Zemepis.com> Fyzická geografie> Atmosféra> Vzduch a atmosféra

VZDUCH A ATMOSFÉRA

Atmosféra je plynná substance obepínající zemské těleso a tvořící přechod od zemského tělesa do meziplanetárního prostoru. Atmosféru členíme podle tří kritérií:

• změny teploty vzduchu s výškou,
• elektrických vlastností vzduchu a
• z hlediska vlastnosti promíchávání vzduchu.

ZMĚNA TEPLOTY VZDUCHU S VÝŠKOU

Změna teploty vzduchu s výškou souvisí s vydělováním jednotlivých sfér (troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra, exosféra), mezi nimiž jsou úzké přechodné pásy zvané pauzy (tropopauza, stratopauza, mezopauza, termopauza). Smysl ve vydělování sfér je v tom, že změna teploty vzduchu s výškou má pokaždé jiný charakter. Pokles teploty se zastavuje na horní hranici troposféry. V horní stratosféře teplota vzduchu s výškou stoupá, v mezosféře klesá, v termosféře se nemění nebo stoupá a v exosféře klesá.

Nejvíce vzdušné složky je soustředěno v troposféře - zde je obsažena rozhodující část celkové vzduchové hmoty, a to celkově asi 4/5 vzduchu (v nízkých zeměpisných šírkách, tj. na rovníku, je v troposféře obsaženo 90 % celkového vzduchu a v mírných a vysokých zeměpisných šírkách 75 % vzduchu). Rozložení vzduchové hmoty se mění vlivem otáčení Země, resp. vlivem rotačního zrychlení. Výška troposféry dosahuje na rovníku 16 až 18 km, nad póly 7 až 9 km. Ve středních zeměpisných šírkách je její průměrná výška 11 km. Výška troposféry je z hlediska času nestálá, její mezidenní proměnlivost může dosahovat až několika km, kromě toho se mění v závislosti na roční době a celkové povětrnostní situaci. Nestálost je dána existencí 4 hlavních vzduchových hmot mezi rovníkem a zemským pólem:

• ekvatoriální,
• tropická,
• polární (mírných šírek),
• arktická, resp. antarktická.

Mezi těmito vzduchovými hmotami se vyskytují přechodné oblasti mající charakter nakloněné roviny. Tyto oblasti zveme hlavní atmosférické fronty, přičemž každá z nich má jiné vlastnosti a jinou výšku. Výška tropopauzy je v místě přechodu mezi dvěma vzduchovými hmotami tvořena dvěma body - směrem vertikálním teplota klesá, stagnuje, roste a opět klesá a stagnuje. Oblasti horní hranice troposféry jsou důležité z hlediska tryskových proudění (jet-streamů), což jsou proudy, které jsou schopny obepnout celou Zemi. Průměrná povrchová teplota vzduchu je udávána jako + 15 °C, avšak průměrná teplota v rovníkových oblastech je + 26 až + 27 °C a na severním pólu – 23 °C. Na horní hranici troposféry je teplota nad rovníkem –70 °C a nad severním pólem –45 °C (v létě) až –65 °C (v zimě). Tlak vzduchu na zemském povrchu je 1013,25 hPa  (v 0 m n. m. a při 0 °C), na horní hranici troposféry dosahuje 1/5 (na pólech) až 1/7 (na rovníku) této hodnoty. Oblasti do výšky 1 až 2 km nad zemským povrchem zveme planetární mezní vrstva. V této části troposféry je patrný vliv tření pohybujícího se vzduchu o zemský povrch. V mezní vrstvě je vyvinuta termická konvekce a termická turbulence. Termická konvekce je výstupní pohyb teplého vzduchu ze spodních hladin vzhůru. Omezuje se buďto na výšku planetární mezní vrstvy nebo proniká do větších výšek. Termická turbulence je vířivé neuspořádané vzduchové proudění vázané planetární mezní vrstvou. Nad planetární mezní vrstvou jsou vlastnosti vzduchu určovány parametry Země. V planetární mezní vrstvě je soustředěno 50 % atmosférické vody. Přízemní vrstva troposféry neboli Prandtlova vrstva dosahuje do výšky 80 až 100 m nad zemský povrch a je pro ni typické soustředění pravidelných nočních inverzí vzduchu při jasných nocích. Jde vlastně o spodní ochlazení vzduchu vlivem chladnutí zemského povrchu. Vlastnosti Prandtlovy vrstvy jsou definovány ovlivňováním vlastnostmi zemského povrchu. Tropopauza je přechodná vrstva mezi troposférou a stratosférou. V tropopauze se pokles teploty zastavuje a případně mění na vzestup.

Stratosféra je oblast atmosféry od horní hranice troposféry do výšky 50 km. Teplota se s výškou do 20 km nemění, od 22. až 25. km stoupá. Na horní hranici troposféry dosahuje hodnot 0 až + 15 °C. Spodní část stratosféry (mezi výškami 18 až 30 km) je charakterizována zvýšeným podílem ozónu (trojatomového kyslíku), a je někdy zvána ozónosféra. Ozón, který pohlcuje sluneční záření a silně se zahřívá, je příčinou vzestupu teploty s výškou. Obsah ozónu je zde nepatrný a byl-li by redukován na normální tlak 1013,25 hPa při teplotě 0 °C vytvářel by vrstvičku o tloušťce přibližně 3 mm. Stratosférický ozón je udáván v Dobsonových jednotkách (D. U.) a hodnota jeho redukované výšky odpovídá 300 D. U. Z toho vyplývá, že 1 D. U. odpovídá 0,01 mm ozónové vrstvy. Více ozónu se nachází v nízkých zeměpisných šířkách. Ve spodní části stratosféry (ve výšce kolem 25 km) se můžeme v některých oblastech (např. Skandinávii) setkat s perleťovými oblaky, které mohou signalizovat přítomnost vodních par, kterých je jinak ve stratosféře minimální množství. Nad stratosférou se nachází stratopauza a odděluje ji od mezosféry.

