Stratificarea atmosferei Pământului

În general, presiunea și densitatea aerului scad odată cu altitudinea din atmosferă. Cu toate acestea, temperatura are un profil mai complicat cu altitudinea și poate rămâne relativ constantă sau chiar crește cu altitudinea în unele regiuni. Deoarece modelul general al profilului de temperatură / altitudine, sau al ratei de scădere, este constant și măsurabil prin intermediul sondelor de baloane instrumentate, comportamentul temperaturii oferă o valoare utilă pentru a distinge straturile atmosferice. În acest fel, atmosfera Pământului poate fi împărțită (numită stratificare atmosferică) în cinci straturi principale: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă și exosferă. Altitudinile celor cinci straturi sunt după cum urmează:

• Exosfera: 700-10.000 km
• Termosferă: 80 până la 700 km
• Mezosfera: 50-80 km
• Stratosferă: 12 până la 50 km
• Troposfera: 0-12 km

(Stratificarea atmosferei Pământului)

Exosfera

Exosfera este stratul cel mai exterior al atmosferei Pământului (adică limita superioară a atmosferei). Se extinde de la termopauză, la vârful termosferei la o altitudine de aproximativ 700 km deasupra nivelului mării, până la aproximativ 10.000 km, unde se contopește cu vântul solar.

Acest strat este compus în principal din densități extrem de scăzute de hidrogen, heliu și mai multe molecule mai grele, inclusiv azot, oxigen și dioxid de carbon mai aproape de exobază. Atomii și moleculele sunt atât de depărtate încât pot parcurge sute de kilometri fără a se ciocni unul de altul. Astfel, exosfera nu se mai comportă ca un gaz, iar particulele scapă constant în spațiu. Aceste particule în mișcare liberă urmează traiectorii balistice și pot migra în și din magnetosferă sau din vântul solar.

Exosfera este prea mult deasupra Pământului pentru ca fenomenele meteorologice să fie posibile. Cu toate acestea, aurorele Pământului – aurora boreală (nord) și aurora australă (sud) – apar uneori în partea inferioară a exosferei, unde se suprapun în termosferă. Exosfera conține mulți dintre sateliții artificiali care orbitează Pământul.

Termosfera

Termosfera este al doilea cel mai înalt strat al atmosferei Pământului. Se extinde de la mezopauză (care o separă de mezosferă) la o altitudine de aproximativ 80 km până la termopauză la o altitudine cuprinsă între 500-1000 km. Înălțimea termopauzei variază considerabil din cauza modificărilor activității solare. Deoarece termopauza se află la limita inferioară a exosferei, este denumită și exobază. Partea inferioară a termosferei, de la 80 la 550 de kilometri deasupra suprafeței Pământului, conține ionosfera.

Temperatura termosferei crește treptat odată cu înălțimea și poate crește până la 1500 °C, deși moleculele de gaz sunt atât de îndepărtate încât temperatura sa în sensul obișnuit nu este foarte semnificativă. Aerul este atât de rarificat încât o moleculă individuală (de oxigen, de exemplu) parcurge în medie 1 kilometru între coliziuni cu alte molecule. Deși termosfera are o proporție mare de molecule cu energie ridicată, nu s-ar simți fierbinte pentru un om în contact direct, deoarece densitatea sa este prea mică pentru a conduce o cantitate semnificativă de energie către sau dinspre piele.

Acest strat este complet fără nori și fără vapori de apă. Cu toate acestea, fenomenele nehidrometeorologice, cum ar fi aurora boreală și aurora australă, sunt ocazional observate în termosferă. Stația Spațială Internațională orbitează în acest strat, între 350 și 420 km. În acest strat sunt prezenți mulți sateliți care orbitează pământul.

Mezosfera

Mesosfera este al treilea cel mai înalt strat al atmosferei Pământului, ocupând regiunea de deasupra stratosferei și de sub termosferă. Se extinde de la stratopauză la o altitudine de aproximativ 50 km până la mezopauză la 80-85 km deasupra nivelului mării.

