Maa planeet

Õhkkond

Maad ümbritseb suhteliselt õhuke atmosfäär (tavaliselt õhk), mis koosneb gaaside, peamiselt molekulaarse lämmastiku (78 protsenti) ja molekulaarse hapniku (21 protsenti) segust. Samuti leidub palju väiksemas koguses gaase nagu argoon (peaaegu 1 protsent), veeaur (keskmiselt 1 protsent, kuid ajaliselt ja asukoha poolest väga muutlikud), süsinikdioksiid (0,0395 protsenti [395 osa miljonist] ja praegu tõusev), metaan (0,00018 protsenti [1,8 osa miljonist] ja praegu tõuseb) ja teised, koos suspensioonis olevate tahkete ja vedelate osakestega.

geoid: Maa kuju määramine

Idee, et Maa on sfääriline, antakse tavaliselt Pythagorasele (6. sajandi õitseng) ja

Kuna Maal on hiiglaslike planeetidega võrreldes nõrk gravitatsiooniväli (oma suuruse tõttu) ja soojad õhutemperatuurid (Päikese läheduse tõttu), puuduvad tal universumis kõige levinumad gaasid: vesinik ja heelium. Kui nii Päike kui ka Jupiter koosnevad valdavalt nendest kahest elemendist, ei saanud neid Maa varakult kaua säilitada ja planeetidevahelisse ruumi kiiresti aurustuda. Maa atmosfääri kõrge hapnikusisaldus on tavapärasest väljas. Hapnik on väga reageeriv gaas, mis enamikus planeeditingimustes kombineeritakse atmosfääri, pinna ja kooriku teiste kemikaalidega. Tegelikult varustatakse seda pidevalt bioloogiliste protsessidega; ilma eluta poleks praktiliselt vaba hapnikku. Atmosfääris sisalduv 1,8 miljoni miljoni metaani sisaldus on ka atmosfääri ja maakoore keemilisest tasakaalust kaugel: ka see on bioloogilise päritoluga, inimtegevuse panus kaalub teistega võrreldes palju.

Atmosfääri gaasid ulatuvad Maa pinnalt tuhandete kilomeetrite kõrgustesse, sulandudes lõpuks päikesetuulega - laetud osakeste vooga, mis voolab välja Päikese äärepoolseimatest piirkondadest. Atmosfääri koostis on enam-vähem konstantne kõrgusega umbes 100 km (60 miili) kõrguseni, erandiks on veeaur ja osoon.

Atmosfääri kirjeldatakse tavaliselt erinevate kihtide või piirkondade kaupa. Suurem osa atmosfäärist on koondunud troposfääri, mis ulatub pinnast sõltuvalt laiuskraadist ja aastaajast umbes 10–15 km (6–9 miili) kõrgusele. Selle kihi gaaside käitumist kontrollib konvektsioon. See protsess hõlmab turbulentseid ümberminekuid, mis tulenevad Päikese soojendatud pinna lähedal oleva õhu ujuvusest. Konvektsioon hoiab vertikaalse temperatuurigradiendi langust, st temperatuuri langust kõrgusega, läbi troposfääri umbes 6 ° C (10.8 ° F) km kohta. Troposfääri tipus, mida nimetatakse tropopausiks, on temperatuur langenud umbes –80 ° C-ni (–112 ° F). Troposfäär on piirkond, kus eksisteerib peaaegu kogu veeaur ja ilmtingimata ilm.

Kuiv, õrn stratosfäär asub troposfääri kohal ja ulatub umbes 50 km (30 miili) kõrgusele. Konvektiivsed liikumised on stratosfääris nõrgad või puuduvad; selle asemel kalduvad liikumised olema horisontaalselt. Selle kihi temperatuur tõuseb kõrgusega.

Ülemistes stratosfääri piirkondades laguneb Päikese ultraviolettvalguse neeldumine molekulaarset hapnikku (O ₂); üksikute hapnikuaatomite rekombineerimine O ₂ molekulidega osooniks (O ₃) loob varjestava osoonikihi.

