Légkör
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 az adott égitest forgása során magával visz. A Föld légkörét összetétel alapján két nagy részre oszthatjuk: a nagyjából homogén összetételű, a légkör nagy részét kitevő homoszférára, és az ettől eltérő, héliumot illetve legkülső rétegben hidrogént tartalmazó heteroszférára. 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.
Az atmoszféra szó a görög atmosz (ἀτμός: gőz, pára) és szféra (σφαῖρα: golyó, gömb) összetételéből származik.[1]
A Föld, a Mars és a Vénusz légkörének összehasonlítása
[szerkesztés]| Térfogattört, % | Föld | Mars | Vénusz |
|---|---|---|---|
| Szén-dioxid | 0,041[2] | 95,3 | 96,5 |
| Nitrogén | 78,084 | 2,7 | 3,5 |
| Oxigén | 20,946 | 0,13 | 0 |
| Argon | 0,934 | 1,6 | 0,007 |
| Egyéb jelentős összetevők | Lásd: külön táblázatban | Szén-monoxid, vízgőz, metán, nemesgázok | Kén-dioxid (150 ppm), szén-monoxid, vízgőz, nemesgázok |
| Felszíni nyomás, bar | 1,01 | 0,0061 | 93 |
| Kiterjedés (körülbelüli érték, km) | 500 | 200 | 250 |
A Föld légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
[szerkesztés]Felfedezése
[szerkesztés]Léon Teisserenc de Bort lett kinevezve 1892-ben a francia Nemzeti Meteorológiai Adminisztrációs Központ élére. Hamar felismerte, hogy az időjárás előrejelzéséhez nem elég a legfeljebb 3–4 km magasságig emelkedő hőlégballonok által szolgáltatott adatmennyiség. Akkoriban ennél magasabbra nem emelkedhettek az embert szállító léggömbök, mert feljebb nem volt elég oxigén a légzéshez.
1895-ben otthagyta állását, és versailles-i villájában teljes idejében nagy magasságot elérő léggömböket tervezett és szerkesztett. A következő öt évben Teisserenc de Bort egy általa tervezett kosarat használt a mérőműszerek felvitelére, amik között olyan hőmérő és nyomásmérő is volt, ami a mért adatokat rögzítette. Arra is gondolt, hogy a ballon emelkedése után a műszereket egy ejtőernyő segítségével biztonságosan visszahozza a földre, hiszen az adatok csak így voltak hozzáférhetők.
A műszereket tartalmazó, ejtőernyővel leereszkedő kosár követése még távcsővel is nehézségekbe ütközött, előfordult, hogy a csomagot nem találta meg, vagy az folyóba, tóba esett. Az is előfordult, hogy az ejtőernyő nem működött megfelelően, és a műszerpark összetört.
Mindezek ellenére Teisserenc de Bort kitartott, és megállapította, hogy a levegő hőmérséklete 6,5 °C-kal csökken kilométerenként (ahogyan ez várható is volt). 11 km-es magasságnál azonban a csökkenés megállt és –53 °C állandó értéken maradt 15 km-ig (az általa használt léggömbök nagyjából eddig tudtak emelkedni).
Eleinte Teisserenc de Bort nem hitte el, hogy a hőmérséklet csökkenése meg tud állni, arra gondolt, hogy nagy magasságban a Nap melegítő hatása jobban érvényesül, és ez okozza a csökkenés megállását. Emiatt elkezdte éjszaka felbocsátani a léggömbjeit, hogy ezt a hatást kiküszöbölje. Azonban a mérések éjszaka is azonosak voltak, a hőmérséklet csökkenése megállt 11 km-es magasságnál.
234 kísérlet után Teisserenc de Bort megállapíthatta, hogy a mérései pontosak és ez azt jelenti, hogy a légkör legalább két elkülönülő részből áll: a felszíntől kezdve 11 km-es magasságig terjedő rétegben a hőmérsékletváltozások hozzák létre az áramlásokat, a felhőket, a szelet és végső soron az időjárást. E fölött egy állandó hőmérsékletű réteg található, amiben a levegő gyakorlatilag zavartalan. Az alsó réteget troposzférának nevezte, görög szavakból összerakva, ami „a változások rétege” jelentéssel bír, míg a felső réteget sztratoszférának nevezte, aminek jelentése: „rétegek gömbje”.
