Zemská atmosféra
Obsah boxu
Šablona:Infobox Atmosféra Zemská atmosféra je plynný obal obklopující planetu Země, který je k ní poután gravitační silou. Chrání pozemský život před nebezpečným kosmickým a slunečním zářením, podílí se na udržování relativně stabilní teploty na povrchu planety prostřednictvím skleníkového efektu a umožňuje existenci vody v kapalném stavu. Její existence je klíčovou podmínkou pro život, jak ho známe.
Atmosféra nemá ostrou horní hranici, ale plynule přechází do meziplanetárního prostoru. Za její pomyslnou hranici se nejčastěji považuje Kármánova hranice, která leží ve výšce 100 km nad úrovní moře. Celková hmotnost atmosféry se odhaduje na 5,15 × 10¹⁸ kg, přičemž tři čtvrtiny této hmotnosti se nacházejí do výšky 11 km od povrchu.
🧪 Složení
Zemská atmosféra je směsí plynů, jejíž složení se s výškou mění. V blízkosti povrchu (v tzv. homosféře, do cca 100 km) je složení suchého vzduchu relativně konstantní.
Hlavní složky suchého vzduchu jsou:
- Dusík (N₂): 78,08 % – Je poměrně inertní, ale pro živé organismy nezbytný (součást aminokyselin a nukleových kyselin).
- Kyslík (O₂): 20,95 % – Klíčový plyn pro dýchání většiny organismů a pro procesy hoření.
- Argon (Ar): 0,93 % – Inertní plyn, který chemicky nereaguje s okolím.
- Oxid uhličitý (CO₂): přibližně 0,042 % (420 ppm) – Jeho koncentrace v posledních staletích výrazně roste vlivem lidské činnosti. Je to významný skleníkový plyn a základní surovina pro fotosyntézu.
Mezi další plyny přítomné ve stopovém množství patří neon, helium, metan, krypton, vodík a xenon.
Kromě těchto plynů obsahuje atmosféra také proměnlivé množství vodní páry (H₂O), jejíž koncentrace se pohybuje od téměř 0 % v polárních oblastech až po 4 % v tropických pralesích. Vodní pára je rovněž zásadním skleníkovým plynem a hraje klíčovou roli v koloběhu vody a formování počasí. V atmosféře se nacházejí také pevné a kapalné částice, souhrnně nazývané aerosol, jako je prach, pyl, vulkanický popel nebo krystalky solí.
🌡️ Vertikální členění (vrstvy)
Atmosféra se na základě průběhu teploty s výškou dělí na několik základních vrstev. Hranice mezi nimi se nazývají pauzy.
🌍 Troposféra
Nejnižší vrstva atmosféry, sahající od zemského povrchu do výšky přibližně 8 km nad póly a 18 km nad rovníkem. Její tloušťka se mění s ročním obdobím a zeměpisnou šířkou. V troposféře je soustředěno asi 80 % celkové hmotnosti atmosféry a téměř veškerá vodní pára. Charakteristickým znakem je pokles teploty s rostoucí výškou, v průměru o 6,5 °C na 1 km. Odehrávají se zde prakticky všechny procesy formující počasí – vznikají mraky, srážky, vítr a bouře. Horní hranicí je tropopauza.
🛡️ Stratosféra
Nachází se nad troposférou, ve výšce přibližně od 12 do 50 km. Teplota zde s výškou naopak roste, a to z cca -55 °C v tropopauze až k 0 °C ve své horní části. Tento jev, zvaný teplotní inverze, je způsoben přítomností ozonové vrstvy. Ozon (O₃) pohlcuje většinu škodlivého ultrafialového (UV) záření ze Slunce a přeměňuje ho na teplo. Díky této teplotní inverzi je stratosféra velmi stabilní a nedochází zde k vertikálnímu promíchávání vzduchu. Horní hranicí je stratopauza.
☄️ Mezosféra
Rozprostírá se ve výšce od 50 do 85 km. Teplota zde opět s výškou klesá a na horní hranici, v mezopauze, dosahuje nejnižších hodnot v celé atmosféře, až -100 °C. V této vrstvě shoří většina meteoroidů vstupujících do zemské atmosféry, které pak pozorujeme jako meteory ("padající hvězdy"). V letních měsících se zde někdy tvoří noční svítící oblaka.
🌌 Termosféra
Vrstva nad mezosférou, sahající až do výšky kolem 600 km. Teplota zde vlivem pohlcování vysokoenergetického slunečního záření prudce stoupá a může dosahovat hodnot přes 1500 °C. Hustota vzduchu je zde však extrémně nízká, takže by člověk teplo nepocítil. V termosféře se nachází ionosféra, vrstva elektricky nabitých částic (iontů), která je důležitá pro odraz rádiových vln a umožňuje tak dálkové rádiové spojení. V této vrstvě také vzniká polární záře (aurora borealis a aurora australis) a obíhá zde například Mezinárodní vesmírná stanice (ISS).
