Légkör.

Az előadások a következő témára: "Légkör."— Előadás másolata:

1 Légkör

2 Fogalma A légkör vagy atmoszféra egy égitest felszínét körülvevő gázburok. Felső határa nem egyértelműen meghatározható. Legkülső rétege ugyanis éles határ nélkül megy át a bolygóközi térbe. Azt mondhatjuk, hogy a légkör mindazon gázmolekulák összessége, melyeket a Föld forgása során magával visz. A légkört termikus jellemzői alapján is feloszthatjuk. Ez a felosztás látható lentebb az ábrán. A légkört a gravitáció tartja meg az égitest körül. A légkör nagyságát a gravitáció erőssége és a felszíni hőmérséklet is befolyásolja. Néhány bolygó nagyrészt gázból áll, és hatalmas légkörük van, ezek a gázbolygók.

3 Légkörrel rendelkező égitestek a Naprendszerben
A Naprendszerben a Földnek, a Vénusznak, a Marsnak, a Plútónak és három holdnak – Titán, Enceladus (Szaturnusz) és Triton (Neptunusz) – van jelentős légköre a gázbolygókon kívül. Több más égitesten is van ritka légkör (Hold, Merkúr, Európa, Io).

4 Részletesebben Merkúr – időszakos légkör, amelyet főleg a napszél részecskéi alkotnak; Vénusz – a kőzetbolygók közül a Vénusznak van a legvastagabb légköre; Föld – nitrogénban gazdag levegő; Mars – vékony szén-dioxid légkör; Jupiter – az gázbolygókra jellemző légkör; Europé – ritka oxigén légkör; Titán – az egyetlen hold a Naprendszerben, amely jelentős légkörrel rendelkezik;

5 A Föld légkörének összetétele egyáltalán nem hasonlít más bolygókéhoz
E tekintetben a Vénusz és a Mars adódik összehasonlítási alapként. Azonban elméleti úton is kiszámítható, hogy milyen lenne a Föld légkörének összetétele kémiai egyensúly esetén. Egy ilyen modell számításai alapján a Föld légköre tényleg hasonlítana a Mars és a Vénusz légköréhez. Legnagyobb mennyiségben szén-dioxid alkotná, oxigén csak nyomokban lenne fellelhető. Nitrogént nem tartalmazna, mivel az a tengerekben oldódva nitrátként jóval stabilabb, mint a légkörben dinitrogén molekulaként. Egy ilyen légkör a magas üvegházhatás miatt az élet számára elviselhetetlenül magas hőmérsékletet tartana fenn. A Föld légkörének ettől az állapottól való eltérése elsősorban a bioszféra (az élőlények összessége) működéseinek köszönhető. Ezen kívül antropogén hatások is kimutathatók: például a CFC-k (Klórozott-fluorozott szénhidrogének) jelenléte, a szén-dioxid és metán kibocsátásának növekedése

6 Összetétel Ha a vizet nem számítjuk, a levegõ a következõkbõl áll:
78.08 % nitrogén (N2) 20.95% oxigén (O2) 0.93% argon Ez a három gáz alkotja a száraz levegõ %-t. Mi van a széndioxiddal, metánnal, ózonnal, szénhidrogénekkel és más levegõben lévõ gázokkal, amikrõl már valószínûleg hallottál? A széndioxidból található a legtöbb ezek közül a nyomgázok közül, a levegõ mintegy %-a. Minden más gáz kisebb mennyiségben található. Minden egymillió molekula közül többnyire kevesebb, mint egy molekula a többi gáz. Mindamellett, nagyon fontosak az éghajlatunkban.

