Astronomi

Hvad er det, der adskiller et atmosfærisk lag fra et andet?

Hvad er det, der adskiller et atmosfærisk lag fra et andet?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Atmosfæren i en planetarisk krop (forudsat at den har en atmosfære) beskrives som bestående af forskellige lag.

For eksempel har Jorden, Saturn og Jupiter alle en stratosfære og en troposfære.

Hvad er det, der definerer, hvor et lag stopper, og et andet starter?


Hvad er det, der definerer, hvor et lag stopper, og et andet starter?

Temperatur. Mere specifikt er det om temperaturen stiger eller falder med stigende højde.

I troposfæren falder temperaturen generelt med stigende højde med en gennemsnitlig hastighed på 6,4 ° C / km (den miljømæssige bortfaldshastighed). Dette fald stopper ved tropopausen, grænsen mellem troposfæren og stratosfæren. Ozonlaget er i stratosfæren, hvilket gør temperaturer i stratosfæren stigende med stigende højde. Selvom denne grænse er lidt uklar, er den stadig meget reel. Det kræver en utrolig stærk tordenvejr (tænk orkaner, storme kraftige nok til at gyde tornados og meget høje og stærke storme i den inter-tropiske konvergenszone) for at trænge igennem denne grænse.

Temperaturerne i stratosfæren holder op med at stige ved stratopausen, den meget uklare grænse mellem stratosfæren og mesosfæren. Ligesom troposfæren falder temperaturen i mesosfæren (og falder meget skarpt) med stigende højde. Termodynamik gør grænsen mellem stratosfæren og mesosfæren meget forskellig (og ikke nær så klar) som grænsen mellem troposfæren og mesosfæren.

Grænsen mellem mesosfæren og termosfæren svarer til grænsen mellem troposfæren og stratosfæren. Temperaturer stiger med stigende højde i termosfæren. Denne ændring fra faldende temperaturer i mesosfæren til stigende temperaturer i termosfæren giver en ret stabil grænse.

Noget andet sker nær den grænse mellem mesosfæren og termosfæren. Langvarige gasser er temmelig godt blandet i troposfæren, stratosfæren og mesosfæren takket være turbulens. Gasser i termosfæren og eksosfæren fungerer mere som en masse individuelle partikler snarere end en gas. I modsætning til de tætte lag nedenfor differentieres gasser i termosfæren og eksosfæren. Makeupen har tendens til lettere og lettere partikler (fx helium og brint) med stigende højde. Til sidst er alt, hvad man finder, brint og helium. Dette er de gasser, der slipper ud af atmosfæren.


Den problematiske opfattelse her er de "forskellige" lag, de findes faktisk ikke. Jordens atmosfære er et kontinuum, som enhver atmosfære er.

Dette stammer fra den hydrostatiske tryklov $ nabla P = - g rho $, der giver sammen med den ideelle gaslov $ P = rho k_B T / mu $ en eksponentielt rådnende løsning med højde, for tryk såvel som for massefylde. Her er P trykket, $ rho $ er den lokale massefylde, g er den lokale tyngdeacceleration, $ k_B $ Boltzmann-konstanten og $ T $ temperaturen.

Der er dog nogle forbehold for "lag" som en måde at karakterisere atmosfæren på:

  • En inversionslag kan være et tydeligt lag, hvor temperaturfaldet med højden er omvendt. Således stiger temperaturen en smule og falder derefter igen. Derfor vil der være nøjagtigt to punkter, hvor temperaturstigningen er 0. Mellem disse to punkter giver definitionen af ​​et særskilt lag mening.
  • På samme måde har hele atmosfæriske temperaturer på globalt plan en sjov højdeafhængighed (se f.eks. Her). Igen kan man definere lag mellem de punkter, hvor noget interessant i T-profilen sker. Det er her karakteriseringen til troposfæren, stratosfæren osv. Stammer fra.

Nu kan vi vælge andre variabler end temperatur for at karakterisere atmosfæren. Ligesom ioniseringstilstand, blandingstilstand, dynamiske bevægelser, kemisk sammensætning og derefter definerer lag, der kun giver mening, når vi taler om denne særlige variabel.

Sammenfatning: Lag kan defineres, selv fysisk meningsfulde, men kun i sammenhæng med en bestemt variabel.


Stratosfæren og troposfæren er defineret af variationen i temperatur med højden.

Inden for en troposfære falder temperaturen, når højden øges, og falder hurtigt nok til, at konvektion kan forekomme. Mens der i en stratosfære stiger temperaturen med stigende højde. Da konvektion kræver, at temperaturkølingstakten med højden ("bortfaldshastigheden") overstiger den hastighed, hvormed en gas afkøles på grund af et reduktion i tryk, vil atmosfæren være stabil i stratosfæren. Tropos betyder "drejning" og stratoer betyder lagdelt. Stratosfæren opvarmes af absorberingen af ​​solstråling, især UV-stråling (i ozonlaget), mens troposfæren opvarmes for det meste fra jorden eller i tilfælde af Jupiter fra Jupiters indre varme.

Resultatet er, at atmosfæren i troposfæren vil være godt blandet, og der dannes skyer, mens der i en stratosfære vil være mindre blanding og langt færre skyer.

I Jupiter forekommer tropopausen (punktet med den laveste temperatur) ved et tryk på ca. 0,1 bar. (kilde)


Videnskab lavet simpelt: Jordens øverste atmosfære

Kredit: NASA / Noctilucent Clouds, Jan Erik Paulsen Barrel Image, NASA / NSF.

Jordens atmosfære har fire primære lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren. Disse lag beskytter vores planet ved at absorbere skadelig stråling.

Termosfære 53–375 Miles & # 8211 På termosfæren bombarderes ilt- og kvælstofmolekyler af stråling og energiske partikler fra solen, hvilket får molekylerne til at opdele sig i deres komponentatomer og skabe varme. Termosfæren stiger i temperatur med højden, fordi atomær ilt og nitrogen ikke kan udstråle varmen fra denne absorption.