Temperaturile scad odată cu creșterea altitudinii până la mezopauză care marchează vârful acestui strat mijlociu al atmosferei. Este cel mai rece loc de pe Pământ și are o temperatură medie în jurul valorii de −85 °C.

Chiar sub mezopauză, aerul este atât de rece încât chiar și vaporii de apă foarte puțini la această altitudine pot fi sublimați în nori noctilucenți polio-mezosferici. Aceștia sunt cei mai înalți nori din atmosferă și pot fi vizibili cu ochiul liber dacă lumina soarelui se reflectă la ei la aproximativ o oră sau două după apusul soarelui sau în mod similar înainte de răsăritul soarelui. Aceștia sunt cel mai ușor vizibili atunci când Soarele este la aproximativ 4-16 grade sub orizont. Descărcările induse de fulger, cunoscute sub numele de evenimente luminoase tranzitorii (TLE), se formează ocazional în mezosferă deasupra norilor troposferici. Mesosfera este, de asemenea, stratul în care ard majoritatea meteorilor la intrarea atmosferică. Este prea sus deasupra Pământului pentru a fi accesibil aeronavelor și baloanelor cu reacție și prea jos pentru a permite navelor spațiale orbitale. Mesosfera este accesată în principal de rachete sonore și de aeronave cu rachetă.

Stratosfera

Stratosfera este al doilea strat inferior al atmosferei Pământului. Se află deasupra troposferei și este separată de ea prin tropopauză. Acest strat se extinde de la vârful troposferei la aproximativ 12 km deasupra suprafeței Pământului până la stratopauză la o altitudine de aproximativ 50 până la 55 km.

Presiunea atmosferică din partea superioară a stratosferei este de aproximativ 1/1000 presiunea la nivelul mării. Acesta conține stratul de ozon, care este partea din atmosfera Pământului care conține concentrații relativ mari de gaz. Stratosfera definește un strat în care temperaturile cresc odată cu creșterea altitudinii. Această creștere a temperaturii este cauzată de absorbția radiațiilor ultraviolete (UV) de la Soare de către stratul de ozon, care restricționează turbulența și amestecul. Deși temperatura poate fi de -60 °C la tropopauză, vârful stratosferei este mult mai cald și poate fi aproape de 0 °C.

Profilul de temperatură stratosferică creează condiții atmosferice foarte stabile, astfel încât stratosfera nu are turbulența aerului care produce vreme, care este atât de răspândită în troposferă. În consecință, stratosfera este aproape complet lipsită de nori și alte forme de vreme. Cu toate acestea, în partea inferioară a acestui strat al atmosferei, unde aerul este cel mai rece, se văd ocazional nori stratosferici sau nacri. Stratosfera este cel mai înalt strat care poate fi accesat de avioanele cu reacție.

Troposfera

Troposfera este stratul inferior al atmosferei Pământului. Se extinde de la suprafața Pământului la o înălțime medie de aproximativ 12 km, deși această altitudine variază de la aproximativ 9 km la polii geografici la 17 km la Ecuator, cu unele variații datorate vremii. Troposfera este delimitată de tropopauză, o limită marcată în majoritatea locurilor printr-o inversare a temperaturii (adică un strat de aer relativ cald deasupra unuia mai rece), iar în altele de o zonă izotermă cu înălțimea.

Deși apar variații, temperatura scade de obicei odată cu creșterea altitudinii în troposferă deoarece troposfera este încălzită în mare parte prin transferul de energie de la suprafață. Astfel, partea inferioară a troposferei (adică suprafața Pământului) este de obicei cea mai caldă secțiune a troposferei. Aceasta promovează amestecarea verticală (de aici, originea numelui său în cuvântul grecesc τρόπος, tropos, care înseamnă „întoarcere”). Troposfera conține aproximativ 80% din masa atmosferei Pământului. Troposfera este mai densă decât toate straturile sale atmosferice de deasupra, deoarece o greutate atmosferică mai mare se află deasupra troposferei și face ca aceasta să fie comprimată cel mai sever. Cincizeci la sută din masa totală a atmosferei este situată în cei mai de jos 5,6 km ai troposferei.

