Atmosféra

Zmes plynov, ktorá obklopuje Zem, sa nazýva atmosféra. Rozlišuje sa v nej niekoľko koncentricky usporiadaných vrstiev, ktoré smerom od zemského povrchu nasledujú za sebou takto: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra. Výrazná vrstvovitá štruktúra atmosféry je podmienená najmä osobitosťami vo vertikálnom rozdelení teploty, chemického zloženia statických a dynamických charakteristík ionizácie.

Troposféra obsahuje asi 80% všetkej hmoty atmosféry. Jej hrúbka nie je nad všade rovnaká. Nad pólmi dosahuje 8-10 km, v miernych šírkach 10-12 km a nad rovníkom 16-18 km. V zime leží horná hranica troposféry nižšie ako v lete. Teplota v troposfére klesá s výškou o 0,65 °C na 100 m, čiže v priemere o 6 °C na 1 km. Na hornej hranici troposféry sa teplota pohybuje nad rovníkom medzi –75 až –80 °C, nad pólmi okolo –50 °C. V troposfére sa horizontálne a vertikálne premiestňujú vzduchové hmoty, je tu najväčšie množstvo vodných pár a prebieha v nej všeobecná cirkulácia ovzdušia určujúca javy počasia.

Stratosféra siaha do výšky 50-55 km nad zemský povrch. V spodnej časti teploty so stúpajúcou výškou ostávajú približne rovnaké. Nad výškou 25-30 km teplota začína stúpať najmä pre väčší obsah ozónu.

Mezosféra siaha do výšky okolo 80-85 km. Teploty v nej opäť klesajú so stúpajúcou výškou. Za jej hranicou (nad 90 km) sa nachádza termosféra, kde teplota so stúpajúcou výškou rastie. Vo výške okolo 300 km dosahuje až 1500 °C a vo väčších výškach sa už nemení. Vzhľadom na rozmery Zeme je celá atmosféra len jej tenkou vrstvou. V exosfére, jej hornej časti, vznikajú podmienky pre únik častíc atmosféry do medziplanetárneho priestoru. Časť vrchnej atmosféry, kde je vzduch značne ionizovaný, sa nazýva ionosféra. Rozprestiera sa približne vo výške 50-1000 km. Vzhľadom na meniacu sa koncentráciu častíc
je vrstvovitá. V ionosfére vzniká polárna žiara, ionosferické poruchy majú vplyv na šírenie rádiových signálov. Atmosféra je k Zemi pripútaná zemskou gravitáciou a rotuje spolu so zemským telesom. Zemská gravitácia vplýva aj na usporiadanie plynov v atmosfére podľa ich hustoty. Podľa predpokladov mali kedysi jednotlivé planéty našej slnečnej sústavy veľmi podobné atmosféry. Dnes sa však atmosféra Zeme od atmosfér ostatných planét líši, v prvom rade najmä veľkým množstvom voľného kyslíka. Tento rozdiel vznikol vplyvom geochemických a geologických procesov prebiehajúcich v tuhom zemskom telese.

Naopak aj atmosféra vplývala na formovanie sa litosféry pri procesoch zvetrávania hornín, pôsobením vetra, vody a kolísaním teplôt. Kyslík v atmosfére je nevyhnutný pre existenciu živých organizmov. Atmosféra plní aj ochrannú funkciu. Pohlcuje veľkú časť ultrafialových lúčov vyžarovaných zo Slnka, ktoré môžu na mnohé organizmy pôsobiť smrtelne. Atmosféra vplýva svojím tepelným režimom a rozšírením zrážok na všetky činnosti človeka. V súčastnosti má však aj činnosť človeka stále vzrastajúci vplyv na zloženie atmosféry. Prvé predstavy o atmosférických procesoch, o podnebí a jeho zákonitostiach vznikli už v starom Grécku. Exaktné opisy podnebia sa objavili až v 17. a 18. storočí. V 18. storočí bola už známa odchýlka vetrov vplyvom zemskej rotácie. Začiatkom 19. storočia odvodili formulu barometrického merania výšok a vznikli prvé mapy izobar, ako aj synoptické mapy Európy. Nemecký prírodovedec A. Humboldt sa stal iniciátorom systematického opisu a objasňovania
podnebí na Zemi a zostavil prvé klimatické mapy. Celkom nové aspekty do výskumu atmosféry priniesla druhá polovica 20. storočia vďaka úspechom kozmonautiky.