7 Biogeokémiai funkciók
Nitrogén :légnyomás; oxigén túl magas arányának elkerülése (öngyulladás megakadályozása Oxigén:élővilág hatékony oxidatív energianyerésének lehetővé tétele Szén-dioxid: fotoszintézis lehetővé tétele; az éghajlat jelenlegi hőmérsékletének biztosítása Metán :oxigén tartalom szabályozása Dinitrogén-oxid:oxigén tartalom szabályozása Ammónia:pH szabáyozás Kén-dioxid, Kénhidrogén:kén körforgás

8 A légkör kiterjedése Az ég felé nézve, könnyen túlbecsülhetjük a légkör vastagságát, ez valójában egy nagyon vékony réteg a Föld fölött. Ha repülõgéppel utazunk km magasságban (ez a troposzféra és a sztratoszféra határán található), körülbelül a levegõben lévõ molekulák 75 %-a található alattunk. Ez azt jelenti, hogy az a légköri réteg, ami a Föld átmérõjének (12800 km) kevesebb, mint egy ezredrésze, a teljes légkör tömegének ¾-részét tartalmazza. Összehasonlítva, ez megfelel kevesebb, mint egy centiméter hórétegnek egy négyemeletes épületen. Ebben a rétegben felhõk képzõdnek, és minden idõjárási esemény itt zajlik.

9 Felosztása

10 A légkör szerkezete 1. Kémiailag:
homoszféra (0-100km-ig): a légkörnek az az alsó része, ahol kémiai összetétele nem változik; heteroszféra (100 km felett): a légkör anyagai súlyuk szerint rendeződnek. 2. Elektromosság szempontjából: neutroszféra ( km-ig): a légkör elektromosan semleges alsó zónája; ionoszféra (70 km felett): a légkör felső rétege, ahol a gázok egy része ionizált állapotban van. Az ionizációt a Napból érkező ultraibolya- és röntgensugárzáshozza létre. 3. Hőmérséklet szempontjából: troposzféra (0-10km): felfelé csökken benne a hőmérséklet, átlagosan 100 méterenként 0,5 °C-kal. Felső határán -58 °C van. tropopauza: átmeneti réteg a troposzféra és a szratoszféra között; sztratoszféra (10-50 km): alsó részén a hőmérséklet nem változik, felső részén növekszik. Felső határán kb. 0 °C van. sztratopauza: átmeneti réteg a sztratoszféra és a mezoszféra között; mezoszféra (50-80 km): a hőmérséklet felfelé haladva csökken, felső határán kb °C van. mezopauza: átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között; termoszféra (80- kb. 500 km): a hőmérséklet intenzíven nő, felső határán °C van. termopauza: átmeneti réteg a termoszféra és az exoszféra között; exoszféra (kb. 500 km felett): átmeneti tartomány a légkör és a bolygóközi anyag között, állandó magas, 1500 °C körüli hőmérséklet.

11

12 A hõmérsékleti profil és a légköri rétegek
Nem láthatjuk a légköri rétegeket a szemünkkel, de a hõmérsékleti trendben számos változást tudunk mérni, ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszínétõl. Ezek a hõmérsékleti trendben lévõ változások határozzák meg a légköri rétegeket: A troposzféra, a legalacsonyabb légköri réteg, ahol a hõmérséklet csökken a magassággal.A sztratoszférában, a felsõ légkörben, a hõmérséklet növekszik a magassággal.A sztratoszféra fölött található a mezoszféra, itt a hõmérséklet csökken a magassággal.A termoszféra a legmagasabb légköri réteg, és itt a hõmérséklet a magassággal emelkedik

13 A fény és a levegõ kölcsönhatása
A napenergiát elnyeli a földfelszín, azaz a szárazföld s az óceánok, ezen utóbbiak többet. Hõvé alakítják, és végül is magasabbra menve a tengerszinttõl csökken a hõmérséklet. Ez az a folyamat, ami szabályozza a hõmérsékleti trendet a troposzférában. 

14 Hullámhossz A levegõ melegebbé válik, ha a levegõmolekulák közvetlenül a Napból képesek energiát elnyelni. A sztratoszférában, az ózonrétegben lévõ ózon molekulák azok, amik elnyelik az energiát. Ezen molekulák tulajdonságai nagyon fontosak az éghajlatunkban. A molekulák által elnyel energia mennyisége függ magától a molekulától és a sugárzás hullámhosszától (energiájától).

15 Leírva A mikrohullámoknak kicsi az energiája. A molekulákat forgásra késztetik, de nem tudják felbontani a kémiai kötéseket. Az infravörös sugárzás (IR) egy kicsit erõsebb. A molekulákat megrezegteti. Az atomok kilendülnek és a kötések hossza megváltozik. Ez akkor történik, amikor az üvegházgázok felfogják a földfelszín által kibocsátott hõsugárzást. Az ultraibolya sugárzásnak (UV) még több energiája van, és képes felbontani a kémiai kötéseket. Ez történik akkor, amikor az ózonrétegben lévõ ózon elnyeli a Napból érkezõ energiát.

