Atmosféra

Atmosféra
Zmes plynov, ktorá obklopuje Zem, sa nazýva atmosféra. Rozlišuje sa v nej niekolko
koncentricky usporiadaných vrstiev, ktoré smerom od zemského povrchu nasledujú za
sebou takto: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra. Výrazná
vrstvovitá štruktúra atmosféry je podmienená najmä osobitostami vo vertikálnom
rozdelení teploty, chemického zloženia statických a dynamických charakteristík
ionizácie.
Troposféra obsahuje asi 80% všetkej hmoty atmosféry. Jej hrúbka nie je nad všade
rovnaká. Nad pólmi dosahuje 8-10 km, v miernych šírkach 10-12 km a nad rovníkom
16-18 km. V zime leží horná hranica troposféry nižšie ako v lete. Teplota v troposfére
klesá s výškou o 0,65 °C na 100 m, ciže v priemere o 6 °C na 1 km. Na hornej hranici
troposféry sa teplota pohybuje nad rovníkom medzi –75 až –80 °C, nad pólmi okolo
–50 °C. V troposfére sa horizontálne a vertikálne premiestnujú vzduchové hmoty, je tu
najväcšie množstvo vodných pár a prebieha v nej všeobecná cirkulácia ovzdušia
urcujúca javy pocasia.
Stratosféra siaha do výšky 50-55 km nad zemský povrch. V spodnej casti teploty so
stúpajúcou výškou ostávajú približne rovnaké. Nad výškou 25-30 km teplota zacína
stúpat najmä pre väcší obsah ozónu.
Mezosféra siaha do výšky okolo 80-85 km. Teploty v nej opät klesajú so stúpajúcou
výškou. Za jej hranicou (nad 90 km) sa nachádza termosféra, kde teplota so
stúpajúcou výškou rastie. Vo výške okolo 300 km dosahuje až 1500 °C a vo väcších
výškach sa už nemení. Vzhladom na rozmery Zeme je celá atmosféra len jej tenkou
vrstvou. V exosfére, jej hornej casti, vznikajú podmienky pre únik castíc atmosféry do
medziplanetárneho priestoru. Cast vrchnej atmosféry, kde je vzduch znacne
ionizovaný, sa nazýva ionosféra. Rozprestiera sa približne vo výške 50-1000 km.
Vzhladom na meniacu sa koncentráciu castíc
je vrstvovitá. V ionosfére vzniká polárna žiara, ionosferické poruchy majú vplyv na
šírenie rádiových signálov. Atmosféra je k Zemi pripútaná zemskou gravitáciou a rotuje
spolu so zemským telesom. Zemská gravitácia vplýva aj na usporiadanie plynov v
atmosfére podla ich hustoty. Podla predpokladov mali kedysi jednotlivé planéty našej
slnecnej sústavy velmi podobné atmosféry. Dnes sa však atmosféra Zeme od atmosfér
ostatných planét líši, v prvom rade najmä velkým množstvom volného kyslíka. Tento
rozdiel vznikol vplyvom geochemických a geologických procesov prebiehajúcich v
tuhom zemskom telese.
Naopak aj atmosféra vplývala na formovanie sa litosféry pri procesoch zvetrávania
hornín, pôsobením vetra, vody a kolísaním teplôt. Kyslík v atmosfére je nevyhnutný pre
existenciu živých organizmov. Atmosféra plní aj ochrannú funkciu. Pohlcuje velkú cast
ultrafialových lúcov vyžarovaných zo Slnka, ktoré môžu na mnohé organizmy pôsobit
smrtelne. Atmosféra vplýva svojím tepelným režimom a rozšírením zrážok na všetky
cinnosti cloveka. V súcastnosti má však aj cinnost cloveka stále vzrastajúci vplyv na
zloženie atmosféry. Prvé predstavy o atmosférických procesoch, o podnebí a jeho
zákonitostiach vznikli už v starom Grécku. Exaktné opisy podnebia sa objavili až v 17. a
18. storocí. V 18. storocí bola už známa odchýlka vetrov vplyvom zemskej rotácie.
