L'atmòsfera
La Terra està envoltada d’una atmosfera relativament prima (comunament anomenada aire) que consisteix en una barreja de gasos, principalment nitrogen molecular (78 per cent) i oxigen molecular (21%). També hi són presents quantitats molt menors de gasos com argó (gairebé l'1%), vapor d'aigua (amb un percentatge d'1 per cent però molt variable en el temps i la ubicació), diòxid de carboni (0,0395 per cent [395 parts per milió] i actualment en augment), metà (0,00018 per cent [1,8 parts per milió] i actualment en augment), i d’altres, juntament amb partícules sòlides i líquides minúscules en suspensió.
geoide: determinació de la figura de la Terra
El crèdit per la idea que la Terra és esfèrica se sol donar a Pitàgores (florida del segle VI aC) i
Com que la Terra té un camp gravitatori dèbil (en virtut de la seva mida) i temperatures atmosfèriques càlides (per la seva proximitat al Sol) en comparació amb els planetes gegants, manquen els gasos més comuns a l’univers que posseeixen: l’hidrogen i l’heli. Si bé tant el Sol com Júpiter es componen principalment d’aquests dos elements, no es podrien conservar gaire temps a la Terra primerenca i s’evaporaven ràpidament a l’espai interplanetari. L’elevat contingut d’oxigen de l’atmosfera terrestre està fora del normal. L’oxigen és un gas altament reactiu que, en la majoria de les condicions planetàries, estaria combinat amb altres productes químics de l’atmosfera, la superfície i l’escorça. De fet, es subministra contínuament per processos biològics; sense vida pràcticament no hi hauria oxigen lliure. Les 1,8 parts per milió de metà de l'atmosfera també estan fora de l'equilibri químic amb l'atmosfera i la crosta: també és d'origen biològic, amb la contribució d'activitats humanes superiors a les altres.
Els gasos de l’atmosfera s’estenen des de la superfície de la Terra fins a altures de milers de quilòmetres, acabant per fusionar-se amb el vent solar, un corrent de partícules carregades que flueix cap a l’exterior de les regions més exteriors del Sol. La composició de l’atmosfera és més o menys constant amb l’altura fins a una altitud d’uns 100 km (60 milles), amb excepcions particulars el vapor d’aigua i l’ozó.
L'ambient es descriu comunament en termes de capes o regions diferents. La major part de l’atmosfera es concentra a la troposfera, que s’estén des de la superfície fins a una altitud d’uns 10-15 km (6 a 9 milles), segons la latitud i la temporada. El comportament dels gasos d’aquesta capa està controlat per convecció. Aquest procés involucra els moviments turbulents, de capgiració, resultants de la flotabilitat de l'aire de superfície propera que s'escalfa el Sol. La convecció manté un gradient de temperatura vertical decreixent (és a dir, un descens de la temperatura amb l'altitud) d'aproximadament 6 ° C (10,8 ° F) per km a través de la troposfera. A la part superior de la troposfera, que es diu tropopausa, les temperatures han caigut fins a uns -80 ° C (−112 ° F). La troposfera és la regió on hi ha gairebé tot el vapor d’aigua i es produeix essencialment tot el temps.
L’estratosfera seca i tènue es troba per sobre de la troposfera i s’estén fins a una altitud d’uns 50 km (30 milles). Els moviments convectius són febles o absents a l’estratosfera; Els moviments tendeixen a orientar-se horitzontalment. La temperatura d'aquesta capa augmenta amb l'altitud.
A les regions estratosfèriques superiors, l’absorció de llum ultraviolada del Sol trenca l’oxigen molecular (O 2); recombinació d'àtoms simples d'oxigen amb O 2 molècules en ozó (O 3) crea la capa de blindatge d'ozó.
