Atmosfera
Pământul este înconjurat de o atmosferă relativ subțire (denumită în mod obișnuit aer) format dintr-un amestec de gaze, în principal azot molecular (78 la sută) și oxigen molecular (21 la sută). De asemenea, sunt prezente cantități mult mai mici de gaze, cum ar fi argonul (aproape 1 la sută), vaporii de apă (în medie cu 1%, dar extrem de variabile în timp și locație), dioxid de carbon (0,0395 la sută [395 părți pe milion] și în prezent în creștere), metan (0,00018 la sută [1,8 părți pe milion] și în prezent în creștere), și altele, împreună cu particule solide și lichide minute în suspensie.
geoid: Determinarea figurii Pământului
Creditul pentru ideea că Pământul este sferic este de obicei dat lui Pitagora (înflorit din secolul al VI-lea) și
Deoarece Pământul are un câmp gravitațional slab (în virtutea dimensiunii sale) și temperaturi atmosferice calde (datorită proximității sale cu Soarele) în comparație cu planetele gigant, îi lipsesc cele mai comune gaze din universul pe care le dețin: hidrogenul și heliul. În timp ce atât Soarele cât și Jupiter sunt compuse preponderent din aceste două elemente, ele nu au putut fi reținute mult timp pe Pământ timpuriu și evaporate rapid în spațiul interplanetar. Conținutul ridicat de oxigen din atmosfera Pământului este ieșit din comun. Oxigenul este un gaz extrem de reactiv care, în majoritatea condițiilor planetare, ar fi combinat cu alte substanțe chimice din atmosferă, suprafață și crustă. De fapt, este furnizată continuu de procese biologice; fără viață, nu ar exista practic oxigen gratuit. Cele 1,8 părți pe milion de metan din atmosferă sunt, de asemenea, departe de echilibrul chimic cu atmosfera și crusta: de asemenea, este de origine biologică, contribuția activităților umane depășindu-i pe ceilalți.
Gazele atmosferei se extind de la suprafața Pământului la înălțimi de mii de kilometri, în cele din urmă fuzionându-se cu vântul solar - un flux de particule încărcate care curge spre exterior din regiunile ultraperiferice ale Soarelui. Compoziția atmosferei este mai mult sau mai puțin constantă cu înălțimea până la o altitudine de aproximativ 100 km (60 mile), cu excepții particulare fiind vaporii de apă și ozonul.
Atmosfera este descrisă în mod obișnuit în termeni de straturi distincte sau regiuni. Cea mai mare parte a atmosferei este concentrată în troposferă, care se extinde de la suprafață la o altitudine de aproximativ 10-15 km (6–9 mile), în funcție de latitudine și sezon. Comportamentul gazelor din acest strat este controlat prin convecție. Acest proces implică mișcări turbulente, de răsturnare, rezultate din flotabilitatea aerului aproape de suprafață care este încălzit de Soare. Convecția menține un gradient de temperatură în scădere verticală - adică o scădere a temperaturii cu altitudinea - de aproximativ 6 ° C (10,8 ° F) pe km prin troposferă. În partea de sus a troposferei, denumită tropopauză, temperaturile au scăzut la aproximativ -80 ° C (−112 ° F). Troposfera este regiunea în care există aproape toată vaporii de apă și, în esență, toate vremurile apar.
Stratosfera uscată și tenuoasă se află deasupra troposferei și se extinde la o altitudine de aproximativ 50 km (30 mile). Mișcările convective sunt slabe sau absente în stratosferă; mișcările în schimb tind să fie orientate orizontal. Temperatura din acest strat crește odată cu altitudinea.
În regiunile stratosferice superioare, absorbția luminii ultraviolete de la Soare descompune oxigenul molecular (O 2); recombinarea atomilor de oxigen cu un singur O 2 molecule in ozon (O 3) creează stratul de ecranare de ozon.
