Jordvidenskab

Lektionsmål

• Angiv de vigtigste lag i atmosfæren og deres temperaturer.
• Diskuter hvorfor alt vejr finder sted i troposfæren.
• diskuter, hvordan o .onlaget beskytter overfladen mod skadelig stråling.,

Ordforråd

• aurora
• exosphere
• inversion
• ionosfæren
• magnetosfære
• mesosfaeren
• ozonlaget
• solar wind
• stratosphere
• temperatur gradient
• thermosfæren
• troposfæren

Indledning

atmosfæren er lagdelt, der svarer til, hvordan atmosfærens temperatur ændringer med højden. Ved at forstå, hvordan temperaturændringer med højden, kan vi lære meget om, hvordan atmosfæren fungerer., Mens vejret finder sted i den nedre atmosfære, sker interessante ting, såsom den smukke aurora, højere i atmosfæren.

lufttemperatur

hvorfor stiger varm luft (figur ovenfor)? Gasmolekyler er i stand til at bevæge sig frit, og hvis de ikke er opretholdt, som de er i atmosfæren, kan de tage mere eller mindre plads.

• når gasmolekylerne er kølige, er de trægte og tager ikke så meget plads., Med det samme antal molekyler på mindre plads er både lufttæthed og lufttryk højere.
• når gasmolekyler er varme, bevæger de sig kraftigt og optager mere plads. Lufttætheden og lufttrykket er lavere.

varmere, lettere luft er mere flydende end den køligere luft over den, så den stiger. Den køligere luft synker derefter ned, fordi den er tættere end luften under den. Dette er konvektion, som blev beskrevet i pladetektonik-kapitlet.

den egenskab, der ændrer sig mest slående med højden, er lufttemperatur., I modsætning til ændringen i tryk og densitet, som falder med højden, er ændringer i lufttemperaturen ikke regelmæssige. En ændring i temperatur med afstand kaldes en temperaturgradient.

atmosfæren er opdelt i lag baseret på, hvordan temperaturen i dette lag ændrer sig med højden, lagets temperaturgradient (figur nedenfor). Temperaturgradienten for hvert lag er anderledes. I nogle lag stiger temperaturen med højden, og i andre falder den. Temperaturgradienten i hvert lag bestemmes af lagets varmekilde (figur nedenfor).,

de fleste af de vigtige processer i atmosfæren finder sted i De laveste to lag: troposfæren og stratosfæren.,

troposfæren

troposfærens temperatur er højest nær jordens overflade og falder med højden. I gennemsnit temperaturgradienten af troposfæren er 6,5 per c per 1.000 m (3,6.F per 1.000 ft.) af højde. Hvad er varmekilden til troposfæren?jordens overflade er en vigtig varmekilde for troposfæren, selvom næsten al den varme kommer fra solen. Sten, jord og vand på jorden absorberer solens lys og udstråler det tilbage i atmosfæren som varme., Temperaturen er også højere nær overfladen på grund af den større tæthed af gasser. Den højere tyngdekraft får temperaturen til at stige.

Bemærk, at i troposfæren varmere luft er under køligere luft. Hvad tror du konsekvensen af dette er? Denne tilstand er ustabil. Den varme luft nær overfladen stiger og kølig luft højere i troposfæren synker. Så luft i troposfæren gør meget blanding. Denne blanding får temperaturgradienten til at variere med tid og sted., Den stigende og forlis af luft i troposfæren betyder, at alle planetens vejr finder sted i troposfæren.

Nogle gange er der en temperaturinversion, lufttemperaturen i troposfæren stiger med højden, og varm luft sidder over kold luft. Inversioner er meget stabile og kan vare i flere dage eller endda uger. Inversionsformular:

• Over land om natten eller om vinteren, når jorden er kold. Den kolde jord afkøler luften, der sidder over den, hvilket gør dette lave luftlag tættere end luften over det.
• nær kysten, hvor koldt havvand køler luften over det., Når den tættere luft bevæger sig ind i landet, glider den under den varmere luft over landet.

da temperaturinversioner er stabile, fælder de ofte forurenende stoffer og producerer usunde luftforhold i byer (figur nedenfor).

øverst i troposfæren er et tyndt lag, hvor temperaturen ikke ændres med højden., Dette betyder, at den køligere, tættere luft i troposfæren er fanget under den varmere, mindre tætte luft i stratosfæren. Luft fra troposfæren og stratosfæren blander sjældent.

stratosfæren

aske og gas fra et stort vulkanudbrud kan sprænge ind i stratosfæren, laget over troposfæren. En gang i stratosfæren forbliver den suspenderet der i mange år, fordi der er så lidt blanding mellem de to lag. Piloter kan lide at flyve i de nedre dele af stratosfæren, fordi der er lidt luftturbulens.,

i stratosfæren stiger temperaturen med højden. Hvad er varmekilden til stratosfæren? Den direkte varmekilde til stratosfæren er solen. Luft i stratosfæren er stabil, fordi varmere, mindre tæt luft sidder over køligere, tættere luft. Som et resultat er der lidt Blanding af luft i laget.

o .onlaget findes i stratosfæren mellem 15 til 30 km (9 til 19 miles) højde. Tykkelsen af O .onlaget varierer afhængigt af sæsonen og også efter breddegrad.,

ozonlaget er meget vigtigt, fordi ozon gas i stratosfæren, absorberer det meste af Solens skadelige ultraviolette (UV) stråling. På grund af dette beskytter o .onlaget livet på jorden. UV-lys med høj energi trænger ind i celler og beskadiger DNA, hvilket fører til celledød (som vi kender som en dårlig solskoldning). Organismer på jorden er ikke tilpasset kraftig UV-eksponering, som dræber eller beskadiger dem. Uden o .onlaget for at afspejle UVC og UVB stråling, mest komplekse liv på jorden ville ikke overleve længe (figur nedenfor).,

mesosfæren

temperaturer i mesosfæren falder med højden. Fordi der er få gasmolekyler i mesosfæren for at absorbere solens stråling, er varmekilden stratosfæren nedenfor. Mesosfæren er ekstremt kold, især på toppen, omkring -90.C (-130. f).