Per sobre de l'estratopausa relativament càlida es troba la mesosfera encara més tènue, en la qual les temperatures tornen a disminuir amb l'altitud fins a 80-90 km (50-56 milles) per sobre de la superfície, on es defineix la mesopausa. La temperatura mínima assolida és molt variable amb la temporada. A continuació, augmenten les temperatures amb l'alçada creixent a través de la capa subjacent coneguda com a termosfera. També per sobre d’uns 80-90 km hi ha una fracció creixent de partícules carregades o ionitzades, que des d’aquesta altitud defineix la ionosfera. Les aurores espectaculars visibles es generen en aquesta regió, particularment al llarg de zones aproximadament circulars al voltant dels pols, per la interacció dels àtoms de nitrogen i oxigen a l’atmosfera amb esclats episòdics de partícules energètiques originàries del Sol.
La circulació atmosfèrica general de la Terra és impulsada per l’energia de la llum solar, més abundant a les latituds equatorials. El moviment d’aquesta calor cap als pols es veu fortament afectat per la ràpida rotació de la Terra i la força de Coriolis associada a latituds allunyades de l’equador (que afegeix un component est-oest a la direcció dels vents), donant lloc a múltiples cèl·lules d’aire circulant en cadascuna. hemisferi. Les inestabilitats (pertorbacions en el flux atmosfèric que creixen amb el temps) produeixen les zones característiques d’alta pressió i tempestes de baixa pressió de les mitjanes latituds, així com els ràpids fluxos de jet que es mouen cap a l’est de la troposfera superior que guien els camins de les tempestes. Els oceans són dipòsits de calor massius que actuen en gran mesura per alleujar les variacions de les temperatures globals de la Terra, però els seus corrents i temperatures canviant lentament també influeixen en el clima i el clima, com en el fenomen meteorològic de El Niño / Oscilació Meridional (vegeu clima: circulació, corrents, i interacció oceà-atmosfera; clima: El Niño / Oscil·lació del Sud i canvi climàtic).
L’atmosfera terrestre no és una característica estàtica del medi. Més aviat, la seva composició ha evolucionat al llarg del temps geològic en concordança amb la vida i actualment canvia més ràpidament en resposta a les activitats humanes. A la meitat de la història de la Terra, va començar a desenvolupar-se una abundància inusualment elevada d’oxigen lliure a través de la fotosíntesi mitjançant cianobacteries (vegeu algues blaves verdes) i la saturació d’enfonsaments naturals d’oxigen (per exemple, minerals relativament pobres en oxigen i hidrogen). gasos rics extrets dels volcans). L’acumulació d’oxigen va fer possible que es desenvolupessin cèl·lules complexes, que consumeixen oxigen durant el metabolisme i de les quals es componen totes les plantes i animals (vegeu l’eucariota).
El clima terrestre a qualsevol lloc varia amb les estacions, però també hi ha variacions a llarg termini del clima global. Les explosions volcàniques, com l’erupció del 1991 del Mont Pinatubo a les Filipines, poden injectar grans quantitats de partícules de pols a l’estratosfera, que es mantenen en suspensió durant anys, disminuint la transparència atmosfèrica i donant lloc a un refredament mesurable a tot el món. Molts més escassos, els impactes gegants d’asteroides i cometes poden produir efectes encara més profunds, incloent reduccions severes de la llum solar durant mesos o anys, com molts científics creuen que van provocar l’extinció massiva d’espècies vives al final del període cretaci, 66 milions d’anys. ara fa. (Per a informació addicional sobre els riscos que comporten els impactes còsmics i les possibilitats d’aparèixer, vegeu el perill d’impacte de la Terra.) Les variacions climàtiques dominants observades en el recent registre geològic són les edats de gel, que estan lligades a variacions en la inclinació de la Terra i el seu orbital. geometria respecte al Sol.