Chemické zloženie atmosféry Zeme je odlišné od atmosfér iných planét (atmosféra Jupitera a Saturna sa skladá prevažne z vodíka a hélia, Marsa a Venuše z oxidu uhličitého). Zemská atmosféra sa skladá zo 78 % dusíka a 21 % kyslíka. Značné množstvo voľného kyslíka v atmosfére je prevažne výsledkom fotosyntetickej činnosti rastlín. Obsah vodných pár v atmosfére je veľmi premenlivý. Teplejší vzduch obsahuje oveľa viac vodných pár ako studený. Premenlivosť obsahu vodných pár v troposfére je výsledkom spolupôsobenia procesov výparu, kondenzácie a horizontálneho premiestňovania vzduchových hmôt. Výsledkom kondenzácie je tvorba oblakov a zrážky v podobe dažda, krúp a snehu. Významnou zložkov atmosféry je tiež CO2, hoci jeho podiel na celkovom zložení ovzdušia je iba 0,03 %. Premenlivosť jeho obsahu v atmosfére súvisí s procesmi fotosyntézy, priemyselným znečisťovaním ovzdušia a rozpustňosťou tohto plynu v morskej vode. V posledných desaťročiach sa množstvo oxidu uhličitého zvyšuje najmä v dôsledku priemyselných exhalátov a produkcie veľkých mestských aglomerácií. Hlavný zdroj fyzikálnych, chemických a biologických procesov je elektromagnetické žiarenie Slnka, ktoré cez atmosféru preniká na Zem. Atmosféra niektoré zložky slnečného žiarenia pohlcuje. Dlhovlnnú zložku absorbujú zväčša vodné pary a oxid uhličitý v troposfére a stratosfére. Krátkovlnnú zložku (najmä röntgenové a gama žiarenie) pohlcuje ozón, dusík (N) a molekulárny kyslík vo veľkých výškach.

Na zemský povrch sa dostáva iba 48 % energie slnečného žiarenia, dopadajúceho na vonkajšiu hranicu atmosféry. Naproti tomu však atmosféra chráni zem pred stratou tepla (tzv. sklenníkový efekt). Nerovnomerné ohrievanie atmosféry nad súšami a oceánmi v rôznych zemepisných šírkach zapríčiňuje nerovnomerné rozloženie tlaku vzduchu, čo vyvoláva pohyb vzduchu – všeobecnú cirkuláciu ovzdušia. Jej hlavnou zložkov je pohyb a výmena vzduchových hmôt medzi kontinentmi a oceánmi a jednotlivými časťami pevniny v horizontálnom i vertikálnom smere. Zemská rotácia a trenie zapríčiňujú vychýlenia vzduchových hmôt: severne od rovníka napravo, južne od rovníka sa hmoty vychyľujú naľavo. Okrem tejto všeobecnej tendencie je systém cirkulácie vzduchových hmôt veľmi zložitý. Niektoré z nich sú relatívne stále, iné sa ustavične menia v priestore i v čase. Pasáty,
ktoré vanú zo subtrobpických anticyklón k rovníkovej cyklóne, sú pomerne stále, ich poloha sa v priebehu roka mení nepatrne. Nad pasátmi prúdia vo voľnom ovzduší antipasáty. Medzi oceánom a pevninou vznikajú pomerne stále monzúny majúce sezónny charakter. V lete prúdia od oceánu k pevnine, v zime z pevniny na oceán. V miernych zemepisných šírkach prevládajú vzdušné prúdenia zo západu na východ. K nim patria cyklóny a anticyklóny rozprestierajúce sa na stách až tisícoch kilometroch. Vývoj počasia na väčšom území ovplyvňujú relatívne stále útvary tlakovej níže, respektíve výše, napríklad islandská cyklóna a azorská anticyklóna. V nižších vrstvách
atmosféry jestvujú okrem toho početné miestne cirkulácie, ktoré sú výsledkom nerovnakého ohrievania zemského povrchu a oceánu. Dlhodobý režim počasia, podmienený energetickou bilanciou, atmosferickou cirkuláciou a charakterom zemského povrchu, ako aj ľudskými zásahmi sa prejavuje v podnebí. Ubúdanie intenzity slnečného žiarenia smerom od rovníka k pólom je základom zonálnej diferenciácie atmosféry, hydrosféry, biosféry a čiastočne aj litosféry. Zonálnosť geosfér sa prejavuje najmä v podnebných pásmach. Azonálnym faktorom podrobnejšieho členenia geosfér sú vplyvy mora alebo ich absencia (oceánita, kontinentalita podnebia), reliéf (vysoké pohoria, rozľahlé nížiny), rastlinná pokrývka. Skleníkový efekt

Z dlhodobého hľadiska musí Zem vyžarovať do vesmíru rovnakémnožstvo energie, aké prijala zo Slnka. Slnečná energia dopadá na Zem vo forme krátkovlnového žiarenia. Časť tohto žiarenia je atmosférou a povrchom Zeme odrazená späť do vesmíru, avšak vačšia časť žiarenia atmosférou prechádza a je pohltená zemským povrchom.