Mesosfæren 31-53 Miles & # 8211 At studere mesosfæren er afgørende for at forstå langsigtede ændringer i Jordens atmosfære og hvordan disse ændringer påvirker klimaet. Da mesosfæren er lydhør over for små ændringer i atmosfærisk kemi og sammensætning, kan det give spor for forskere, såsom hvordan tilsatte drivhusgasser kan bidrage til en ændring i temperatur eller vandsammensætning i atmosfæren.

Stratosfæren 10–31 Mil & # 8211 Ozonlaget ligger inden i stratosfæren og absorberer ultraviolet stråling fra solen.

Troposfæren 0–10 Miles & # 8211 Troposfæren er laget af Jordens atmosfære, hvor al menneskelig aktivitet finder sted.

Ionosfæren & # 8211 Ionosfæren er et lag af plasma dannet ved ionisering af atomært ilt og kvælstof ved meget energisk ultraviolet og røntgenstråling. Ionosfæren strækker sig fra midten af ​​mesosfæren op til magnetosfæren. Dette lag cykler dagligt, da udsættelse for solstråling dagtimerne forårsager ionisering af atomerne, der kan strække sig så langt ned som mesosfæren. Imidlertid er disse øvre atmosfæriske lag stadig for det meste neutrale, hvor kun en ud af en million partikler bliver ladet dagligt. Om natten kollapser ionosfæren for det meste, når solens stråling ophører med at interagere med atomerne i termosfæren. Der er stadig små mængder ladede atomer forårsaget af kosmisk stråling.

Meddelelse & # 8211 En unik egenskab ved ionosfæren er, at den kan bryde kortbølgeradiobølger, hvilket muliggør kommunikation over store afstande ved & # 8220bouncing & # 8221 signaler fra dette ioniserede atmosfæriske lag. Variationen af ​​ionosfæren kan afbryde satellitkommunikation, såsom fejl i GPS-signaler til kommerciel luftfart. Under solstorme kan dette lag endda lukke kommunikationen mellem jordstationer og satellitter.

Raketter, balloner og satellitter & # 8211 NASA-forskere bruger balloner til at indsamle in situ-målinger i atmosfæren. Imidlertid er mesosfæren og termosfæren for høje til, at balloner kan nå ud, så forskere bruger instrumenter på lydende raketter og satellitter til at samle mere detaljerede målinger af den øvre atmosfære.

Noctilucent Clouds in the Mesosphere & # 8211 Bevis for ændring i opførsel af nattilskilte skyer er blevet observeret af AIM-missionen. Nylige data viser dramatisk lavere isindhold, hvilket får forskere til at spekulere i ændringer i vejrforhold og pol-til-pol atmosfærisk cirkulation.

Aeronomi af is i mesosfæren (AIM) & # 8211 NASAs AIM-satellit kan fornemme natteskinnende skyer i mesosfæren eksternt. Disse nattilucente skyer er lavet af iskrystaller, der dannes over sommerpolerne i en for høj højde og en temperatur for kold til vanddampskyer.

FAT & # 8211 Balloon Array for Radiation-belt Relativistic Electron Losses (BARREL) er en ballonbaseret mission til at udvide målingerne af NASAs RBSP-rumfartøj. BARREL søger at måle nedbør af relativistiske elektroner fra strålingsbælterne under to multi-ballon-kampagner, der drives på den sydlige halvkugle.


Gasser i Jordens atmosfære

Kvælstof og ilt er langt den mest almindelige tørre luft består af ca. 78% nitrogen (N2) og ca. 21% ilt (O2). Argon, kuldioxid (CO2), og mange andre gasser er også til stede i meget lavere mængder, der hver udgør mindre end 1% af atmosfærens blanding af gasser. Atmosfæren inkluderer også vanddamp. Mængden af ​​tilstedeværende vanddamp varierer meget, men ligger i gennemsnit omkring 1%. Der er også mange små partikler - faste stoffer og væsker - "flydende" i atmosfæren. Disse partikler, som forskere kalder "aerosoler", inkluderer støv, sporer og pollen, salt fra havspray, vulkansk aske, røg og meget mere.


2. Stratosfæren

Hvis vi starter fra toppen af ​​troposfæren og går længere ind i himlen, når vi laget kaldet stratosfæren.

Hvis vi starter fra toppen af ​​troposfæren og går længere ind i himlen, når vi laget kaldet stratosfæren. Dette lag går op omkring 50 km over jordens jord. I dette lag stiger temperaturen, når du går længere op, og det har noget at gøre med ozonlaget, der findes inde i stratosfæren.

Ozonlaget tjener en vigtig rolle i beskyttelsen af ​​vores planet, da ozonmolekylerne forhindrer ultraviolet lys fra solen i at ramme vores planet uden at stoppe. UV-lyset stoppes ikke teknisk, men konvertering fra UV-lys til varme sker (det er grunden til, at huller i ozonlaget er så farlige).


Vejr og klima

Figur 2. Storm fra rummet: Dette satellitbillede viser orkanen Irene i 2011, kort før stormen ramte land i New York City. Kombinationen af ​​Jordens skrå rotationsakse, moderat hurtig rotation og oceaner af flydende vand kan føre til voldsomt vejr på vores planet. (kredit: NASA / NOAA GOES Project)

Alle planeter med atmosfærer har vejr, hvilket er det navn, vi giver til cirkulationen af ​​atmosfæren. Den energi, der styrker vejret, stammer primært fra sollyset, der varmer overfladen. Både rotation af planeten og langsommere årstidsændringer forårsager variationer i mængden af ​​sollys, der rammer forskellige dele af jorden. Atmosfæren og havene fordeler varmen fra varmere til køligere områder. Vejret på enhver planet repræsenterer reaktionen fra dens atmosfære på skiftende energiindgange fra solen (se figur 2 for et dramatisk eksempel).

