Jordens atmosfär – definition, sammansättning och skikt

Det viktigaste att komma ihåg om jorden och andra planeter är att de inte kommer från solen. De eller deras material samlades upp av solens gravitation när den rörde sig genom rymden. Solen består bara av väte med lite helium. Inget annat. Det material som utgör planeterna och deras satelliter består nästan uteslutande av tyngre grundämnen som har sitt ursprung i tidigare supernovaexplosioner. Planeterna avger små mängder väte och helium: detta kommer från sönderfallet av större radioaktiva molekyler vars ursprung också är gamla supernovor.

Ursprung och tidig utveckling

En komplicerande faktor är månen, som bildades genom att en stor kropp slog ihop med den tidiga jorden. Denna kollision påverkar både jordens rotation och dess lantvattna historia. Det innebär att livets ursprung på jorden skulle ha skett efter att månen bildats, och att atmosfärens sammansättning har förändrats mycket sedan dess genom processer som vulkanism, meteoritnedslag, kemisk växelverkan med hav och berggrund samt biologisk aktivitet.

Vad är atmosfären?

Atmosfären är det lager av gaser som omger jorden och hålls kvar av jordens gravitation. Den fungerar som ett skydd och en regulator för temperatur, väder och klimat. Atmosfären:

• absorberar och dämpar skadlig ultraviolett strålning från solen,
• medverkar i värmebalansen (växthuseffekten) som håller ytan beboelig,
• fördelar värme mellan dag och natt, vilket gör våra dagar svalare och våra nätter varmare, och
• möjliggör vindar, nederbörd och transport av partiklar och ämnen runt planeten.

Sammansättning

I dag består atmosfären huvudsakligen av:

• kväve (cirka 78,1 %),
• syre (cirka 20,9 %),
• argon (cirka 0,9 %),
• koldioxid (cirka 0,04 % = ~400+ ppm; koncentrationen har ökat de senaste århundradena),
• vattenånga, vars mängd varierar starkt med temperatur och plats (från nära noll upp till några procent lokalt),
• samt spår av andra gaser som metan, lustgas, ozon och andra föroreningar.

Atmosfärens sammansättning har förändrats över geologisk tid. Särskilt viktigt var syrets uppkomst genom fotosyntetiserande organismer (t.ex. cyanobakterier och senare växter), vilket ledde till den oxiderande atmosfär vi har idag.

Partiklar, moln och aerosoler

Fasta partiklar, inklusive aska, stoft, vulkanaska och havssalt är viktiga komponenter i atmosfären. Dessa partiklar, ofta kallade aerosoler, fungerar som kärnor för kondensation och är avgörande för skapandet av moln och dimma. Aerosoler påverkar också hur solstrålning sprids och absorberas, vilket kan påverka klimatet lokalt och globalt.

Atmosfärens skikt

Atmosfären blir successivt tunnare ju högre upp man kommer; det finns ingen skarp gräns mot rymden. För praktiska och tekniska ändamål delar man ofta upp atmosfären i skikt:

• Troposfären (0–~11 km): Här sker nästan all väderbildning. Temperaturen faller med höjden och nästan 75 % av atmosfärens massa finns inom detta lager.
• Stratosfären (~11–50 km): Innehåller ozonlagret som absorberar UV-strålning och därmed gör det möjligt för liv på ytan att vara skyddat. I stratosfären stiger temperaturen med höjden på grund av ozonabsorptionen.
• Mesosfären (~50–85 km): Temperaturen sjunker igen och detta lager är där meteorer vanligtvis brinner upp.
• Termosfären (~85–600 km): Temperaturen stiger kraftigt med höjden; detta lager innehåller jonosfären, där solens strålning joniserar gaser och påverkar radiokommunikation.
• Exosfären (~600 km och uppåt): Här blir gasmolekyler så glesa att de kan undvika kollisioner och sakta övergå till rymden.

Gräns mot rymden

Det finns ingen skarp fysisk gräns mellan atmosfären och yttre rymden. För att definiera en gräns används ofta Kármánlinjen vid 100 kilometers höjd som en praktisk avgränsning för rymdaktiviteter. För andra syften, särskilt när magnetiska effekter är viktiga, betraktas ibland ytterligare gränser kopplade till magnetosfärens kant. Exosfären sträcker sig mycket högre och övergår gradvis i det interplanetära rummet.

