B2.1

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία, οι άνεμοι.

Ψηφιακό Εκπαιδευτικό περιεχόμενο:

Διαδραστικό βιβλίο – Β2.1

Δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Βοηθητικές ερωτήσεις για την καλύτερη κατανόηση του μαθήματος:

1. Τι είναι η ατμόσφαιρα και τι γνωρίζεις για αυτήν; Η ατμόσφαιρα είναι ένα στρώμα αέρα (αεριώδες περίβλημα) που περιβάλλει τη Γη, το οποίο συγκρατείται λόγω της βαρύτητας  και γίνεται όλο και πιο αραιό όσο ανεβαίνουμε ψηλότερα. Το 99% της μάζας της είναι συγκεντρωμένο στα πρώτα 40 χλμ. από την επιφάνεια της Γης.

2. Στα πόσα χιλιόμετρα φτάνει η ζώνη ζωής στην ατμόσφαιρα; Η ζώνη όπου μπορεί να αναπτυχθεί η ζωή στην ατμόσφαιρα φτάνει μόλις μέχρι τα 10-13χλμ. ύψος από την επιφάνεια της θάλασσας. Σε μεγαλύτερα ύψη η ζωή είναι αδύνατη λόγω της έλλειψης οξυγόνου, του ψύχους και της ακτινοβολίας από το διάστημα.

3. Ποια η σημασία της ατμόσφαιρας για τη ζωή στον πλανήτη;

• Η ατμόσφαιρα που περιβάλλει τη Γη, περιέχει την σωστή αναλογία αερίων τα οποία είναι απολύτως απαραίτητα για την ζωή. Ένα από αυτά τα αέρια είναι το οξυγόνο, το οποίο περιλαμβάνεται σε ποσοστό 21% στον αέρα που αναπνέουμε και χωρίς αυτό οι άνθρωποι και τα ζώα θα πέθαιναν σε λίγα μόνο λεπτά.
• Η ατμόσφαιρα προστατεύει τη Γη από έναν καθημερινό καταιγισμό μετεωριτών, το μέγεθος των οποίων κυμαίνεται από μικροσκοπικά σωματίδια μέχρι και ογκόλιθους. Ευτυχώς, η συντριπτική πλειονότητά τους δεν φτάνουν ποτέ στην Γη γιατί καίγονται κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα και γίνονται εκλάμψεις φωτός που ονομάζονται μετέωρα.
• Η ατμόσφαιρα συγκρατεί την υπεριώδη ακτινοβολία και μέρος της κοσμικής ακτινοβολίας. Ένα στρώμα της στρατόσφαιρα, η οζονόσφαιρα, περιέχει μια μορφή οξυγόνου που ονομάζεται όζον, το οποίο απορροφά μέχρι και το 99% της εισερχόμενης υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας. Έτσι λοιπόν, το στρώμα του όζοντος προστατεύει πολλές μορφές ζωής, περιλαμβανομένων των ανθρώπων και του πλαγκτόν, από επικίνδυνη ακτινοβολία.
• Η ατμόσφαιρα λειτουργεί προστατευτικά όσον αφορά τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Αν δεν υπήρχε θα είχαμε τόσο μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας κάθε μέρα που θα ήταν αδύνατη η επιβίωσή μας.
• Η ατμόσφαιρα είναι το  μέσο με το οποίο διαδίδεται το φως και ο ήχος. Μέσω του φωτός έχουμε και τους χρωματισμούς.

4. Ποια τα στρώματα της ατμόσφαιρας; Τι γνωρίζεις για αυτά;

• Τροπόσφαιρα (περίπου 0-17χλμ): Το πλησιέστερο στην επιφάνεια της Γης ατμοσφαιρικό στρώμα, μέσα στο οποίο ζούμε. Τα περισσότερα των μετεωρολογικών φαινομένων, όπως σύννεφα, ομίχλη, βροχή, χιόνι, χαλάζι, κεραυνοί κλπ. εκδηλώνονται σε αυτό το στρώμα. Όσο πλησιάζουμε προς τους πόλους μειώνεται το πάχος της(7-8χμ). Έχει τη μεγαλύτερη πυκνότητα απ` όλα τα στρώματα και περιλαμβάνει περίπου το 80% των αερίων της ατμόσφαιρας και όλους τους υδρατμούς.
• Στρατόσφαιρα (περίπου 17-50χλμ): Είναι το δεύτερο από της επιφάνειας της Γης στρώμα της ατμόσφαιρας. Σύννεφα και άλλα μετεωρολογικά φαινόμενα (καταιγίδες κλπ) δεν παρατηρούνται σε αυτήν. Επικρατούν όμως ισχυροί άνεμοι, πολύ καλή ορατότητα, ενώ η πυκνότητα της ατμόσφαιρας της είναι μικρή, άρα η αντίσταση μικρότερη. Αυτοί είναι και οι λόγοι που τα αεροπλάνα προτιμούν να πετούν μέσα σε αυτή. Μέρος της στρατόσφαιρας είναι και η οζοντόσφαιρα, το διάχυτο στρώμα όζοντος που βρίσκεται στη στρατόσφαιρα.  Η βιολογική σημασία της οζοντόσφαιρας για τον πλανήτη μας είναι μεγάλη, γιατί απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας που είναι τόσο καταστρεπτική σε οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό. Συγχρόνως όμως συμβάλλει στη θερμική ισορροπία της ατμόσφαιρας. Παρά ταύτα επιτρέπει την δίοδο μικρού μόνο μέρους της εν λόγω ακτινοβολίας που είναι απαραίτητη στην υγιεινή διαβίωση των γήινων ζωντανών οργανισμών.
  
