Ατμόσφαιρα της Γης - Κατακόρυφη ανάλυση της δομής της

Ατμόσφαιρα της Γης - Κατακόρυφη ανάλυση της δομής της

>   Το δελτίο καιρού προσφέρει η kitas bank of cyprus banner


Η ατμόσφαιρα είναι ένα λεπτό περίβλημα της Γης, που αποτελείται από διάφορα είδη αερίων με τα κυριότερα συστατικά της να είναι το άζωτο (78%) και το οξυγόνο (21%), ενώ υπάρχουν και μικρές ποσότητες άλλων αερίων (διοξείδιο του άνθρακα, όζον, υδρατμοί κ.α). Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι χωρίς την ύπαρξη της ατμόσφαιρας, η ζωή στη Γη θα ήταν αδύνατη, αφού η ατμόσφαιρα λειτουργεί ως μία «ασπίδα προστασίας» από τις αφιλόξενες συνθήκες που επικρατούν στο διάστημα. Στο πιο κάτω άρθρο, θα γίνει ανάλυση των διάφορων κατακόρυφων στρωμάτων της ατμόσφαιρας με βάση τη μεταβολή της θερμοκρασίας καθ΄ ύψος.

Διαιρώντας κατακόρυφα την ατμόσφαιρα με βάση τη μεταβολή της θερμοκρασίας, διακρίνουμε 4 κύριες περιοχές:

  1. Τροπόσφαιρα (Troposphere)
  2. Στρατόσφαιρα (Stratosphere)
  3. Μεσόσφαιρα (Mesosphere)
  4. Θερμόσφαιρα (Thermosphere)

Παράλληλα, μεταξύ των περιοχών αυτών, διακρίνονται και κάποιες μεταβατικές ζώνες, οι οποίες είναι:

  1. Τροπόπαυση (Tropopause)
  2. Στρατόπαυση (Stratopause)
  3. Μεσόπαυση (Mesopause)
Τα κύρια στρώματα της ατμόσφαιρας. Στον κατακόρυφο άξονα βλέπετε το υψόμετρο (σε χιλιόμετρα στα αριστερά και σε μίλια στα δεξιά) ενώ στον οριζόντιο άξονα βλέπετε την θερμοκρασία αέρα. Πηγή: Lumen Learning

ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ (TROPOSPHERE):

Η τροπόσφαιρα αποτελεί το κατώτερο ατμοσφαιρικό στρώμα και εκτείνεται από την επιφάνεια της Γης μέχρι και περίπου τα 12±4 km, με τη θερμοκρασία μέσα στην τροπόσφαιρα να μειώνεται με το ύψος. Η θέρμανσή της γίνεται κατά κύριο λόγο από τη γήινη ακτινοβολία και γι’ αυτό παρατηρείται ελάττωση της θερμοκρασίας καθ’ ύψος. Ο ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας στην τροπόσφαιρα, είναι ίσος με περίπου -6.5°C/1km (δηλαδή η θερμοκρασία μειώνεται κατά περίπου 6.5 βαθμούς για κάθε 1 χιλιόμετρο ύψος). Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις – κυρίως στην κατώτερη τροπόσφαιρα – όπου μπορεί να παρατηρηθεί άνοδος της θερμοκρασίας με το ύψος κάτω από ειδικές καιρικές συνθήκες. Οι περιοχές μέσα στην τροπόσφαιρα όπου παρατηρείται το συγκεκριμένο φαινόμενο, ονομάζονται περιοχές «θερμοκρασιακής αναστροφής» (temperature inversion) και, από δυναμικής άποψης, χαρακτηρίζονται ως περιοχές μεγάλης ευστάθειας. Να τονίσουμε ότι η τροπόσφαιρα περιλαμβάνει το 75% της μάζας ολόκληρης της ατμόσφαιρας, ενώ παράλληλα περιλαμβάνει σχεδόν ολόκληρη την ποσότητα των υδρατμών και γι’ αυτό τον λόγο αποτελεί το πιο σημαντικό στρώμα της ατμόσφαιρας, αφού μέσα σε αυτή συμβαίνουν σχεδόν όλα τα μετεωρολογικά φαινόμενα που παρατηρούμε.