luften i mesosfæren har ekstremt lav densitet: 99,9% af atmosfærens masse er under mesosfæren., Som følge heraf er lufttrykket meget lavt (figur nedenfor). En person, der rejser gennem mesosfaeren vil opleve alvorlige forbrændinger fra ultraviolet lys, da ozonlaget, der giver UV-beskyttelse er i stratosfæren nedenfor. Der ville være næsten ingen ilt til vejrtrækning. Fremmed endnu, en ubeskyttet rejsendes blod ville koge ved normal kropstemperatur, fordi trykket er så lavt.

Thermosfæren og Uden

molekylernes densitet er så lav i termosfæren, at et gasmolekyle kan gå omkring 1 km, før det kolliderer med et andet molekyle. Da så lidt energi overføres, føles luften meget kold (figur ovenfor).inden for termosfæren er ionosfæren., Ionosfæren får sit navn fra solstrålingen, der ioniserer gasmolekyler for at skabe en positivt ladet ion og en eller flere negativt ladede elektroner. De frigjorte elektroner rejser inden for ionosfæren som elektriske strømme. På grund af de frie ioner har ionosfæren mange interessante egenskaber.om natten springer radiobølger ud af ionosfæren og tilbage til jorden. Derfor kan du ofte hente en AM-radiostation langt fra dens kilde om natten.,Van Allen – strålebælterne er to donutformede zonesoner med stærkt ladede partikler, der er placeret uden for atmosfæren i magnetosfæren. Partiklerne stammer fra soludbrud og flyver til jorden på solvinden. Når de er fanget af Jordens magnetfelt, følger de langs feltets magnetiske kraftlinjer. Disse linjer strækker sig fra oven ækvator til Nordpolen og også til Sydpolen derefter vende tilbage til ækvator.,

når massive solstorme får Van Allen — bælterne til at blive overbelastet med partikler, er resultatet det mest spektakulære træk ved ionosfæren-natlig aurora (figur nedenfor). Partiklerne spiral langs magnetfeltlinjer mod polerne. De ladede partikler aktiverer ilt-og nitrogengasmolekyler, hvilket får dem til at lyse op. Hver gas udsender en bestemt lysfarve.

Der er ingen reel ydre grænse for eksosfæren, det yderste lag af atmosfæren; gasmolekylerne bliver endelig så knappe, at der på et tidspunkt ikke er mere. Ud over atmosfæren er solvinden. Solvinden er lavet af højhastighedspartikler, for det meste protoner og elektroner, der rejser hurtigt udad fra solen.

denne video er meget grundig i sin diskussion af lagene i atmosfæren., Husk, at den kemiske sammensætning af de enkelte lag er næsten den samme, bortset fra ozonlaget, som er fundet i stratosfæren (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: Lysende nordlys

Hvad ville Jordens magnetfelt se ud, hvis det var malet i farver? Det ville ligne aurora! Denne søgen video ser på aurora, som giver fingerpeg om solvinden, Jordens magnetfelt og Jordens atmosfære. Læs mere på: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

Lektionsoversigt

• funktioner i atmosfæren ændres med højde: densitet falder, lufttrykket falder, temperaturændringer varierer.forskellige temperaturgradienter skaber forskellige lag i atmosfæren.
• det laveste lag er troposfæren, hvor de fleste af de atmosfæriske gasser og alt planetens vejr er placeret. Troposfæren opvarmes fra jorden, så temperaturen falder med højden. Fordi varm luft stiger og kølig luft synker, er troposfæren ustabil.,
• i stratosfæren stiger temperaturen med højden. Stratosfæren indeholder O .onlaget, som beskytter planeten mod solens skadelige UV-stråling.

Revie.spørgsmål

1. Giv en detaljeret forklaring på, hvorfor varm luft stiger.
2. hvorfor ændres lufttemperaturen ikke ensartet med højden? Giv eksempler.
3. Beskriv, hvordan jorden fungerer som varmekilde for troposfæren. Hvad er energikilden, og hvad sker der med den energi?
4. hvor stabil er en inversion, og hvorfor? Hvordan danner en inversion?,Phoeni., Ari .ona, er en by i den sydvestlige ørken. Somrene er ekstremt varme. Vinterdage er ofte ret varme, men vinteraftener kan være ret kølige. I December er inversioner ret almindelige. Hvordan dannes en inversion under disse forhold, og hvad er konsekvenserne af en inversion til denne spredte, bilafhængige by?
5. Hvorfor kan ikke luft fra troposfæren og stratosfæren blandes frit?
6. hvad er varmekilden til stratosfæren? Hvordan absorberes den varme?
7. beskrive o .ondannelse og tab i O .onlaget. Forekommer den ene mere end den anden?,
8. hvordan og hvor oprettes “stjerneskud”?
9. hvorfor skulle en ubeskyttet rejsendes blod koge i mesosfæren?

Yderligere Læsning / Supplerende Links

• NASA, Mysteriet om Aurora: http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

punkter at overveje

• hvordan skaber solenergi atmosfærens lag?
• hvordan skaber solenergi vejret?
• hvad ville der ske med livet på jorden, hvis der var mindre o ?on i O ?onlaget?