1 Η ατμόσφαιρα και η δομή της
Ατμόσφαιρα λέγεται το αεριώδες στρώμα που περιβάλλει τη γη και το οποίο την ακολουθεί στο σύνολο των κινήσεών της.
1.1 Έκταση της ατμόσφαιρας της γης Το ύψος στο οποίο φθάνει η ατμόσφαιρα δεν είναι σαφώς καθορισμένο. Το ανώτατο αυτό όριο θα πρέπει να είναι μια επιφάνεια στην οποία, στην μονάδα του χρόνου, ο αριθμός των σωματιδίων-μορίων που διαφεύγουν να είναι ίσος με τον αριθμό αυτών που επιστρέφουν
½ m υ 2 m V ½ m υ 2 m G M Γ / z ½ υ 2 G M Γ / z
Θεωρητικοί υπολογισμοί δίνουν: 28.000 km στους πόλους 40.000 km στον Ισημερινό Παρατηρήσεις φαινομένων της ατμόσφαιρας (πολικό σέλλας, διάττοντες αστέρες, μετεωρίτες) δεν επιτρέπουν εκτίμηση μεγαλύτερη των: 3.000 km
1.2 H συνολική μάζα της ατμόσφαιρας Η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια εξαρτάται από το βάρος και συνεπώς τη μάζα της ατμόσφαιρας.
Ατμόσφαιρα: Ωκεανοί: Στερεό τμήμα: z km 40 20 10 5 0 0 50 75 95 99 Μ Α %
1.3 Σύσταση της ατμόσφαιρας α. ξηρό αέρα. Όλα τα αέρια της ατμόσφαιρας εκτός των υδρατμών και των ατμοσφαιρικών αιωρημάτων. 99.98 %
Άζωτο (Ν 2 ) - Δεν απορροφά τις διάφορες ακτινοβολίες. - Αδρανές αέριο Οξυγόνο (Ο 2 ) Πηγές του οι διεργασίες της: - Φωτόλυσης - Φωτοσύνθεσης Καταναλώνεται κυρίως με καύσεις και οξειδώσεις στη βιόσφαιρα.
To αντιπροσωπευτικό μοριακό βάρος (ΜΒ) της ατμόσφαιρας στα πρώτα 100 km υπολογίζεται από τη σχέση: ή και είναι ίσο με 28.96
Διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) - Παρουσιάζει μεταβαλλόμενη περιεκτικότητα. - Δεξαμενές του η ατμόσφαιρα, βιόσφαιρα, ωκεανοί, ιζηματογενή ανθρακικά πετρώματα - Μεγάλη κλιματολογική και βιολογική σημασία Πηγές: Διεργασίες ζώντων οργανισμών Αποσύνθεση οργανικών στοιχείων Καύσεις Φυσικές πηγές
Όζον (O 3 ) - Είναι η αλλοτροπική μορφή του οξυγόνου (Ο 2 ) - Μικρή περιεκτικότητα (2 ppm ή 0.00006 %). Σε κανονικές συνθήκες P και Τ θα σχημάτιζε στρώμα 4 mm - Η συγκέντρωσή του αυξάνει με το ύψος - Μέγιστη συγκέντρωση σε ύψη 19-35 km (οζονόσφαιρα) Διακρίνουμε δυο κατηγορίες όζοντος στην ατμόσφαιρα: Στρατοσφαιρικό όζον Τροποσφαιρικό όζον
Στρατοσφαιρικό όζον - Υπάρχει στο στρώμα μεταξύ 19-35 km (οζονόσφαιρα ή στοιβάδα του όζοντος) με μέγιστο στα 25 km - Προστατεύει τη ζωή από τη βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία (λ < 0.29 μm). Η ενέργεια ενός φωτονίου (λ = 0.2 μm) είναι: Ε φ = 598 KJ/mole Οι περισσότεροι χημικοί δεσμοί στη φύση διασπώνται με: Ε < 418 KJ/mole
Δυο μηχανισμοί γένεσης: α. Φωτοδιάσπαση του μοριακού οξυγόνου και β. Συνένωση μοριακού και ατομικού οξυγόνου:
Φυσική καταστροφή από O 2, N 2, H 2, Cl ή Br, και μη φυσική από χλωροφθοράνθρακες (CFCs) CFC C F Cl Ηλιακή ακτινοβολία Cl - Cl - O 3 Cl - O 2 Cl O O ClO Cl O O 2
Από το 1979 παρατηρείται μείωση της συγκέντρωσης του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική και ιδιαίτερα την άνοιξη. Συγκέντρωση όζοντος - Σεπτέμβριος 2000
Από το 1989 παρατηρήθηκε ανάλογη τρύπα στη στοιβάδα όζοντος, συνεχώς αυξανόμενη, και στην Αρκτική.
Από το 1980 όμως εμφανίστηκε μεγάλη μείωση και πάνω από τα μέσα και τα πολικά γεωγραφικά πλάτη, κυρίως κατά την περίοδο χειμώνα-άνοιξης (πάνω από 6-7% ανά δεκαετία). Το 1991 οι τιμές τον όζοντος μειώθηκαν σημαντικά όχι μόνο κατά την περίοδο χειμώνα-άνοιξης αλλά και το καλοκαίρι.