ΤΡΟΠΟΠΑΥΣΗ (TROPOPAUSE):

H τροπόπαυση αποτελεί το διαχωριστικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας και είναι σχεδόν ισόθερμη (δηλαδή η θερμοκρασία δεν παρουσιάζει αξιόλογη μεταβολή με το ύψος). Το ύψος της τροπόπαυσης διαφοροποιείται ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, με αποτέλεσμα στις τροπικές περιοχές (0-30°) η τροπόπαυση να βρίσκεται γύρω στα 14-16 χιλιόμετρα ύψος, ενώ στις εύκρατες/πολικές περιοχές (40-90°) να βρίσκεται γύρω στα 7-12 χιλιόμετρα ύψος. Επίσης, το ύψος της τροπόπαυσης μεταβάλλεται βάσει των ατμοσφαιρικών συνθηκών (κυκλωνικών ή αντικυκλωνικών) που επικρατούν πάνω από μια περιοχή, με την τροπόπαυση να βρίσκεται σε μεγαλύτερα ύψη όταν επικρατούν αντικυκλωνικές συνθήκες, αλλά και βάσει της εποχής, αφού η τροπόπαυση γενικότερα βρίσκεται σε υψηλότερο ύψος το καλοκαίρι και σε χαμηλότερο τον χειμώνα, σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη.  Η θερμοκρασία της τροπόπαυσης κυμαίνεται από περίπου -55 μέχρι -80 βαθμούς Κελσίου και προφανώς η θερμοκρασία της στις τροπικές περιοχές τείνει προς το κατώτερο όριο θερμοκρασίας, αφού η τροπόπαυση βρίσκεται σε υψηλότερο υψόμετρο.

Η τροπόσφαιρα και η τροπόπαυση. Πηγή: Skybrary

ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ (STRATOSPHERE):

Η στρατόσφαιρα αποτελεί το επόμενο ατμοσφαιρικό στρώμα, το οποίο εκτείνεται πάνω από την τροπόπαυση και φτάνει μέχρι περίπου τα 50 χιλιόμετρα ύψος. Η στρατόσφαιρα μπορεί να χωριστεί στην κατώτερη στρατόσφαιρα (μέχρι περίπου το ύψος των 35 χιλιομέτρων) και στην ανώτερη στρατόσφαιρα (ύψος άνω των 35 χιλιομέτρων και μέχρι περίπου τα 50 χιλιόμετρα). Η θερμοκρασία του αέρα από το ύψος της τροπόπαυσης μέχρι και περίπου τα 20 χιλιόμετρα ύψος δεν παρουσιάζει αξιόλογη μεταβολή, ενώ στη συνέχεια η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνει με το ύψος, μέχρι να φτάσει στους 0°C στο ανώτατο σημείο της στρατόσφαιρας. Λόγω του ότι η θερμοκρασία στα πρώτα χιλιόμετρα της στρατόσφαιρας είναι εξαιρετικά χαμηλή (-40 με -50 βαθμούς Κελσίου) και δεν μεταβάλλεται, το κύριο χαρακτηριστικό της κατώτερης στρατόσφαιρας είναι οι ξηρικές συνθήκες, αφού δεν επιτρέπεται η παρουσία υδρατμών σε σημαντικές ποσότητες. Η αύξηση της θερμοκρασίας καθ΄ ύψος, που παρατηρείται κυρίως από τα 20 χιλιόμετρα ύψος και άνω, οφείλεται στις υψηλές συγκεντρώσεις όζοντος (Ο3) που παρατηρούνται στα 15-35 χιλιόμετρα ύψος, αφού αυτό απορροφά έντονα την υπεριώδη ακτινοβολία με μήκη κύματος μεταξύ 200-300nm.

Αξίζει να σημειωθεί, ότι η στρατόσφαιρα είναι μια πιο ευσταθής περιοχή σε σχέση με την τροπόσφαιρα, χωρίς όμως αυτό να σημαίνει ότι δεν παρατηρούνται και εκεί διάφορες μεταβολές αφού τον χειμώνα και την άνοιξη και κυρίως στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, εκδηλώνονται διάφορες σημαντικές αλλαγές στην κυκλοφορία της στρατόσφαιρας (για παράδειγμα το φαινόμενο της Αιφνίδιας Στρατοσφαιρικής Θέρμανσης – Sudden Stratospheric Warming).