Teisserenc de Bort felfedezése ma is a légkör megértésének alapjait jelenti.[3]
A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
[szerkesztés]A rétegek termikus felosztása, a nyomás- és hőmérsékleti adatok szerepelnek a hivatkozott ábrán.
A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
A Vénusz légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
[szerkesztés]A rétegeket, a nyomás- és hőmérsékleti adatokat egyaránt mutatja az ábra.
Az alábbi táblázat részletesen tartalmazza az egyes magasságokhoz tartozó nyomás- és hőmérsékleti értékeket.
| Magasság km |
Hőmérséklet °C |
Légnyomás atm |
|---|---|---|
| 0 | 462 | 92,10 |
| 5 | 424 | 66,65 |
| 10 | 385 | 47,39 |
| 15 | 348 | 33,04 |
| 20 | 306 | 22,52 |
| 25 | 264 | 14,93 |
| 30 | 222 | 9,851 |
| 35 | 180 | 5,917 |
| 40 | 143 | 3,501 |
| 45 | 110 | 1,979 |
| 50 | 75 | 1,066 |
| 55 | 27 | 0,5314 |
| 60 | -10 | 0,2357 |
| 65 | -30 | 0,09765 |
| 70 | -43 | 0,03690 |
| 80 | -76 | 0,004760 |
| 90 | -104 | 0,0003736 |
| 100 | -112 | 0,00002660 |
A Föld légkörének részletes összetétele
[szerkesztés]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. A szén-dioxid visszatartja a Földről kisugárzó hőt, ezért nagyban hozzájárul a klímaváltozáshoz.
| Részarány (%) | Abszolút mennyiség (Gt) | Éves kicserélődés (Mt/év) | Éves kicserélődés aránya (%/év) | Turn-over idő | Fő input források | Fő output | Biogeokémiai funkciók | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nitrogén | 78,084 | 3,9 × 106 | 300 | ? | ? | ? | ? | légnyomás fenntartása; oxigén túl magas arányának elkerülése (öngyulladás megakadályozása) |
| Oxigén | 20,946 | ? | 100 000 | ? | ? | növényi és mikrobiális fotoszintézis | biomassza elégése, élőlények légzése, fosszilis tüzelőanyagok égetése | élővilág hatékony oxidatív energianyerésének lehetővé tétele |
| Argon | 0,934 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Neon | 1,818 × 10−3 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Hélium | 5,240 × 10−4 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Kripton | 1,140 × 10−4 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Xenon | 8,700 × 10−6 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Szén-dioxid | 0,041 | ? | 140 000 | ? | ? | ? | ? | fotoszintézis lehetővé tétele; az éghajlat jelenlegi hőmérsékletének biztosítása; |
| Metán | 2 × 10−4 | 4,81 | 520-1000 | ? | ? | Mocsarak, tengerek anaerob üledéke, rizsföldek, kérődző állatok, termeszek, biomassza égetés, szénbányászat, földgáz kezelés | OH-gyökökkel való reakció (455 Mt/év), ülepedés (40 Mt/év) | oxigén tartalom szabályozása |
| Hidrogén | 5 × 10−5 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Dinitrogén-oxid | 2,5 × 10−5 | ? | 30 | ? | ? | ? | ? | oxigéntartalom szabályozása |
| Ózon | 0-5 × 10−6 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Vízgőz | 0-4 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Szén-monoxid | 0-2 × 10−5 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Nitrogén-dioxid | 0-3 × 10−7 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Ammónia | 0-2 × 10−6 | ? | 300 | ? | ? | ? | ? | pH-szabályozás |
| Kén-dioxid | 0-2 × 10−7 | ? | 100 | ? | ? | ? | ? | kén körforgása |
| Kénhidrogén | 0-2 × 10−7 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | kén körforgása |
| Dimetil-szulfid | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Metil-klorid | 10−7 | ? | 10 | ? | ? | ? | ? | ? |
| Metil-jodid | 10−10 | ? | 1 | ? | ? | ? | ? | ? |
| CFC-k | ? | ? | ? | ? | ? | Az ipar kibocsátása | ? | ? |
A Mars légkörének részletes összetétele
[szerkesztés]| Homokvihar a Marson. A képet a Hubble űrtávcső készítette 2005. október 28-án | |
|---|---|
 | |
| Szén-dioxid | 95,32% |
| Nitrogén | 2,7% |
| Argon | 1,6% |
| Oxigén | 0,13% |
| Szén-monoxid | 0,07% |
| Vízgőz | 0,03% |
| Nitrogén-oxidok | 0,013% |
| Neon | 2,5 ppm |
| Kripton | 300 ppb |
| Formaldehid | 130 ppb [1] |
| Xenon | 80 ppb |
| Ózon | 30 ppb |
| Metán | 10,5 ppb |
A légkör rétegződését a felszínre leszálló és leereszkedés közben nyomás-, hőmérséklet- és sűrűségméréseket végző műholdak adataiból ismerjük (Viking–1, Viking–2, MPF, MER). Ezen adatok alapján a marsi légkör három részre oszlik: alsó, középső és felső légkörre.