Klima er et udtryk, der bruges til at henvise til virkningerne af atmosfæren, der varer gennem årtier og århundreder. Ændringer i klimaet (i modsætning til tilfældige variationer i vejret fra det ene år til det andet) er ofte vanskelige at opdage over korte tidsperioder, men da de akkumuleres, kan deres virkning være ødelæggende. Et ordsprog er, at & # 8220Klima er, hvad du forventer, og vejret er, hvad du får. & # 8221 Moderne landbrug er især følsom over for temperatur og nedbør, for eksempel beregninger indikerer, at et fald på kun 2 ° C i hele vækstsæsonen ville skære hvedeproduktionen med halvdelen i Canada og USA. På den anden ende ville en stigning på 2 ° C i jordens gennemsnitstemperatur være nok til at smelte mange gletschere, herunder meget af Grønlands isdækning, hvilket hæver havets overflade med så meget som 10 meter og oversvømmer mange kystbyer og havne og sætte små øer helt under vand.

De bedst dokumenterede ændringer i Jordens klima er de store istider, der har sænket temperaturen på den nordlige halvkugle med jævne mellemrum i løbet af de sidste halve million år (Figur 3). Den sidste istid, der sluttede for omkring 14.000 år siden, varede omkring 20.000 år. I højden var isen næsten 2 kilometer tyk over Boston og strakte sig så langt syd som New York City.

Figur 3. Istid: Dette computergenererede billede viser de frosne områder på den nordlige halvkugle i de tidligere istider fra udsigtspunktet ved at se ned på Nordpolen. Området i sort angiver den seneste istid (gletsjerdækning), og området med gråt viser det maksimale niveau for istid, der nogensinde er nået. (kredit: modifikation af arbejde af Hannes Grobe / AWI)

Disse istider var primært resultatet af ændringer i hældningen af ​​Jordens rotationsakse, der blev fremkaldt af de andre planeters tyngdevirkninger. Vi er mindre sikre på bevis for, at mindst en gang (og måske to gange) for omkring en milliard år siden, hele havet frøs over, en situation kaldet snebold jorden.

Udviklingen og udviklingen af ​​livet på Jorden har også medført ændringer i sammensætningen og temperaturen af ​​vores planets atmosfære, som vi skal se i det næste afsnit.

Nøglebegreber og resumé

Atmosfæren har et overfladetryk på 1 bar og består primært af N2 og O2plus sådanne vigtige sporgasser som H2O, CO2og O3. Dens struktur består af troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og ionosfæren. Ændring af atmosfærens sammensætning påvirker også temperaturen. Atmosfærisk cirkulation (vejr) drives af sæsonændrende aflejring af sollys. Mange klimaforskelle på længere sigt, såsom istiderne, er relateret til ændringer i planetens bane og aksiale hældning.


Atmosfæren kan opdeles i lag baseret på dens temperatur som vist i nedenstående figur. Disse lag er troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren. En yderligere region, der begynder ca. 500 km over jordens overflade, kaldes eksosfæren.

Troposfæren

Dette er den laveste del af atmosfæren - den del, vi lever i. Den indeholder det meste af vores vejr - skyer, regn, sne. I denne del af atmosfæren bliver temperaturen koldere, når afstanden over jorden øges med ca. 6,5 ° C pr. Kilometer. Den aktuelle temperaturændring med højden varierer fra dag til dag afhængigt af vejret.

Troposfæren indeholder ca. 75% af al luft i atmosfæren og næsten al vanddamp (som danner skyer og regn). Faldet i temperatur med højden er et resultat af faldende tryk. Hvis en pakke luft bevæger sig opad, udvides den (på grund af det lavere tryk). Når luft udvider sig, køler det ned. Så luft højere op er køligere end luft lavere.

Den laveste del af troposfæren kaldes grænselaget. Det er her luftbevægelsen bestemmes af jordens overflades egenskaber. Turbulens genereres, når vinden blæser over jordens overflade og ved termisk stigning fra landet, når den opvarmes af solen. Denne turbulens omfordeler varme og fugt inden i grænselaget såvel som forurenende stoffer og andre bestanddele af atmosfæren.

Toppen af ​​troposfæren kaldes tropopausen. Dette er lavest ved polerne, hvor det er omkring 7 - 10 km over jordens overflade. Det er højest (ca. 17 - 18 km) nær ækvator.

Stratosfæren

Dette strækker sig opad fra tropopausen til ca. 50 km. Den indeholder meget af ozon i atmosfæren. Stigningen i temperatur med højden opstår på grund af absorption af ultraviolet (UV) stråling fra solen af ​​denne ozon. Temperaturer i stratosfæren er højest over sommerpolen og lavest over vinterpolen.

Ved at absorbere farlig UV-stråling beskytter ozon i stratosfæren os mod hudkræft og andre sundhedsskader. Kemikalier (kaldet CFC'er eller freoner og haloner), der engang blev brugt i køleskabe, spraydåser og ildslukkere, har dog reduceret mængden af ​​ozon i stratosfæren, især ved polære breddegrader, hvilket fører til det såkaldte "Antarktiske ozonhul".

Nu er mennesker stoppet med at fremstille de fleste af de skadelige CFC'er, vi forventer, at ozonhullet til sidst vil komme sig igen i det 21. århundrede, men dette er en langsom proces.

Mesosfæren

Regionen over stratosfæren kaldes mesosfæren. Her falder temperaturen igen med højden og når et minimum på ca. -90 ° C ved "mesopausen".

Termosfæren og ionosfæren

Termosfæren ligger over mesopausen og er en region, hvor temperaturerne igen stiger med højden. Denne temperaturstigning skyldes absorption af energisk ultraviolet og røntgenstråling fra solen.

Området for atmosfæren over ca. 80 km er også forårsaget af "ionosfæren", da den energiske solstråling slår elektroner af molekyler og atomer og omdanner dem til "ioner" med en positiv ladning. Temperaturen på termosfæren varierer mellem nat og dag og mellem årstiderne, ligesom antallet af ioner og elektroner, der er til stede. Ionosfæren reflekterer og absorberer radiobølger, så vi kan modtage kortbølgesendinger i New Zealand fra andre dele af verden.

Eksosfæren

Regionen over ca. 500 km kaldes eksosfæren. Den indeholder hovedsageligt ilt- og brintatomer, men der er så få af dem, at de sjældent kolliderer - de følger "ballistiske" baner under indflydelse af tyngdekraften, og nogle af dem flygter lige ud i rummet.