16 Ózonpajzs Ozonoszféra: a sztratoszférában és a mezoszféra alsó részében elhelyezkedő réteg, amelyben ózon (O3) található. Az ózon oxigén-molekulákból (O2) képződik ultraibolya-sugárzás (UV) hatására:

17 Termoszféra A sztratoszférikus ózon által a Napból érkezõ energia abszorpciója a napenergiát ebben a rétegben tartja, s ez az oka annak, hogy a hõmérséklet a sztratoszférában növekszik a magassággal. Ez hasonló ahhoz a folyamathoz, ami a termoszférában fordul elõ, de ott az oxigén és a nitrogén az, ami elnyeli a Napból származó még nagyobb energiájú sugárzást. Az sugárzásnak akkora energiája van, hogy nemcsak felbontja a kémiai kötéseket, hanem töltött atomokat és molekulákat hoz létre, amiket ionoknak hívnak. Ezért ezt a réteget ionoszférának is nevezik. Rádióhullámokat visszaveri.

18 A levegő felmelegedése, üvegházhatás
A légkör a földfelszín közvetítésével alulról melegszik fel. elektromágneses sugárzás: Max Planck törvénye szerint minden 0 °K-nél (-273 °C) magasabb hőmérsékletű test elektromágneses sugárzást bocsát. A sugárzás hullámhossza és energiája között fordított arányosság van.

19 Az elektromágneses sugárzás hullámtartománya (spektruma):
rádióhullámok mikrohullámok infravörös sugárzás látható sugárzás látható fénysugárzás ultraibolya sugárzás röntgensugárzás gammasugárzás

20 Sugárzás napállandó (szoláris állandó): a napsugárzás a ritka, bolygóközi térben lényegében veszteség nélkül terjed, így jut el a légkör külső határára. A légkör külső határán 1m2 felületre kb. 1360W energiamennyiség érkezik. Ez a napállandó. besugárzás (inszoláció): a földfelszínre ténylegesen beérkező közvetlen és szórt sugárzás összessége. Ez lényegesen kevesebb mint a légkör külső határára érkező sugármennyiség (kb. a fele), mert a légkör anyagai a Napból érkező sugarak egy részét elnyelik, szórják, visszaverik. a földfelszín hatása: a földfelszínre beérkező napsugarak nagyobbik része elnyelődik, és így felmelegíti a földfelszínt, azaz a földfelszín molekuláinak hőmozgásává alakul, kisebbik része pedig visszaverődik onnan. A földfelszín visszaverő képessége az albedó. (Minél világosabb a földfelszín, annál nagyobb az albedója, visszaverő képessége.) kisugárzás: a besugárzástól felmelegedett földfelszín hősugarakat bocsát ki magából. Minél melegebb a földfelszín, annál nagyobb a kisugárzás.

21 Üvegházhatás a légkör a Napból érkező rövidebb hullámhosszú sugarakat, mivel ezek viszonylag nagy energiájúak, jól átengedi. Ezeket a földfelszín elnyeli, és felmelegszik tőlük. A felmelegedett földfelszín hosszabb hullámú hősugarakat bocsát ki, amelyeket - mivel ezek viszonylag kis energiájúak - a légkör egyes anyagai nagy mértékben elnyelnek illetve visszavernek. Ezzel a légkör a kisugárzás jelentős részét visszatartja. Ezt a hővisszatartó képességet üvegházhatásnak nevezzük. Az üvegházhatásban részt vevő anyagok az üvegház-gázok, amelyek közül a vízgőz és a CO2 a legjelentősebb. Légkör nélkül üvegházhatás sem volna, ekkor a kisugárzási veszteség miatt a földfelszín hőmérséklete átlagosan -30 °C lenne. Az emberi tevékenység jelentős mértékben juttat CO2-ot és más üvegház-gázokat (pl. NO2, CH4) a légkörbe, ami fokozza az üvegházhatást, ezzel hozzájárul a globális felmelegedéshez.

