Ozračje
Zemljo obdaja razmeroma tanka atmosfera (običajno jo imenujemo zrak), sestavljena iz mešanice plinov, predvsem molekularnega dušika (78 odstotkov) in molekularnega kisika (21 odstotkov). Prisotne so tudi veliko manjše količine plinov, kot so argon (skoraj 1 odstotek), vodna para (v povprečju 1 odstotek, vendar zelo spremenljiva po času in lokaciji), ogljikov dioksid (0,0395 odstotka [395 delov na milijon] in trenutno narašča), metan (0.00018 odstotkov [1,8 dela na milijon] in trenutno narašča) in drugi, skupaj z majhnimi trdnimi in tekočimi delci v suspenziji.
geoid: Določitev Zemljine figure
Zasluge za idejo, da je Zemlja sferična, ponavadi dobijo Pitagora (cvetel v 6. stoletju pred našim štetjem) in
Ker ima Zemlja šibko gravitacijsko polje (zaradi svoje velikosti) in tople atmosferske temperature (zaradi bližine Sonca) v primerjavi z velikanskimi planeti, primanjkuje najpogostejših plinov v vesolju, ki jih imajo: vodik in helij. Medtem ko sta Sonce in Jupiter sestavljena pretežno iz teh dveh elementov, ju na zgodnji Zemlji ni bilo mogoče dolgo obdržati in hitro izhlapeti v medplanetarni prostor. Visoka vsebnost kisika v Zemljini atmosferi je nenavadna. Kisik je zelo reaktiven plin, ki bi se v večini planetarnih pogojev združil z drugimi kemikalijami v atmosferi, površini in skorji. V resnici ga neprekinjeno oskrbujejo biološki procesi; brez življenja skoraj ne bi bilo prostega kisika. 1,8 deleža na milijon metana v ozračju je tudi daleč zunaj kemičnega ravnovesja z atmosfero in skorjo: tudi sam je biološkega izvora, saj prispevek človeških dejavnosti močno odtehta druge.
Plini v ozračju segajo od površja Zemlje do višine tisoč kilometrov in se sčasoma združijo s sončnim vetrom - tokom nabitih delcev, ki odteka od najbolj oddaljenih Sončevih območij. Sestava ozračja je bolj ali manj konstantna z višino do nadmorske višine približno 100 km, z izjemnimi izjemami sta vodna para in ozon.
Ozračje je običajno opisano v smislu različnih plasti ali regij. Večji del ozračja je koncentriran v troposferi, ki sega od površine do nadmorske višine približno 10–15 km, odvisno od zemljepisne širine in letnega časa. Obnašanje plinov v tej plasti je pod nadzorom konvekcije. Ta proces vključuje burne, prevrtajoče se gibe, ki so posledica plovnosti zraka na površini, ki ga ogreva Sonce. Konvekcija ohranja padajoči navpični temperaturni gradient - tj. Padec temperature z višine - približno 6 ° C (10,8 ° F) na km skozi troposfero. Na vrhu troposfere, ki ji rečemo tropopavza, so se temperature znižale na približno -80 ° C (−112 ° F). Troposfera je regija, v kateri obstajajo skoraj vse vodne pare in v bistvu vse vremenske razmere.
Suha, rahla stratosfera leži nad troposfero in se razprostira na nadmorski višini približno 50 km. Konvektivni gibi so v stratosferi šibki ali pa jih ni; gibi so namesto tega horizontalno usmerjeni. Temperatura v tej plasti narašča z višino.
V zgornjih stratosferskih regijah absorpcija ultravijolične svetlobe iz Sonca razgrajuje molekulski kisik (O 2); rekombinacija enojnih kisikovih atomov z O 2 molekule v ozon (O 3) ustvari zaščitni ozonski plašč.
