Atmosfæren
Jorden er omgitt av en relativt tynn atmosfære (ofte kalt luft) som består av en blanding av gasser, først og fremst molekylært nitrogen (78 prosent) og molekylært oksygen (21 prosent). Tilstedeværende er mye mindre mengder gasser som argon (nesten 1 prosent), vanndamp (gjennomsnittlig 1 prosent, men svært varierende i tid og sted), karbondioksid (0,0395 prosent [395 deler per million] og for tiden økende), metan (0,00018 prosent [1,8 deler per million] og øker for tiden), og andre, sammen med små faste og flytende partikler i suspensjon.
geoid: Bestemmelse av jordas figur
Anerkjennelse for ideen om at Jorden er sfærisk blir vanligvis gitt til Pythagoras (blomstret fra det 6. århundre f.Kr.) og
Fordi Jorden har et svakt gravitasjonsfelt (i kraft av sin størrelse) og varme atmosfæriske temperaturer (på grunn av sin nærhet til Solen) sammenlignet med de gigantiske planetene, mangler den de vanligste gassene i universet som de har: hydrogen og helium. Mens både Solen og Jupiter hovedsakelig er sammensatt av disse to elementene, kunne de ikke holdes lenge på den tidlige jord og fordampes raskt til interplanetisk rom. Det høye oksygeninnholdet i jordas atmosfære er utenom det vanlige. Oksygen er en svært reaktiv gass som under de fleste planetariske forhold ville bli kombinert med andre kjemikalier i atmosfæren, overflaten og skorpen. Det blir faktisk levert kontinuerlig av biologiske prosesser; uten liv, ville det nesten ikke være gratis oksygen. De 1,8 delene per million metan i atmosfæren er også langt utenfor kjemisk likevekt med atmosfæren og skorpen: også den er av biologisk opprinnelse, og bidraget fra menneskelige aktiviteter veier tyngre enn andre.
Gassene i atmosfæren strekker seg fra jordoverflaten til høyder på tusenvis av kilometer, og smelter til slutt sammen med solvinden - en strøm av ladde partikler som strømmer utover fra de ytterste regionene av solen. Sammensetningen av atmosfæren er mer eller mindre konstant med høyde til en høyde på omtrent 100 km (60 miles), med spesielle unntak fra vanndamp og ozon.
Atmosfæren er ofte beskrevet i form av forskjellige lag eller regioner. Det meste av atmosfæren er konsentrert i troposfæren, som strekker seg fra overflaten til en høyde på omtrent 10–15 km, avhengig av breddegrad og årstid. Oppførselen til gassene i dette laget styres av konveksjon. Denne prosessen involverer de turbulente, veltende bevegelsene som følger av oppdrift av luft nær overflaten som blir varmet av solen. Konveksjon opprettholder en synkende vertikal temperaturgradient - dvs. en temperaturnedgang med høyde - på omtrent 6 ° C (10,8 ° F) per km gjennom troposfæren. På toppen av troposfæren, som kalles tropopausen, har temperaturene falt til omtrent −80 ° C (−112 ° F). Troposfæren er regionen der nesten all vanndamp eksisterer og i all hovedsak forekommer alt vær.
Den tørre, spisse stratosfæren ligger over troposfæren og strekker seg til en høyde på omtrent 50 km. Konvektive bevegelser er svake eller fraværende i stratosfæren; bevegelser pleier i stedet å være horisontalt orientert. Temperaturen i dette laget øker med høyden.
I de øvre stratosfæriske regionene bryter absorpsjon av ultrafiolett lys fra solen molekylært oksygen (O 2); rekombinasjon av enkelt oksygenatomer med O 2- molekyler til ozon (O 3) skaper det skjermende ozonlaget.
Over den relativt varme stratopausen er den enda mer anstrengende mesosfæren, der temperaturene igjen synker med høyde til 80–90 km (50–56 miles) over overflaten, der mesopausen er definert. Minimumstemperaturen oppnådd der er ekstremt varierende med sesong. Temperaturene stiger deretter med økende høyde gjennom det overliggende laget kjent som termosfæren. Også over omtrent 80–90 km er det en økende brøkdel av ladede, eller ioniserte, partikler, som fra denne høyden og oppover definerer ionosfæren. Spektakulære synlige auroraer genereres i dette området, spesielt langs omtrent sirkulære soner rundt polene, ved samspill av nitrogen- og oksygenatomer i atmosfæren med episodiske utbrudd av energiske partikler som stammer fra solen.
Jordens generelle atmosfæriske sirkulasjon er drevet av sollysets energi, som er rikelig i ekvatoriale breddegrader. Bevegelsen av denne varmen mot polene påvirkes sterkt av jordas raske rotasjon og den tilhørende Coriolis-kraften på breddegrader fra ekvator (som tilfører en øst-vest komponent til vindretningen), noe som resulterer i flere celler med sirkulerende luft i hver halvkule. Ustabiliteter (forstyrrelser i den atmosfæriske strømmen som vokser med tiden) produserer de karakteristiske høytrykksområdene og lavtrykksstormene i midterste bredder, så vel som de raske, østover bevegelige jetstrømmene i den øvre troposfæren som leder stormene. Havene er enorme reservoarer av varme som i stor grad virker for å jevne ut variasjoner i jordas globale temperaturer, men deres sakte skiftende strømmer og temperaturer påvirker også vær og klima, som i værfenomenet El Niño / sørlige oscillasjon (se klima: Sirkulasjon, strømmer, og interaksjon mellom hav og atmosfære; klima: El Niño / sørlig oscillasjon og klimaendring).