🛰️ Exosféra
Nejvzdálenější vrstva atmosféry, která plynule přechází do meziplanetárního prostoru. Sahá od 600 km až do výšky zhruba 10 000 km. Je tvořena převážně nejlehčími plyny, jako je vodík a helium. Částice se zde pohybují vysokými rychlostmi a některé z nich mohou uniknout z gravitačního pole Země. V této vrstvě obíhá mnoho umělých družic.
🌍 Význam pro život a planetu
- Ochrana před zářením: Ozonová vrstva ve stratosféře pohlcuje většinu škodlivého UV-B a UV-C záření, které by jinak poškozovalo DNA živých organismů. Celá atmosféra také funguje jako štít proti kosmickému záření a slunečnímu větru.
- Regulace teploty: Díky skleníkovému efektu, způsobenému především vodní párou a oxidem uhličitým, je průměrná teplota na Zemi přibližně 15 °C. Bez atmosféry by byla průměrná teplota hluboko pod bodem mrazu (cca -18 °C).
- Umožnění dýchání: Obsah kyslíku je nezbytný pro dýchání (respiraci) většiny pozemských organismů.
- Koloběh vody: Atmosféra je klíčovou součástí hydrologického cyklu, umožňuje výpar, transport vodní páry a vznik srážek, které zásobují pevninu vodou.
- Přenos zvuku: Hustota vzduchu umožňuje šíření zvukových vln.
- Ochrana před meteoroidy: Většina menších těles z kosmu shoří třením při průletu atmosférou.
🔭 Optické jevy v atmosféře
Interakce slunečního světla s částicemi v atmosféře vytváří mnoho fascinujících optických jevů:
- Modrá barva oblohy: Je způsobena Rayleighovým rozptylem, při kterém molekuly vzduchu rozptylují modrou složku světla mnohem efektivněji než červenou.
- Červánky (východ a západ Slunce): Když je Slunce nízko nad obzorem, jeho paprsky procházejí silnější vrstvou atmosféry, která odfiltruje většinu modrého světla, a k pozorovateli tak dorazí převážně červené a oranžové odstíny.
- Duha: Vzniká lomem a odrazem slunečního světla na vodních kapkách v atmosféře.
- Halové jevy: Světelné kruhy, oblouky nebo skvrny kolem Slunce či Měsíce, způsobené lomem světla na ledových krystalcích v cirrovitých oblacích.
- Polární záře: Světelný úkaz vznikající ve vysokých vrstvách atmosféry (termosféře) interakcí nabitých částic slunečního větru s magnetickým polem Země.
🏭 Vliv člověka a znečištění
Lidská činnost, zejména od průmyslové revoluce, významně ovlivňuje složení a vlastnosti atmosféry.
- Znečištění ovzduší: Emise oxidu siřičitého, oxidů dusíku, pevných částic a dalších látek z průmyslu, dopravy a vytápění způsobují smog, kyselé deště a mají negativní dopady na lidské zdraví i ekosystémy.
- Ozonová díra: Uvolňování freonů (chlor-fluorovaných uhlovodíků) v 20. století vedlo k narušení ozonové vrstvy, zejména nad Antarktidou. Díky mezinárodním dohodám (např. Montrealský protokol) se stav ozonové vrstvy pomalu zlepšuje.
- Změna klimatu: Spalováním fosilních paliv a odlesňováním se zvyšuje koncentrace skleníkových plynů, především CO₂, v atmosféře. To vede k zesílení skleníkového efektu a postupnému oteplování planety, což má za následek tání ledovců, zvyšování hladiny oceánů a častější výskyt extrémních projevů počasí.
🧑🏫 Pro laiky: Atmosféra v kostce
Představte si Zemi jako jablko. Atmosféra by pak byla tenčí než jeho slupka. Přesto je tato tenká vrstva plynů naprosto zásadní pro náš život.
- Proč je důležitá? Funguje jako neviditelný štít, který nás chrání před nebezpečným zářením z vesmíru a před většinou padajících "kamenů" (meteoroidů). Zároveň funguje jako pokrývka, která udržuje na Zemi příjemnou teplotu – bez ní by v noci byl krutý mráz a ve dne spalující vedro. A samozřejmě, dává nám kyslík, který dýcháme.
- Z čeho se skládá? Je to hlavně směs dvou plynů: neaktivního dusíku (asi 4/5) a pro nás životně důležitého kyslíku (asi 1/5). Zbytek tvoří malé množství dalších plynů, včetně oxidu uhličitého, který je sice nepatrný, ale má velký vliv na teplotu planety.
- Proč je nebe modré? Sluneční světlo je ve skutečnosti směs všech barev duhy. Když toto světlo vstoupí do atmosféry, molekuly vzduchu rozptýlí modrou barvu do všech směrů mnohem více než ostatní barvy. Proto, ať se podíváte kamkoliv na denní oblohu (kromě přímého pohledu do Slunce), vidíte modrou.
- Má atmosféra konec? Nemá ostrou hranici. Čím jste výše, tím je vzduch řidší. Postupně přechází do prázdnoty vesmíru tak plynule, že je těžké říct, kde přesně končí. Pro praktické účely se za hranici vesmíru považuje výška 100 km.