Magnetosfæren

Jorden opfører sig som en enorm magnet. Den fælder elektroner (negativ ladning) og protoner (positiv) og koncentrerer dem i to bånd omkring 3.000 og 16.000 km over kloden - Van Allen "strålingsbælter". Denne ydre region, der omgiver jorden, hvor ladede partikler spiralformes langs magnetfeltlinierne, kaldes magnetosfæren.


Forklarende: Vores atmosfære - lag for lag

En visning af Jordens skylandskab og resten af ​​vores atmosfære taget fra en højde på mere end 30.000 fod. Atmosfærens mange lag er ikke synlige på sådanne fotos, og hvordan deres funktioner adskiller sig, når de når op og ud i det ydre rum.

Del dette:

1. december 2020 kl. 06:30

Jordens atmosfære er overalt omkring os. De fleste mennesker tager det for givet. Men gør det ikke. Blandt andet beskytter det os mod stråling og forhindrer vores dyrebare vand i at fordampe i rummet. Det holder planeten varm og giver os ilt til at trække vejret. Faktisk gør atmosfæren Jorden til det beboelige, elskelige hjem søde hjem, som det er.

Atmosfæren strækker sig fra jordens overflade til mere end 10.000 kilometer (6.200 miles) over planeten. Disse 10.000 kilometer er opdelt i fem forskellige lag. Fra det nederste lag til toppen har luften i hver den samme sammensætning. Men jo højere op du går, jo længere fra hinanden er disse luftmolekyler.

Klar til at nå ud til himlen? Her er en oversigt, lag for lag:

Troposfæren: Jordens overflade til mellem 8 og 14 kilometer (5 og 9 miles)

Fortsæt, hold dit hoved lige ind i troposfæren (TROH-poh-sfear). Dette laveste lag af atmosfæren starter ved jorden og strækker sig 14 kilometer (9 miles) op ved ækvator. Det er her, det er tykkest. Det er tyndest over polerne, kun 8 kilometer (5 miles) eller deromkring. Troposfæren rummer næsten hele Jordens vanddamp. Det er her, de fleste skyer kører i vinden, og hvor vejret opstår. Vanddamp og luft cirkulerer konstant i turbulente konvektionsstrømme. Ikke overraskende er troposfæren også langt det tætteste lag. Den indeholder så meget som 80 procent af massen af ​​hele atmosfæren. Jo længere op du går i dette lag, jo koldere bliver det. Vil du sne om sommeren? Gå til hvor den øvre troposfære bader de højeste toppe. Grænsen mellem troposfæren og det næste lag op er kendt som tropopausen.

Undervisere og forældre, tilmeld dig The Cheat Sheet

Ugentlige opdateringer, der hjælper dig med at bruge Videnskabsnyheder for studerende i læringsmiljøet

Stratosfæren: 14 til 64 km (9 til cirka 31 miles)

I modsætning til troposfæren stiger temperaturerne i dette lag med højden. Stratosfæren er meget tør, så der dannes sjældent skyer her. Det indeholder også det meste af atmosfærens ozon, tripletmolekyler fremstillet af tre iltatomer. På denne højde beskytter ozon livet på jorden mod solens skadelige ultraviolette stråling. Det er et meget stabilt lag med lidt cirkulation. Af den grund har kommercielle flyselskaber en tendens til at flyve i den nedre stratosfære for at holde flyvningerne glatte. Denne mangel på lodret bevægelse forklarer også, hvorfor ting, der kommer ind i stratosfæren, har tendens til at blive der i lang tid. Denne ”ting” kan omfatte aerosolpartikler, der er skyder mod himlen af ​​vulkanudbrud og endda røg fra skovbrande. Dette lag har også akkumulerede forurenende stoffer, såsom chlorfluorcarboner (Klor-oh-FLOR-oh-kar-boller). Disse kemikalier, bedre kendt som CFC'er, kan ødelægge det beskyttende ozonlag og udtyndes meget. Ved toppen af ​​stratosfæren, kaldet stratopausen, er luft kun en tusindedel så tæt som ved jordens overflade.

På dette billede taget fra den internationale rumstation ser det laveste lag af atmosfæren ud - troposfæren - orange. Ovenfor i blåt er bunden af ​​stratosfæren. NASA

Mesosfære: 64 til 85 km (31 til 53 miles)

Forskere ved ikke helt så meget om dette lag. Det er bare sværere at studere. Fly og forskningsballoner kører ikke så højt, og satellitter kredser højere op. Vi ved, at mesosfæren (MAY-so-sfere) er, hvor de fleste meteorer harmløst brænder op, når de slynger sig mod Jorden. Nær toppen af ​​dette lag falder temperaturen til den laveste i Jordens atmosfære - ca. -90 ° Celsius (-130 ° Fahrenheit). Linjen, der markerer toppen af ​​mesosfæren, kaldes, du gættede det, mesopausen. Hvis du nogensinde rejser så langt, tillykke! Du er officielt en rumrejsende - alias astronaut - ifølge US Air Force.

Mesopausen er også kendt som Karman-linjen. Det er opkaldt efter den ungarskfødte fysiker Theodore von Kármán. Han søgte at bestemme den nedre kant af, hvad der kunne udgøre det ydre rum. Han satte den til ca. 80 kilometer (50 miles) op. Nogle agenturer fra den amerikanske regering har accepteret, at det definerer, hvor rummet begynder. Andre bureauer hævder, at denne imaginære linje er lidt højere: ved 100 kilometer (62 miles).

Ionosfæren er en zone med ladede partikler, der strækker sig fra den øvre stratosfære eller nedre mesosfære helt til eksosfæren. Ionosfæren er i stand til at reflektere radiobølger, dette tillader radiokommunikation.