22 Víz a légkörben A földi vízkészlet 0,001%-a (kb km3) található a légkörben. A légköri víz nagy része (95%-a) légnemű, de cseppfolyós és szilárd halmazállapotban is megtalálható. A légköri víz állandóan változtatja halmazállapotát:

23 Körforgás

24 abszolút (tényleges) vízgőz-/páratartalom
Azt fejezi ki, hogy egy m3 levegőben hány gramm vízgőz található. Mértékegysége: g/m3. Az abszolút vízgőztartalom szoros összefüggésben van a levegő hőmérsékletével. Adott hőmérsékletű levegő csak meghatározott mennyiségű vízgőzt tud befogadni. Például a 10°C-os levegő maximálisan 9 g/m3 vízgőzt tud befogadni. (Természetesen tartalmazhat ennél kevesebbet is, de többet semmiképpen.)

25 Telítettség Amikor egy adott hőmérsékletű levegőben annyi vízgőz található, amennyit az maximálisan befogadni képes, telített levegőről beszélünk. Ha például a 10°C-os levegő éppen 9g/m3 vízgőzt tartalmaz, akkor telített. Ha ennél több vízgőz kerülne bele, akkor az már nem lehetne jelen gáz halmazállapotban, hanem csak folyékony formában, azaz kicsapódna belőle.

26 relatív vízgőz-/páratartalom
Amikor kiszámítjuk, hogy adott hőmérsékleten az adott vízgőztartalom hány %-a a telítési értéknek, akkor a relatív vízgőztartalmat (relatív nedvességet) kapjuk meg. Ha például a 10°C-os levegő éppen 9g/m3 vízgőzt tartalmaz, akkor a relatív páratartalma 100%, ha ugyanez a 10°C-os levegő csak 4g/m3 vízgőzt tartalmaz, akkor a relatív páratartalma 44,4%.

27 A különböző hőmérsékletű levegő telítettségi értékeit táblázatban szokták megadni
a levegő hőmérséklete (°C) -25 -15 -10 5 10 15 20 25 30 40 abszolút páratartalom(g/m3) 0,7 1,5 2 7 9 13 17 23 52

28 Harmatpont (telítési hőmérséklet)
Általában a levegő hőmérséklete gyorsabban változik, mint a páratartalma, ezért leggyakrabban a levegő úgy válik telítetté, hogy az adott páratartalmú levegő lehűl és ha eléri azt a hőmérsékletet, amelyen telítetté válik, akkor azt mondjuk, elérte a harmatpontot. (Azaz, ha tovább hűl, akkor a benne lévő vízgőz egy része kicsapódik pl. harmat formájában.)

29 Kondenzációs magvak Ha a levegő hőmérséklete a harmatpont alá süllyed, tehát a levegő lehűl, akkor megkezdődik a vízgőz kicsapódása. Ha a kondenzáció a szabad légtérben történik, akkor a levegőben található porszemek, sókristályok és egyéb aeroszolok, összefoglaló néven kondenzációs magvak felületére csapódik ki a víz.

30 Köd Ha a fent említett folyamat (kondenzáció) a földfelszín közelében játszódik le, akkor köd keletkezik. Ha derült éjszakán a földfelszín kisugárzása miatt hűl le harmatpont alá a levegő, akkor kisugárzási ködről, ha télen az erősen lehűlt földfelszín fölé magasabb vízgőztartalmú, meleg levegő áramlik és az hűl le, akkor áramlási ködről beszélünk.

31 Felhő Ha a kondenzáció nagyobb magasságban játszódik le, akkor felhő képződik. A felhőképződéshez tehát szintén a levegő lehűlése szükséges, amely a levegő felemelkedésével valósul meg. Ha a felemelkedő és lehűlő levegő eléri a harmatpontot, akkor megkezdődik a felhőképződés. (Nyugalomban lévő levegő hőmérséklete fölfelé 100 méterenként 0,5 °C-kal csökken.

32 A fölfelé áramló levegő hőmérséklete a harmatpont eléréséig 100 méterenként 1°C-kal,a harmatpont elérése után - mivel a kondenzáció hőtermelő folyamat - már csak 100 méterenként 0,5 °C-kal csökken.)

33

34

35