Suhteliselt sooja stratopausi kohal on veelgi õrnem mesosfäär, kus temperatuur langeb taas kõrgusega 80–90 km (50–56 miili) maapinnast, kus mesopause on määratletud. Seal saavutatav minimaalne temperatuur on aastaajaga äärmiselt erinev. Temperatuurid tõusevad seejärel kõrguse suurenemise kaudu läbi pealmise kihi, mida nimetatakse termosfääriks. Ka umbes 80–90 km kohal on üha suurem osa laetud või ioniseeritud osakesi, mis sellest kõrgusest ülespoole määratlevad ionosfääri. Selles piirkonnas, eriti pooluste ümber umbes ümmarguses tsoonis, tekivad spetsiifilised nähtavad aurorad atmosfääri lämmastiku- ja hapnikuaatomite vastasmõjul Päikesest pärinevate energeetiliste osakeste episoodiliste pursketega.

Maa üldist õhuringlust juhib päikesevalguse energia, mis on rikkalikum ekvaatorilistel laiuskraadidel. Selle soojuse liikumist pooluste poole mõjutab tugevalt Maa kiire pöörlemine ja sellega seotud Coriolise jõud ekvaatorist eemale jäävatel laiuskraadidel (mis tuulte suunale lisab ida-lääne komponendi), mille tulemuseks on igas ringleva õhu mitu rakku poolkera. Ebastabiilsus (aja jooksul kasvavad atmosfääri voogude häiringud) tekitab keskpikkustes iseloomulikke kõrgrõhualasid ja madalrõhkkondi, samuti ülemise troposfääri kiireid ida suunas liikuvaid joavooge, mis suunavad tormide radu. Ookeanid on massiivsed soojuse reservuaarid, mis toimivad peamiselt Maa globaalsete temperatuuride muutuste tasandamiseks, kuid nende aeglaselt muutuvad voolud ja temperatuurid mõjutavad ka ilmastikku ja kliimat, nagu näiteks El Niño / Lõuna võnkeala ilmastikunähtus (vt kliima: Ringlus, hoovused, ning ookeani ja atmosfääri vastasmõju; kliima: El Niño / Lõuna ostsillatsioon ja kliimamuutused).

Maa atmosfäär ei ole keskkonna staatiline omadus. Pigem on selle koosseis elu jooksul kooskõlas geoloogilise aja jooksul välja kujunenud ja muutub vastuseks inimtegevusele täna kiiremini. Umbes Maa ajaloo poolel teel hakkas atmosfääri ebaharilikult suur hapniku sisaldus arenema tsüanobakterite (vt sini-rohelised vetikad) fotosünteesi ja looduslike hapniku neeldajate (nt suhteliselt hapnikuvaesed mineraalid ja vesinik) küllastumise kaudu. vulkaanidest väljuvad rikkad gaasid). Hapniku kogunemine võimaldas areneda keerukatel rakkudel, mis tarbivad ainevahetuse ajal hapnikku ja millest kõik taimed ja loomad koosnevad (vt eukarüoot).

Maa kliima varieerub ükskõik millises asukohas vastavalt aastaajale, kuid globaalses kliimas on ka pikemaajalisi erinevusi. Vulkaanilised plahvatused, näiteks Pinatubo mäe 1991. aasta purse Filipiinidel, võivad stratosfääri süstida suures koguses tolmuosakesi, mis püsivad aastaid hõljumas, vähendades atmosfääri läbipaistvust ja tulemuseks on mõõdetav jahutus kogu maailmas. Asteroidide ja komeetide palju haruldasemad hiiglaslikud mõjud võivad avaldada veelgi sügavamaid tagajärgi, sealhulgas päikesevalguse tugevat vähenemist kuude või aastate jooksul, nagu paljude teadlaste arvates viis elavate liikide massiline väljasuremine kriidiajastu perioodi lõpus, 66 miljonit aastat. tagasi. (Lisateavet kosmiliste mõjude põhjustatud riskide ja nende esinemise võimaluste kohta leiate jaotisest Maapõu oht.) Hiljutises geoloogilises uuringus täheldatud domineerivateks kliimamuutusteks on jääajad, mis on seotud Maa kalde ja selle orbitaalide muutustega geomeetria Päikese suhtes.