• Μεσόσφαιρα (περίπου 50-80χλμ): Είναι το μεσαίο στρώμα της ατμόσφαιρας. Στο στρώμα αυτό, που έχει πάχος 30 περίπου χλμ., η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, γύρω στους -120^ο C. Σε αυτήν, περίπου στα 60 χλμ,  αρχίζει και η ιονόσφαιρα. Το αστμοσφαιρικό στρώμα D της ιονόσφαιρας, σε ύψος 60-80 χλμ. ανακλά τα μακρά ραδιοηλεκτρικά κύματα.
• Θερμόσφαιρα (περίπου 80-500χλμ): Ονομάστηκε έτσι γιατί στο στρώμα αυτό διαπιστώθηκε ότι αυξάνει αλματωδώς η θερμοκρασία μέχρι περίπου τα 400-500 χλμ. Επειδή η ατμόσφαιρα έχει πολύ μικρή πυκνότητα σε αυτό το ύψος, η υψηλή “θερμοκρασία” της θερμόσφαιρας δεν αναφέρεται σε “ζέστη” όπως τη γνωρίζουμε εμπειρικά· ένας άνθρωπος στη θερμόσφαιρα θα αισθανόταν κρύο, ακριβώς γιατί η ατμόσφαιρα είναι τόσο αραιή. Η θερμοκρασία αναφέρεται στη μέση κινητική ενέργεια των μορίων της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε αυτό το ύψος, και η οποία είναι υψηλή γιατί τα μόρια απορροφούν ηλιακή ακτινοβολία και αλληλεπιδρούν με τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου. Στη θερμόσφαιρα βρίσκεται και το μεγαλύτερο μέρος της ιονόσφαιρας, όπου υπάρχει μέγας αριθμός ιόντων και ελεύθερων ηλεκτρονίων. Εντός της ιονόσφαιρας και σε διάφορα ύψη παρατηρούνται πυκνώσεις ιόντων και ηλεκτρονίων που σχηματίζουν τα λεγόμενα ιονοσφαιρικά στρώματα που καθίστανται απαραίτητα στις τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, λόγω του ότι αντανακλούν ορισμένα είδη ραδιοκυμάτων, κυρίως τα μεσαία και βραχέα κύματα (το στρώμα Ε στα 100-120 χλμ. ανακλά τα μεσαία κύματα, το στρώμα F στα 200-300 χλμ. τα βραχέα κύματα). Αν έλειπε η ιονόσφαιρα θα ήταν αδύνατο να έχουμε ραδιοηλεκτρική επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων.
  
• Εξώσφαιρα (πάνω από 500χλμ): Είναι το ανώτατο και τελευταίο στρώμα της ατμόσφαιρας και το ύψος της φθάνει στα 2.000 χλμ ή στα 3.500 χλμ, όπως θεωρητικά υπολογίζεται, μέχρι το σημείο όπου η βαρύτητα της γης δεν μπορεί πλέον να συγκρατήσει τα μόρια της ατμόσφαιρας.
  

5. Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η θερμοκρασία του αέρα; Ο Ήλιος δε ζεσταίνει εξίσου όλα τα σημεία της Γης, για αυτό και η θερμοκρασία του αέρα ποικίλλει από περιοχή σε περιοχή του πλανήτη. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία του αέρα είναι: α) η απόσταση ενός τόπου από τον Ισημερινό β) το υψόμετρο ενός τόπου γ) η απόσταση ενός τόπου από τη θάλασσα (Διάβασε και ότι λέει το βιβλίο στη σελίδα 41).

6. Τι γνωρίζεις για τους ανέμους; Διάβασε τι λέει το βιβλίο στην πρώτη παράγραφο, στη σελίδα 42. Επίσης … άνεμος ονομάζεται η όποια αισθητή «οριζόντια κίνηση» του αέρα. Αν δύο συνεχόμενες περιοχές συμβεί να μην έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε η ατμοσφαιρική πίεση της περισσότερο ψυχρής θα είναι μεγαλύτερη από της θερμότερης περιοχής, με αποτέλεσμα να δημιουργείται αέρια μάζα από τη ψυχρότερη στη θερμότερη περιοχή. Όταν μία μάζα αέρα θερμαίνεται γίνεται πιο αραιή και πιο ελαφριά από τις άλλες μάζες που βρίσκονται γύρω της και τείνει να ανέβει ψηλότερα από εκείνες (ανοδικά κίνηση). Επομένως, άλλες, πιο ψυχρές και βαριές αέριες μάζες θα κινηθούν και θα πάρουν τη θέση της.