Zaciatkom 19. storocia odvodili formulu barometrického merania výšok a vznikli prvé
mapy izobar, ako aj synoptické mapy Európy. Nemecký prírodovedec A. Humboldt sa
stal iniciátorom systematického opisu a objasnovania
podnebí na Zemi a zostavil prvé klimatické mapy. Celkom nové aspekty do výskumu
atmosféry priniesla druhá polovica 20. storocia vdaka úspechom kozmonautiky.
Chemické zloženie atmosféry Zeme je odlišné od atmosfér iných planét (atmosféra
Jupitera a Saturna sa skladá prevažne z vodíka a hélia, Marsa a Venuše z oxidu
uhlicitého). Zemská atmosféra sa skladá zo 78 % dusíka a 21 % kyslíka. Znacné
množstvo volného kyslíka v atmosfére je prevažne výsledkom fotosyntetickej cinnosti
rastlín. Obsah vodných pár v atmosfére je velmi premenlivý. Teplejší vzduch obsahuje
ovela viac vodných pár ako studený. Premenlivost obsahu vodných pár v troposfére je
výsledkom spolupôsobenia procesov výparu, kondenzácie a horizontálneho
premiestnovania vzduchových hmôt. Výsledkom kondenzácie je tvorba oblakov a
zrážky v podobe dažda, krúp a snehu. Významnou zložkov atmosféry je tiež CO2, hoci
jeho podiel na celkovom zložení ovzdušia je iba 0,03 %. Premenlivost jeho obsahu v
atmosfére súvisí s procesmi fotosyntézy, priemyselným znecistovaním ovzdušia a
rozpustnostou tohto plynu v morskej vode. V posledných desatrociach sa množstvo
oxidu uhlicitého zvyšuje najmä v dôsledku priemyselných exhalátov a produkcie
velkých mestských aglomerácií. Hlavný zdroj fyzikálnych, chemických a biologických
procesov je elektromagnetické žiarenie Slnka, ktoré cez atmosféru preniká na Zem.
Atmosféra niektoré zložky slnecného žiarenia pohlcuje. Dlhovlnnú zložku absorbujú
zväcša vodné pary a oxid uhlicitý v troposfére a stratosfére. Krátkovlnnú zložku (najmä
röntgenové a gama žiarenie) pohlcuje ozón, dusík (N) a molekulárny kyslík vo velkých
výškach.
Na zemský povrch sa dostáva iba 48 % energie slnecného žiarenia, dopadajúceho na
vonkajšiu hranicu atmosféry. Naproti tomu však atmosféra chráni zem pred stratou
tepla (tzv. sklenníkový efekt). Nerovnomerné ohrievanie atmosféry nad súšami a
oceánmi v rôznych zemepisných šírkach zaprícinuje nerovnomerné rozloženie tlaku
vzduchu, co vyvoláva pohyb vzduchu – všeobecnú cirkuláciu ovzdušia. Jej hlavnou
zložkov je pohyb a výmena vzduchových hmôt medzi kontinentmi a oceánmi a
jednotlivými castami pevniny v horizontálnom i vertikálnom smere. Zemská rotácia a
trenie zaprícinujú vychýlenia vzduchových hmôt: severne od rovníka napravo, južne od
rovníka sa hmoty vychylujú nalavo. Okrem tejto všeobecnej tendencie je systém
cirkulácie vzduchových hmôt velmi zložitý. Niektoré z nich sú relatívne stále, iné sa
ustavicne menia v priestore i v case. Pasáty,
ktoré vanú zo subtrobpických anticyklón k rovníkovej cyklóne, sú pomerne stále, ich
poloha sa v priebehu roka mení nepatrne. Nad pasátmi prúdia vo volnom ovzduší
antipasáty. Medzi oceánom a pevninou vznikajú pomerne stále monzúny majúce
sezónny charakter. V lete prúdia od oceánu k pevnine, v zime z pevniny na oceán. V
miernych zemepisných šírkach prevládajú vzdušné prúdenia zo západu na východ. K
nim patria cyklóny a anticyklóny rozprestierajúce sa na stách až tisícoch kilometroch.
