știința Pământului

cele patru straturi principale ale atmosferei au gradienți de temperatură diferiți, creând structura termică a atmosferei.

straturile atmosferei apar ca culori diferite în această imagine de la Stația Spațială Internațională.majoritatea proceselor importante ale atmosferei au loc în cele mai joase două straturi: troposfera și stratosfera.,temperatura troposferei este cea mai mare lângă suprafața Pământului și scade odată cu altitudinea. În medie, gradientul de temperatură al troposferei este de 6,5°C la 1.000 m (3,6°F la 1.000 ft.) de altitudine. Care este sursa de căldură pentru troposferă?

suprafața Pământului este o sursă majoră de căldură pentru troposferă, deși aproape toată această căldură provine de la soare. Roca, solul și apa de pe Pământ absorb lumina soarelui și o radiază înapoi în atmosferă sub formă de căldură., Temperatura este, de asemenea, mai mare în apropierea suprafeței datorită densității mai mari a gazelor. Gravitatea mai mare determină creșterea temperaturii.observați că în troposferă aerul mai cald este sub aerul mai rece. Care crezi că este consecința acestui lucru? Această condiție este instabilă. Aerul cald din apropierea suprafeței se ridică și aerul rece mai sus în troposferă se scufundă. Deci aerul din troposferă se amestecă foarte mult. Această amestecare face ca gradientul de temperatură să varieze în funcție de timp și loc., Creșterea și scufundarea aerului în troposferă înseamnă că toată vremea planetei are loc în troposferă.uneori există o inversare a temperaturii, temperatura aerului în troposferă crește odată cu altitudinea și aerul cald se află peste aerul rece. Inversiunile sunt foarte stabile și pot dura câteva zile sau chiar săptămâni. Inversiuni forma:

• peste teren pe timp de noapte sau în timpul iernii, atunci când solul este rece. Pământul rece răcește aerul care se află deasupra acestuia, făcând acest strat scăzut de aer mai dens decât aerul de deasupra acestuia.
• în apropierea coastei, unde apa de mare rece răcește aerul de deasupra ei., Când acel aer mai dens se deplasează spre interior, alunecă sub aerul mai cald deasupra pământului.deoarece inversiunile de temperatură sunt stabile, adesea captează poluanții și produc condiții de aer nesănătoase în orașe (figura de mai jos).

  

  fumul face vizibilă o inversare a temperaturii. Fumul este prins în aer rece dens, care se află sub un capac de aer mai cald.în partea de sus a troposferei este un strat subțire în care temperatura nu se schimbă cu înălțimea., Aceasta înseamnă că aerul mai rece și mai dens al troposferei este prins sub aerul mai cald și mai puțin dens al stratosferei. Aerul din troposferă și stratosferă se amestecă rar.

  stratosfera

  cenușa și gazul dintr-o erupție vulcanică mare pot izbucni în stratosferă, stratul de deasupra troposferei. Odată ajuns în stratosferă, rămâne suspendat acolo mulți ani, deoarece există atât de puțină amestecare între cele două straturi. Piloților le place să zboare în porțiunile inferioare ale stratosferei, deoarece există puține turbulențe de aer.,în stratosferă, temperatura crește odată cu altitudinea. Care este sursa de căldură pentru stratosferă? Sursa directă de căldură pentru stratosferă este Soarele. Aerul din stratosferă este stabil, deoarece aerul mai cald, mai puțin dens se află peste aerul mai rece și mai dens. Ca urmare, există puțină amestecare a aerului în strat.stratul de ozon se găsește în stratosferă între 15 și 30 km (9 până la 19 mile) altitudine. Grosimea stratului de ozon variază în funcție de sezon și de latitudine.,stratul de ozon este extrem de important deoarece gazul de ozon din stratosferă absoarbe cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete (UV) dăunătoare ale soarelui. Din acest motiv, stratul de ozon protejează viața pe Pământ. Lumina UV de mare energie pătrunde în celule și dăunează ADN-ului, ducând la moartea celulelor (pe care o cunoaștem ca o arsură proastă). Organismele de pe Pământ nu sunt adaptate la expunerea puternică la UV, ceea ce le ucide sau le dăunează. Fără ca stratul de ozon să reflecte radiațiile UVC și UVB, cea mai complexă viață de pe Pământ nu ar supraviețui mult timp (figura de mai jos).,chiar și cu stratul de ozon, radiațiile UVB încă reușesc să ajungă la suprafața Pământului, în special acolo unde radiația solară este ridicată.

  mezosferă

  Temperaturile din mezosferă scad cu altitudinea. Deoarece există puține molecule de gaz în mezosferă pentru a absorbi radiația soarelui, sursa de căldură este stratosfera de dedesubt. Mezosfera este extrem de rece, mai ales la vârf, aproximativ -90°c (-130°F).aerul din mezosferă are o densitate extrem de scăzută: 99,9% din masa atmosferei este sub mezosferă., Ca urmare, presiunea aerului este foarte scăzută (figura de mai jos). O persoană care călătorește prin mezosferă ar experimenta arsuri grave de la lumina ultravioletă, deoarece stratul de ozon care oferă protecție UV se află în stratosfera de mai jos. Nu ar exista aproape nici un oxigen pentru respirație. Mai ciudat, sângele unui călător neprotejat ar fierbe la temperatura normală a corpului, deoarece presiunea este atât de scăzută.

