Warstwy atmosfery i promieniowanie

Atmosfera-najbardziej zewnętrzna powłoka Ziemi. Ma budowę warstwową, co wynika ze zmienności temperatury na różnych jej wysokościach.

Troposfera-grubość najw. strefa międzyzwrotnikowa(17-18km), najmn. bieguny(6-8km), w umiarkowanych szer. geogr. 10-12km. Te różnice wynikają z odmiennego nagrzewania obszarów obszarów różnych szer. geogr. i ze zróżnicowania odśrodkowej siły bezwładności. Spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości, średnio o 0,6C na każde 100m. W górnej troposferze temp. Wynosi -55C, wraz z wysokością maleje ciśnienie o 5hPa/100m. Troposfera skupia w sobie 80% całej masy powietrza oraz prawie całą parę wodną. Powyżej troposfery- tropopauza- grubość 1-2km i temp. stała -55C.

Stratosfera- temp. w dole -55C, pow. 25 km szybki wzrost temp. W górnej warstwie 0C. Pochłaniane jest tam promieniowanie słoneczne, gł. ultrafioletowe przez ozon. Wydzielane jest ciepło. Górna subjednostka stratosfery- ozonosfera. Najw. koncentracja ozonu- wys. 20-35km. O zmroku widać tam świecące obłoki. Górna granica stratosfery- stratopauza.

Mezosfera- stały spadek temp wraz ze wzrostem wysokości. W górnej części mezosfery (na wys. 85km) temp= -90C. W warstwie przejściowej-mezopauzie temp jest stała i wynosi -90C.

Termosfera- sięga wys 800km. Następuje tam wzrost temp do 1000-1500C. Jest spowodowane pochłanianiem promieniowania słonecznego (krótkiego, ultrakrótkofalowego) przez zjonizowany tlen, azot, hel i wodór. Dolna cześć-jonosfera. Tworzy się tam zjawisko zórz polarnych.

Egzosfera- zewnętrzna warstwa atmosfery, silne rozrzedzenie powietrza. Część rozproszonych cząsteczek gazów uchodzi w przestrzeń kosmiczną. Temp. na granicy z przestrzenią międzyplanetarną spada do -273,2C (0K- zero bezwzględne).

Skład atmosfery:
Aerozole- drobne cząstki stałych i ciekłych gazów.
-Składniki stałe: azot(78,09%), tlen(20,95%), argon(0,93%), neon, hel, krypton, ksenon, wodór.
-Składniki zmienne: para wodna (do 4%) (jej źródłem jest proces parowania z powierzchni lądowych i wodnych Ziemi), dwutlenek węgla(0,03%) (źródło-wybuchy wulkanów, spalanie paliw, procesy oddychania i gnicia), metan(produkt rozkładu substancji organicznej), związki siarki, tlenki azotu, ozon.
Do aerozoli znajdujących się w powietrzu zalicza się: pyłki roślin, spory i zarodniki, bakterie, pyły(np.pustynne, wulkaniczne), cząsteczki soli, zanieczyszczenia przemysłowe(sadza, popiół, pyły). Aerozole wyst. w dolnych warstwach troposfery i odgrywają ważną rolę w obiegu wody w przyrodzie.
Tlen- niezbędny w procesach oddychania, spalania, utleniania, butwienia. Zapasy są odnawiane przez fotosyntezę. Tlen uczestniczy w mineralizacji związków organicznych organicznych glebie, ułatwia pobieranie składników pokarmowych przez systemy korzeniowe roślin.

Azot-obniża stężenie tlenu, co prowadzi do spowolnienia procesów spalania, utleniania, przemiany materii, niezbędny składnik w procesie wytwarzania substancji białkowych białkowych powstawania żywych komórek w roślinach.

Dwutlenek węgla- cięższy od innych składników. Pobierany z powietrza przez roślin zielone oraz magazynowany przez oceany i lasy. Zawartość CO2 w dolnej warstwie rośnie. Należy do gazów cieplarnianych.

Dzięki parze wodnej powstają chmury i opady atmosferyczne, uczestniczy w obiegu wody i wpływa na obieg ciepła w atmosferze.

Warstwa ozonowa pochłania promieniowanie nadfioletowe i rentgenowskie
Atmosfera warunkuje życie na Ziemi, modeluje atmosferę(CO2 zwiększa intensywność procesów krasowych, tlenki azotu i siarki mają wpływ na procesy wietrzenia i glebotwórcze), chroni Ziemię przed promieniowaniem UV i meteoroidami.