Mezosféra se nachází mezi 50 až 80 km výšky. V této části atmosféry teplota vzduchu s výškou klesá a v blízkosti horní hranice dosahuje ve vysokých zeměpisných šírkách hodnot – 80 až – 90 °C (v létě) a – 40 až – 50 °C (v zimě). V mezosféře, podobně jako ve stratosféře, dochází k intenzivním fotochemickým reakcím, kdy je spotřebovávána určitá část slunečního záření a dochází ke vzniku ozónu a elektrických částic. Stratosféra a mezosféra jsou někdy souhrnně zvány chromosféra. Pro mezosféru jsou typické noční svítící oblaky ve výškách kolem 70 km a ve vyšších zeměpisných šírkách. Tyto oblaky jsou možná spjaty se sopečným prachem z obrovských erupcí. Nad mezosférou je ve výšce 80 až 85 km mezopauza.

Termosféra se rozkládá od mezopauzy do výšky 500 až 700 km. Do výšek 200 až 300 km je pro ni charakteristický výrazný vertikální růst teploty, který dosahuje řádu stovek °C. Ve 100 km dosahuje teplota – 50 °C (v noci) až + 100 °C (ve dne) a ve 300 km dosahuje + 100 °C (v noci) až + 600 °C (ve dne). Jedná se však spíše o teplotu rychle se pohybující částic o malé hustotě. Nad termosférou se nachází termopauza.

Nejvyšší částí atmosféry Země je exosféra, která již tvoří přechod do volného meziplanetárního prostoru. Horní hranice exosféry se pohybuje mezi 2 000 až 40 000 km nad zemským povrchem. Obecně se horní hranice exosféry klade do prostoru, kde je hustota hmoty desetinásobná oproti hustotě meziplanetárního prostoru.

ELEKTRICKÉ VLASTNOSTI VZDUCHU

Podle elektrických vlastností vzduchu atmosféru vertikálně členíme na neutrosféru a ionosféru. Hranice mezi nimi se nachází ve výšce 60 až 70 km nad zemským povrchem.

V neutrosféře jsou molekuly elektricky neutrální a nepůsobí odraz rádiových vln. Od ionosféry je oddělena neutropauzou.

Ionosféra je elektricky vodivá atmosférická vrstva a zasahuje do výšky až 500 km. Ionty tvoří v ionosféře až 3 % procenta vzduchové hmoty. Ionosféra je významná z hlediska přenosu rádiových vln a dále jako prostředí, ve kterém je elektromagnetické pole Země. Ve výškách od 80 km nad zemským povrchem se můžeme setkat s polární září (aurora borealis/australis), jejíž příčinou je vztahování korpuskulárního záření Slunce do magnetického pole Země a následné vyvolání světelného efektu. Polární záře se vyskytují především v období intenzivní sluneční činnosti, a to zvláště v severních a jižních polárních oblastech v okolí magnetických pólů. Aby vznikla polární záře, musí být v pořádku magnetické pole Země, jinak sluneční částice dorazí až k zemskému povrchu.

VLASTNOSTI VZDUCHU Z HLEDISKA JEHO PROMÍCHÁVÁNÍ

Homosféra je část atmosféry Země, v níž se podstatně nemění objemové zastoupení plynů. Homosféra zasahuje do výšky kolem 90 km; nad ní se nachází heterosféra. V heterosféře vlivem disociačních procesů nabývají některé látky na významu (ubývají plyny těžší než vzduch), avšak toto neplatí pro kyslíko-dusíkový poměr. V heterosféře se setkáme s koncentrací specifických látek, jako např. sodíku, hélia či hydroxylových radikálů.

SLOŽENÍ VZDUCHU

Vzduch je směsí plynů, kapalných i pevných částic (kapalné a pevné souhrnně zvány aerosoly), která vytváří atmosféru Země. Aerosoly jsou částečně původní (kosmický prach, vulkanický prach, částice z požárů, látky z povrchu oceánu a povrchu půd, aeroplankton) a částečně antropogenní (zdrojem je průmysl a doprava).

Složení atmosféry

Hlavními plyny v atmosféře jsou dusík N₂ (78,04 %), kyslík O₂ (20,95 %), argon Ar (0,93 %) a oxid uhličitý CO₂ (r. 2003: 0,0376 %; r. 1968: 0,03 %; r. 1800: 0,026 %). Roční nárůst CO₂ je 0,00016 % (1,6 ppm). Ostatními plyny zastoupenými v atmosféře jsou neon Ne (0,0018 %), hélium He (0,0005 %), metan CH₄ (0,0002 %), krypton Kr (0,0001 %), vodík H₂ aj.

Poznámka: Pro látky zastoupené v malém množství užíváme jednotky ppm, přičemž 1 ppm = 0,0001 %; 100 % = 1 000 000 ppm.