  

  meteorii ard în mezosferă, chiar dacă gazul este foarte subțire; acești meteori arzând sunt stele căzătoare.,

  Termosferă și Dincolo

  

  Stația Spațială Internațională (ISS), orbitează în partea superioară a termosferă, la aproximativ 320 de la 380 de km deasupra Pământului.densitatea moleculelor este atât de scăzută în termosferă încât o moleculă de gaz poate merge aproximativ 1 km înainte de a se ciocni cu o altă moleculă. Deoarece atât de puțină energie este transferată, aerul se simte foarte rece (figura de mai sus).

  în termosferă este ionosfera., Ionosfera își ia numele de la radiația solară care ionizează moleculele de gaz pentru a crea un ion încărcat pozitiv și unul sau mai mulți electroni încărcați negativ. Electronii eliberați călătoresc în ionosferă sub formă de curenți electrici. Datorită ionilor liberi, ionosfera are multe caracteristici interesante.

  noaptea, undele radio sări de pe ionosferă și înapoi pe Pământ. Acesta este motivul pentru care puteți ridica adesea un post de radio AM departe de sursa sa noaptea.,centurile de radiații Van Allen sunt două zone în formă de gogoașă de particule foarte încărcate care sunt situate dincolo de atmosfera din magnetosferă. Particulele provin din rachete solare și zboară spre Pământ pe vântul solar. Odată prinși de câmpul magnetic al Pământului, ei urmează de-a lungul liniilor magnetice de forță ale câmpului. Aceste linii se extind de la ecuator la Polul Nord și, de asemenea, la Polul Sud, apoi se întorc la ecuator.,când furtunile solare masive fac ca centurile Van Allen să devină supraîncărcate cu particule, rezultatul este cea mai spectaculoasă caracteristică a ionosferei — aurora nocturnă (figura de mai jos). Particulele spiralează de-a lungul liniilor câmpului magnetic spre poli. Particulele încărcate energizează moleculele de oxigen și azot, determinându-le să se aprindă. Fiecare gaz emite o anumită culoare a luminii.

  

  (a) afișajele spectaculoase de lumină sunt vizibile ca aurora boreală sau luminile nordice din emisfera nordică., (b) aurora australis sau luminile sudice înconjoară Antarctica.nu există o limită exterioară reală a exosferei, stratul exterior al atmosferei; moleculele de gaz devin în cele din urmă atât de rare încât la un moment dat nu mai există. Dincolo de atmosferă este vântul solar. Vântul solar este format din particule de mare viteză, mai ales protoni și electroni, care călătoresc rapid spre exterior de la soare.acest videoclip este foarte detaliat în discuția sa despre straturile atmosferei., Amintiți-vă că compoziția chimică a fiecărui strat este aproape aceeași, cu excepția stratului de ozon care se găsește în stratosferă (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

  KQED: iluminarea Luminilor Nordice

  cum ar arăta câmpul magnetic al pământului dacă ar fi pictat în culori? Ar arăta ca aurora! Acest videoclip de căutare privește aurora, care oferă indicii despre vântul solar, câmpul magnetic al Pământului și atmosfera Pământului. Aflați mai multe la: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

  Rezumatul lecției

  • caracteristicile schimbării atmosferei cu altitudinea: densitatea scade, presiunea aerului scade, schimbările de temperatură variază.
  • diferite gradienți de temperatură creează diferite straturi în atmosferă.
  • cel mai jos strat este troposfera unde se află majoritatea gazelor atmosferice și toată vremea planetei. Troposfera este încălzită de la sol, astfel încât temperatura scade odată cu altitudinea. Deoarece aerul cald se ridică și aerul rece se scufundă, troposfera este instabilă.,
  • în stratosferă, temperatura crește odată cu altitudinea. Stratosfera conține stratul de ozon, care protejează planeta de radiațiile UV dăunătoare ale soarelui.

  întrebări de revizuire

  1. oferiți o explicație detaliată a motivului pentru care se ridică aerul cald.
  2. De ce temperatura aerului nu se schimbă uniform cu altitudinea? Dați exemple.
  3. descrie modul în care solul acționează ca sursă de căldură pentru troposferă. Care este sursa de energie și ce se întâmplă cu acea energie?
  4. cât de stabilă este o inversiune și de ce? Cum se formează o inversiune?,Phoenix, Arizona, este un oraș din sud-vestul deșertului. Verile sunt extrem de calde. Zilele de iarnă sunt adesea destul de calde, dar nopțile de iarnă pot fi destul de reci. În decembrie, inversiunile sunt destul de frecvente. Cum se formează o inversiune în aceste condiții și care sunt consecințele unei inversiuni către acest oraș întins, dependent de mașini?
  5. De ce nu poate aerul din troposferă și stratosferă să se amestece liber?
  6. care este sursa de căldură pentru stratosferă? Cum se absoarbe căldura?
  7. descrieți crearea și pierderea ozonului în stratul de ozon. Se întâmplă unul mai mult decât celălalt?,
  8. cum și unde sunt create „stelele de filmare”?
  9. De ce ar fierbe sângele unui călător neprotejat în mezosferă?

  Lectură suplimentară/legături suplimentare

  • NASA, misterul aurorei: http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

  puncte de luat în considerare

  • cum creează energia solară straturile atmosferei?
  • cum creează energia solară vremea?
  • ce s-ar întâmpla cu viața de pe Pământ dacă ar exista mai puțin ozon în stratul de ozon?