Vývoj pocasia na väcšom území ovplyvnujú relatívne stále útvary tlakovej níže,
respektíve výše, napríklad islandská cyklóna a azorská anticyklóna. V nižších vrstvách
atmosféry jestvujú okrem toho pocetné miestne cirkulácie, ktoré sú výsledkom
nerovnakého ohrievania zemského povrchu a oceánu. Dlhodobý režim pocasia,
podmienený energetickou bilanciou, atmosferickou cirkuláciou a charakterom zemského
povrchu, ako aj ludskými zásahmi sa prejavuje v podnebí. Ubúdanie intenzity
slnecného žiarenia smerom od rovníka k pólom je základom zonálnej diferenciácie
atmosféry, hydrosféry, biosféry a ciastocne aj litosféry. Zonálnost geosfér sa prejavuje
najmä v podnebných pásmach. Azonálnym faktorom podrobnejšieho clenenia geosfér
sú vplyvy mora alebo ich absencia (oceánita, kontinentalita podnebia), reliéf (vysoké
pohoria, rozlahlé nížiny), rastlinná pokrývka. Skleníkový efekt
Z dlhodobého hladiska musí Zem vyžarovat do vesmíru rovnakémnožstvo energie,
aké prijala zo Slnka. Slnecná energia dopadá na Zem vo forme krátkovlnového
žiarenia. Cast tohto žiarenia je atmosférou a povrchom Zeme odrazená spät do
vesmíru, avšak vacšia cast žiarenia atmosférou prechádza a je pohltená zemským
povrchom.
Zem sa tejto energie zbavuje tým , že ju vyžaruje spät do vesmíru vo forme
dlhovlnového (infra-cerveného) žiarenia. Väcšinu infra-cerveného žiarenia , ktoré Zem
vysiela , pohltia v atmosfére vodné pary, kyslicník uhlicitý a iné prirodzene sa
vyskytujúce "skleníkové plyny". Celkove tieto plyny spôsobujú zachytávanie energie
2,5 Watt na každý meter štvorcový povrchu Zeme, co v globálnom rozmere zodpovedá
priemernému tepelnému výkonu 300.000 atómových elektrárni. Skleníkové plyny
zabranujú tomu, aby energia zo zemského povrchu priamo prenikla do vesmíru.
Namiesto toho rôznymi procesmi ako sú žiarenie, vzdušné prúdenie, vyparovanie,
tvorba oblakov a zrážková cinnost, prenášajú energiu do vyšších vrstiev atmosféry.
Tento pomalší, nepriamy proces nás vlastne chráni, pretože ak by Zem vyžiarila
pohltenú energiu okamžite po prijatí, stala by sa chladnou a bez života podobne ako
napr. Mars.
Uvolnovaním skleníkových plynov do atmosféry zväcšujeme jej schopnost pohlcovat
infra-cervené žiarenie, a tak narušujeme rovnováhu, ktorú zabezpecuje podnebie medzi
opadajúcou a vyžarovanou energiou. Zdvojnásobenie koncentrácie skleníkových plynov
v atmosfére (co sa predpokladá zaciatkom budúceho storocia) by znamenalo zníženie
rýchlosti vyžarovania energie našej planéty do vesmíru o 2%. Energia sa však nemôže
hromadit - môže sa len menit z jednej formy na druhú. Preto sa podnebie bude musiet
tomuto vývoju prispôsobit a nadbytocnej energie sa zbavit. Aj ked sa 2 % nezdajú tak
vela, je potrebné si uvedomit, že rýchlost s akou sa atmosféra zohrieva predstavuje
príspevok 3 milióny ton ropy spálenej každú minútu. Vedci sú presvedcení, že našim
pricinením dochádza k závažnej zmene energetického "stroja" , ktorý riadi klimaticky
systém. Je zrejmé, že príroda sa s týmito zmenami vyrovná, dôsledky pre ludstvo však
môžu byt katastrofálne.
