Aardatmosfeer
De aardatmosfeer of dampkring is de atmosfeer of lucht om de aarde.
De atmosfeer is door de zwaartekracht aan de aarde gebonden en neemt ook deel aan de aardrotatie. De atmosfeer is van essentieel belang voor het leven op aarde; zonder atmosfeer zou het leven op aarde niet mogelijk zijn. De atmosfeer tempert het zonlicht en beschermt tegen schadelijke straling zoals ultraviolette straling. In de atmosfeer speelt zich ook het weer af dat met de zeestromen de energiebalans van de aarde in stand houdt.
Samenstelling
| Droge atmosfeer | |
|---|---|
| N2 Stikstof | 78,08% |
| O2 Zuurstof | 20,95% |
| Ar Argon | 0,93% |
| CO2 Koolstofdioxide | 0,038% |
| Sporengassen | |
| Ne Neon | 0,0018% |
| He Helium | 0,00052% |
| CH4 Methaan | 0,00022% |
| Kr Krypton | 0,0001% |
| N2O Lachgas | 0,00005% |
| H2 Waterstof | 0,00005% |
| Xe Xenon | 0,000008% |
| Overige | 0,001% |
| Niet in droge atmosfeer | |
| H2O Waterdamp | 0% tot 7% |
De aardatmosfeer bestaat uit een mengsel van verschillende gassen. De volumeverhoudingen van die gassen in de onderste lagen van de atmosfeer, tot op ongeveer 90 km hoogte, zijn op het aandeel van waterdamp na, vrijwel constant. Toen de aarde nog maar net bestond was het aandeel koolstofdioxide in de atmosfeer veel hoger dan nu. Dit kwam onder andere door de uitstoot van dit gas uit vulkanen. Na het verschijnen van fotosynthetiserende organismen werd het aandeel koolstofdioxide veel lager, en het aandeel van zuurstof veel hoger. Dit maakte meercellig leven mogelijk, omdat voor veel meercelligen zuurstof een essentiële voorwaarde is om te kunnen ademen. Vandaag de dag wordt het zuurstofgehalte in stand gehouden door groene planten en algen in de oceanen. Beide hebben daarin een ongeveer even groot aandeel. De eigenschappen en chemische samenstelling van de aardatmosfeer is onderwerp van de atmosfeerchemie.
Water
Het gehalte aan water in de atmosfeer is sterk wisselend. Het komt voor als waterdamp en in mist, wolken en neerslag in vloeibare en vaste vorm. Water heeft een grote invloed op de energiebalans en speelt een rol bij het broeikaseffect waardoor warmte goed wordt vastgehouden. Water en waterdamp spelen, middels verdamping en condensatie, tevens een belangrijke rol bij het warmtetransport tussen verschillende luchtlagen en door luchtstromingen bij het warmtetransport van warmere delen op aarde naar koelere streken. Bijna alle waterdamp en water in de dampkring bevindt zich in de troposfeer.
CO2
Van 1959 tot 2016 is de hoeveelheid CO2 met 26% toegenomen van 316 ppm tot 404 ppm.[1] Het volumepercentage van CO2 is daarmee met 0,0088%-punt gestegen naar 0,0404%.
Het massa-aandeel van CO2 in de atmosfeer is circa 0,1%. Dat is hoger dan het volume-aandeel, omdat de molecuulmassa van CO2 hoger is (ongeveer 44 gram/mol) dan die van stikstof (ongeveer 28 gram/mol) en zuurstof (ongeveer 32 gram/mol).
Sporenstoffen
Een klein deel van de atmosfeer bestaat uit sporenstoffen of aerosol. In de troposfeer zijn deze voornamelijk afkomstig van het aardoppervlak. Dit kan vulkaanas zijn, maar ook zand en stof dat door de wind uit droge gebieden over zeer grote afstanden over zee kan worden gevoerd. Zo is zand uit de Sahara aangetroffen tot boven de Antillen, de Britse eilanden, Nederland en Scandinavië en is stof uit de Australische woestijn aangetroffen boven de Timorzee en Tasmanzee.
Door opwaaiende golven en daaropvolgende verdamping wordt zout in de lucht gebracht. Door uranium en thorium in de bodem worden radioactieve deeltjes in de atmosfeer gebracht. In minimale hoeveelheden bevindt zich ook meteoorstof in de troposfeer. Het verkeer, de industrie en bosbranden brengen veel verontreinigingen in de atmosfeer. Het aantal aerosoldeeltjes is zeer veranderlijk en varieert van zo'n 1000 deeltjes per cm³ boven de oceanen tot meer dan 100.000 deeltjes per cm³ boven stedelijke gebieden. Deze deeltjes kunnen dienstdoen als condensatiekern. Verwijdering van de verontreinigingen uit de atmosfeer kan op twee manieren plaatsvinden: droog door vegetatie en nat (zo'n 80 tot 90% van de filtering) via uitregenen.
