Atmosfera Pământului este învelișul de gaze care înconjoară planeta, ținut pe loc de gravitație. Ea nu are o margine clară: aerul devine tot mai rarefiat cu altitudinea și trece treptat în spațiul cosmic. Oamenii de știință o împart în cinci straturi principale, după cum variază temperatura cu înălțimea: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera și exosfera. Fiecare are un rol distinct, de la producerea vremii până la oprirea razelor ultraviolete periculoase.
În acest articol afli din ce este alcătuit aerul, ce se întâmplă în fiecare strat, unde zboară avioanele, unde ard meteorii și unde se află Stația Spațială Internațională, plus felul în care atmosfera menține planeta caldă și locuibilă.
Ce este atmosfera și din ce e făcută
Atmosfera este un amestec de gaze, numit simplu aer, plus vapori de apă, picături, cristale de gheață și particule fine în suspensie, numite aerosoli. Compoziția aerului uscat este remarcabil de constantă până la aproximativ 80–100 km altitudine, pentru că vânturile și turbulența îl amestecă permanent.
| Gaz | Proporție aproximativă în aerul uscat | Rol principal |
|---|---|---|
| Azot (N₂) | circa 78% | gaz puțin reactiv, diluează oxigenul; parte din ciclul azotului |
| Oxigen (O₂) | circa 21% | respirația și arderea |
| Argon (Ar) | aproape 1% | gaz nobil, inert |
| Dioxid de carbon (CO₂) | circa 0,04%, în creștere | fotosinteză, efect de seră |
| Alte gaze (neon, heliu, metan etc.) | urme | diverse; metanul este gaz cu efect de seră |
Vaporii de apă nu apar în tabel pentru că proporția lor variază foarte mult, de la aproape zero în aerul polar uscat până la câteva procente în aerul cald și umed al tropicelor. Deși sunt puțini, ei sunt esențiali pentru nori, ploaie și efectul de seră.
Oxigenul din atmosferă nu a existat de la început. El s-a acumulat treptat, de-a lungul a sute de milioane de ani, datorită organismelor care fac fotosinteză, proces explicat în Fotosinteza: cum transformă plantele lumina în hrană.
Presiunea aerului
Aerul are greutate și apasă asupra a tot ce se află dedesubt. La nivelul mării, presiunea atmosferică standard este de 1.013,25 hectopascali. Pe măsură ce urci, presiunea scade, pentru că deasupra ta rămâne tot mai puțin aer: aproximativ jumătate din masa atmosferei se află sub circa 5,5 km altitudine. De aceea, pe munte, apa fierbe la o temperatură puțin mai mică decât 100 °C, iar respirația devine mai grea la altitudini mari.
Cum se împart straturile atmosferei
Straturile atmosferei sunt delimitate după felul în care se schimbă temperatura cu altitudinea: într-un strat scade, în următorul crește, apoi iar scade. Granițele dintre ele se numesc pauze: tropopauza, stratopauza, mezopauza și termopauza.
| Strat | Altitudine aproximativă | Temperatura cu înălțimea | Ce găsești acolo |
|---|---|---|---|
| Troposfera | de la sol până la circa 8 km la poli și 16–18 km la ecuator | scade | vremea, norii, viața |
| Stratosfera | până la circa 50 km | crește | stratul de ozon, zborurile de croazieră în partea de jos |
| Mezosfera | circa 50–85 km | scade, până la cele mai mici valori | meteorii care ard |
| Termosfera | circa 85 km până la câteva sute de km | crește foarte mult | aurorele, Stația Spațială Internațională |
| Exosfera | de la câteva sute de km până la circa 10.000 km | aproape fără sens | atomi rari care scapă în spațiu |
Valorile sunt orientative: înălțimea fiecărei granițe variază cu latitudinea, cu anotimpul și cu activitatea Soarelui.
Troposfera: stratul în care se face vremea
Troposfera este stratul cel mai de jos și cel mai dens, în care trăim, respirăm și în care se formează aproape toți norii, ploile și furtunile. Deși este cel mai subțire strat, ea conține cea mai mare parte din masa atmosferei și aproape toți vaporii de apă.
În troposferă, temperatura scade în medie cu circa 6,5 °C la fiecare kilometru de altitudine. Motivul: aerul este încălzit mai ales de jos, de suprafața Pământului, care absoarbe lumina Soarelui și apoi radiază căldură. De aceea vârfurile munților sunt mai reci decât văile, iar pe crestele Carpaților zăpada rezistă mult după ce s-a topit în câmpie.
De ce se mișcă aerul
Soarele încălzește inegal suprafața Pământului: mai mult la ecuator, mai puțin la poli, mai repede uscatul decât apa. Aerul cald, mai ușor, urcă, iar aerul rece, mai greu, coboară și îi ia locul. Așa apar diferențele de presiune care produc vântul. Rotația Pământului deviază vânturile, dând naștere marilor sisteme de circulație și curenților-jet, fluxuri de aer foarte rapide aflate aproape de tropopauză.