Tryck, densitet och vertikal fördelning

Atmosfärens tryck och densitet minskar ungefär exponentiellt med höjden. Ungefär 75 % av atmosfärens massa befinner sig inom 11 kilometer (6,8 miles) från jordens yta. Detta gör att majoriteten av väderfenomenen och biologiska processerna sker nära marken.

Atmosfärens roll för liv och klimat

Atmosfären skyddar och möjliggör liv genom flera funktioner:

• filtrerar skadlig strålning (särskilt UV),
• reglerar temperatur via växthuseffekten,
• transporterar värme och fukt mellan olika delar av planeten,
• stöder gasutbyte (t.ex. syre för andning och CO2 för fotosyntes).

Mänskliga aktiviteter har betydande effekter på atmosfären — utsläpp av koldioxid, metan och andra växthusgaser förändrar klimatet, medan föroreningar och aerosolutsläpp påverkar luftkvalitet och molnprocesser.

Sammanfattning

Atmosfären är ett dynamiskt, flerskiktat och livsviktigt gaslager som omger jorden. Dess sammansättning, struktur och funktioner är resultat av både geofysiska processer och biologisk aktivitet över miljarder år. Genom att förstå atmosfärens egenskaper kan vi bättre skydda klimatet och de ekosystem den möjliggör.

Temperatur och atmosfäriska skikt

Vissa delar av atmosfären är varma eller kalla, beroende på höjd. Om man utgår från ytan och klättrar rakt uppåt blir luften kallare i troposfären, men sedan blir den varmare högre upp i stratosfären. Dessa temperaturförändringar är indelade i lager. Dessa är som lager på en lök. Skillnaden mellan lagren är hur temperaturen förändras.

Dessa är atmosfärens lager, med utgångspunkt från marken:

• Troposfären - Börjar på marken. Slutar någonstans mellan 0 och 18 kilometer (0 och 11 miles). Ju högre, desto kallare. Vädret i detta skikt påverkar vårt dagliga liv.
• Stratosphere - Startar vid 18 kilometer (11 miles). Slutar vid 50 kilometer (31 miles). Ju högre, desto hetare. Värmen kommer från ozonskiktet högst upp i stratosfären. Det finns lite vattenånga och andra ämnen i detta skikt. Flygplan flyger i detta skikt eftersom det vanligtvis är stabilt och luftmotståndet är litet.
• Mesosfären - Börjar vid 50 kilometer (31 miles). Slutar vid 80 eller 85 kilometer (50 eller 53 miles). Ju högre, desto kallare. Vindarna i detta skikt är starka, så temperaturen är inte stabil.
• Termosfären - Börjar vid 80 eller 85 kilometer (50 eller 53 miles). Slutar vid 640 kilometer (400 miles) eller högre. Ju högre, desto varmare. Detta skikt är mycket viktigt för radiokommunikation eftersom det hjälper till att reflektera vissa radiovågor.
• Exosfär - ovanför termosfären. Detta är det översta lagret och övergår i det interplanetära rummet.

Områden där ett skikt övergår till nästa har kallats "-pauser". Tropopausen är alltså där troposfären slutar (7-14 kilometer hög). Stratopausen ligger i slutet av stratosfären. Mesopausen ligger i slutet av mesosfären. Detta är gränser.

Medeltemperaturen i atmosfären vid jordytan är 14 °C (57 °F).

 
Temperatur på olika höjder  

Frågor och svar

F: Vad består solen av?

F: Varifrån kommer de material som utgör planeter och deras satelliter?

Fråga: Hur skyddar atmosfären livet på jorden?

F: Vad är fasta partiklar i förhållande till atmosfären?

F: Finns det en tydlig gräns mellan atmosfären och yttre rymden?

F: Hur mycket av jordens atmosfär finns inom 11 kilometer från ytan?

Fråga: När trodde man att livet på jorden började?

Sök med bokstav