ΣΤΡΑΤΟΠΑΥΣΗ (STRATOPAUSE):

Η στρατόπαυση αποτελεί τη διαχωριστική ζώνη μεταξύ στρατόσφαιρας και μεσόσφαιρας και, από θερμοκρασιακής άποψης, χαρακτηρίζεται σχεδόν ισόθερμη όπως και την τροπόπαυση. Στο ύψος της στρατόπαυσης ο αέρας είναι πάρα πολύ αραιός και η τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης κυμαίνεται γύρω στο 1mbar περίπου. Να σημειώσουμε ότι από την επιφάνεια του εδάφους μέχρι και το ύψος της στρατόπαυσης, βρίσκουμε το 99% όλης της ατμοσφαιρικής μάζας.

Διάγραμμα με μερικά χαρακτηριστικά της στρατόσφαιρας. Πηγή: UCAR

ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ – ΜΕΣΟΠΑΥΣΗ (MESOSPHERE – MESOPAUSE):

Η μεσόσφαιρα εκτείνεται πάνω από τη στρατόπαυση και φτάνει μέχρι τα 80 χιλιόμετρα ύψος περίπου. Το κύριο χαρακτηριστικό της μεσόσφαιρας είναι η σημαντική ελάττωση της θερμοκρασίας καθ’ ύψος, η οποία φτάνει γύρω στους -80 με -90 βαθμούς Κελσίου στο ανώτατο όριο της μεσόσφαιρας (την μεσόπαυση), κάτι που αποτελεί και την πιο ψυχρή περιοχή της ατμόσφαιρας. Αυτή η σημαντική ελάττωση της θερμοκρασίας οφείλεται κατά κύριο λόγο στην απουσία όζοντος μέσα σε αυτό το ατμοσφαιρικό στρώμα.

Διάγραμμα με μερικά χαρακτηριστικά της μεσόσφαιρας. Πηγή: UCAR

ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ (THERMOSPHERE):

Η θερμόσφαιρα εκτείνεται από τη μεσόπαυση μέχρι το ύψος των 400 χιλιομέτρων περίπου. Εκτός από τη σχεδόν ισόθερμη βάση της, η θερμοκρασία στη θερμόσφαιρα αυξάνει καθ’ ύψος και μπορεί να φτάσει ή και να ξεπεράσει τους 700°C στο ανώτατο της όριο (αναλόγως της ηλιακής δραστηριότητας). Παράλληλα, η περιοχή της θερμόσφαιρας (αλλά και το ανώτατο όριο της μεσόσφαιρας) χαρακτηρίζονται από περιοχές με μεγάλη συγκέντρωση ιόντων (οι περιοχές αυτές είναι γνωστές ως «Ιονόσφαιρα»).

Διάγραμμα της θερμόσφαιρας και περιοχών της ιονόσφαιρας. Πηγή: UCAR

Σε αυτό το σημείο, αξίζει να αναφερθεί πως υπάρχει ακόμα ένα στρώμα, αυτό της εξώσφαιρας (exosphere), το οποίο εκτείνεται από το ύψος της θερμόπαυσης και άνω (γύρω στα 400-500 χιλιόμετρα ύψος). Παρόλο που κάποιοι ειδικοί θεωρούν πως η θερμόσφαιρα αποτελεί το υψηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα, εντούτοις αρκετοί θεωρούν πως η εξώσφαιρα αποτελεί το τελικό ατμοσφαιρικό στρώμα. Ο αέρας σε αυτό το ύψος είναι εξαιρετικά αραιός και ξεφεύγει με πάρα πολύ αργούς ρυθμούς προς το διάστημα. Να τονίσουμε ότι δεν υπάρχει κάποιο συγκεκριμένο ανώτατο όριο στο οποίο η εξώσφαιρα τελικά «σβήνει» προς το διάστημα, αλλά διάφορες θεωρίες ορίζουν ως ανώτατο σημείο της εξώσφαιρας το ύψος των 10.000 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Το πιο κάτω βίντεο επεξηγεί τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Στην κεντρική εικόνα βλέπετε τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας. Πηγή εικόνας: ScienceStruck

Για συνεχή ενημέρωση, μπορείτε να κάνετε LIKE και FOLLOW στη σελίδα μας στο Facebook, καθώς και subscribe στην ιστοσελίδα μας και στο κανάλι μας στο You Tube για άμεση ενημέρωση για τον καιρό.

*Το άρθρο αυτό περιέχει πληροφορίες από το βιβλίο “Στοιχεία Γενικής Μετεωρολογίας”, Northmeteo και UCAR*.