Jordens atmosfære er ikke et statisk trekk ved miljøet. Snarere har komposisjonen utviklet seg over geologisk tid i samsvar med livet og endres raskere i dag som svar på menneskelige aktiviteter. Omtrent halvveis i jordens historie begynte atmosfærens uvanlige høye mengde fritt oksygen å utvikle seg, gjennom fotosyntesen av cyanobakterier (se blågrønne alger) og metning av naturlige overflatedunker av oksygen (f.eks. Relativt oksygenfattige mineraler og hydrogen- rike gasser som blir sendt ut fra vulkaner). Akkumulering av oksygen gjorde det mulig for komplekse celler, som bruker oksygen under metabolismen og som alle planter og dyr er sammensatt av, å utvikle seg (se eukaryote).
Jordens klima hvor som helst varierer med årstidene, men det er også langsiktige variasjoner i globalt klima. Vulkaneksplosjoner, for eksempel 1991-utbruddet av Mount Pinatubo på Filippinene, kan injisere store mengder støvpartikler i stratosfæren, som forblir opphengt i flere år, og redusere atmosfærens gjennomsiktighet og føre til målbar avkjøling over hele verden. Mye sjeldnere, gigantiske påvirkninger av asteroider og kometer kan gi enda dypere effekter, inkludert alvorlige reduksjoner i sollys i måneder eller år, slik mange forskere mener førte til masseutryddelse av levende arter på slutten av krittperioden, 66 millioner år siden. (For ytterligere informasjon om risikoen ved kosmiske påvirkninger og sjansene for at de oppstår, se fare for jordpåvirkning.) De dominerende klimavariasjonene som er observert i den nylige geologiske referansen er istidene, som er knyttet til variasjoner i jordens vipp og dens bane geometri med hensyn til sola.
Fysikken i hydrogenfusjon fører til at astronomer konkluderer med at solen var 30 prosent mindre lysende under jordas tidligste historie enn den er i dag. Derfor hadde havene vært frosset, alt annet lik. Observasjoner av jordas planetariske naboer, Mars og Venus, og estimater av karbonet som låst i jordskorpen for tiden antyder at det var mye mer karbondioksid i jordas atmosfære i tidligere perioder. Dette ville ha forsterket oppvarmingen av overflaten via drivhuseffekten og dermed tillatt havene å forbli flytende.
I dag er det 100.000 ganger mer karbondioksid begravet i karbonatbergarter i jordskorpen enn i atmosfæren, i skarp kontrast til Venus, hvis atmosfæriske utvikling fulgte en annen kurs. På jorden er dannelse av karbonatskall av marint liv den viktigste mekanismen for å omdanne karbondioksid til karbonater; abiotiske prosesser som involverer flytende vann, produserer også karbonater, om enn saktere. På Venus hadde imidlertid livet aldri sjansen til å oppstå og å generere karbonater. På grunn av planetens beliggenhet i solsystemet, mottok den tidlige Venus 10–20 prosent mer sollys enn faller på jorden selv i dag, til tross for den svakere unge solen den gang. De fleste planetariske forskere mener at den høye overflatetemperaturen som resulterte i at vannet kondenserte til en væske. I stedet forble den i atmosfæren som vanndamp, som i likhet med karbondioksid er en effektiv klimagass. Sammen førte de to gassene til at overflatetemperaturene steg enda høyere, slik at massive mengder vann slapp ut til stratosfæren, hvor den ble dissosiert av ultrafiolett stråling fra solen. Når forholdene nå er for varme og tørre for å tillate abiotisk karbonatdannelse, forble det meste av eller hele planetens lager av karbon i atmosfæren som karbondioksid. Modeller spår at Jorden kan lide den samme skjebnen i løpet av en milliard år, når solen overskrider sin nåværende lysstyrke med 10–20 prosent.
Mellom slutten av 1950-tallet og slutten av 1900-tallet økte mengden karbondioksid i jordas atmosfære med mer enn 15 prosent på grunn av forbrenning av fossilt brensel (f.eks. Kull, olje og naturgass) og ødeleggelsen av tropiske regnskoger, slik som Amazonas-bassenget. Datamodeller forutsier at en nettofordobling av karbondioksid i midten av det 21. århundre kan føre til en global oppvarming på 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) i gjennomsnitt over planeten, noe som ville ha dype effekter på havnivået og jordbruk. Selv om denne konklusjonen er blitt kritisert av noen på bakgrunn av at den hittil observerte oppvarmingen ikke har holdt tritt med anslaget, har analyser av data om havtemperatur antydet at mye av oppvarmingen i løpet av 1900-tallet faktisk skjedde i selve havene - og vil til slutt dukker opp i atmosfæren.
En annen aktuell bekymring for atmosfæren er virkningen av menneskelige aktiviteter på det stratosfæriske ozonlaget. Komplekse kjemiske reaksjoner som involverte spor av menneskeskapte klorfluorkarboner (CFC) ble funnet på midten av 1980-tallet for å skape midlertidige hull i ozonlaget, spesielt over Antarktis, under den polare våren. Enda mer urovekkende var oppdagelsen av en økende uttømming av ozon over de svært befolkete tempererte breddegrader, siden det har vist seg at den korte bølgelengden ultrafiolett stråling som ozonlaget effektivt absorberer, forårsaker hudkreft. Internasjonale avtaler som er på plass for å stanse produksjonen av de mest ustyrlige ozonødeleggende CFC-ene vil til slutt stanse og reversere uttømming, men først i midten av det 21. århundre, på grunn av langvarig oppholdstid for disse kjemikaliene i stratosfæren.
