אטמוספירת כדור הארץ

אטמוספירת כדור הארץ היא שכבת גזים המקיפה את הכוכב ושמאפשרת חיים עליו. היא סופגת רוב הקרינה האולטרה-סגולה מהשמש וממתנת הבדלים גדולים בטמפרטורה בין יום ולילה. כ-75% ממסת הגזים נמצאים עד 11.3 קילומטר מעל פני הים. שינויים באטמוספירה משפיעים על מזג האוויר והאקלים.

האוויר, תערובת הגזים של האטמוספירה, מורכב בעיקר מחנקן (כ-78% בנפח), חמצן (כ-21%) וארגון (כ-1%). פחמן דו-חמצני קיים בריכוזים קטנים יחסית (כ-410 חלקים למיליון ב-2019). גם אדי מים משתנים במקום ובזמן, בין 0 ל־7%. גזים נדירים נוספים קיימים ברמות נמוכות. זיהום אוויר משפיע מקומית, אך אינו משנה את הרכב הגזים העיקריים באופן משמעותי.

הרכב האטמוספירה השתנה במהלך מיליארדי שנים. האטמוספירה המקורית הכילה הרבה מימן והליום, שהידלפו לחלל. לאחר מכן התקיימה תקופה עם הרבה פחמן דו-חמצני ואדי מים. ציאנו-בקטריות וצמחים ביצעו פוטוסינתזה, תהליך שבו אורגניזמים סופגים פחמן דו-חמצני ופולטים חמצן, וכך ריכוז החמצן עלה והפחמן הדו-חמצני ירד. שינוי זה הוביל ל'אסון החמצן' לפני כ-2.4 מיליארד שנה, שבו השתנה סוג החיים על הארץ.

מאמצע המאה ה-20 נמדדת עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני. ההשערות לגבי הגורמים כוללות שריפת דלק, בירוא יערות ושחרור גזים מאדמות קפאיות. נושא זה מעורר דיונים מדעיים, כלכליים ופוליטיים.

הממוצע של הטמפרטורה בגובה פני הים הוא כ-15 מעלות צלזיוס. הטמפרטורה משתנה עם הגובה ומחולקת לשכבות. הגבולות בין השכבות נקראים טרופופאוזה, סטרטופאוזה ומזופאוזה; שם הטמפרטורה נוטה לא להשתנות עם הגובה.

שכבות האטמוספירה שונות בתכונותיהן ובתפקידיהן, והטמפרטורה והתהליכים משתנים בכל שכבה.

האטמוספירה היא המגן הראשון מפני קרינה מהחלל. בחלקה העליון הקרינה יכולה לפרק מולקולות. האטמוספירה מחזירה לחלל כ-8% מהקרינה, ועוד כ-17% נאדפים על ידי עננים.

שכבת האוזון נמצאת בסטרטוספירה בגובה של כ־10, 50 קילומטר. אוזון הוא סוג של גז שמבטל קרינה אולטרה-סגולה. השכבה בולעת אורכי גל סביב 295, 320 ננומטר ומגנה על היצורים החיים. בשנת 1983 התגלה דילול גדול של האוזון מעל הקוטב הדרומי. נכון לספטמבר 2022 החור הצטמצם ביותר מ־50% ומצפים לשיקום עד 2070.

אפקט החממה נובע מאדי מים, פחמן דו-חמצני וגזים אחרים שבעטיים חלק מהחום הנפלט מהקרקע נשאר באטמוספירה. זה שומר על טמפרטורה מתאימה לחיים. מאז סוף המאה ה־20 יש ראיות שהתופעה מתחזקת, וקיים קשר בין עליית גזי החממה לבין ההתחממות העולמית.

לחץ אטמוספירי נגרם ממשקל האוויר שמעל. בלחץ פני הים הממוצע הוא כ־101.3 קילופסקל (1,013 מיליבר). הלחץ יורד בכ־50% כל עלייה של 5.5 קילומטר. צפיפות האוויר בגובה פני הים בתנאים סטנדרטיים היא כ־1.293 קילוגרם למטר מעוקב. המסה הכוללת של האטמוספירה היא כ־5.1×10^18 קילוגרם, כמיליונית ממסת כדור הארץ.

בתקופת היווצרות כדור הארץ הייתה האטמוספירה הראשונה עשירה במימן ובהליום. בהחלפתה נוצרה האטמוספירה השנייה, עשירה בפחמן דו-חמצני וחנקן, עם לחץ גבוה בהרבה מהנוכחי. בעידן זה נוצרו אוקיינוסים, והופעת ציאנו-בקטריות הובילה לשחרור חמצן. בהדרגה ירדו רמות הפחמן הדו-חמצני ועלו רמות החמצן, ותהליכים כמו נשימה ופוטוסינתזה יצרו איזון בגזים שהוביל לאטמוספירה השלישית שמכסה אותנו היום.

אטמוספירת כדור הארץ היא שכבה של אוויר סביב הפלנטה. אוויר הוא תערובת של גזים. האטמוספירה מגנה עלינו ומאפשרת חיים.

האוויר מורכב בעיקר מחנקן (כ־78%) וחמצן (כ־21%). יש גם ארגון ופחמן דו-חמצני בכמות קטנה. אדי מים (מים בגז) משתנים לפי מקום וזמן.

הטמפרטורה הממוצעת בגובה פני הים היא כ־15 מעלות צלזיוס. האטמוספירה מחולקת לשכבות. יש גבולות בין השכבות שמקובלים לקריאה בשם טרופופאוזה וסטרטופאוזה.

כל שכבה באטמוספירה מתנהגת אחרת ויש לה תפקידים שונים.

האוויר הוא המגן הראשון מול קרינת השמש. חלק מהקרינה מוחזרת לחלל וחלק מגיע לקרקע.

אוזון הוא סוג של גז שמגן עלינו מקרינת שמש חזקה. הוא נמצא בין 10 ל־50 קילומטר מעלינו. בשנות ה־80 גילו דלילות של האוזון מעל הקוטב הדרומי. ב־2022 החור הצטמצם והאוזון צפוי להתאושש בהמשך.

גזים כמו אדי מים ופחמן דו-חמצני לוכדים חלק מהחום של כדור הארץ. בלי זה הלילות היו קרים מאוד. מאז המאה ה־20 יש יותר גזים כאלה וזה מחמם את כדור הארץ.

לחץ האוויר נוצר ממשקל האוויר שמעלינו. לחץ פני הים הממוצע הוא כ־101.3 קילופסקל. ככל שעולים גבוה יותר, הלחץ והצפיפות פוחתים.

לפני מיליארדי שנים הייתה האטמוספירה שונה. אז היו הרבה פחמן דו-חמצני ואדי מים. יצורים זעירים שעשו פוטוסינתזה התחילו להפיק חמצן. עם הזמן כמות החמצן עלתה והאוויר שנושמים נוצר.