Time-lapse-billede af Jorden, der viser atmosfæren, fra den internationale rumstation NASA

Termosfære: 85 til 600 km (53 til 372 miles)

Det næste lag op er termosfæren. Det opsuger røntgenstråler og ultraviolet energi fra solen og beskytter dem af os på jorden mod disse skadelige stråler. Op- og nedture af denne solenergi får også termosfæren til at variere vildt i temperatur. Det kan gå fra virkelig koldt til så varmt som omkring 1.980 ºC (3.600 ºF) nær toppen. Solens varierende energiproduktion får også tykkelsen af ​​dette lag til at ekspandere, når det opvarmes og trækker sig sammen, når det køler af. Med alle de ladede partikler er termosfæren også hjemsted for de smukke himmelske lysudstillinger kendt som nordlys. Dette lags øverste grænse kaldes termopausen.

Eksosfære: 600 til 10.000 km (372 til 6.200 miles)

Det øverste lag af Jordens atmosfære kaldes eksosfæren. Dens nedre grænse er kendt som exobase. Eksosfæren har ingen fast defineret top. I stedet falmer det bare længere ud i rummet. Luftmolekyler i denne del af vores atmosfære er så langt fra hinanden, at de sjældent engang kolliderer med hinanden. Jordens tyngdekraft har stadig et lille træk her, men lige nok til at holde de fleste af de sparsomme luftmolekyler i at glide væk. Alligevel flyder nogle af disse luftmolekyler - små stykker af vores atmosfære - væk for evigt.

Når den stiger ud mod rummet, ændrer Jordens atmosfære sig i densitet og meget mere. Dybden af ​​hvert lag kan variere efter dag og breddegrad og er afbildet her kunstnerisk (ikke tegnet i målestok). VectorMine / iStock / Getty Images

Sjove fakta

  • Chokbølger fra jordskælv, vulkanudbrud og eksplosioner på Jordens overflade kan krølle gennem atmosfæren.
  • Den internationale rumstation kredser om jorden i en gennemsnitlig højde på ca. 400 kilometer. Det er inden for termosfæren. Satellitter fungerer også i denne region og højere ind i eksosfæren.
  • Termosfæren er rodet med menneskeskabt affald, såsom gamle satellitter og bit af raketter. Hvert år skaber kollisioner mellem disse genstande endnu mere snavs. Kredsløb med utrolige hastigheder, selv en partikel i størrelse med en ært kan forårsage alvorlig skade på arbejdssatellitter. Den Internationale Rumstation har haft flere næsten uheld med rumaffald og ændrer nu og da sin position i kredsløb for at undgå kollisioner. såsom kuldioxid, metan, vanddamp og lattergas forekommer naturligt i atmosfæren. Men menneskelig aktivitet har øget deres niveauer. De absorberer varme fra jorden og udstråler den tilbage til overfladen igen, hvilket øger opvarmningen.

Power ord

aerosol: (adj. aerosoliseret) En lille fast eller flydende partikel suspenderet i luft eller som en gas. Aerosoler kan være naturlige, såsom tåge eller gas fra vulkanudbrud, eller kunstige, såsom røg fra forbrænding af fossile brændstoffer.

stemning: Konvolutten af ​​gasser, der omgiver Jorden eller en anden planet.

atom: Den grundlæggende enhed af et kemisk element. Atomer består af en tæt kerne, der indeholder positivt ladede protoner og uladede neutroner. Kernen er kredset af en sky af negativt ladede elektroner.

aurora: Et lysdisplay på himlen forårsaget, når indkommende energiske partikler fra solen kolliderer med gasmolekyler i en planetens øvre atmosfære. Den bedst kendte af disse er Jordens nordlys eller nordlys. På nogle ydre gasplaneter som Jupiter og Saturn fører kombinationen af ​​en hurtig rotationshastighed og et stærkt magnetfelt til høje elektriske strømme i den øvre atmosfære over planetenes poler. Dette kan også forårsage aurorale "lys" -udstillinger i deres øvre atmosfære.

gennemsnit: (i videnskab) Et udtryk for det aritmetiske gennemsnit, som er summen af ​​en gruppe af tal, der derefter divideres med gruppens størrelse.

carbondioxid: (eller CO2) En farveløs, lugtfri gas produceret af alle dyr, når det ilt, de inhalerer, reagerer med de kulstofrige fødevarer, de har spist. Kuldioxid frigøres også, når organisk materiale brænder (inklusive fossile brændstoffer som olie eller gas). Kuldioxid fungerer som en drivhusgas, der fanger varme i Jordens atmosfære. Planter omdanner kuldioxid til ilt under fotosyntese, den proces, de bruger til at fremstille deres egen mad.

himmelsk: (i astronomi) Af eller relateret til himlen eller det ydre rum.

kemisk: Et stof dannet af to eller flere atomer, der forener (binder) i en fast andel og struktur. For eksempel er vand et kemikalie fremstillet, når to hydrogenatomer binder sig til et iltatom. Dens kemiske formel er H2O.

Sky: En sky af molekyler eller partikler, såsom vanddråber, der bevæger sig under påvirkning af en ydre kraft, såsom vind, stråling eller vandstrømme. (inden for atmosfærisk videnskab) En masse luftbårne vanddråber og iskrystaller, der bevæger sig som en sky, normalt højt i jordens atmosfære. Dens bevægelse er drevet af vind.

kommerciel: (inden for forskning og økonomi) Et adjektiv for noget, der er klar til salg eller allerede sælges. Kommercielle varer er dem, der fanges eller produceres til andre og ikke udelukkende til privat forbrug.

konvektion: Stigende og faldende materiale i en væske eller gas på grund af ujævne temperaturer. Denne proces forekommer i de ydre lag af nogle stjerner.

vragrester: Spredte fragmenter, typisk af affald eller noget, der er blevet ødelagt. Rumaffald inkluderer for eksempel vraget af nedlagte satellitter og rumfartøjer.

jordskælv: En pludselig og undertiden voldsom rystelse af jorden, som undertiden forårsager stor ødelæggelse som følge af bevægelser inden for jordskorpen eller af vulkansk handling.

højde: Højden eller højden, hvor noget eksisterer.