Când aerul cald și umed urcă rapid, se răcește, vaporii condensează și se formează nori înalți de furtună. Cum se încarcă aceștia cu electricitate și cum apar fulgerele afli în Fulgerele și tunetele: cum se formează o furtună.
Sfat: Pe munte, gândește-te la regula orientativă a scăderii temperaturii cu altitudinea. Dacă la baza traseului sunt 20 °C, pe o creastă aflată cu 1.500 m mai sus pot fi cu aproximativ 10 °C mai puțin, iar vântul face senzația și mai rece. Ia întotdeauna un strat suplimentar de haine.
Stratosfera și stratul de ozon
Stratosfera se întinde de deasupra tropopauzei până la circa 50 km și este stratul în care temperatura crește cu altitudinea, din cauza ozonului. Aerul este foarte uscat și stabil, cu puține mișcări pe verticală, așa că avioanele de linie zboară adesea în partea ei de jos sau aproape de tropopauză, deasupra majorității turbulențelor și a norilor.
Ce face ozonul
Ozonul este o formă de oxigen cu trei atomi în moleculă (O₃). El este concentrat mai ales între aproximativ 15 și 35 km altitudine, zonă numită stratul de ozon. Ozonul absoarbe cea mai mare parte a radiației ultraviolete periculoase venite de la Soare, iar energia absorbită încălzește stratosfera. Fără această protecție, radiațiile ar afecta grav organismele de la suprafață.
Gaura din stratul de ozon
În anii 1980, cercetătorii au observat o subțiere puternică a stratului de ozon deasupra Antarcticii, în fiecare primăvară australă. Cauza principală au fost compușii clorofluorocarbonați (freonii), folosiți atunci în spray-uri, frigidere și instalații de răcire. Prin Protocolul de la Montreal, din 1987, statele au convenit eliminarea treptată a acestor substanțe. Observațiile arată că stratul de ozon este pe un drum lent de refacere, estimat de cercetători la câteva decenii.
Stratosfera poate primi și material din erupțiile vulcanice foarte mari, ale căror particule pot răci temporar clima, cum explică Vulcanii: cum se formează, cum sunt alcătuiți și de ce erup.
Mezosfera: unde ard meteorii
Mezosfera, între aproximativ 50 și 85 km, este stratul în care temperatura scade din nou cu altitudinea, până la cele mai scăzute valori din întreaga atmosferă, în jur de minus 90 °C la limita ei superioară. Este și stratul cel mai puțin cunoscut, pentru că este prea sus pentru avioane și baloane și prea jos pentru sateliți.
Aici se consumă cei mai mulți meteori: fragmente mici de rocă și praf cosmic care intră în atmosferă cu viteze foarte mari, se încălzesc prin frecare și compresia aerului din fața lor și se vaporizează, lăsând dâre luminoase pe cer. Cum poți observa ploile de meteori din România afli în Ploile de meteori: ce sunt și cum le observi din România.
Vara, la latitudini mari, în mezosferă se pot forma uneori norii noctilucenți, cei mai înalți nori de pe Pământ, vizibili după apusul Soarelui ca niște voaluri argintii-albăstrui.
Termosfera, ionosfera și aurorele
Termosfera începe la circa 85 km și se întinde până la câteva sute de kilometri, iar aici temperatura crește foarte mult, putând depăși 1.000 °C în perioadele de activitate solară intensă. Paradoxal, nu ai simți căldură acolo: aerul este atât de rarefiat încât moleculele sunt foarte puține, iar cantitatea totală de căldură transmisă este minusculă. Temperatura descrie viteza moleculelor, nu cât de cald simți.
Stația Spațială Internațională
Stația Spațială Internațională orbitează în termosferă, la aproximativ 400 km altitudine. Chiar și acolo, urmele de aer o frânează ușor, așa că stația trebuie ridicată periodic cu ajutorul motoarelor. Viața astronauților la bord este descrisă în Stația Spațială Internațională: cum trăiesc astronauții.
Ionosfera
O parte din atomii și moleculele din termosferă și mezosferă sunt ionizate de radiația solară, adică au pierdut electroni. Această regiune se numește ionosferă și nu este un strat separat după temperatură, ci o zonă suprapusă. Ionosfera reflectă anumite unde radio, ceea ce permite comunicațiile radio pe unde scurte la mari distanțe, dincolo de curbura Pământului.
