Krótko i węzłowato. Troposfera – nasz powietrzny świat!
tekst: Piotr Żabicki
Umowną „granicą kosmosu” jest linia Kármána, położona na wysokości 100 km. Początek egzosfery, jednej z najwyższych warstw, znajduje się jeszcze wyżej, między 500 a 1000 km. Koniec zaś nawet 10 000 km od Ziemi. Tak daleko mogą sięgać peryferia atmosfery.
Masa całej ziemskiej atmosfery to około 5,15 biliardów ton (5.148 × 10¹⁸ kg). Brzmi imponująco, prawda? Ale żeby uzmysłowić sobie tę wartość w odniesieniu do Ziemi, trzeba wiedzieć, że to zaledwie jedna milionowa masy całej naszej planety (około 0,000085% masy Ziemi). Ciężar ten jest jednak kluczowy. Grawitacja ziemska przyciąga gazy do powierzchni, dlatego gęstość powietrza jest największa blisko Ziemi. W miarę wzrostu wysokości cząsteczki powietrza rozpraszają się, a powietrze staje się rzadsze i trudniej się nim oddycha.
Troposfera: jak bardzo jest istotna, ale zarazem jak niewielka w skali planety i otaczającego kosmosu można się przekonać na wystawie Europejskiej Agencji Kosmicznej „Obserwacje Ziemi z kosmosu”, która prezentowana jest w parku Cogiteonu. Na jednym ze stanowisk „Wdech-wydech” pokazujemy i omawiamy zdjęcia satelitarne obrazujące naszą atmosferę i tę cieniutką jak skórka jabłka warstwę dającą życie – troposferę!
Centrum ziemskiej pogody
Z wszystkich warstw atmosfery, troposfera jest dla nas najważniejsza. To najniższa część atmosfery – ta, w której żyjemy. Rozciąga się od powierzchni Ziemi do wysokości 16-17 km nad równikiem. Warto jednak pamiętać, że jej wysokość nie jest jednolita – nad biegunami może być nawet o połowę mniejsza (około 7-9 km), a średnio wynosi około 11 km.
To właśnie w troposferze zachodzi niemal 100% zjawisk pogodowych, tu gromadzi się większość czynników pogodowych, takich jak chmury, deszcz i śnieg. Warto również podkreślić, że troposfera zawiera około 99% całej pary wodnej w atmosferze, co ma fundamentalne znaczenie dla naturalnego obiegu wody.
W troposferze temperatura spada wraz ze wzrostem wysokości nad Ziemią, średnio o około 6,5°C na kilometr. Dzieje się tak, ponieważ powietrze unosząc się, rozszerza się (z powodu niższego ciśnienia), a proces ten zużywa energię. Wraz ze zużyciem energii maleje też temperatura i powietrze ochładza się. To w uproszczeniu tłumaczy, dlaczego na szczytach gór jest zimniej, mimo że widzimy je jako bliższe rozgrzanego Słońca.
Warstwy ziemskiej atmosfery
Gdyby 640 tysięcy Krakowian zamieszkało w pobliżu Rynku
Najbardziej zdumiewającym faktem dotyczącym troposfery jest jej niewiarygodna gęstość. Mimo że stanowi ona zaledwie niewielki ułamek całkowitej objętości atmosfery, zawiera w sobie aż 75-80% całej jej masy. Ta dysproporcja jest trudna do wyobrażenia.
Aby lepiej zilustrować ten fenomen, posłużmy się analogią: wyobraźmy sobie, że całą populację Krakowa (ok. 800 tys. mieszkańców) rozmieszczamy na terenie miasta. W naszym atmosferycznym scenariuszu aż 640 tysięcy z nich musiałoby mieszkać na samym Rynku Głównym i w jego najbliższych okolicach, podczas gdy reszta byłaby rozproszona po innych dzielnicach. Tak właśnie wygląda rozkład masy w atmosferze – przytłaczająca większość cząsteczek powietrza jest ściśnięta tuż przy powierzchni planety, podczas gdy wyższe warstwy są niezwykle rozrzedzone.
Ta dysproporcja między masą a objętością jest znacząca. Troposfera, najniższa warstwa atmosfery ziemskiej, zajmuje zaledwie 0,45% całkowitej objętości atmosfery (przyjmując średnią wysokość troposfery na 12 km i górną granicę atmosfery na 2000 km nad Ziemią). Ta „cienka warstwa” jest miejscem, gdzie zachodzą wszystkie procesy biologiczne i meteorologiczne na Ziemi.
Jednak ta gęsta, tętniąca życiem warstwa nie zawsze był taka jak obecnie. Ta kołderka, która otacza nas dziś to efekt jednej z największych i najbardziej dramatycznych rewolucji w historii naszej planety. Piszemy o tym w dalszej części artykułu oraz na wystawie w Cogiteonie w eksponacie pokazującym koła zębate ewolucji.
Katastrofa, która dała nam życie
Historia napełniania się atmosfery ziemskiej tlenem jest opowieścią o jednym z największych kataklizmów w dziejach planety, o katastrofie, która paradoksalnie umożliwiła życie w formie, jaką znamy dzisiaj. Około 2,5 miliarda lat temu Ziemia była światem obcym. W oceanach tętniło życie, ale składało się ono z miliardów organizmów, które pozyskiwały energię bez udziału tlenu. Dla tych beztlenowych form życia tlen, który dziś jest dla nas niezbędny, stanowił śmiertelną truciznę.
Mniej więcej w tych czasach na scenę wkroczyli mikroskopijni rewolucjoniści - proste organizmy jednokomórkowe – sinice. Zapoczątkowały one zmiany opanowując proces fotosyntezy - przekształcanie wody i dwutlenku węgla, przy udziale światła słonecznego w energię. Jednym z produktów ubocznych tego zjawiska był tlen.
W ciągu setek milionów lat ilość tlenu na Ziemi systematycznie rosła, wypełniając morza i atmosferę naszej planety. Dla miliardów stworzeń beztlenowych, które już zadomowiły się na Ziemi i czerpały energię bez udziału tlenu, ten wzrost ilości tlenu był jednak śmiertelną niespodzianką. Kulminacją tego procesu była potężna tlenowa katastrofa, która prawdopodobnie doprowadziła do masowego wymierania organizmów beztlenowych i całkowitej zmiany układu sił na Ziemi.
Tak właśnie rozpoczął się czas tlenowego życia na naszej planecie. Ale wpływ sinic na bieg ewolucji był jeszcze głębszy. Nie tylko napełniły atmosferę tlenem, ale, jak się uważa, stały się fundamentem świata roślin. Prawdopodobnie przed miliardami lat jedna z takich drobnych sinic dostała się do wnętrza innej, większej komórki. Zamiast zostać strawiona, rozgościła się w niej na stałe, dając początek chloroplastowi – organellum odpowiedzialnemu za fotosyntezę w roślinach.
Tak właśnie pradawna rewolucja ukształtowała świat, który znamy. To, co bierzemy za oczywistość – istnienie przyjaznej atmosfery - jest w istocie wynikiem miliardów lat geologicznych i biologicznych transformacji, które skumulowały się w tym cienkim, błękitnym paśmie oddzielającym nas od bezmiaru kosmosu.
Zdjęcie w nagłówku: przedziwne struktury mammatus (łac. wymię), część niektórych partii chmur troposferycznych. Fot. Craig Lindsay, CC BY-SA
Więcej info:
Ostatnio dodane w Rozoom