Deasupra stratopauzei relativ calde este mezosfera și mai tenuoasă, în care temperaturile scad din nou cu altitudinea până la 80-90 km (50-56 mile) deasupra suprafeței, unde este definită mezopauză. Temperatura minimă atinsă acolo este extrem de variabilă cu sezonul. Temperaturile cresc apoi odată cu creșterea înălțimii prin stratul de sus cunoscut sub numele de termosferă. De asemenea, peste aproximativ 80–90 km există o fracțiune din ce în ce mai mare de particule încărcate sau ionizate, care de la această altitudine definește ionosfera. Aurorele vizibile spectaculoase sunt generate în această regiune, în special de-a lungul zonelor aproximativ circulare din jurul polilor, prin interacțiunea atomilor de azot și oxigen din atmosferă cu explozii episodice de particule energetice originare de la Soare.
Circulația atmosferică generală a Pământului este determinată de energia soarelui, care este mai abundentă în latitudinile ecuatoriale. Mișcarea acestei călduri către poli este puternic afectată de rotația rapidă a Pământului și de forța Coriolis asociată la latitudinile depărtate de Ecuator (care adaugă o componentă est-vest în direcția vânturilor), rezultând mai multe celule de aer care circulă în fiecare emisferă. Instabilitățile (perturbațiile în fluxul atmosferic care cresc cu timpul) produc zone caracteristice de înaltă presiune și furtuni de joasă presiune ale midlatitudinilor, precum și fluxurile de jet rapide, care se deplasează spre est, din troposfera superioară, care ghidează căile furtunilor. Oceanele sunt rezervoare masive de căldură care acționează în mare parte pentru a netezi variațiile temperaturilor globale ale Pământului, însă curenții și temperaturile lor care se schimbă lent influențează, de asemenea, vremea și clima, ca în fenomenul meteo El Niño / Oscilația de Sud (a se vedea climatul: Circulația, curenții, și interacțiunea ocean-atmosferă; climatul: Oscilarea El / Sud și schimbările climatice).
Atmosfera Pământului nu este o caracteristică statică a mediului. Mai degrabă, compoziția sa a evoluat de-a lungul timpului geologic în concordanță cu viața și se schimbă mai repede astăzi, ca răspuns la activitățile umane. Aproape la jumătatea drumului din istoria Pământului, abundența neobișnuit de mare de oxigen liber a început să se dezvolte, prin fotosinteză prin cianobacterii (a se vedea algele albastru-verzui) și saturația chiuvetelor naturale de suprafață de oxigen (de exemplu, minerale relativ sărace în oxigen și hidrogen - gaze bogate provenite din vulcani). Acumularea de oxigen a făcut posibilă dezvoltarea celulelor complexe, care consumă oxigen în timpul metabolismului și din care toate plantele și animalele sunt compuse, să se dezvolte (vezi eucariote).
Clima Pământului în orice locație variază în funcție de anotimpuri, dar există și variații pe termen mai lung în climatul global. Exploziile vulcanice, cum ar fi erupția din 1991 a Muntelui Pinatubo din Filipine, pot injecta cantități mari de particule de praf în stratosferă, care rămân suspendate ani de zile, scăzând transparența atmosferică și ducând la o răcire măsurabilă la nivel mondial. Mult mai rare, impacturile uriașe ale asteroizilor și cometelor pot produce efecte și mai profunde, inclusiv reduceri severe ale luminii solare timp de luni sau ani, precum mulți oameni de știință cred că au dus la stingerea în masă a speciilor vii la sfârșitul Perioadei Cretaceului, 66 de milioane de ani în urmă. (Pentru informații suplimentare despre riscurile pe care le reprezintă impactul cosmic și șansele de apariție a acestora, a se vedea pericolul de impact al Pământului.) Variațiile climatice dominante observate în registrul geologic recent sunt epocile de gheață, care sunt legate de variații ale înclinării Pământului și ale orbitalei sale. geometrie în raport cu Soarele.
