Aarde (planeet) | atmosfeer

Atmosfeer

Samenstelling van de atmosfeer
Stikstof 78,08%
Zuurstof 20,95%
Argon 0,93%
Waterdamp 0% tot 4%
Kooldioxide 0,038%
Neon 0,018%
Helium 0,0005%
Methaan sporen
Krypton sporen
Waterstof sporen
1rightarrow blue.svg Zie Aardatmosfeer voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De atmosfeer is de gasvormige laag die om de Aarde heen ligt. De luchtdruk is aan het aardoppervlak gemiddeld 101,325 kPa en de schaalhoogte ligt ongeveer op 8,5 km. De aardatmosfeer bestaat grotendeels uit stikstof (ruim 78%) en zuurstof (bijna 21%), aangevuld met sporen van waterdamp, koolstofdioxide en andere gassen. De atmosfeer eindigt niet plotseling op een bepaalde hoogte, maar neemt naar buiten toe exponentieel in concentratie af. Het onderste deel van de atmosfeer, waar ongeveer 75% van alle massa zich bevindt, wordt de troposfeer genoemd. De hoogte van de troposfeer verschilt met de geografische breedte en varieert van 7 km bij de polen tot 17 km bij de evenaar.

Vergeleken met andere planeten is de hoge concentratie zuurstof in de aardatmosfeer uniek. Normaal gesproken zou zuurstof door oxidatiereacties bij verwering in relatief korte tijd uit de atmosfeer verdwijnen, maar op Aarde zorgt fotosynthese door planten voor een continue productie van nieuw zuurstof uit kooldioxide. Dankzij de aanwezigheid van zuurstof heeft de Aarde bovendien een ozonlaag die het oppervlak beschermt tegen voor leven schadelijke ultraviolette straling.

De atmosfeer beschermt het aardoppervlak doordat kleinere meteoren die op Aarde inslaan, door de wrijving verbranden. Door de verplaatsing van waterdamp en door neerslag wordt water naar het land gebracht. De atmosfeer tempert ook de temperatuurverschillen tussen dag en nacht door warmte vast te houden. Gasmoleculen van zogenaamde broeikasgassen vangen warmte-energie op die door het aardoppervlak weerkaatst wordt. Dit effect wordt het broeikaseffect genoemd en verhoogt de temperatuur op Aarde. Zonder broeikaseffect zou het op het oppervlak gemiddeld −18°C zijn.[24]

Een lagedrukgebied boven IJsland vanuit de ruimte. Lagedrukgebieden zijn gebieden waarin de luchtdruk op zeeniveau laag is ten opzichte van de omgeving; lucht zal naar deze plekken toestromen. Door het Corioliseffect krijgt de windrichting een afwijking waardoor een spiraalvormige structuur ontstaat.

Weer en klimaat

1rightarrow blue.svg Zie Klimaat voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De troposfeer wordt voortdurend opgewarmd door zonnestraling, vooral indirect via door het aardoppervlak uitgezonden aardse straling. Buiten de dagelijkse en jaarlijkse gang en klimaatveranderingen zijn de in- en uitgaande straling gemiddeld genomen min of meer met elkaar in evenwicht. Plaatselijk is dit echter niet het geval. Door het verschil in hoogte van de zon valt het zonlicht rond de polen op een groter gebied dan rond de evenaar. Daarom is de insolatie, de hoeveelheid licht die op een stukje aardoppervlak invalt, en daarmee de opwarming van het aardoppervlak rond de evenaar veel hoger. Op breedten lager dan 38° is de instraling groter dan de uitstraling, terwijl buiten dat gebied de uitstraling overheerst. In de tropen en subtropen wordt het echter niet warmer en in de gematigde gebieden en de poolstreken niet kouder. Dit komt doordat er een compenserend warmtetransport is door de algemene circulatie en de zeestromen. De algemene circulatie bestaat uit turbulentie, convectie, advectie en verdamping. De combinatie van dit warmtetransport met de stralingsbalans is de energiebalans.

In het klassieke model is er sprake van drie circulatiecellen: Hadleycellen, Ferrelcellen en polaire cellen. Deze cellen verschuiven met de seizoenen. Dit model is echter een te grote versimpeling gebleken.

De aanwezigheid van water in de atmosfeer en het verdampen, condenseren en sublimeren daarvan is van groot belang bij weer en klimaat. Door verdamping kan lucht waterdamp gaan bevatten. Als de lucht warm genoeg is om op te stijgen, daalt de luchtdruk, waardoor de lucht verzadigd raakt en water condenseert. De kleine waterdruppeltjes die zo ontstaan, vormen samen een wolk. Als er genoeg condensatie van water plaatsvindt, zullen de druppeltjes voldoende aangroeien om als neerslag terug te vallen naar het aardoppervlak. De hoeveelheid neerslag varieert per gebied op Aarde tussen de paar meter tot minder dan een millimeter per jaar. De gemiddelde neerslag in een gebied wordt bepaald door de dominante windrichting, het reliëf en temperatuurverschillen.

Ondanks lokale verschillen kan de Aarde naar breedtegraad worden onderverdeeld in zones met ongeveer hetzelfde klimaat. Vanaf de evenaar tot de polen zijn dit de warme, natte tropische klimaten, de warme en droge subtropische klimaten, de vochtige subtropische klimaten, de koelere, natte gematigde klimaten, de drogere, koelere landklimaten en de koude, droge poolklimaten. Ook de hoogte is bepalend voor het klimaat. Doordat de atmosfeer dunner wordt op grotere hoogte is het daar kouder. Een verdere indeling van klimaten is de klimaatclassificatie van Köppen, waarin de klimaten naar temperatuur en neerslag worden gerangschikt.

Wolken in de troposfeer gezien vanuit de ruimte. Door de dunner wordende atmosfeer heen is de Maan te zien.

Hogere delen van de atmosfeer

Boven de troposfeer wordt de atmosfeer meestal ingedeeld in de stratosfeer, de mesosfeer en de thermosfeer. Elk van deze lagen heeft een ander temperatuurverloop. Buiten de thermosfeer begint de exosfeer, die overgaat in de magnetosfeer, waar de zonnewind door het aardmagnetisch veld wordt opgevangen. De ozonlaag, die het aardoppervlak beschermt tegen ultraviolette straling, bevindt zich in de stratosfeer. Als definitie voor de grens tussen de atmosfeer en de ruimte wordt wel de denkbeeldige Kármánlijn genomen 100 km boven het aardoppervlak. Die ligt in het onderste deel van de thermosfeer.

Dankzij warmte-energie kunnen sommige moleculen in de buitenste delen van de atmosfeer een snelheid krijgen die groot genoeg is om aan de zwaartekracht van de Aarde te ontsnappen. Gevolg is dat deeltjes uit de atmosfeer langzaam de ruimte in verdwijnen. Lichte moleculen zoals waterstof of helium bereiken makkelijker de ontsnappingssnelheid.[25]