Az alsó légkör a felszíntől 40 km-es magasságig terjed. A nyomás és a hőmérséklet a magassággal csökken. Az energiatranszportban a konvekció a meghatározó kb. 10 km-es magasságig. A konvekció éjszaka megszűnik és erős hőmérsékleti inverzió lép fel a felszín közelében. Az alsó légkör nyomása és hőmérséklete a földi sztratoszféráéhoz hasonló értékű. Az alsó atmoszféra sűrűsége a szén-dioxid és a víz szublimálása, illetve a sarkokon való kicsapódása eredménye, ami az évszakoktól függ. Ez ahhoz vezet, hogy a felszíni nyomás is évszaktól függően ingadozik, 700-900 Pa között.
Az alsó légkört két folyamat melegíti. A légkörben lévő szén-dioxid egy nagyon gyenge üvegházhatást vált ki, mivel ez akadályozza az infravörös sugarak távozását a világűrbe. Ezen felül az alsó légkörben nagy mennyiségű finom porszemcse található, amik elnyelik a Napból érkező infravörös sugárzást, és újra kisugározzák azt. Ez a porréteg fontos szerepet játszik az alsó légkör hőmérsékletének meghatározásában. (a felszínről a „porördögök” gyakorlatilag folyamatosan emelik a légkörbe a finom porszemcséket).
Télen az ózon is hozzájárul kis mértékben a sarkok feletti légkör melegítéséhez azzal, hogy a Napból érkező UV-sugárzás hatására ózon keletkezik. Az ózon viszonylag ritka a légkörben, mivel kevés a rendelkezésre álló oxigén, és mivel reakcióba lép a légkörben lévő hidrogénnel (ami a vízpára fotolízise során keletkezik). A sarkok felett téli időszakban kevés a légkörben a vízpára, így ilyenkor több ózon keletkezik (Perrier et al., 2006). Ózont az alsó és a középső légköri rétegben is észleltek (Blamont and Chassefière, 1993; Novak et al., 2002; Lebonnois et al., 2006).
A középső légkör (vagy mezoszféra) 40–100 km között helyezkedik el. Itt a hőmérséklet erősen időfüggő. A hőmérséklet-változások a közeli infravörös sugárzás elnyelődéséből származnak, és a napsugárzásból eredő másodlagos sugárzásból, amit a szén-dioxid bocsát ki. Hatással van rá az alsó légkörben kialakuló hullámmozgás, ami a középső légkörben felerősödik az éjszakai és nappali oldal közötti hőmérsékletkülönbségek hatására (Schofield et al., 1997).
A felső légkör (vagy termoszféra) a 110 km fölötti magasságokon található. A termoszférát a Nap 10-100 eV közötti energiájú extrém UV-sugárzása gerjeszti (ez 10-100 nm közötti hullámhosszat jelent). A Nap extrém UV-sugárzásának erőssége a napciklustól függ. A hőmérséklet alacsonyabb, ha a Nap aktivitása alacsonyabb, és növekszik, ha a napfoltok száma növekszik. A 130 km feletti réteget ionoszférának nevezik, mert a Napból eredő sugárzás ionizálja a légkörben lévő gázokat. A Mars ionoszférájában lévő elektronok nagy része szén-dioxidból származik, és a nappali oldal felett a fényelektromos jelenség miatt nagyobb számban fordulnak elő.