Nad razmeroma toplo stratopavzo je še bolj napeta mezofera, v kateri se temperature spet znižajo z nadmorsko višino na 80–90 km (50–56 milj) nad površino, kjer je določena mezopavza. Najnižja temperatura, dosežena tam, je glede na letni čas zelo različna. Temperature se nato z višanjem višine dvigajo skozi prekrivni sloj, imenovan termosfera. Nad približno 80–90 km se povečuje del nabitih ali ioniziranih delcev, ki s te višine navzgor določa ionosfero. Na tem območju, zlasti na približno okroglih območjih okrog polov, nastanejo spektakularne avre, ki nastanejo z medsebojnim vplivom dušikovih in kisikovih atomov v atmosferi z epizodnimi razpoki energijskih delcev, ki izvirajo iz Sonca.
Zemljino splošno kroženje atmosfere poganja energija sončne svetlobe, ki je v ekvatorialnih zemljepisnih širinah pogostejša. Na gibanje te toplote proti polom močno vplivata hitro vrtenje Zemlje in s tem povezana sila Coriolis na zemljepisnih širinah stran od ekvatorja (ki dodaja vzhodno-zahodno komponento smeri vetrov), kar ima za posledico več celic krožečega zraka v vsaki polobla. Nestabilnosti (motnje v atmosferskem toku, ki rastejo s časom) povzročajo značilna območja z visokim tlakom in nizkotlačne nevihte srednjih širin, pa tudi hitre, proti vzhodu premikajoče se curke zgornje troposfere, ki vodijo poti neviht. Oceani so množični rezervoarji toplote, ki večinoma delujejo na način, da izničijo razlike v globalnih temperaturah Zemlje, vendar počasi spreminjajoči se tokovi in temperature vplivajo tudi na vreme in podnebje, kot v vremenskem pojavu El Niño / Južni oscilaciji (glej podnebje: Kroženje, tokovi, medsebojno sodelovanje med oceanom in atmosfero; podnebje: El Niño / južno nihanje in podnebne spremembe).
Zemljina atmosfera ni statična lastnost okolja. Njegova sestava se je v geološkem času razvijala skladno z življenjem in se danes hitreje spreminja kot odziv na človekove dejavnosti. Približno na polovici zgodovine Zemlje se je začelo razvijati nenavadno veliko bogastva prostega kisika v atmosferi, in sicer s fotosintezo cianobakterij (glej modro-zelene alge) in nasičenostjo naravnih površinskih ponorov s kisikom (npr. Relativno kisikovi minerali in vodik oz. bogati plini, ki se izločajo iz vulkanov). Kopičenje kisika je omogočilo razvoj kompleksnih celic, ki porabljajo kisik med presnovo in iz katerih so sestavljene vse rastline in živali (glejte evkariote).
Zemlje podnebje na kateri koli lokaciji se razlikuje glede na letne čase, vendar obstajajo tudi dolgoročne razlike v globalnem podnebju. Vulkanske eksplozije, kot je izbruh 1991 na gori Pinatubo na Filipinih, lahko v stratosfero vbrizgajo velike količine prašnih delcev, ki ostanejo suspendirane leta, zmanjšajo atmosfersko preglednost in povzročijo merljivo hlajenje po vsem svetu. Mnogo redkejši, velikanski vplivi asteroidov in kometov lahko prinesejo še bolj globoke učinke, vključno z močnim zmanjšanjem sončne svetlobe za mesece ali leta, za katere mnogi znanstveniki verjamejo, da so prihajali do množičnega izumrtja živih vrst ob koncu kredne dobe, 66 milijonov let nazaj. (Za dodatne informacije o tveganjih, ki jih povzročajo kozmični vplivi, in možnostih njihovega nastanka, glejte nevarnost vplivov Zemlje.) Prevladujoče podnebne spremembe, ki jih opažamo v nedavnem geološkem zapisu, so ledene dobe, ki so povezane z različnimi spremembami nagiba Zemlje in njene orbite geometrija glede na Sonce.
