Structura verticală a atmosferei - laboratorul 2

Structura verticala a atmosferei

Introducere

Acest laborator introduce conceptul de presiune atmosferica. Se vor construi si interpreta un numar de grafice pentru a observa modul în care presiunea, densitatea, si temperatura variaza cu înaltimea deasupra suprafetei terestre. Ne vom concentra asupra modului cum aceste relatii se manifesta în troposfera, deoarece aici se produc cele mai multe fenomene meteorologice.

PARTE TEORETICA

Atmosfera pamântului – Caractere generale

- Atmosfera este învelisul gazos al Terrei care înconjoara Pamântul.

- Atmosfera are aspectul unei sfere turtite datorita miscarii de rotatie si densitatii ei mai reduse.

- Este mai subtire la poli datorita gazelor, care au proprietatea de a se dilata sau comprima usor. Datorita temperaturilor foarte scazute, gazele se comprima foarte mult.

- Limita exterioara a atmosferei este situata la aproximativ 10.000 de km, distanta aproape egala cu diametrul Pamântului (12.756,3 km), dar, uneori, este considerata chiar la 35.000 de km.

- Pâna la 35 de km înaltime este concentrata aproape întreaga masa a atmosferei (99%), 97% pâna la 29 de km altitudine, iar jumatate din ea se gaseste mai putin de 5 km în troposfera.

- Între 20 – 35 de km altitudine se gaseste stratul de O3 numit ozonosfera care se comporta ca un filtru pentru radiatia UV provenita de la soare.

- Temperatura scade cu altitudinea cu un gradient de 6,4oC la fiecare 1.000 m.

Fig. 1. Structura verticala a atmosferei în functie de presiune si temperatura

- Din punctul de vedere al compozitiei gazelor, atmosfera are doua mari subdiviziuni, homosfera si heterosfera:

- homosfera – se întinde de la nivelul marii pâna la peste 80 de km; ea are o compozitie uniforma a gazelor: N2 (78,084%), O2 (20,946%), Ar (0,934%), CO2 (0,035%) are o mare importanta în încalzirea atmosferei prin retinerea radiatiilor IR emise de suprafata pamântului, contribuind astfel la efectul de sera. Celelalte gaze care intra în compozitia homosferei sunt neonul (Ne), heliul (He), kriptonul (Kr), xenonul (Xe), hidrogenul (H2), gazul metan (CH4) si oxidul de azot (N2O).

- heterosfera – începe de la altitudinea de peste 80 de km; în ea compozitia gazelor este neuniforma. Ea este formata din patru straturi cu compozitie distincta, a caror denumire este în functie de gazul cu cea mai mare concentratie: stratul de azot molecular pâna la 200 km, stratul de oxigen atomic pâna la 1.100 de km, stratul de heliu pâna la 3.500 de km, stratul de hidrogen atomic pâna la limita arbitrara de 10.000 km, dar atomi de hidrogen considerati ca apartinând atmosferei terestre pot exista pâna la 35.000 km înaltime. Variatia presiunii atmosferice, a temperaturii atmosferei si subdiviziunile atmosferei sale sunt prezentate în Fig.1.

Presiunea atmosferica

- Presiunea atmosferica în orice zona de pe suprafata Pamântului este determinata de masa de aer aflata deasupra acelei zone.

- Presiunea atmosferica scade cu altitudinea asa cum se vede din Fig.1: rapid pâna la circa 50 km, foarte lent peste aceasta altitudine.

- Instrumentul care masoara presiunea atmosferica se numeste barometru.

- Cel mai simplu este barometrul cu mercur în care înaltimea coloanei de mercur echilibreaza presiunea exterioara.

- La nivelul marii aceasta înaltime este de 760 mm, ea scade cu altitudinea, latitudinea si depinde de starea vremii.

- Presiunea se exprima în mm Hg (coloana de mercur), milibari (mb) sau torri (dupa numele savantului italian Torricelli care a descoperit barometrul cu mercur), si este în medie de 1013 mb la nivelul marii.

- 1 atm = 760 torr = 1013 mb = 1013 hPa = 1 bar

- 1 torr = 1 mm Hg (coloana de mercur)

Modificari ale presiunii în functie de înaltime în atmosfera

Atmosfera este un fluid compresabil format din gaze ale caror molecule sunt atrase spre suprafata terestra datorita gravitatiei. Ca rezultat, aceste molecule, care alcatuiesc atmosfera, sunt comprimate la maxim în apropierea suprafetei terestre si apoi densitatea atmosferei descreste rapid cu înaltimea.

Daca granita dintre suprafata Pamântului si atmosfera este evidenta, partea superioara a atmosferei nu este clar delimitata. Devine mai subtire (putin densa) cu cresterea înaltimii, dar, de fapt, nu se termina niciodata (Fenomenul este analog cu o divizare repetata a unui numar în

jumatate. Fiecare împartire duce la un numar mai mic, dar teoretic nu ajungem niciodata la zero). Cu toate acestea, deoarece numai un numar mic de molecule se gasesc în câmpul gravitational terestru la înaltimi mai mari de 100 de km, putem, în mod arbitrar, sa consideram aceasta înaltime ca “vârful” atmosferei – parte superioara arbitrara a atmosferei.

Putem folosi o regula simpla pentru a descrie viteza cu care densitatea descreste cu înaltimea: la fiecare 5,6 km parcursi pe verticala deasupra acestui nivel exista jumatate din atmosfera initiala fata de care am început.