Boven de 90 km verandert de samenstelling van de lucht door fotodissociatie. Hierbij vallen onder invloed van de ultraviolette straling moleculen O2 en N2 uiteen in atomen en ionen.
Stromingen
De stromingen in de atmosfeer worden voornamelijk gedreven door warmteverschillen. Astronomische factoren hierbij zijn de verschillen in de hoogte van de zon, de duur van de dag en de afstand van de aarde tot de zon. Door het verschil in hoogte van de zon valt het zonlicht rond de polen op een groter gebied dan rond de evenaar. Daarom is de insolatie, de hoeveelheid licht die op een stukje aardoppervlak invalt, en daarmee de opwarming van het aardoppervlak rond de evenaar veel hoger. Geografische factoren zijn de land-zee-ijs-verdeling, het reliëf van het aardoppervlak en de hoogte boven zeeniveau. Land warmt sneller op dan water, maar koelt ook sneller af. De zon warmt niet zozeer de atmosfeer op, maar vooral het aardoppervlak. Deze warmt daarna de lucht op. De luchttemperatuur zal dus sterker variëren boven land dan boven zee.
De warmteverschillen resulteren in een verschil van luchtdruk. De resulterende algemene circulatie, het geheel van atmosferische stromingen tussen lagere en hogere breedten en tussen de oceanen en continenten, verzorgt het warmtetransport over de aarde, waardoor een herverdeling plaatsvindt. In het klassieke model is er sprake van drie circulatiecellen: Hadleycellen, Ferrelcellen en polaire cellen. Deze cellen verschuiven met de seizoenen. Dit model is echter een grote versimpeling gebleken. Hoewel de cellen de meest gebruikelijke windrichting weergeven, zijn luchtstromingen lastig in een eenvoudig model te vangen. Een groot deel van de tijd kan de stroming ook anders zijn.
Lagen
De temperatuur van de atmosfeer varieert met de hoogte. Op basis hiervan wordt vaak een indeling van de atmosfeer in lagen gemaakt. Deze lagen zijn gescheiden door pauzes, die de bovengrens van elke laag vormen. Deze grenzen verlopen over het algemeen niet scherp. De hoogtes zijn niet overal op aarde gelijk en variëren ook met de dagelijkse en jaarlijkse gang. Op de polen liggen de grenzen vaak lager dan op de evenaar. De uiterste grens ligt op zo'n 10.000 km.[2]
- troposfeer - 0 - 6/18 km, temperatuur neemt af met de hoogte
- stratosfeer - 6/18 - 50 km, temperatuur neemt toe met de hoogte
- mesosfeer - 50 - 80/85 km, temperatuur neemt af met de hoogte
- thermosfeer - 80/85 - 640-700 km, temperatuur neemt toe met de hoogte
- exosfeer - 700-800 tot 10.000 km
De grenzen tussen deze lagen heten de tropopauze, stratopauze en mesopauze. Daarnaast zijn er in de lagen nog onderverdelingen te maken op basis van bepaalde eigenschappen. Zo is in de stratosfeer de ozonlaag te vinden, terwijl de onderste laag van de magnetosfeer, de ionosfeer, zich in de thermosfeer bevindt en overdag ook in de mesosfeer.
Luchtdruk en hoogte
| Gemiddeld drukverloop met de hoogte | |||
|---|---|---|---|
| hoogte in m | druk in hPa | ||
| 0 | 1013 | ||
| 1500 | 850 | ||
| 3000 | 700 | ||
| 5500 | 500 | ||
| 9000 | 300 | ||
| 12000 | 200 | ||
| 16000 | 100 | ||
Op zeeniveau is de luchtdruk gemiddeld zo'n 1013 hPa, maar deze varieert meestal van 940 tot 1060 hPa. De tot 2019 gemeten hoogste waarde bedroeg 1084,4 hPa, gemeten in december 2011 in Tosontsengel in Mongolië.[3]
De dichtheid en samenstelling van de lucht zijn hierbij de voornaamste factoren. Op zeeniveau is de dichtheid ongeveer 1,3 kg/m³, maar op 5500 m neemt deze af tot 0,7 kg/m³ en op 11 km is deze nog slechts 0,4 kg/m³. De luchtdruk neemt ook af met de hoogte door het kleinere aantal botsende gasmoleculen.
Standaardatmosfeer
In de werkelijke atmosfeer veranderen luchtdruk, temperatuur en dichtheid voortdurend. Om in onder meer de luchtvaart en de wetenschap toch zaken met elkaar te kunnen vergelijken, is de standaardatmosfeer ingevoerd. Dit is een theoretisch model van de atmosfeer, waarbij de druk, temperatuur en luchtvochtigheid een vaste grootte hebben, afhankelijk van de hoogte boven het aardoppervlak. Daarmee liggen ook grootheden als de viscositeit en de dichtheid vast.
Zie ook
Bronnen, noten en/of referenties
|
 |
Zie de categorie Earth's atmosphere van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp. |