ækvator: En imaginær linje omkring Jorden, der deler jorden i den nordlige og sydlige halvkugle.

udbrud: (inden for geovidenskab) Pludselig sprængning eller sprøjtning af varmt materiale dybt inde i en planet eller måne og ud gennem overfladen. Vulkanudbrud på Jorden sender normalt varm lava, varme gasser eller aske i luften og over det omkringliggende land. I koldere dele af solsystemet involverer udbrud ofte flydende vand, der sprøjtes ud gennem revner i en iset skorpe. Dette sker på Enceladus, en måne af Saturn, der er dækket af is.

kraft: En vis indflydelse udefra, som kan ændre bevægelse af en krop, holde kroppe tæt på hinanden eller producere bevægelse eller stress i en stationær krop.

tyngdekraft: Kraften, der tiltrækker noget med masse eller masse mod enhver anden ting med masse. Jo mere masse noget har, jo større er dets tyngdekraft.

drivhusgas: En gas, der bidrager til drivhuseffekten ved at absorbere varme. Kuldioxid er et eksempel på en drivhusgas.

International rum Station: En kunstig satellit, der kredser om Jorden. Denne station drives af De Forenede Stater og Rusland og tilbyder et forskningslaboratorium, hvorfra forskere kan udføre eksperimenter inden for biologi, fysik og astronomi - og foretage observationer af Jorden.

ionosfæren: Et lag af Jordens atmosfære, der ligger omkring 75 og 1.000 kilometer (47 og 620 miles) over Jordens overflade. Det absorberer solens skadelige ekstreme ultraviolette stråler. Den energi fjerner elektroner fra atomer og molekyler og skaber en zone fuld af fritflydende ioner. Andelen af ​​tilstedeværende ioner her påvirker radio og andre signaler, der passerer gennem den.

Karman linje: Også kendt som mesopausen, den er opkaldt efter den ungarsk-fødte fysiker Theodore von Kármán. Cirka 80 kilometer (50 miles) op er det en imaginær linje, som Karman valgte for at markere, hvor det ydre rum begynder.

Breddegrad: Afstanden fra ækvator målt i grader (op til 90). Lave breddegrader er tættere på ækvator Høje breddegrader er tættere på polerne.

masse: Et tal, der viser, hvor meget et objekt modstår, fremskynder og bremser - dybest set et mål for, hvor meget stof det objekt er lavet af.

meteor: (adj. meteoritisk) En klippe sten eller metal fra rummet, der rammer jordens atmosfære. I rummet er det kendt som en meteoroid. Når du ser det på himlen, er det en meteor. Og når det rammer jorden kaldes det en meteorit.

metan: Et carbonhydrid med den kemiske formel CH4 (hvilket betyder at der er fire hydrogenatomer bundet til et kulstofatom). Det er en naturlig bestanddel af det, der kaldes naturgas. It’s also emitted by decomposing plant material in wetlands and is belched out by cows and other ruminant livestock. From a climate perspective, methane is 20 times more potent than carbon dioxide is in trapping heat in Earth’s atmosphere, making it a very important greenhouse gas.

molecule: An electrically neutral group of atoms that represents the smallest possible amount of a chemical compound. Molecules can be made of single types of atoms or of different types. For example, the oxygen in the air is made of two oxygen atoms (O2), but water is made of two hydrogen atoms and one oxygen atom (H2O).

orbit: The curved path of a celestial object or spacecraft around a galaxy, star, planet or moon. One complete circuit around a celestial body.

oxide: A compound made by combining one or more elements with oxygen. Rust is an oxide so is water.

ozone: A colorless gas made of molecules that contain three oxygen atoms. It can form high in the atmosphere or at ground level. When it forms at Earth’s surface, ozone is a pollutant that irritates eyes and lungs. It is also a major ingredient of smog.

ozonlag: A layer in Earth’s stratosphere. It contains a lot of ozone (a molecule made from three oxygen atoms), which helps block much of the sun’s biologically damaging ultraviolet radiation.

particle: A minute amount of something.

physicist: A scientist who studies the nature and properties of matter and energy.

planet: A large celestial object that orbits a star but unlike a star does not generate any visible light.

poles: (in Earth science and astronomy) The cold regions of the planet that exist farthest from the equator the upper and lower ends of the virtual axis around which a celestial object rotates.

pollutant: A substance that taints something — such as the air, water, our bodies or products. Some pollutants are chemicals, such as pesticides. Others may be radiation, including excess heat or light. Even weeds and other invasive species can be considered a type of biological pollution.

radiate: (in physics) To emit energy in the form of waves.

radio waves: Waves in a part of the electromagnetic spectrum. They are a type that people now use for long-distance communication. Longer than the waves of visible light, radio waves are used to transmit radio and television signals. They also are used in radar.

satellite: A moon orbiting a planet or a vehicle or other manufactured object that orbits some celestial body in space.

shock waves: Tiny regions in a gas or fluid where properties of the host material change dramatically owing to the passage of some object (which could be a plane in air or merely bubbles in water). Across a shock wave, a region’s pressure, temperature and density spike briefly, and almost instantaneously.

solar energy: The energy in sunlight that can be captured as heat or converted into heat or electrical energy. Some people refer to wind power as a form of solar energy. The reason: Winds are driven by the variations in temperatures and the density of the air, both of which are affected by the solar heating of the air, ground and surface waters.

sol: The star at the center of Earth’s solar system. It is about 27,000 light-years from the center of the Milky Way galaxy. Also a term for any sunlike star.

tropopause: A boundary between the two lower layers of Earth's atmosphere, the troposphere and the stratosphere. That boundary layer varies with latitude, running from a height of about 6 kilometers (4 miles) over the poles to 18 kilometers (11 miles) over the equator.

turbulent: (n. turbulence) An adjective for the unpredictable fluctuation of a fluid (including air) in which its velocity varies irregularly instead of maintaining a steady or calm flow.

ultraviolet: A portion of the light spectrum that is close to violet but invisible to the human eye.

vertical: A term for the direction of a line or plane that runs up and down, as the vertical post for a streetlight does. It’s the opposite of horizontal, which would run parallel to the ground.

vanddamp: Water in its gaseous state, capable of being suspended in the air.

bølge: A disturbance or variation that travels through space and matter in a regular, oscillating fashion.

weather: Conditions in the atmosphere at a localized place and a particular time. It is usually described in terms of particular features, such as air pressure, humidity, moisture, any precipitation (rain, snow or ice), temperature and wind speed. Weather constitutes the actual conditions that occur at any time and place. It’s different from climate, which is a description of the conditions that tend to occur in some general region during a particular month or season.

