Earth Science (Svenska)

Lektionsmål

• lista de stora lagren av atmosfären och deras temperaturer.
• diskutera varför allt väder sker i troposfären.
• diskutera hur ozonskiktet skyddar ytan mot skadlig strålning.,

ordförråd

• aurora
• exosfär
• inversion
• jonosfär
• magnetosfär
• mesosfär
• ozonskikt
• solvind
• stratosfär
• temperaturgradient
• termosfär
• temperaturgradient
• termosfär
• troposfär

introduktion

atmosfären är skiktad, vilket motsvarar hur atmosfärens temperatur förändras med höjd. Genom att förstå hur temperaturen förändras med höjd kan vi lära oss mycket om hur atmosfären fungerar., Medan vädret äger rum i den nedre atmosfären, händer intressanta saker, som den vackra aurora, högre i atmosfären.

lufttemperatur

Varför stiger varm luft (figur ovan)? Gasmolekyler kan röra sig fritt och om de är obestridda, som de är i atmosfären, kan de ta upp mer eller mindre utrymme.

• när gasmolekyler är coola är de tröga och tar inte upp så mycket utrymme., Med samma antal molekyler i mindre utrymme är både lufttäthet och lufttryck högre.
• när gasmolekyler är varma rör de sig kraftigt och tar upp mer utrymme. Lufttäthet och lufttryck är lägre.

varmare, lättare luft är mer flytande än den kallare luften ovanför den, så den stiger. Den kallare luften sjunker sedan ner, eftersom den är tätare än luften under den. Detta är konvektion, som beskrevs i plattan Tektonik kapitel.

egenskapen som ändras mest slående med höjd är lufttemperaturen., Till skillnad från förändringen i tryck och densitet, som minskar med höjd, är förändringar i lufttemperaturen inte vanliga. En temperaturförändring med avstånd kallas en temperaturgradient.

atmosfären är uppdelad i lager baserat på hur temperaturen i det skiktet ändras med höjd, lagrets temperaturgradient (figur nedan). Temperaturgradienten för varje lager är annorlunda. I vissa lager ökar temperaturen med höjd och i andra minskar den. Temperaturgradienten i varje skikt bestäms av värmekällan för skiktet (figur nedan).,

de flesta av atmosfärens viktiga processer sker i de lägsta två skikten: troposfären och stratosfären.,

troposfär

troposfärens temperatur är högst nära jordens yta och minskar med höjd. I genomsnitt är troposfärens temperaturgradient 6,5 ° C per 1000 m (3,6°F per 1000 ft.) höjd. Vad är värmekällan för troposfären?

jordens yta är en viktig värmekälla för troposfären, även om nästan all den värmen kommer från solen. Rock, jord och vatten på jorden absorberar solens ljus och utstrålar det tillbaka i atmosfären som värme., Temperaturen är också högre nära ytan på grund av den större densiteten hos gaser. Den högre gravitationen gör att temperaturen stiger.

Observera att i troposfären är varmare luft under kallare luft. Vad tror du konsekvensen av detta är? Detta tillstånd är instabilt. Den varma luften nära ytan stiger och sval luft högre i troposfären sjunker. Så luften i troposfären gör mycket blandning. Denna blandning gör att temperaturgradienten varierar med tid och plats., Den stigande och sjunkande luften i troposfären innebär att hela planetens väder äger rum i troposfären.

ibland finns det en temperaturinversion, lufttemperaturen i troposfären ökar med höjd och varm luft sitter över kall luft. Inversioner är mycket stabila och kan vara i flera dagar eller till och med veckor. Inversioner form:

• över mark på natten eller på vintern när marken är kall. Den kalla marken kyler luften som sitter ovanför den, vilket gör detta låga lager av luft tätare än luften ovanför den.
• Nära kusten där kall havsvatten kyler luften ovanför den., När den tätare luften rör sig inåt landet, glider den under den varmare luften över landet.

eftersom temperaturinversioner är stabila, fångar de ofta föroreningar och producerar ohälsosamma luftförhållanden i städer (figur nedan).

på toppen av troposfären är ett tunt skikt där temperaturen inte förändras med höjd., Detta innebär att den svalare, tätare luften i troposfären är instängd under stratosfärens varmare, mindre täta luft. Luft från troposfären och stratosfären blandar sällan.

Stratosfär

aska och gas från ett stort vulkanutbrott kan brista in i stratosfären, skiktet ovanför troposfären. En gång i stratosfären förblir den suspenderad där i många år eftersom det finns så liten blandning mellan de två skikten. Piloter gillar att flyga i de nedre delarna av stratosfären eftersom det finns liten luftturbulens.,

i stratosfären ökar temperaturen med höjd. Vad är värmekällan för stratosfären? Den direkta värmekällan för stratosfären är solen. Luft i stratosfären är stabil eftersom varmare, mindre tät luft sitter över svalare, tätare luft. Som ett resultat är det lite blandning av luft i skiktet.

ozonskiktet finns i stratosfären mellan 15 till 30 km (9 till 19 miles) höjd. Ozonskiktets tjocklek varierar efter säsong och även efter latitud.,

ozonskiktet är oerhört viktigt eftersom ozongas i stratosfären absorberar det mesta av solens skadliga ultravioletta (UV) strålning. På grund av detta skyddar ozonskiktet livet på jorden. UV-ljus med hög energi tränger in i celler och skadar DNA, vilket leder till celldöd (vilket vi vet som en dålig solbränna). Organismer på jorden är inte anpassade till tung UV-exponering, som dödar eller skadar dem. Utan ozonskiktet för att reflektera UVC-och UVB-strålning skulle det mest komplexa livet på jorden inte överleva länge (figur nedan).,

mesosfär

temperaturer i mesosfären minskar med höjd. Eftersom det finns få gasmolekyler i mesosfären för att absorbera solens strålning, är värmekällan stratosfären nedan. Mesosfären är extremt kall, särskilt på toppen, ca -90°C (-130°f).