Fizica fuziunii cu hidrogen îi determină pe astronomi să concluzioneze că Soarele a fost cu 30 la sută mai puțin luminos în timpul celei mai timpurii istorii a Pământului decât în prezent. Prin urmare, toate celelalte fiind egale, oceanele ar fi trebuit să fie înghețate. Observațiile vecinilor planetari ai Pământului, Marte și Venus și estimările privind carbonul blocat în scoarța terestră în prezent sugerează că în atmosfera Pământului a existat mult mai mult dioxid de carbon în perioadele anterioare. Acest lucru ar fi îmbunătățit încălzirea suprafeței prin efectul de seră și astfel a permis oceanelor să rămână lichide.
Astăzi există de 100.000 de ori mai mult dioxid de carbon îngropat în rocile carbonatate în scoarța terestră decât în atmosferă, în contrast puternic cu Venus, a cărui evoluție atmosferică a urmat un curs diferit. Pe Pământ, formarea de cochilii de carbonat prin viața marină este mecanismul principal pentru transformarea dioxidului de carbon în carbonate; Procesele abiotice care implică apă lichidă produc de asemenea carbonați, deși mai lent. Cu toate acestea, pe Venus, viața nu a avut niciodată șansa să apară și să genereze carbonați. Din cauza locației planetei în sistemul solar, Venus timpuriu a primit cu 10-20 la sută mai multă lumină solară decât căderea pe Pământ chiar și astăzi, în ciuda Soarelui tânăr slab la acea vreme. Majoritatea oamenilor de știință planetari consideră că temperatura ridicată a suprafeței care a dus la evitarea apei de la condensarea unui lichid. În schimb, a rămas în atmosferă sub formă de vapori de apă, care, la fel ca dioxidul de carbon, este un gaz eficient cu efect de seră. Împreună, cele două gaze au făcut ca temperaturile de suprafață să crească și mai mult, astfel încât cantități masive de apă au scăpat în stratosferă, unde a fost disociată de radiațiile solare ultraviolete. Cu condiții acum prea calde și uscate pentru a permite formarea de carbonat abiotic, cea mai mare parte sau totalitatea inventarului de carbon al planetei a rămas în atmosferă ca dioxid de carbon. Modelele prezic că Pământul poate suferi aceeași soartă într-un miliard de ani, când Soarele își depășește luminozitatea actuală cu 10-20%.
Între sfârșitul anilor 1950 și sfârșitul secolului XX, cantitatea de dioxid de carbon din atmosfera Pământului a crescut cu peste 15 la sută din cauza arderii combustibililor fosili (de exemplu, cărbune, petrol și gaze naturale) și distrugerea pădurilor tropicale, cum ar fi cel din bazinul râului Amazon. Modelele computerului prezic că o dublare netă a dioxidului de carbon până la jumătatea secolului XXI ar putea duce la o încălzire globală de 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) medie pe planetă, ceea ce ar avea efecte profunde asupra nivelului mării și agricultură. Deși această concluzie a fost criticată de unii pe baza faptului că încălzirea observată până în prezent nu a ținut pasul cu proiecția, analizele datelor referitoare la temperatura oceanelor au sugerat că o mare parte din încălzirea din secolul XX s-a produs efectiv în oceane - și va în cele din urmă apar în atmosferă.
O altă preocupare actuală în ceea ce privește atmosfera este impactul activităților umane asupra stratului de ozon stratosferic. Reacțiile chimice complexe care implică urme de clorofluorocarburi artificiale (CFC) au fost găsite la mijlocul anilor '80 creând găuri temporare în stratul de ozon, în special în Antarctica, în timpul primăverii polare. Totuși, mai deranjantă a fost descoperirea unei epuizări din ce în ce mai mari a ozonului pe latitudinile temperate foarte populate, deoarece radiația ultravioletă de lungime de undă pe care stratul de ozon o absoarbe în mod eficient s-a dovedit a provoca cancer de piele. Acordurile internaționale în vigoare pentru a opri producția de CFC-uri care distrug ozonul cele mai egregi vor opri și inversa epuizarea, dar numai la jumătatea secolului XXI, din cauza timpului lung de ședere al acestor substanțe chimice în stratosferă.