Aurorele
Aurorele polare apar când particulele încărcate electric venite de la Soare sunt dirijate de câmpul magnetic al Pământului spre regiunile polare și lovesc atomii de oxigen și azot din termosferă, care emit lumină. Culorile tipice sunt verdele și roșul, date de oxigen, și nuanțele violet-albăstrui, date de azot. Rolul câmpului magnetic este explicat în Magnetismul: cum funcționează magneții și busola. În România aurorele sunt rare și apar doar în perioadele de furtuni geomagnetice puternice, ca o strălucire roșiatică spre nord.
Exosfera și granița cu spațiul
Exosfera este stratul exterior, în care aerul este atât de rarefiat încât atomii, mai ales de hidrogen și heliu, aproape nu se mai ciocnesc între ei și unii scapă în spațiu. Limita ei superioară este estimată la circa 10.000 km, dar trecerea spre spațiul interplanetar este treptată.
Pentru că atmosfera nu se termină brusc, granița dintre „aer” și „spațiu” este o convenție. Cea mai folosită este linia Kármán, la 100 km altitudine, adoptată de Federația Aeronautică Internațională pentru recordurile de zbor. Unele agenții folosesc praguri ușor diferite. Mulți sateliți meteo și de navigație orbitează mult mai sus, în plină exosferă sau dincolo de ea.
Ce face atmosfera pentru viață
Atmosfera face Pământul locuibil prin mai multe roluri simultane, unele evidente, altele mai puțin cunoscute.
- Ne dă aer de respirat: oxigenul pentru animale și oameni, dioxidul de carbon pentru plante.
- Ne ține de cald: gazele cu efect de seră, mai ales vaporii de apă și dioxidul de carbon, rețin o parte din căldura radiată de suprafață. Fără acest efect natural de seră, temperatura medie a suprafeței ar fi în jur de minus 18 °C, nu în jur de 15 °C.
- Ne protejează de radiații: ozonul oprește mare parte din ultraviolete, iar atmosfera în ansamblu oprește razele X și o parte din radiația cosmică.
- Ne apără de meteoriți mici: majoritatea corpurilor cosmice care intră în atmosferă ard înainte să atingă solul.
- Transportă apa: evaporarea, norii și precipitațiile formează ciclul apei, care alimentează râurile și pânzele freatice.
- Reduce diferențele de temperatură dintre zi și noapte și dintre ecuator și poli.
- Colorează cerul: lumina Soarelui este împrăștiată de moleculele de aer, mai ales componenta albastră, de aceea cerul pare albastru ziua și roșiatic la apus, cum explică Lumina și culorile: de ce vedem curcubeul și cerul albastru.
Important: Creșterea concentrației gazelor cu efect de seră din cauza activităților umane intensifică efectul natural de seră și contribuie la încălzirea globală. Datele oficiale despre vreme și climă în România sunt publicate de Administrația Națională de Meteorologie.
Atmosfera interacționează permanent cu suprafața planetei: vântul și ploaia erodează rocile, iar vulcanii adaugă gaze. Imaginea de ansamblu a acestor procese o găsești în ghidul despre structura Pământului.
Ce iei cu tine din acest ghid
Atmosfera este un înveliș subțire, raportat la dimensiunea planetei, dar indispensabil. Aerul este format în principal din azot și oxigen, cu urme de argon, dioxid de carbon și vapori de apă. După variația temperaturii, atmosfera se împarte în troposferă, unde se face vremea, stratosferă, cu stratul de ozon, mezosferă, unde ard meteorii, termosferă, cu aurorele și Stația Spațială Internațională, și exosferă, care se pierde treptat în spațiu.
De reținut:
- aerul uscat conține circa 78% azot, 21% oxigen și aproape 1% argon;
- în troposferă temperatura scade cu circa 6,5 °C la fiecare kilometru;
- stratul de ozon, între circa 15 și 35 km, absoarbe radiațiile ultraviolete;
- mezosfera este cel mai rece strat, termosfera cel mai fierbinte;
- linia Kármán, la 100 km, este granița convențională cu spațiul.
Întrebări frecvente
Care sunt straturile atmosferei, în ordine?
De la sol în sus: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera și exosfera. Ele sunt separate de tropopauză, stratopauză, mezopauză și termopauză.
În ce strat al atmosferei se produce vremea?
În troposferă, stratul cel mai de jos. Aici se află aproape toți vaporii de apă, iar aici se formează norii, ploile și furtunile.
Unde se află stratul de ozon?
În stratosferă, în principal între aproximativ 15 și 35 km altitudine. El absoarbe cea mai mare parte a radiației ultraviolete periculoase venite de la Soare.
De ce este rece pe munte, dacă e mai aproape de Soare?
Pentru că aerul din troposferă este încălzit mai ales de jos, de suprafața Pământului, nu direct de Soare. Cu cât urci, cu atât aerul este mai rarefiat și mai rece.
Unde începe spațiul cosmic?
Granița este o convenție, pentru că atmosfera se rarefiază treptat. Cea mai folosită este linia Kármán, la 100 km altitudine.