Zem sa tejto energie zbavuje tým , že ju vyžaruje späť do vesmíru vo forme dlhovlnového (infra-červeného) žiarenia. Väčšinu infra-červeného žiarenia , ktoré Zem vysiela , pohltia v atmosfére vodné pary, kysličník uhličitý a iné prirodzene sa vyskytujúce "skleníkové plyny". Celkove tieto plyny spôsobujú zachytávanie energie 2,5 Watt na každý meter štvorcový povrchu Zeme, čo v globálnom rozmere zodpovedá priemernému tepelnému výkonu 300.000 atómových elektrárni. Skleníkové plyny zabraňujú tomu, aby energia zo zemského povrchu priamo prenikla do vesmíru. Namiesto toho rôznymi procesmi ako sú žiarenie, vzdušné prúdenie, vyparovanie, tvorba oblakov a zrážková činnosť, prenášajú energiu do vyšších vrstiev atmosféry. Tento pomalší, nepriamy proces nás vlastne chráni, pretože ak by Zem vyžiarila pohltenú energiu okamžite po prijatí, stala by sa chladnou a bez života podobne ako napr. Mars.

Uvoľňovaním skleníkových plynov do atmosféry zväčšujeme jej schopnosť pohlcovať infra-červené žiarenie, a tak narušujeme rovnováhu, ktorú zabezpečuje podnebie medzi opadajúcou a vyžarovanou energiou. Zdvojnásobenie koncentrácie skleníkových plynov v atmosfére (čo sa predpokladá začiatkom budúceho storočia) by znamenalo zníženie rýchlosti vyžarovania energie našej planéty do vesmíru o 2%. Energia sa však nemôže hromadiť - môže sa len meniť z jednej formy na druhú. Preto sa podnebie bude musieť tomuto vývoju prispôsobiť a nadbytočnej energie sa zbaviť. Aj keď sa 2 % nezdajú tak veľa, je potrebné si uvedomiť, že rýchlosť s akou sa atmosféra zohrieva predstavuje príspevok 3 milióny ton ropy spálenej každú minútu. Vedci sú presvedčení, že našim pričinením dochádza k závažnej zmene energetického "stroja" , ktorý riadi klimaticky systém. Je zrejmé, že príroda sa s týmito zmenami vyrovná, dôsledky pre ľudstvo však môžu byť katastrofálne.

Skleníkový efekt spôsobujú skleníkové plyny. Tieto plyny dovoľujú slnečnému krátkovlnnému žiareniu, ktoré vnímame ako viditeľné svetlo, prejsť atmosférou a zahriať tak zemský povrch. Keď je povrch zahriaty na určitú teplotu, vydáva sám dlhovlnné žiarenie, označované ako infračervené. Časť infračerveného žiarenia pohltia práve skleníkové plyny a časť žiarenia uniká atmosférou späť do vesmíru, odkiaľ vlastne predtým slnečné lúče prišli. Takéto chemické diery, ktorými energia zo zemského povrchu uniká, nazývame radiačné okná. Činnosť ľudí môže dosť podstatne ovplyvniť príjem a výdaj tepla, dôjde k otepleniu zemskej atmosféry.

Do atmosféry totiž uniká stále viac oxidu uhličitého a ďalších plynov, ktoré dokážu zavrieť radiačné okná.

Hlavné sklenníkové plyny

OXID UHLIČITÝ - predstavuje súčasť prirodzeného cyklu uhlíka medzi atmosférou, oceánmi, zemským povrchom a organizmami. Až tri štvrtiny emisií (látok), vypúšťaných z nejakého zdroja / oxidu uhličitého, ktoré má na svedomí civilizácia, pochádza zo spaľovania uhlia, ropy, zemného plynu a bridlíc. Rastliny pohlcujú tento plyn pri unikátnom procese nazývanom fotosyntéza. V období 1990-1995 stúpli emisie uhlíka, ktorý vedie k tvorbe oxidu uhličitého v atmosfére o 113 milión ton a celosvetovo dosiahli 6 miliárd ton v roku 1995, pričom ďalších 1,6 miliardy ton pochádza z odlesňovania. A keby nedošlo k ekonomickému poklesu v postkomunistických krajinách tento nárast by bol vyšší o 400 až 500 milión ton.
Rozdiely v emisiách skleníkových plynov sú medzi jednotlivými krajinami obrovské. V USA pripadá na jedného obyvateľa 5,3 ton uhlíka ročne, na Slovensku 2,8 tony, v Japonsku je to 2,4 tony ale v Indii predstavujú emisie len 0,2 tony.