Στην περιοχή της Ελλάδας η αραίωση του όζοντος είναι η μικρότερη της Ευρώπης, αγγίζει όμως το 10% ανά δεκαετία, ποσοστό που αντιστοιχεί σε 5-6% αύξηση της υπεριώδους ακτινοβολίας.
Τροποσφαιρικό όζον - Βρίσκεται στα πρώτα 10 km (τροπόσφαιρα) - Αποτελεί φωτοχημικό οξειδωτικό μέσο συμβάλλοντας στη ρύπανση της τροπόσφαιρας Προέρχεται από την οζονόσφαιρα μέσω διάχυσης του αέρα ανθρωπογενείς παράγοντες ως δευτερογεννής ρύπος παραγόμενος από αντιδράσεις πρωτογεννών ρύπων (ΝΟ 2 και ΝΟ) ΝΟ 2
β. νερό στις τρεις φάσεις: στερεή (παγοκρύσταλλοι), υγρή (βροχή) και αέρια (υδρατμοί). Οι υδρατμοί προέρχονται από εξάτμιση υδάτινων επιφανειών. - Σημαντικό ρόλο στον κύκλο της ατμοσφαιρικής ενέργειας (εξάτμιση, συμπύκνωση, απορρόφηση ακτινοβολίας) - Αίτιο πολλών μετεωρολογικών φαινομένων z km 10 e z = eo10 z 5000 5 0 e o e z
γ. διάφορα αιωρήματα. Σωματίδια στερεών ή υγρών - κονιορτοί (σκόνη, κόκκοι άμμου, στάχτη, κοσμική σκόνη, μόρια αλατιού) - χημικές ενώσεις (μεθάνιο, υδρόθειο, διοξείδιο του θείου, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες) - οργανικά αιωρήματα (γύρη, βακτήρια κ.α).
1.4 Κατακόρυφη διαίρεση της ατμόσφαιρας α) Τροπόσφαιρα το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας με ύψος 11-12 km πάνω από τις εύκρατες περιοχές, 17-18 km πάνω από τις ισημερινές και τα 7-8 km πάνω από τους πόλους. Ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος κατά μέσο όρο 0.65 C/100m, κατακόρυφη θερμοβαθμίδα (dt/dz).
Το οριακό στρώμα της τροπόσφαιρας που τη χωρίζει από τη στρατόσφαιρα καλείται τροπόπαυση.
Το οριακό στρώμα της τροπόσφαιρας που τη χωρίζει από τη στρατόσφαιρα καλείται τροπόπαυση. Στην τροπόπαυση δεν υπάρχει κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας. Το ύψος της τροπόσφαιρας: μειώνεται με το γ. πλάτος είναι μεγαλύτερο στο τέλος του καλοκαιριού και μικρότερο στο τέλος του χειμώνα και την αρχή της άνοιξης.
Το οριακό στρώμα της τροπόσφαιρας που τη χωρίζει από τη στρατόσφαιρα καλείται τροπόπαυση. Στην τροπόπαυση δεν υπάρχει κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας. Το ύψος της τροπόσφαιρας: μειώνεται με το γ. πλάτος είναι μεγαλύτερο στο τέλος του καλοκαιριού και μικρότερο στο τέλος του χειμώνα και την αρχή της άνοιξης. Στα πλάτη των 40-50 εμφανίζεται μια διακοπή της τροπόπαυσης με αποτέλεσμα να υπάρχουν δύο τροποπαύσεις, τροπική και πολική.
Η σημασία της τροπόσφαιρας: περιλαμβάνει τα 3/4 της μάζας της ατμόσφαιρας ολόκληρη σχεδόν την ποσότητα των υδρατμών και αερολυμάτων Δημιουργούνται όλες οι ατμοσφαιρικές διαταράξεις, και τα μετεωρολογικά φαινόμενα δηλ. ο καιρός
β) Στρατόσφαιρα
β) Στρατόσφαιρα κατώτερη στρατόσφαιρα: τροπόπαυση 35 km με σταθερή θερμοβαθμίδα και ξηρασία
β) Στρατόσφαιρα κατώτερη στρατόσφαιρα: τροπόπαυση 35 km με σταθερή θερμοβαθμίδα και ξηρασία ανώτερη στρατόσφαιρα: 35 55 km όπου η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος
Στρατόπαυση η ισοθερμική μεταβατική ζώνη μεταξύ στρατόσφαιρας και μεσόσφαιρας. Το 99% της ατμοσφαιρικής μάζας βρίσκεται κάτω από αυτή.
γ) Μεσόσφαιρα. Η θερμοκρασία αρχίζει να πάλι να μειώνεται μέχρι το ύψος των 80-85 km. H μεσόπαυση είναι το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας και αποτελεί την πιο ψυχρή περιοχή της ατμόσφαιρας (-80 ο C). Αποτελεί το ανώτερο όριο της ομοιόσφαιρας (σταθερή χημική σύσταση με ΜΒ = 28.96)
δ) Θερμόσφαιρα. Εκτείνεται μέχρι τα 400-500 km και χαρακτηρίζεται από μια συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας μέχρι 700 ο C. Περιλαμβάνει την Ιονόσφαιρα.