasun) palamisen ja trooppisten sademetsien tuhoamisen vuoksi., kuten Amazonin joen valuma-alueen. Tietokonemallit ennustavat, että hiilidioksidin netto kaksinkertaistuminen 21. vuosisadan puoliväliin mennessä voi johtaa maapallon lämpenemiseen, joka on keskimäärin 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F), jolla olisi voimakkaita vaikutuksia merenpintaan ja maataloudessa. Vaikka jotkut ovat kritisoineet tätä johtopäätöstä sillä perusteella, että toistaiseksi havaittu lämpeneminen ei ole pysynyt ennusteessa, merien lämpötilatietojen analyysit ovat osoittaneet, että suuri osa 20. vuosisadan lämpenemisestä tapahtui itse valtamereissä - ja tulee lopulta ilmaantuvat ilmakehään.
Toinen ilmakehän huolenaihe on ihmisen toiminnan vaikutus stratosfäärin otsonikerrokseen. 1980-luvun puolivälissä havaittiin monimutkaisten kemiallisten reaktioiden, joihin liittyi ihmisen luomien klorofluorihiilivetyjen (CFC-yhdisteiden) jälkiä aiheuttavan väliaikaisia reikiä otsonikerrokseen, etenkin Antarktikan yli, polaarisen kevään aikana. Vielä huolestuttavampaa oli löydetty otsonin heikkeneminen yhä enemmän asutuilla lauhkeilla leveysasteilla, koska otsonikerroksen tehokkaasti absorboiman lyhyen aallonpituuden ultraviolettisäteilyn on havaittu aiheuttavan ihosyöpää. Voimakkaimmin otsonia tuhoavien CFC-yhdisteiden tuotannon lopettamiseksi tehdyt kansainväliset sopimukset lopulta lopettavat ja kääntävät ehtymisen, mutta vasta 2000-luvun puoliväliin mennessä, koska nämä kemikaalit ovat pitkään stratosfäärissä.