Źródło energii docierającej od pow. Ziemi to promieniowanie słoneczne i ciepło z wnętrza planety.
Do Ziemi dociera promieniowanie bezpośrednie i pośrednie. Ilość prom. bezpośredniego uzależniona jest od: kąta padania promieni słonecznych, długości dnia, wysokości bezwzględnej, ekspozycji i nachylenia stoków, pokrycia terenu, barwy podłoża, zawartości pary wodnej i aerozoli.
Promieniowanie rozproszone dociera do Ziemi podczas wschodu i zachodu Słońca i przy zachmurzonym niebie. Efektem rozproszenia promieniowania jest niebieska barwa nieba. Suma promieniowania bezpośredniego bezpośredniego rozproszonego to promieniowanie całkowite. Do powierzchni Ziemi dociera ok. 55% promieniowania słonecznego, słonecznego czego 51% jest pochłaniane przez podłoże, a 4% odbijane od powierzchni planety. Energia słoneczna docierająca w postaci promieniowania krótkofalowego zamienia się w ciepło, które jest oddawane atmosferze jako promieniowanie długofalowe (niewidzialne promieniowanie podczerwone). Część tego promieniowania pochłaniana jest w atmosferze przez parę wodną i CO2 i ponownie emitowana do powierzchni Ziemi. Dopływ prom. krótkofalowego jest równoważony ilością promieniowania długofalowego oddawanego przez powierzchnię Ziemi. Bilans cieplny równy jest zeru.

albedo- stosunek ilości promieniowania odbitego do ilości promieniowania padającego. Wielkość albedo uzależniony jest od rodzaju podłoża i jego barwy. Ciemne pow. pochłaniają duże ilości ciepła (niskie albedo), jasne odbija większą część promieniowania, niewiele ciepła oddaje atmosferze (wysokie albedo).

Turbulencja- bezładne przemieszczanie się cząsteczek powietrza atmosferycznego. Ciepło przenosi się od cieplejszych do chłodniejszych warstw, niwelując w ten sposób duże różnice temperatur dobowych.

Konwekcja- ruch powietrza w układzie pionowym. Polega na wznoszeniu lub opadaniu powietrza. Dzięki prądom konwekcyjnym wznoszącym ciepło jest przenoszone na duże wysokości. W efekcie rozprężania podczas ruchów wznoszących powietrze traci wewnętrzną energię i obniża się jego temperatura. Konwekcja wpływa na pionowe zmiany temp troposfery.

Adwekcja- poziome przemieszczanie się mas powietrza o różnej temperaturze. Ma znaczenie przy przenoszeniu ciepła z obszarów wodnych na lądowe i odwrotnie.

Procesy adiabatyczne- procesy ochładzania mas powietrza na skutek wznoszenia się bądź ogrzewania podczas ich opadania przy braku wymiany ciepła z otoczeniem.

Zmiany temp podczas tych procesów zależą od wilgotności powietrza, w suchym zmienia się 1C/100m (gradient suchoadiabatyczny), zaś w wilgotnym 0,6C/100m (wilgotnoadiabatyczny). Wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. następuje spadek temp.
Inwersja temperatury- wraz ze wzrostem wysokości następuje wzrost temp. Uniemożliwia rozwój konwekcji.
Przemiany fazowe wody powodują wymianę ciepła w atmosferze. Dostarczenie energii cieplnej- parowanie wody, oddawanie ciepła ? skraplanie pary wodnej.

Czynniki kształtujące temp: szerokości geograficzne(wraz ze wzrostem szer. geogr.. temp obniża się średnio o 10C co 20 stopni szer. geogr.), rozkład lądów i mórz(na półkuli półn. jest wyższa temp niż na półkuli połud. ląd się nagrzewa szybciej), prądy morskie(ciepły prąd podwyższa temp, zimny obniża), wysokość nad poziomem morza(wraz ze wzrostem wys. bezwzględnej następuje spadek temp średnio o 0,6C/100m.), rzeźba terenu(stoki dosłoneczne otrzymują więcej energii niż tereny równinne i stoki przeciwległe), pokrycia i barwy terenu(nad podłożem ciemnym temp jest wysoka, nad podłożem jasnym temp jest niska).

Na kuli ziemskiej występuje strefowość termiczna. Roczna amplituda- różnica między średnią temperaturą najcieplejszego najcieplejszego najchłodniejszego miesiąca nad danym obszarem.