Vesiniku termotuumasünteesi füüsika viib astronoomide järelduseni, et Päike oli Maa varaseima ajaloo jooksul 30 protsenti vähem helendav kui praegu. Seega kui kõik ülejäänud oleksid võrdsed, oleks ookeanid pidanud olema külmunud. Maa planeedinaabrite Marsi ja Veenuse vaatlused ning maapõues lukustatud süsiniku hinnangud viitavad sellele, et varasematel perioodidel oli Maa atmosfääris palju rohkem süsinikdioksiidi. See oleks kasvuhooneefekti kaudu suurendanud pinna soojenemist ja võimaldanud ookeanidel jääda vedelaks.

Täna on maapõues olevatesse karbonaatkivimitesse maetud 100 000 korda rohkem süsinikdioksiidi kui atmosfääri, vastupidiselt Veenusele, mille atmosfääri evolutsioon järgis teistsugust kurssi. Maal on süsinikdioksiidi karbonaatideks muutmise peamiseks mehhanismiks mereelustiku moodustamine karbonaadikoore moodustamisel; vedela veega seotud abiootilised protsessid tekitavad ka karbonaate, ehkki aeglasemalt. Veenusel ei olnud aga elul kunagi võimalust tekkida ja tekitada karbonaate. Planeedi paiknemise tõttu Päikesesüsteemis sai varane Veenus 10-20 protsenti rohkem päikesevalgust kui langeb Maa peale ka tänapäeval, vaatamata tollasele nooremale Päikesele. Enamik planeediteadlasi usub, et kõrgenenud pinnatemperatuur hoidis vee kondenseerumisest vedelikuks. Selle asemel jäi see atmosfääri veeauruna, mis on sarnaselt süsinikdioksiidiga tõhus kasvuhoonegaas. Need kaks gaasi tõstsid pinnatemperatuuri veelgi kõrgemaks, nii et tohutud veekogused pääsesid stratosfääri, kus see eraldus päikese ultraviolettkiirgusest. Olukorras, kus abiootilise karbonaadi moodustumiseks on liiga kuivad ja kuivad temperatuurid, jäi suurem osa või kogu planeedi süsinikuvarudest atmosfääri süsinikdioksiidina. Mudelid ennustavad, et Maa võib sama saatuse kannatada ka miljardi aasta pärast, kui Päike ületab oma praeguse heleduse 10–20 protsenti.

1950ndate aastate lõpust kuni 20. sajandi lõpuni suurenes süsinikdioksiidi hulk Maa atmosfääris fossiilsete kütuste (nt kivisüsi, nafta ja maagaas) põletamise ja troopiliste vihmametsade hävitamise tõttu enam kui 15 protsenti., näiteks Amazonase jõgikonnas. Arvutimudelid ennustavad, et süsinikdioksiidi neto kahekordistumine 21. sajandi keskpaigaks võib viia globaalse soojenemiseni planeedi keskmisel temperatuuril 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F), millel oleks sügav mõju merepinnale ja merepinnale. põllumajandus. Ehkki mõned on seda järeldust kritiseerinud, tuginedes sellele, et seni täheldatud soojenemine ei ole prognoosiga sammu pidanud, osutasid ookeanitemperatuuri andmete analüüsid sellele, et suur osa 20. sajandi soojenemisest toimus tegelikult ookeanides endis - ja seda ka edaspidi. ilmuvad lõpuks atmosfääri.

Teine praegune mure atmosfääri osas on inimtegevuse mõju stratosfääri osoonikihile. 1980ndate aastate keskel leiti, et keerulised keemilised reaktsioonid, mis hõlmavad inimtekkeliste klorofluorosüsinike (CFC) jälgi, tekitavad polaarkevade jooksul osoonikihis ajutisi auke, eriti Antarktika kohal. Veel häirivamaks tegi osooni suurenenud kahanemise avastamine tihedalt asustatud parasvöötme laiuskraadidel, kuna on leitud, et lühilainepikkune ultraviolettkiirgus, mida osoonikiht tõhusalt neelab, põhjustab nahavähki. Kõige silmatorkavamate osooni hävitavate CFC-de tootmise peatamiseks sõlmitud rahvusvahelised lepingud peatavad ja kahandavad vaesuse lõplikult, kuid alles 21. sajandi keskpaigaks, kuna need kemikaalid elavad stratosfääris pikka aega.