Skleníkový efekt spôsobujú skleníkové plyny. Tieto plyny dovolujú slnecnému
krátkovlnnému žiareniu, ktoré vnímame ako viditelné svetlo, prejst atmosférou a
zahriat tak zemský povrch. Ked je povrch zahriaty na urcitú teplotu, vydáva sám
dlhovlnné žiarenie, oznacované ako infracervené. Cast infracerveného žiarenia pohltia
práve skleníkové plyny a cast žiarenia uniká atmosférou spät do vesmíru, odkial
vlastne predtým slnecné lúce prišli. Takéto chemické diery, ktorými energia zo
zemského povrchu uniká, nazývame radiacné okná. Cinnost ludí môže dost podstatne
ovplyvnit príjem a výdaj tepla, dôjde k otepleniu zemskej atmosféry.
Do atmosféry totiž uniká stále viac oxidu uhlicitého a dalších plynov, ktoré dokážu
zavriet radiacné okná.
Hlavné sklenníkové plyny
OXID UHLICITÝ - predstavuje súcast prirodzeného cyklu uhlíka medzi atmosférou,
oceánmi, zemským povrchom a organizmami. Až tri štvrtiny emisií (látok),
vypúštaných z nejakého zdroja / oxidu uhlicitého, ktoré má na svedomí civilizácia,
pochádza zo spalovania uhlia, ropy, zemného plynu a bridlíc. Rastliny pohlcujú tento
plyn pri unikátnom procese nazývanom fotosyntéza. V období 1990-1995 stúpli emisie
uhlíka, ktorý vedie k tvorbe oxidu uhlicitého v atmosfére o 113 milión ton a celosvetovo
dosiahli 6 miliárd ton v roku 1995, pricom dalších 1,6 miliardy ton pochádza z
odlesnovania. A keby nedošlo k ekonomickému poklesu v postkomunistických krajinách
tento nárast by bol vyšší o 400 až 500 milión ton.
Rozdiely v emisiách skleníkových plynov sú medzi jednotlivými krajinami obrovské. V
USA pripadá na jedného obyvatela 5,3 ton uhlíka rocne, na Slovensku 2,8 tony, v
Japonsku je to 2,4 tony ale v Indii predstavujú emisie len 0,2 tony.
OZÓN - väcšina molekúl kyslíka v atmosfére obsahuje dva atómy kyslíka. Takýto kyslík
sa nazýva dvojatómový a tvorí 20,95 % našej atmosféry. Dva atómy kyslíka sa môžu
za urcitých podmienok rozštiepit slnecným žiarením a ked sa každý atóm spojí s
dvojatómovým kyslíkom vzniká ozón. Asi 90% ozónu v atmosfére sa nachádza v
stratosfére, co nie je nic iného než pás ovzdušia 15 až 50 km nad našimi hlavami. Táto
ozónová vrstva pohlcuje škodlivé a pre ludský organizmus dokonca v urcitých
koncentráciách priamo nebezpecné ultrafialové žiarenie. vyššie hodnoty ultrafialového
žiarenia, ktoré v dôsledku stenšujúcej sa ozónovej vrstvy dopadajú priamo na zemský
povrch, môžu poškodit planktón v moriach, jazerách, riekach a taktiež rastliny
pohlcujúce oxid uhlicitý.
OXID DUSNÝ - pochádza hlavne z vegetácie v prírode, ale v súcasnosti ho do ovzdušia
vypúštajú stále vo väcšom množstve automobily a elektrárne na fosílne palivá. V
atmosfére zostáva až 150 rokov, pomaly stúpa do stratosféry a tam narušuje ozón.