X-ray: A type of radiation analogous to gamma rays, but having somewhat lower energy.

Citations

Journal: E. Astafyeva. Ionospheric detection of natural hazards. Reviews of Geophysics. Vol. 57, December 4, 2019, p. 1265. doi: 10.1029/2019RG000668.

Website: Center for Science Education. University Corporation for Atmospheric Research. Layers of Earth’s atmosphere.

Website: National Environmental Satellite, Data, and Information Service. Peeling Back the Layers of the Atmosphere. National Oceanic and Atmospheric Administration. February 22, 2016.

Classroom Resources for This Article Learn more

Free educator resources are available for this article. Register to access:


Space Littering Can Impact Earth’s Atmosphere

There is growing appreciation that outer space has become atrash bin, with the Earth encircled by dead or dying spacecraft, along withmenacing bits of orbital clutter - some of which burns up in the planet?satmosphere.

The big news of late was a smashup of a commercial Iridiumsatellite with a defunct Russian spacecraft earlier this year. Then there wasthat 2007 anti-satellite test by China, purposely destroying one of its agingweather satellites. These events produced largedebris fields in space ? adding to the swamp of cosmic compost.

But I sense a line of research that needs exploring: Theoverall impact of human-made orbital debris, solid and liquid propellantdischarges, and other space age substance abuse that winds up in a high-speeddive through Earth?s atmosphere.

There?s a convenient toss away line that is in vogue: thatsuch space refuse simply ?burns up? ? a kind of out of sight, out of minddeclaration.

What chemistry is involved given the high heating duringreentry of space leftovers made of tungsten, beryllium, aluminum and lots ofcomposite materials? The impact of these materials on Earth?s atmosphere - topto bottom ? would seem worthy of investigation.

As for total mass of uncontrolled objects that re-enter eachyear ? it?s in the range of 70 ? 80 metric tons. And that?s the trackable, bigstuff ? never mind smaller bits of orbital jetsam like bubbles ofstill-radioactive coolant that has been leaked from old nuclear-powered Sovietsatellites.

One study team that looked into the impact of de-orbitingspace debris on stratospheric ozone issued their findings back in 1994. Thework was done by an aerospace industry firm for the Environmental ManagementDivision of the Space and Missile Systems Center. They reported that objectsre-entering the atmosphere can affect ozone in several ways, but not on asignificant level globally.

Indeed, as an object plowsthrough the Earth?s stratosphere, a shock wave is created that producesnitric oxide, a known cause of ozone depletion. Spacecraft and rocket motorsare composed of metal alloys and composite materials that melt away duringre-entry. The researchers found that these materials, as they undergo intenseheating, also form chemicals that react directly or indirectly to consumeozone.

Overall, the study found that the physical and chemicalphenomena associated with deorbiting debris do not have ?a significant impact?on global stratospheric ozone.

Pass the collection plates

Then there?s the work of Michael Zolensky of AstromaterialsResearch and Exploration Science at NASA?s Johnson Space Center in Houston,Texas.

Some 20 years ago, Zolensky led a team that found a ten-foldincrease in the abundance of large solid particles in the stratosphere between1976 and 1984. Using high-altitude aircraft, the NASA sampling program wasdirected at snagging particles of dust from comets and asteroids as they filterdown through the atmosphere.

However, when the collection plates were later analyzed,exhaust residue from solid rocket motor firings, protective paints that shedfrom the outer hulls of spacecraft in orbit, and particles of mostly aluminumfrom re-entering space hardware were identified.

?I don?t think anyone ever followed up on this,? Zolensky toldme. More study is needed on the density of particles, types of particles, howlong they are suspended in the atmosphere, and whether or not the amount ofdeorbiting detritus has increased over time.

Another scientist flagging this issue is Martin Ross of TheAerospace Corporation in El Segundo, California. He points out that this typeof research is one where you need to have the science guys talking to theengineering community. ?And that usually doesn?t happen.?

Ross emphasized that orbital debris impacts onEarth?s atmosphere, at the moment, is not something to be too concernedabout. However, now is the time to get smart about what is taking place, hesaid.

But complicating that investigation, Ross noted, is thatairplane and balloons only operate at altitudes lower than where the re-entryprocess takes place. That upper stratosphere-lower mesosphere region has oftenbeen tagged as the ?Ignorosphere,? Ross said.

Even at balloon altitude there has been some recent,unexpected, insight. Scientists at the Indian Space Research Organizationannounced last March that ultraviolet-resistant bacteria had been found inEarth?s upper stratosphere, purportedly not found elsewhere on Earth.

?Everywhere we look on the Earth, we seem to find somethingthat we could call life,? Ross told SPACE.com. ?So I guess it wouldn?tbe too surprising that you?d find some layer of a particular microbe, orsomething, at various levels in the atmosphere.?

Ross, along with Darin Toohey of the University of Colorado,Boulder?s Atmospheric and Oceanic Sciences Department recently reported thatrocket launches may need regulation to prevent ozone depletion.

That study ? published in Astropolitics this pastMarch, an international journal of space politics and policy -- includesanalysis from Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona, Florida andprovides a market analysis for estimating future ozone layer depletion based onthe expected growth of the space industry and known impacts of rocket launches.

In that assessment, the global market for rocket launchesmay require more stringent regulation in order to prevent significant damage toEarth?s stratospheric via ozone-destroying rocket emissions in the decades tocome.

The new study was designed to bring attention to the issue in hopes of sparkingadditional research, Ross said. Furthermore, getting a handle on the makeup ofhuman-made components and debris that speeds through the upper atmosphere ?from an accounting point of view -- would be a fairly simple thing to do, headded.

?All we really have right now are a small handful ofobservations of the emissions of a few rockets as they ascend to space. Eventhen, we lack critical observations in the plumes of many other types ofrockets to be confident in predictions of the impacts of the space launch fleetas a whole,? Toohey told SPACE.com.