luften i mesosfären har extremt låg densitet: 99,9% av atmosfärens massa ligger under mesosfären., Som ett resultat är lufttrycket mycket lågt (figur nedan). En person som reser genom mesosfären skulle uppleva svåra brännskador från ultraviolett ljus eftersom ozonskiktet som ger UV-skydd ligger i stratosfären nedan. Det skulle finnas nästan inget syre för andning. Ännu en oskyddad resenärs blod skulle koka vid normal kroppstemperatur eftersom trycket är så lågt.

termosfären och bortom

molekylernas densitet är så låg i termosfären att en gasmolekyl kan gå ca 1 km innan den kolliderar med en annan molekyl. Eftersom så lite energi överförs känns luften väldigt kall (figur ovan).

inom termosfären är jonosfären., Jonosfären får sitt namn från solstrålningen som joniserar gasmolekyler för att skapa en positivt laddad jon och en eller flera negativt laddade elektroner. De frigjorda elektronerna färdas inom jonosfären som elektriska strömmar. På grund av de fria jonerna har jonosfären många intressanta egenskaper.

på natten studsar radiovågorna från jonosfären och tillbaka till jorden. Det är därför du ofta kan hämta en AM-radiostation långt ifrån källan på natten.,

Van Allen strålningsbälten är två munkformade zoner av högladdade partiklar som ligger utanför atmosfären i magnetosfären. Partiklarna har sitt ursprung i solfläckar och flyger till jorden på solvinden. När de fångats av jordens magnetfält, följer de längs fältets magnetiska kraftlinjer. Dessa linjer sträcker sig från ovanför ekvatorn till nordpolen och även till Sydpolen och återvänder sedan till ekvatorn.,

När massiva solstormar gör att Van Allen-Bälten blir överbelastade med partiklar, är resultatet det mest spektakulära inslaget i jonosfären – nattens aurora (figur nedan). Partiklarna spiral längs magnetfältlinjer mot polerna. De laddade partiklarna aktiverar syre-och kvävegasmolekyler, vilket får dem att lysa upp. Varje gas avger en viss färg av ljus.

det finns ingen verklig yttre gräns för exosfären, atmosfärens yttersta skikt; gasmolekylerna blir äntligen så knappa att det vid något tillfälle inte finns några fler. Bortom atmosfären är solvinden. Solvinden är gjord av höghastighetspartiklar, mestadels protoner och elektroner, som reser snabbt utåt från solen.

den här videon är mycket noggrann i sin diskussion om atmosfärens lager., Kom ihåg att den kemiska sammansättningen av varje skikt är nästan densamma utom för ozonskiktet som finns i stratosfären (8a): http://www.youtube.com/watch?v=S-YAKZoy1A0 (6:44).

KQED: lyser norrskenet

hur skulle jordens magnetfält se ut om det målades i färger? Det skulle se ut som aurora! Denna QUEST video tittar på aurora, som ger ledtrådar om solvinden, jordens magnetfält och jordens atmosfär. Läs mer på: http://science.kqed.org/quest/video/illuminating-the-northern-lights/.,

Lektionssammanfattning

• atmosfärens egenskaper förändras med höjd: densiteten minskar, lufttrycket minskar, temperaturförändringar varierar.
• olika temperaturgradienter skapar olika lager i atmosfären.
• Det lägsta lagret är troposfären där de flesta atmosfäriska gaserna och hela planetens väder ligger. Troposfären upphettas från marken, så temperaturen minskar med höjd. Eftersom varm luft stiger och kall luft sjunker, är troposfären instabil.,
• i stratosfären ökar temperaturen med höjd. Stratosfären innehåller ozonskiktet, vilket skyddar planeten från solens skadliga UV-strålning.

granska frågor

1. ge en detaljerad förklaring till varför varm luft stiger.
2. varför ändras inte lufttemperaturen jämnt med höjd? Ge exempel.
3. Beskriv hur marken fungerar som värmekälla för troposfären. Vad är energikällan och vad händer med den energin?
4. hur stabil är en inversion och varför? Hur fungerar en inversion form?,
5. Phoenix, Arizona, är en stad i sydvästra öknen. Somrarna är extremt varma. Vinterdagar är ofta ganska varma men vinternätter kan vara ganska kyliga. I December är inversioner ganska vanliga. Hur bildar en inversion under dessa förhållanden och vilka är konsekvenserna av en inversion till denna sprawling, bilberoende stad?
6. Varför kan inte luft från troposfären och stratosfären blandas fritt?
7. vad är värmekällan för stratosfären? Hur absorberas värmen?
8. beskriv ozonbildning och förlust i ozonskiktet. Förekommer en mer än den andra?,
9. hur och var skapas ”shooting stars”?
10. Varför skulle en oskyddad resenärs blod koka i mesosfären?

Ytterligare läsning/kompletterande länkar

• NASA, The Mystery Of The Aurora:http://www.youtube.com/watch?v=PaSFAbATPvk.

pekar på

• Hur skapar solenergi atmosfärens lager?
• Hur skapar solenergi vädret?
• vad skulle hända med livet på jorden om det fanns mindre Ozon i ozonskiktet?