Atmosfera Ziemska - budowa

Atmosfera - gazowa powłoka otaczająca planetę posiadającą masę wystarczającą do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów, w wyniku działania grawitacji. Obecność atmosfery stanowi warunek istnienia życia na naszej planecie. Gdy Ziemia była młoda, atmosfera składała się głównie z trujących gazów. Rośliny wydalające tlen w procesie fotosyntezy sprawiły, że nastąpiła zmiana składu atmosfery, umożliwiająca życie zwierząt i ludzi. Znaczne ilości tlenu wytwarzają lasy deszczowe, gdzie pokrywa roślinna jest wyjątkowo gęsta.

Atmosfera wraz z wysokością zmienia swój skład chemiczny i cechy fizyczne - temperaturę, ciśnienie i gęstość powietrza. Odmienne są również zjawiska w niej zachodzące. Zmiany temperatury w przekroju pionowym atmosfery są podstawą wydzielenia warstw zwanych sferami. Mieszanie się powietrza powoduje, że nie można między nimi wyznaczyć wyraźnych, liniowych granic. Granicami są cienkie strefy przejściowe zwane pauzami. Ustalono, że nazwa pauzy pochodzi od nazwy sfery leżącej poniżej. Poczy­nając od powierzchni Ziemi, w atmosferze wydziela się kilka warstw:

• Troposfera - najniżej położona warstwa, której górną granicę wyznaczają pionowo wznoszące się prądy powietrza. Ich natężenie ulega zmianie w zależności od siły ciężkości, siły odśrodkowej (ruch obrotowy Ziemi) i temperatury powietrza (strefy oświetlenia Ziemi), zmieniających się w różnych szerokościach geograficznych. Dlatego troposfera sięga do wysokości 6 - 8 km nad biegunami, 10 - 11 km w średnich szerokościach geograficznych i 17 - 18 km nad równikiem. Najbardziej charakterystyczną cechą troposfery jest spadek temperatury wraz z wysokością średnio o 0,6° C na każde 100 m. Przy górnej grani­cy troposfery temperatura wynosi ok. -55 (-60)° C. Wraz z wysoko­ścią spada również ciśnienie średnio o l hPa na 11 metrów. Gęstość powietrza w troposferze jest bardzo duża, ponieważ skupia się w niej ok. 80% całej masy powietrza atmosferycznego oraz niemal 100% atmosferycznej pary wodnej i pyłów. Zachodzą tu procesy kształtujące pogodę i klimat, tj. kondensacja pary wodnej, tworzenie się chmur i powstawanie opadów oraz poziome i pionowe ruchy mas powietrza.
• Tropopauza - warstwa o grubości 0,5 - l km, temperaturze ok. -45 do -60° C (zależnie od szerokości geograficznej), ciśnieniu ok. 200 - 280 hPa.
• Stratosfera - sięga do wysokości ok. 50 km i skupia kilkanaście procent gazów atmosferycznych, dlatego powietrze jest tu bardzo rozrzedzone. W górnej części warstwy, pod wpływem promieniowania słonecznego, zachodzi przemiana tlenu w ozon. Koncentracja ozonu na wysokości 25 - 30 km pozwala wydzielić strefę ozonową, tzw. ozonosferę. Do wysokości ok. 25 km utrzymuje się niska temperatura powietrza, ok. -55° C, dopiero powyżej temperatura zaczyna wzrastać i dochodzi do 0°C przy górnej granicy stratosfery. Wzrost temperatury spowodo­wany jest pochłanianiem przez ozon promieniowania nadfioletowego. Promieniowanie nadfioletowe jest szkodliwe dla organizmów żywych, dlatego ozonosfera jest bardzo ważną warstwą chroniącą życie na Ziemi. W stratosferze, podobnie jak w troposferze, wraz z wysokością spada ciśnienie atmosferyczne do ok. l hPa przy górnej granicy war­stwy. W dolnej części stratosfery zachodzą bardzo silne, okrążające całą Ziemię, poziome ruchy powietrza zwane prądami strumienio­wymi. Mają one bardzo duże znaczenie, ponieważ przenoszą wszelkie­go rodzaju zanieczyszczenia i pyły oraz mają wpływ na kształtowa­nie się układów ciśnień w troposferze. 
• Stratopauza - warstwa o grubości ok. 5 km, temperaturze 0°C i ciśnieniu rzędu 0,1-1 hPa, zawiera dość dużo ozonu.
• Mezosfera - występuje na wysokości 50 - 85 km. Charakteryzuje się stałym spadkiem temperatury wraz z wysokością do ok. -120°C oraz ciśnieniem rzędu 0,01 hPa.
• Mezopauza - warstwa o grubości ok. 5 km, temperaturze ok. -120°C i ciśnieniu 0,001 hPa.
• Termosfera - warstwa bardzo silnie rozrzedzonego powietrza rozciągająca się na wysokości od 90 km do 500 - 800 km (górna granica warstwy jest bardzo trudna do określenia, niektórzy autorzy wyznaczają ją nawet na wysokości 1000 km). Ciśnienie w termosferze jest bardzo niskie i na wysokości 500 km spada do l O'⁹ hPa. Tempe­ratura w termosferze gwałtownie rośnie i osiąga na wysokości 200 km + 400° C, a na wysokości 500 km ponad 1000° C. Wzrost temperatury jest spowodowany pochłanianiem promieniowania sło­necznego przez cząsteczkowy azot i tlen -jonizacja gazów. Dlatego w dolnej części warstwy wydzielono jonosferę, w której dochodzi do odbijania fal radiowych, co umożliwia łączność na całym świecie. Zjonizowane atomy azotu i tlenu świecą. Zjawisko to nazwano zorzą polarną. W jonosferze spalają się meteoryty czyli tzw. spadające gwiazdy.
• Egzosfera - zewnętrzna, bardzo słabo zbadana, warstwa atmosfery ziemskiej leżąca powyżej termosfery i stopniowo przechodząca w przestrzeń międzyplanetarną. W jej składzie chemicznym zmniejsza się zawartość tlenu i azotu, rośnie natomiast ilość wodoru i helu. Temperatura w egzosferze spada do -273° C. Ogromne rozrzedzenie gazów (ciśnienie spada do l O'¹⁰ hPa) pozwala na „ucieczkę" w prze­strzeń międzyplanetarną atomów wodoru, które tworzą na wysokości ok. 20 000 km tzw. koronę ziemską (geokoronę).

Atmosfera chroni organizmy żywe Ziemi przed nadmiernym promieniowaniem elektromagnetycznym i wysokoenergetycznymi cząstkami dochodzącymi z kosmosu.