?Add in the unknown impacts of vapors formed during reentry,and you can guess that we have some work to do to provide solid evidence neededby the space launch industry to design new vehicles that minimize thoseimpacts,? Toohey added.

Toohey said the good news is that, if the atmosphericsciences and space launch communities can come together to address this issue,?we have the expertise and tools to solve this before it ever becomes a seriousproblem.?

Space ? a Superfund clean-up site

While getting a research handle on the Ignorosphere appearscalled for, the bigger mess to deal with is how best to de-clutter lowEarth orbit.


The thermosphere rises several hundred miles above the Earth's surface, from 56 miles (90 km) up to between 311 and 621 miles (500–1,000 km). Temperature is very much affected by the sun here it can be 360 degrees Fahrenheit hotter (500 C) during the day than at night. Temperature increases with height and can rise to as high as 3,600 degrees Fahrenheit (2000 C). Nonetheless, the air would feel cold because the hot molecules are so far apart. This layer is known as the upper atmosphere, and it is where the auroras occur (northern and southern lights).

Extending from the top of the thermosphere to 6,200 miles (10,000 km) above Earth is the exosphere, where weather satellites are. This layer has very few atmospheric molecules, which can escape into space. Some scientists disagree that the exosphere is a part of the atmosphere and instead classify it actually as a part of outer space. There is no clear upper boundary, as in other layers.


Shrinking atmospheric layer linked to low levels of solar radiation

Large changes in the sun's energy output may drive unexpectedly dramatic fluctuations in Earth's outer atmosphere.

Results of a new study link a recent, temporary shrinking of a high atmospheric layer with a sharp drop in the sun's ultraviolet radiation levels.

The research, led by scientists at the National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colo., and the University of Colorado at Boulder (CU), indicates that the sun's magnetic cycle, which produces differing numbers of sunspots over an approximately 11-year cycle, may vary more than previously thought.

The results, published in the American Geophysical Union journal Geophysical Research Letters, are funded by NASA and by the National Science Foundation (NSF), NCAR's sponsor.

"This research makes a compelling case for the need to study the coupled sun-Earth system," says Farzad Kamalabadi, program director in NSF's Division of Atmospheric and Geospace Sciences, "and to illustrate the importance of solar influences on our terrestrial environment with both fundamental scientific implications and societal consequences."

The findings may have implications for orbiting satellites, as well as for the International Space Station.

"Our work demonstrates that the solar cycle not only varies on the typical 11-year time scale, but also can vary from one solar minimum to another," says lead author Stanley Solomon, a scientist at NCAR's High Altitude Observatory. "All solar minima are not equal."

The fact that the layer in the upper atmosphere known as the thermosphere is shrunken and dense means that satellites can more easily maintain their orbits.

But it also indicates that space debris and other objects that pose hazards may persist longer in the thermosphere.

"With lower thermospheric density, our satellites will have a longer life in orbit," says CU professor Thomas Woods, a co-author.

"This is good news for those satellites that are actually operating, but it is also bad because of the thousands of non-operating objects remaining in space that could potentially have collisions with our working satellites."

The sun's energy output declined to unusually low levels from 2007 to 2009, a particularly prolonged solar minimum during which there were virtually no sunspots or solar storms.

During that same period of low solar activity, Earth's thermosphere shrank more than at any time in the 43-year era of space exploration.

The thermosphere, which ranges in altitude from about 55 to more than 300 miles (90 to 500 kilometers), is a rarified layer of gas at the edge of space where the sun's radiation first makes contact with Earth's atmosphere.

It typically cools and becomes less dense during low solar activity.

But the magnitude of the density change during the recent solar minimum appeared to be about 30 percent greater than would have been expected by low solar activity.

The study team used computer modeling to analyze two possible factors implicated in the mystery of the shrinking thermosphere.

They simulated both the impacts of solar output and the role of carbon dioxide, a potent greenhouse gas that, according to past estimates, is reducing the density of the outer atmosphere by about 2 percent to 5 percent per decade.

Their work built on several recent studies.

Earlier this year, a team of scientists from the Naval Research Laboratory and George Mason University, measuring changes in satellite drag, estimated that the density of the thermosphere declined in 2007-09 to about 30 percent less than during the previous solar minimum in 1996.

Other studies by scientists at the University of Southern California and CU, using measurements from sub-orbital rocket flights and space-based instruments, have estimated that levels of extreme-ultraviolet radiation-a class of photons with extremely short wavelengths-dropped about 15 percent during the same period.

However, scientists remained uncertain whether the decline in extreme-ultraviolet radiation would be sufficient to have such a dramatic impact on the thermosphere, even when combined with the effects of carbon dioxide.

To answer this question, Solomon and his colleagues turned to an NCAR computer tool, known as the Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model.

They used the model to simulate how the sun's output during 1996 and 2008 would affect the temperature and density of the thermosphere.

They also created two simulations of thermospheric conditions in 2008-one with a level that approximated actual carbon dioxide emissions and one with a fixed, lower level.

The results showed the thermosphere cooling in 2008 by 41 kelvins, or K (about 74 degrees Fahrenheit) compared to 1996, with just 2 K attributable to the carbon dioxide increase.

The results also showed the thermosphere's density decreasing by 31 percent, with just 3 percent attributable to carbon dioxide, and closely approximated the 30 percent reduction in density indicated by measurements of satellite drag.

"It is now clear that the record low temperature and density were primarily caused by unusually low levels of solar radiation at the extreme-ultraviolet level," Solomon says.

Woods says the research indicates that the sun could be going through a period of relatively low activity, similar to periods in the early 19th and 20th centuries.

This could mean that solar output may remain at a low level for the near future.

"If it is indeed similar to certain patterns in the past, then we expect to have low solar cycles for the next 10 to 30 years," Woods says.

Historikilde:

Materialer leveret af National Science Foundation. Bemærk: Indholdet kan redigeres efter stil og længde.


Se videoen: Dýchání Země. Kam se ztrácí voda? ALLATRA TV (November 2022).