CHLOROFLUOROUHLOVODÍKY / FREÓNY / - majú široké uplatnenie v domácnostiach a
v priemysle. Na rozdiel od iných organických látok nie sú horlavé a nie sú jedovaté pre
iné organizmy. V atmosfére môžu zostat 130 rokov a v priebehu tejto doby dokážu
znicit až
100 000 molekúl ozónu. Do ovzdušia sa dostáva takmer 90% vyrobených freónov.
METÁN - produkujú ho hlavne baktérie, ktoré žijú v rozmanitých bažinatých krajinách,
na ryžových poliach, skládkach odpadov a crevách zvierat. Uniká tiež z plynovodov a
hlbinných šácht.
Stúpajúcu koncentráciu metánu v ovzduší spôsobuje pribúdanie obyvatelstva na našej
Zemi.
Co sa presne stane, ak bude pokracovat nadmerná tvorba skleníkových plynov, nevie
presne dnes nikto. Väcšina odborníkov sa zhoduje na tom, že teplota stúpne o 1,5 až
2,5 stupnov Celzia, co ovplyvní podnebie, úroven morskej hladiny a
polnohospodárstvo.
Predpokladané následky
PODNEBIE - v dôsledku skleníkového efektu môžu byt letá ešte teplejšie a zimy
chladnejšie. V osemdesiatych rokoch zažil svet pät najteplejších rokov od doby, odkedy
sa teplota sleduje. Ocakáva sa , že pre severné oblasti môže byt oteplenie priaznivé,
zatial co v tropickom a v subtropickom pásme by mohlo znamenat zvýšené nebezpecie
sucha, inde zase zvýšený výskyt tajfúnov a povodní.
Ocakáva sa, že vyššie teploty v budúcnosti spôsobia zvýšenie vyparovania vody z
rastlín, pôdy, morí a oceánov, co nevyhnutne povedie k zvýšenej zrážkovej cinnosti,
podla princípu: "co ide
hore musí íst aj dole". Klimatické modely predpovedajú nerovnaký dopad týchto zmien
pre rôzne regióny.
HLADINA MORÍ - v dôsledku oteplenia stúpla hladina svetových oceánov o 10 až 15
cm, zatial co hladiny jazier a riek sa znižujú. Pevninské ladovce a vrcholky horských
velikánov s vecným ladom sa zacnú rýchlejšie topit a v dôsledku toho môže morská
hladina v nasledujúcich 100 rokoch stúpnut o 50 až 200 cm. To stací k tomu, aby boli
zaplavené niektoré oblasti. Pod vodou by zmizla velká cast Holandska, Londýn bude
ohrozený a zatopených by bolo takmer 15 % územia Bangladéšu. O strechu nad hlavou
by razom prišlo približne 200 miliónov obyvatelov jedného z najchudobnejších štátov
sveta.
Vedci predpokladajú, že zvýšenie priemernej teploty vzduchu o 3 stupne Celzia do roku
2030 by mohlo mat tragické následky. Takýto nárast teploty by si vyžadoval, aby sa
rýchlost zmien prírodných systémov zvýšila 10 až 60 krát v porovnaní so zmenami po
skoncení doby ladovej pred 12 000 rokmi. Dnes nevieme, cí ekosystém, s ktorým sme
nerozlucne spojení, je schopný takéto rýchle zmeny zvládnut. Následky pre ludí by
však mohli znamenat katastrofu v podobe nedostatku jedla, castejších záplav, straty
zdrojov pitnej vody, ekonomického kolapsu, zvýšeného poctu environmentálnych
utecencov a tiež aj narastajúceho medzinárodného napätia.
"Až zomrie posledný strom a bude otrávená posledná rieka
zistíme, že peniaze sa nedajú jest."
Autor: Matúš Švanda.