La física de la fusió d'hidrogen porta als astrònoms a concloure que el Sol era un 30 per cent menys lluminós durant la primera història de la Terra que avui en dia. Per tant, tots els altres iguals, els oceans haurien d’haver estat congelats. Les observacions dels veïns planetaris de la Terra, Mart i Venus, i les estimacions del carboni bloquejat a l'escorça terrestre actualment suggereixen que hi havia molt més diòxid de carboni a l'atmosfera terrestre durant períodes anteriors. Això hauria augmentat l'escalfament de la superfície mitjançant l'efecte hivernacle i, per tant, permetria als oceans mantenir líquids.
Avui hi ha 100.000 vegades més diòxid de carboni enterrat a les roques carbonatades a l'escorça terrestre que a l'atmosfera, en contrast fort amb Venus, l'evolució atmosfèrica de la qual va seguir un curs diferent. A la Terra, la formació de closques de carbonat per la vida marina és el mecanisme principal per transformar el diòxid de carboni en carbonats; Els processos abiòtics que impliquen aigua líquida també produeixen carbonats, encara que de manera més lenta. A Venus, però, la vida mai va tenir l'oportunitat de sorgir i generar carbonats. A causa de la ubicació del planeta al sistema solar, Venus primerenca va rebre entre el 10 i el 20 per cent més de llum solar que les caigudes a la Terra fins i tot avui, malgrat el sol jove que hi havia en aquell moment. La majoria dels científics planetaris creuen que l’elevada temperatura superficial que va resultar va evitar que l’aigua es condensés a un líquid. En canvi, va quedar a l’atmosfera com a vapor d’aigua, que, com el diòxid de carboni, és un gas d’efecte hivernacle eficient. En conjunt, els dos gasos van fer que les temperatures superficials pugessin encara més altes, de manera que masses quantitats d’aigua s’escapaven a l’estratosfera, on es dissociava per la radiació ultraviolada solar. Amb unes condicions massa calentes i seques per permetre la formació de carbonats abiòtics, la major part de l’inventari de carboni del planeta va quedar a l’atmosfera com a diòxid de carboni. Els models prediuen que la Terra pot patir la mateixa sort en mil milions d’anys, quan el Sol sobrepassa la brillantor actual en un 10-20 per cent.
Entre finals dels anys cinquanta i finals del segle XX, la quantitat de diòxid de carboni a l’atmosfera terrestre va augmentar més d’un 15 per cent a causa de la crema de combustibles fòssils (per exemple, carbó, petroli i gas natural) i la destrucció de les selves tropicals., com la de la conca del riu Amazones. Els models informàtics prediuen que la duplicació neta del diòxid de carboni a mitjan segle XXI podria comportar un escalfament global d’1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ºF) de mitjana al planeta, que tindria efectes profunds sobre el nivell del mar i l’agricultura. Tot i que alguns han criticat aquesta conclusió sobre la base de que l'escalfament observat fins ara no ha mantingut el ritme de la projecció, les anàlisis de les dades de temperatura de l'oceà han suggerit que bona part de l'escalfament durant el segle XX es va produir realment als propis oceans. eventualment apareixen a l'atmosfera.
Una altra preocupació actual pel que fa a l’atmosfera és l’impacte de les activitats humanes sobre la capa d’ozó estratosfèrica. A mitjans de la dècada de 1980, es van trobar reaccions químiques complexes que involucraven traces de clorofluorocarburs artificials (CFC) que creaven forats temporals a la capa d'ozó, particularment a l'Antàrtida, durant la primavera polar. Encara més inquietant va ser el descobriment d'un esgotament creixent de l'ozó a les latituds temperades molt poblades, ja que s'ha trobat que la radiació ultraviolada de curta longitud d'ona que absorbeix la capa d'ozó provoca càncer de pell. Els convenis internacionals establerts per aturar la producció dels CFCs més ocultors que destrueixen l'ozó acabaran aturar i revertir l'esgotament, però només a mitjan segle XXI, a causa del llarg temps de residència d'aquests productes químics a l'estratosfera.