Fizika zlitja vodika astronomi sklepajo, da je bilo Sonce v najzgodnejši zgodovini Zemlje 30 odstotkov manj svetleče kot danes. Torej, če bi bili enaki, bi bili oceani zamrznjeni. Opazovanja zemeljskih planetarnih sosedov, Marsa in Venere ter ocene ogljika, zaklenjenega v Zemljini skorji, kažejo, da je bilo v prejšnji dobi v Zemljini atmosferi veliko več ogljikovega dioksida. To bi povečalo segrevanje površine s pomočjo toplogrednih učinkov in tako omogočilo, da oceani ostanejo tekoči.
Danes je v Zemljini skorji zakopanih 100.000-krat več ogljikovega dioksida v karbonatnih kamninah kot v atmosferi, v ostrem nasprotju z Venero, katere atmosferski razvoj je sledil drugačnemu poteku. Na Zemlji je tvorba karbonatnih lupin z morskim življenjem glavni mehanizem za preoblikovanje ogljikovega dioksida v karbonate; abiotski procesi, ki vključujejo tekočo vodo, prav tako proizvajajo karbonate, čeprav počasneje. Na Veneri pa življenje nikoli ni imelo možnosti, da bi nastalo in ustvarilo karbonate. Zgodnja Venera je zaradi lege planeta v osončju dobila še 10–20 odstotkov več sončne svetlobe kot danes, kljub slabemu mlademu Soncu. Večina planetarnih znanstvenikov verjame, da zaradi povišane površinske temperature voda ni bila kondenzirana v tekočino. Namesto tega je v atmosferi ostal kot vodna para, ki je tako kot ogljikov dioksid učinkovit toplogredni plin. Oba plina sta skupaj povzročila, da sta se površinske temperature še višje dvignile, tako da so ogromne količine vode pobegnile v stratosfero, kjer jo je izločilo sončno ultravijolično sevanje. Z razmerami, ki so zdaj prevroče in suhe, da bi lahko omogočile nastanek abiotskega karbonata, je večina ali ves del planeta zalog ogljika ostal v atmosferi kot ogljikov dioksid. Modeli napovedujejo, da bo Zemljo lahko prizadela ista usoda v milijardi let, ko Sonce preseže svojo sedanjo svetlost za 10–20 odstotkov.
Med poznim petdesetim in koncu 20. stoletja se je količina ogljikovega dioksida v Zemljini atmosferi zaradi kurjenja fosilnih goriv (npr. Premoga, nafte in zemeljskega plina) in uničevanja tropskih pragozdov povečala za več kot 15 odstotkov., kot je povodje reke Amazonke. Računalniški modeli napovedujejo, da bi neto podvojitev ogljikovega dioksida do sredine 21. stoletja lahko privedla do globalnega segrevanja v povprečju 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) na planetu, kar bi imelo globoke učinke na morsko gladino in kmetijstvo. Čeprav nekateri nekateri kritizirajo to ugotovitev, ker doslej opaženo segrevanje ni bilo v koraku s projekcijo, analize podatkov o oceanu temperature kažejo, da se je velik del segrevanja v 20. stoletju dejansko zgodil v samih oceanih - in bo sčasoma se pojavijo v atmosferi.
Druga skrb glede ozračja je vpliv človeških dejavnosti na stratosfersko ozonsko plast. V kompleksnih kemičnih reakcijah, ki so vključevale sledi umetnih klorofluoroogljikovodikov (CFC), so sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja ustvarili začasne luknje v ozonski plasti, zlasti nad Antarktiko, med polarno pomladjo. Še bolj moteče je bilo odkritje čedalje večjega izčrpavanja ozona na zelo poseljenih zmernih širinah, saj je bilo ugotovljeno, da kratko valovno ultravijolično sevanje, ki ga ozonski plašč učinkovito absorbira, povzroči kožni rak. Mednarodni sporazumi za zaustavitev proizvodnje najbolj zoprnih CFC-jev, ki uničujejo ozon, bodo sčasoma ustavili in odpravili izčrpavanje, vendar šele sredi 21. stoletja zaradi dolgega časa bivanja teh kemikalij v stratosferi.