A 130–150 km fölötti rétegben (ezt exobase-nek nevezik) a részecskék az alacsony sűrűség és a magas hőmérséklet miatt el tudnak szökni a világűrbe (Mantas and Hanson, 1979).[4]
A Vénusz légkörének részletes összetétele
[szerkesztés]| Felhők a Vénusz légkörében; a kép UV-sugárzás érzékelésével készült. A felhők jellegzetes V-alakja az Egyenlítő-menti nagyobb szélerősségnek köszönhető | |
|---|---|
 a kép UV-sugárzás érzékelésével készült. A felhők jellegzetes V-alakja az Egyenlítő-menti nagyobb szélerősségnek köszönhető | |
| Összetétel | |
| Szén-dioxid | 96,5% |
| Nitrogén | 3,5% |
| Kén-dioxid | 150 ppm |
| Argon | 70 ppm |
| Vízgőz | 20 ppm |
| Szén-monoxid | 17 ppm |
| Hélium | 12 ppm |
| Neon | 7 ppm |
| Hidrogén-klorid | 0,1–0,6 ppm |
| Hidrogén-fluorid | 0,001–0,005 ppm |
Légkörrel rendelkező égitestek a Naprendszerben
[szerkesztés]A Naprendszerben a Földnek, a Vénusznak, a Marsnak, a Plútónak és három holdnak – Titan, Enceladus (Szaturnusz) és Triton (Neptunusz) – van jelentős légköre a gázbolygókon kívül. Több más égitesten is van ritka légkör (Hold, Merkúr, Europa, Io).
- Nap
- Merkúr – időszakos légkör, amelyet főleg a napszél részecskéi alkotnak;
- Vénusz – a kőzetbolygók közül a Vénusznak van a legvastagabb légköre;
- Föld – nitrogénben gazdag levegő;
- Mars – vékony szén-dioxid légkör;
- Jupiter – a gázbolygókra jellemző légkör;
- Europa – ritka oxigén légkör;
- Szaturnusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
- Titan – az egyetlen hold a Naprendszerben, amely jelentős légkörrel rendelkezik;
- Uránusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
- Neptunusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
- Pluto
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 23. o. ISBN 963 8334 96 7
- ↑ MTI 2019. május 13.: Rekordot döntött a légköri szén-dioxid-koncentráció
- ↑ Kendall Haven: 100 Greatest Science Discoveries of All Time (Unlimited Libraries, 2007)
- ↑ Nadine Barlow: Mars - An Introduction to its interior, surface and atmosphere, Cambridge University Press, 2008, ISBN 978-0-521-85226-5
Források
[szerkesztés]További információk
[szerkesztés]- A Föld légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai. physics.uoregon.edu. (Hozzáférés: 2012. április 15.)
- Bérczi Sz. Hargitai H., Illés E., Kereszturi Á., Opitz A., Sik A., Weidinger T. (2002): Kis Atlasz a Naprendszerről (4): Bolygólégkörök atlasza. ELTE TTK Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport, UNICONSTANT, Budapest-Püspökladány (ISBN 963-00-6314-X Ö ISBN 963 00 6315 8)
- Emanuel, Kerry: Atmospheric Convection. New York: Oxford University Press, 1997
- Hewitt, C. N., ed.: Handbook of Atmospheric Science: Principles and Applications. Boston: Blackwell Publishers, 2003
- Jones, Phil: History and Climate. London: Kluwer Academic Press, 2001
- Parker, Sybil, ed.: McGraw-Hill Encyclopedia of Ocean and Atmospheric Sciences. New York: McGraw-Hill, 1997
- Stull, Ronald: Introduction to Boundary Layer Meteorology. London: Kluwer Academic Press, 1998
- Wallace, John: Atmospheric Science, First Edition: An Introductory Survey. New York: Academic Press, 1997
- Mészáros Ernő: Légkörtan. Környezettudományi és környezetmérnök hallgatók számára; VEK, Veszprém, 2003
- Mészáros Ernő: Az éltető semmi: a levegő. Légkörtudomány mindenkinek; Pannon Egyetemi, Veszprém, 2017
- Mészáros Ernő: A földi légkör története. Az atomoktól a különleges gázkeverékig; Akadémiai, Bp., 2018