OZÓN - väčšina molekúl kyslíka v atmosfére obsahuje dva atómy kyslíka. Takýto kyslík sa nazýva dvojatómový a tvorí 20,95 % našej atmosféry. Dva atómy kyslíka sa môžu za určitých podmienok rozštiepiť slnečným žiarením a keď sa každý atóm spojí s dvojatómovým kyslíkom vzniká ozón. Asi 90% ozónu v atmosfére sa nachádza v stratosfére, čo nie je nič iného než pás ovzdušia 15 až 50 km nad našimi hlavami. Táto ozónová vrstva pohlcuje škodlivé a pre ľudský organizmus dokonca v určitých koncentráciách priamo nebezpečné ultrafialové žiarenie. vyššie hodnoty ultrafialového žiarenia, ktoré v dôsledku stenšujúcej sa ozónovej vrstvy dopadajú priamo na zemský povrch, môžu poškodiť planktón v moriach, jazerách, riekach a taktiež rastliny pohlcujúce oxid uhličitý.

OXID DUSNÝ - pochádza hlavne z vegetácie v prírode, ale v súčasnosti ho do ovzdušia vypúšťajú stále vo väčšom množstve automobily a elektrárne na fosílne palivá. V atmosfére zostáva až 150 rokov, pomaly stúpa do stratosféry a tam narušuje ozón.

CHLOROFLUOROUHLOVODÍKY / FREÓNY / - majú široké uplatnenie v domácnostiach a v priemysle. Na rozdiel od iných organických látok nie sú horľavé a nie sú jedovaté pre iné organizmy. V atmosfére môžu zostať 130 rokov a v priebehu tejto doby dokážu zničiť až
100 000 molekúl ozónu. Do ovzdušia sa dostáva takmer 90% vyrobených freónov.

METÁN - produkujú ho hlavne baktérie, ktoré žijú v rozmanitých bažinatých krajinách, na ryžových poliach, skládkach odpadov a črevách zvierat. Uniká tiež z plynovodov a hlbinných šácht.

Stúpajúcu koncentráciu metánu v ovzduší spôsobuje pribúdanie obyvateľstva na našej Zemi.

Čo sa presne stane, ak bude pokračovať nadmerná tvorba skleníkových plynov, nevie presne dnes nikto. Väčšina odborníkov sa zhoduje na tom, že teplota stúpne o 1,5 až 2,5 stupňov Celzia, čo ovplyvní podnebie, úroveň morskej hladiny a poľnohospodárstvo.

Predpokladané následky

PODNEBIE - v dôsledku skleníkového efektu môžu byť letá ešte teplejšie a zimy chladnejšie. V osemdesiatych rokoch zažil svet päť najteplejších rokov od doby, odkedy sa teplota sleduje. Očakáva sa , že pre severné oblasti môže byť oteplenie priaznivé, zatiaľ čo v tropickom a v subtropickom pásme by mohlo znamenať zvýšené nebezpečie sucha, inde zase zvýšený výskyt tajfúnov a povodní.
Očakáva sa, že vyššie teploty v budúcnosti spôsobia zvýšenie vyparovania vody z rastlín, pôdy, morí a oceánov, čo nevyhnutne povedie k zvýšenej zrážkovej činnosti, podľa princípu: "čo ide
hore musí ísť aj dole". Klimatické modely predpovedajú nerovnaký dopad týchto zmien pre rôzne regióny.

HLADINA MORÍ - v dôsledku oteplenia stúpla hladina svetových oceánov o 10 až 15 cm, zatiaľ čo hladiny jazier a riek sa znižujú. Pevninské ľadovce a vrcholky horských velikánov s večným ľadom sa začnú rýchlejšie topiť a v dôsledku toho môže morská hladina v nasledujúcich 100 rokoch stúpnuť o 50 až 200 cm. To stačí k tomu, aby boli zaplavené niektoré oblasti. Pod vodou by zmizla veľká časť Holandska, Londýn bude ohrozený a zatopených by bolo takmer 15 % územia Bangladéšu. O strechu nad hlavou by razom prišlo približne 200 miliónov obyvateľov jedného z najchudobnejších štátov sveta.

Vedci predpokladajú, že zvýšenie priemernej teploty vzduchu o 3 stupne Celzia do roku 2030 by mohlo mať tragické následky. Takýto nárast teploty by si vyžadoval, aby sa rýchlosť zmien prírodných systémov zvýšila 10 až 60 krát v porovnaní so zmenami po skončení doby ľadovej pred 12 000 rokmi. Dnes nevieme, čí ekosystém, s ktorým sme nerozlučne spojení, je schopný takéto rýchle zmeny zvládnuť. Následky pre ľudí by však mohli znamenať katastrofu v podobe nedostatku jedla, častejších záplav, straty zdrojov pitnej vody, ekonomického kolapsu, zvýšeného počtu environmentálnych utečencov a tiež aj narastajúceho medzinárodného napätia.

"Až zomrie posledný strom a bude otrávená posledná rieka
zistíme, že peniaze sa nedajú jesť."

Autor: Matúš Švanda.