Aproape toți vaporii de apă atmosferici sau umezeala se găsesc în troposferă, deci este stratul în care are loc cea mai mare parte a vremii Pământului. Practic are toate tipurile de genuri de nori asociate cu vremea generate de circulația activă a vântului, deși norii de tunet cumulonimbus foarte înalți pot pătrunde în tropopauză de jos și se pot ridica în partea inferioară a stratosferei. Cea mai mare activitate aeriană convențională are loc în troposferă și este singurul strat care poate fi accesat de avioanele cu elice.

(Space Shuttle Endeavour orbitează în termosferă. Datorită unghiului fotografiei, pare să se încadreze în stratosferă și mezosferă care se află de fapt la mai mult de 250 km mai jos. Stratul portocaliu este troposfera, care cedează locul stratosferei albicioase și apoi mezosferei albastre. Credit: NASA)

Alte straturi

În cadrul celor cinci straturi principale de mai sus, care sunt în mare măsură determinate de temperatură, mai multe straturi secundare se pot distinge prin alte proprietăți:

• Stratul de ozon este conținut în stratosferă. În acest strat, concentrațiile de ozon sunt de aproximativ 2 până la 8 părți pe milion, ceea ce este mult mai mare decât în ​​atmosfera inferioară, dar încă foarte mică în comparație cu principalele componente ale atmosferei. Este situat în principal în porțiunea inferioară a stratosferei de la aproximativ 15-35 km, deși grosimea variază sezonier și geografic. Aproximativ 90% din ozonul din atmosfera Pământului este conținut în stratosferă.
• Ionosfera este o regiune a atmosferei care este ionizată de radiația solară. Este responsabilă pentru aurore. În timpul orelor de zi, se întinde de la 50 la 1.000 km și include mezosfera, termosfera și părți ale exosferei. Cu toate acestea, ionizarea în mezosferă încetează în mare măsură în timpul nopții, astfel încât aurorele sunt văzute în mod normal doar în termosferă și în exosfera inferioară. Ionosfera formează marginea interioară a magnetosferei. Are importanță practică, deoarece influențează, de exemplu, propagarea radio pe Pământ.
• Homosfera și heterosfera sunt definite de faptul dacă gazele atmosferice sunt bine amestecate. Homosfera pe suprafață include troposfera, stratosfera, mezosfera și partea inferioară a termosferei, unde compoziția chimică a atmosferei nu depinde de greutatea moleculară, deoarece gazele sunt amestecate de turbulență. Acest strat relativ omogen se termină la turbopauza aflată la aproximativ 100 km, chiar marginea spațiului în sine, așa cum este acceptată de FAI, care îl plasează la aproximativ 20 km deasupra mezopauzei.
• Deasupra acestei altitudini se află heterosfera, care include exosfera și cea mai mare parte a termosferei. Aici, compoziția chimică variază în funcție de altitudine. Acest lucru se datorează faptului că distanța pe care particulele se pot mișca fără a se ciocni între ele este mare în comparație cu dimensiunea mișcărilor care provoacă amestecarea. Acest lucru permite gazelor să se stratifice după greutatea moleculară, cu cele mai grele, cum ar fi oxigenul și azotul, prezente doar în apropierea fundului heterosferei. Partea superioară a heterosferei este compusă aproape complet din hidrogen, cel mai ușor element.
• Stratul limită planetar este partea troposferei care este cea mai apropiată de suprafața Pământului și este direct afectată de aceasta, în principal prin difuzie turbulentă. În timpul zilei, stratul limită planetar este de obicei bine amestecat, în timp ce noaptea devine stratificat stabil, cu amestecare slabă sau intermitentă. Adâncimea stratului limită planetar variază de la aproximativ 100 de metri în nopțile limpezi și calme până la 3.000 m sau mai mult în cursul după-amiezii în regiunile uscate.

Temperatura medie a atmosferei la suprafața Pământului este de 14 °C sau 15 °C, în funcție de referință.

Include texte traduse de Nicolae Sfetcu din Wikipedia