Atmosfera ziemska. Własności fizyczne i skład
 
Atmosfera ziemska. Własności fizyczne i skład
Atmosfera Ziemi nie jest jednorodna, a jej własności fizyczne silnie zmieniają się z wysokością. Na powierzchni Ziemi średnie ciśnienie na poziomie morza wynosi 1013,25 hPa, gęstość powietrza jest tak duża (około 1,2 kg/m3), że dobrze rozchodzi się w nim dźwięk (czyli fala sprężysta), a silny opór aerodynamiczny występuje nawet przy niewielkich prędkościach poruszających się obiektów. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie powietrza gwałtownie maleje i na poziomie około 5 km wynosi już tylko połowę ciśnienia na poziomie morza, na wysokości 20 km spada do 10% wartości na poziomie morza, a na wysokości 100 km do 0,000001 tej wartości. Podobnie spada z wysokością gęstość i o sztucznych satelitach Ziemi orbitujących na trwałych orbitach na wysokości stukilkudziesięciu kilometrów mówi się, że znajdują się w pustce kosmicznej. Tak naprawdę satelity te znajdują się w górnych warstwach atmosfery, w których koncentracja cząsteczek gazów atmosferycznych jest niewielka i które nie stawiają praktycznie żadnego oporu poruszającym się obiektom. Całą atmosferę można podzielić na warstwy w zależności od pionowego profilu temperatury na: troposferę, stratosferę, mezosferę i termosferę, lub w zależności od składu chemicznego na: homosferę, w której skład powietrza nie zmienia się z wysokością (z wyjątkiem pary wodnej, ozonu i dwutlenku węgla), oraz heterosferę, w której skład powietrza zmienia się wraz z wysokością; rozróżnia się też warstwy odznaczające się określonymi właściwościami fizycznymi czy chemicznymi, tj. ozonosferę, jonosferę, egzosferę, magnetosferę.
Atmosfera ziemska to mieszanina gazów z domieszką cząstek stałych i ciekłych (aerozol atmosferyczny). Wśród składników mieszaniny rozróżnia się gazy, których zawartość w mieszaninie nie zmienia się do wysokości kilkudziesięciu kilometrów (składniki trwałe i wolnozmienne), i gazy, których zawartość zależy od procesów zachodzących lokalnie w pewnych rejonach atmosfery. Najbardziej zmiennym składnikiem atmosfery jest woda, która występuje tu we wszystkich trzech stanach skupienia, a jej koncentracja waha się w granicach od 0 do 4%. Składniki stałe i wolnozmienne występują w stałych proporcjach w homosferze sięgającej do wysokości kilkudziesięciu kilometrów. Powyżej, w heterosferze, procesy mieszania prowadzące do ujednorodniania mieszaniny są słabe, a wskutek procesów dyfuzyjnych rośnie ze wzrostem wysokości udział gazów lekkich (H2, H, He). Z drugiej strony cząsteczki tych gazów przy ustalonej temperaturze (średniej energii kinetycznej cząsteczek) osiągają największe możliwe prędkości. Jeśli prędkości te przekraczają prędkość ucieczki (drugą prędkość kosmiczną), to przy długiej średniej drodze swobodnej cząsteczek na wysokości kilkuset kilometrów możliwa jest bezpowrotna ucieczka lekkich składników gazowych w przestrzeń kosmiczną. Stąd mała ilość wodoru i helu w atmosferze ziemskiej. Warstwę przejściową między atmosferą a przestrzenią międzyplanetarną (powyżej 500 km), w której zachodzi ten proces nazywamy egzosferą. Atmosfery planet zewnętrznych, dla których prędkości ucieczki są znacznie większe, a temperatury w górnych warstwach atmosfery mniejsze niż na Ziemi, składają się głównie z wodoru i helu, pierwiastków najpowszechniejszych w Układzie Słonecznym.
 
Szymon Malinowski
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia