אטמוספירת כדור הארץ

מבט מן החלל על השכבות העליונות של האטמוספירה של כדור הארץ

אטמוספירת כדור הארץ (בעברית: אווירת כדור הארץ) היא מעטפת גז, סביב לכדור הארץ. האטמוספירה מאפשרת את החיים על פני כדור הארץ בכך שהיא סופגת את מרבית הקרינה האולטרה סגולה המגיעה מהשמש וגורמת למיתון הבדלי הטמפרטורה בין היום והלילה. 75% מגזי האטמוספירה נמצאים בגובה של עד 11.3 קילומטר מעל גובה פני הים. שינויים באטמוספירה גורמים לשינויים באקלים ובמזג האוויר.

הרכב האטמוספירה

הרכב הגזים של אטמוספירת כדור הארץ

תערובת הגזים שיוצרת את האטמוספירה נקראת אוויר וכוללת בעיקר חנקן (כ-78% בנפח, באוויר יבש), חמצן (כ-21%) וארגון (כ-1%). פחמן דו-חמצני קיים באטמוספירה בריכוז של כ-410 חלקים למיליון (נכון לסוף המאה ה-20). בנוסף קיימות כמויות קטנות של הגזים האצילים ניאון, הליום, וקריפטון, ושל מימן ומתאן. בנוסף למרכיבים אלה כוללת האטמוספירה אדי מים בריכוזים משתנים במיקום ובזמן, בין 0 ל-7 אחוזים.

מרכיבי האוויר משתנים מעט באזורים שונים של העולם בשל גורמים כמו גובה, טמפרטורה, קירבה לים, וגורמים נוספים. זיהום אוויר, למרות בעיותיו, אינו משפיע משמעותית על הרכב האטמוספירה, מאחר שגם ערכים חריגים של מזהמים הם זניחים ביחס לגזים העיקריים.

הרכבה של האטמוספירה של כדור הארץ השתנה מאז היווצרות החיים בו. האטמוספירה המקורית הייתה עשירה במימן ובהליום, אשר נפלטו ברובם אל החלל והוחלפו בגזים כבדים יותר, בעיקר חנקן ופחמן דו-חמצני. הצמחים על פני כדור הארץ, ובמיוחד האצות החד-תאיות, קולטים את הפחמן הדו-חמצני מן האטמוספירה ומפרישים חמצן כחלק מתהליך הפוטוסינתזה. כתוצאה מהופעת הצמחייה עלה ריכוז החמצן בהדרגה לאורך השנים ואילו ריכוז הפחמן הדו-חמצני ירד עד פחות מ-0.1%.

מאז אמצע המאה ה-20 נמדדת עלייה ניכרת בריכוז הפחמן הדו-חמצני יחסית לריכוזו במשך אלפי השנים האחרונות (אותו ניתן למדוד למשל בקרחונים), אך הוא עדיין מהווה חלק קטן מאוד מהרכב האטמוספירה. קיימות השערות שונות על הגורמים לעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני, ביניהן שריפת דלק מוגברת, עליית טמפרטורת האוקיינוסים כתוצאה מהתחממות עולמית, בירוא יערות, ופירוק מתאן המשתחרר מאדמה קפאת-עד. תופעה זו גורמת לדיון ער ומחלוקות בין גורמים מדעיים, כלכליים ופוליטיים.

טמפרטורה ושכבות האטמוספירה

תרשים המראה את השכבות השונות באטמוספירה

הטמפרטורה של אטמוספירת כדור הארץ משתנה בהתאם לגובה (היא מתוארת על ידי מפל הטמפרטורה), כאשר הטמפרטורה הממוצעת של האטמוספירה בגובה פני הים היא 14 מעלות צלזיוס. היחס בין הגובה לטמפרטורה משתנה בהתאם לשכבות האטמוספיריות השונות:

• טרופוספירה - 0 עד 7 - 17 קילומטר, בשכבה זו הטמפרטורה יורדת עם העלייה בגובה, זוהי השכבה בה מתקיימים חיים ובה מתקיים האקלים.
• סטרטוספירה - 7 - 17 עד 50 קילומטר, בשכבה זו הטמפרטורה עולה עם העלייה בגובה, זו השכבה בה קיימת שכבת האוזון.
• מזוספירה - 50 עד 80 - 85 קילומטר, בשכבה זו הטמפרטורה יורדת עם העלייה בגובה.
• תרמוספירה - 80 - 85 עד 640+ קילומטר, בשכבה זו הטמפרטורה עולה עם העלייה בגובה.

הגבולות בין השכבות נקראים טרופופאוזה, סטרטופאוזה ומזופאוזה ובהם הטמפרטורה לא משתנה עם הגובה.

אזורים שונים באטמוספירה

• יונוספירה - אזור באטמוספירה המכיל יונים: באזור המזוספירה והתרמוספירה עד ל-550 קילומטר.
• אקסוספירה - מעל היונוספירה, במקום בו האטמוספירה כמעט ונעלמת עד לחלל.
• מגנטוספירה - האזור בו השדה המגנטי של כדור הארץ מגיב עם רוח השמש. אזור זה מתפרס על אלפי קילומטרים.

האטמוספירה וקרינת השמש

האטמוספירה של כדור הארץ היא הגורם הראשון הבא במגע עם קרינה מהחלל ובעיקר עם קרינת השמש. הקרינה מפרקת מולקולות בשכבות העליונות של האטמוספירה. זו, מצדה, הודפת בחזרה לחלל כ-8% מקרינת השמש (עוד 17% נהדפים על ידי שכבת העננים, ושאר הקרינה פוגעת בפני הארץ).

שכבת האוזון

ערך מורחב – שכבת האוזון

שכבת האוזון מצויה בסטרטוספירה, בגובה של 10 עד 50 ק"מ, ומכילה ריכוז גבוה יחסית של אוזון. לשכבה זו חשיבות רבה בקיום החיים על פני כדור הארץ. שכבת האוזון מסננת את הקרינה האולטרה־סגולה המגיעה מהשמש, המסכנת את היצורים החיים ואף גורמת לסרטן העור. שכבת האוזון בולעת את אורכי הגל שבין 295 ל־320 ננומטר. בשנת 1983 נתגלה ששכבת האוזון מעל הקוטב הדרומי דלילה מאוד ודרכה חודרת קרינה אולטרה-סגולה בעוצמה גבוהה.

אפקט החממה

ערך מורחב – אפקט החממה

אפקט החממה נובע מכך שאדי מים, פחמן דו-חמצני וגזים אחרים, שמצויים באטמוספירה העוטפת את כדור הארץ, מקטינים את פליטת החום של כדור הארץ מן האדמה אל החלל החיצון, בכך שהם בולעים קרינה אינפרה-אדומה וכך החום נשמר באוויר. כך נשמרת הטמפרטורה באופן המזכיר חממה חקלאית (זהו שם מטעה, כי האפקט בחממה חקלאית הוא שונה לגמרי ומבוסס על שמירת האוויר החם ליד הקרקע). בהיעדר תופעה זו הייתה הטמפרטורה על פני כדור הארץ יורדת לקיפאון בשעות הלילה (כפי שקורה על פני הירח למשל), ולכן אפקט החממה הוא תנאי חשוב ביותר לקיום החיים על פני כדור הארץ.

החל מסוף המאה ה-20 יש עדויות שעצמתו של אפקט החממה עולה, בשל העלייה בריכוז גזי החממה (ובראשם הפחמן הדו-חמצני) באטמוספירה. כמו כן ידוע כי במאה השנים האחרונות עלתה הטמפרטורה הממוצעת בעולם ביותר מחצי מעלת צלזיוס והשנים האחרונות של המאה ה-20 היו בין השנים החמות ביותר שידעה האנושות מאז שהחלו למדוד טמפרטורות באופן שיטתי. נכון לתחילת המאה ה-21, ישנה תמיכה בקהילה המדעית בהשערה שהתעצמות אפקט החממה קשורה להתחממות העולמית על כל תוצאותיה השליליות, תופעות אלו מיוחסות בעיקר לפעילות המין האנושי בעידן התעשייתי.

לחץ אטמוספירי

כוח המשיכה "מושך" את האטמוספירה כלפי פני הקרקע. לחץ אטמוספירי הוא תוצאה ישירה של משקל האוויר. משמעות הדבר שהלחץ האטמוספירי משתנה עם המקום משום שכמות (ומשקל) האוויר שמעל משתנה עם המקום והזמן, מה שגורם לרמות ולשקעים ברומטריים. הלחץ האטמוספירי יורד בכ-50% בכל עליה בגובה של 5.5 קילומטר. הלחץ האטמוספירי הממוצע בגובה פני הים הוא בערך 101.3 קילו פסקל שהם 1,013 מיליבר. לחץ אטמוספירי נמדד על ידי ברומטר או על ידי ברוגרף.

צפיפות האוויר בגובה פני הים ובתנאים סטנדרטיים היא בערך 1.293 קילוגרם לכל מטר מעוקב. הצפיפות משתנה בהתאם לאחוז הלחות באוויר והטמפרטורה. צפיפות זו יורדת עם העלייה בגובה בערך באותו יחס שהלחץ יורד. הירידה בצפיפות (ובלחץ) היא אקספוננציאלית עם מרחק דעיכה אופייני של כ-7.6 קילומטר. המסה הכוללת של האטמוספירה היא בערך $5.1\times 10^{18}$ קילוגרם, כמיליונית מהמסה הכוללת של כדור הארץ.

המשוואה ההיפסומטרית, הידועה גם כ"משוואת העובי", מקשרת בין יחס לחצים באטמוספירה ובין העובי האקוויוולנטי של שכבה אטמוספירית.

ראו גם

• מטאורולוגיה
• ניסוי מילר-יורי
• HAARP (תוכנית מחקר אמריקאית)

קישורים חיצוניים

• צמ"ד אונליין (מכון ויצמן) - שאל את המומחה: מהו מקור החמצן בכדור הארץ?
• תופשים אוויר, באתר מוזיאון המדע בירושלים

הערות שוליים

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

28891943אטמוספירת כדור הארץ