Compoziția atmosferei
Aerul este un amestec de gaze după cum urmează: - 78.09 % - Azot (N2) - 20.95 % - Oxigen (O2) - 0.93 % - Argon (Ar) - 0.03 % - Dioxid de carbon (CO2) Restul de câteva sutimi de procente îl completează celelalte gaze componente ale aerului, cum ar fi: hidrogen, heliu, radon, neon, cripton, xenon, metan, ozon. (Fig 1.1.) Aerul întotdeauna conține vapori de apă. Acest fapt este deosebit de important deoarece aceștia se condensează formând nori care generează precipitații (ploaie, ninsoare, burniță, ceață etc). În cazul aerului umed și impur, conținutul în vapori de apă, pulberi, fum, săruri și microorganisme poate atinge 4%. Fig 1.1.
Compoziția atmosferei Chiar dacă aceste gaze componente ale aerului au greutăți specifice diferite, din cauz a mișcărilor la care sunt supuse, ele nu se pot stratifica în raport cu densitatea lor, așa că până la altitudinea de aproximativ 70 Km, compoziția aerului este aproape aceeași, păstrând aceeași proporție sub aspect chimic. Aproximativ 50% din masa aerului se află cuprinsă într-un strat relativ îngust, ce se întinde de la suprafață Pământului până la 5 Km, 75% până la înălțimea de 10 Km și 90% până la 16 Km.
La altitudini mai mari aerul este extrem de rarefiat și aici găsim procentaje mari ale gazelor ușoare (hidrogen, heliu etc.), iar unele dintre ele, sub acțiunea radiațiilor solare, suferă transformări și, uneori, nu se mai află în stare moleculară, ci în stare atomică. Trecerea de la atmosferă la spațiul interplanetar se fac e treptat, fără să existe o zonă de separație caracteristică, marcantă, că în cazul apelor cu uscatul. Țînând cont de faptul că unele fenomene se produc în atmosferă la înălțimi de câteva sute de Km, și numai rareori la 1000 Km, în mod obișnuit se consideră că înălțimea atmosferei se extinde până la 800 Km.
Structura si subdiviziunile atmosferei pe verticală
Din cercetarea fenomenelor observate în atmosferă a rezultat faptul că proprietățile fizice ale atmosferei variază de la un loc la altul și, în timp, variază chiar și pentru același loc. Compoziția chimică variază, și ea, sub raportul cantitativ, mai ales pentru unii dintre constituenții aerului, cum ar fi: bioxidul de carbon, ozonul, radonul, vaporii de apă și unele impurități lichide sau solide. Așadar, atmosfera poate fi divizată într-un șir de pături concentrice sau sfere. Această divizare se face în baza unor anumite criterii.
În funcție de modul de variație a temperaturii și de particularitățile regimului termic din fiecare pătură, atmosfera este divizată în cinci p ături principale (Fig 1.2.), separate în parte a superioară a fiecarui strat, terminându-se cu o zonă de așa-numită „pauză”: - Troposfera – 0 – 11 Km-tropopauza – strat de tranziție-Stratosfera – 11 – 50 Km-stratopauza – strat de tranziție-Mezosfera – 50 – 80 Km-mezopauza – strat de tranziție-Termosfera – 80 – 800 Km-termopauza – strat de tranziție-Exosfera – peste 800 Km Fig 1.2.
Stratificarea atmosferei pe verticală Troposfera este cea mai de jos pătură a atmosferei, ce vine în contact cu suprafața Pământului și conține aproximativ 80% din atmosfera terestră. Troposfera este me diul unde navighează aeronavele, caracterizat prin scăderea progresivă în altitudine a temperaturii (2°C/1000 ft sau 0.65°C/100 m) şi a presiunii, având straturi neomogene de aer în mişcare sub formă de curenţi. În această pătură au loc fenom enele meteorologice obișnuite ca norii, precipitațiile, manifestațiile electrice și unele fenomene optice. Grosimea troposferei este variabilă în funcţie de marile zone climatice ale globului.
Valorile obișnuite ale înălțimii și temperaturii tropopauzei se regăsesc în tabelul de mai jos. Ianurie Iulie Medie Înălțime Temperatură Înălțime Temperatură Înălțime Temperatură Poli 6 km-60°C 9 km-50°C 7 km-55°C Latitudini medii 10 km-53°C 13 km-53°C 11 km-53°C Ecuator 17 km-81°C 17 km-72°C 17 km-76°C Troposfera este caracterizată de mișcări verticale ale aerului-aerul cald care se ridică și aerul rece care coboară-atât la scară mare cât și local. Troposfera conține aproape toată apă în stare de vapori din atmosferă astfel încât formațiunile noroase rar se extind dincolo de tropopauză.
În mod o cazional, norii cumulonimbus cu dezvoltare puternică pe verticală pot ajunge până în stratosferă. În timpul anului, grosimea troposferei suferă variaţii datorită modului diferit de încălzire a aerului, iarna fiind mai mică cu aproximativ 2 km. La partea sa superioară, troposfera se termină c u o zonă de tranziție marcantă numită tropopauză. Aici, temperatura nu mai variază odată cu c reșterea altitudinii, tropopauza fiind un strat aproape izoterm gros de 1-2 Km. Fig 1.3. Forma troposferei Convențional, în aviație se consideră că tropopauza are altitudine de 11.000 m și temperatura standard de-56.5°C.
Intersant pentru aviație este faptul că, în vecinătatea tro popauzei, se întâlnesc vânturi ta ri (Jet-Stream-curenții jet), care provoacă o turbulență puternică ( CAT- clear-air turbulence). Stratosfera. Cea de-a doua pătură atmosferică se extinde pe verticală până la aproximativ 50 km desupra Pământului. Temperatura stratosferei este influențată semnificativ de prezenț a stratului de ozon. Până la aproximativ 20-25 Km (altitudinea stratului de ozon) temperatura rămâne constantă (strat izoterm), apoi crește ușor datorită absorbției radiației ultraviolete (UV) de către stratul de ozon. Stratosfera este mai groasă la Poli și mai subțire la E cuator.
Vizibilitatea este foarte bună, vaporii de apă sunt prezenți în cantitate foarte redusă, vânturile nu prezintă turbulență deși sunt puternice iar pentru că mișcările verticale sunt reduse, rareori se formează nori de gheață și nori sidefii. Stratopauza se află la aproxim ativ 50 km deasupra nivelului mediu al mării. Temperatura variază funcție de latitudine și sezon de la-30°C iarna în zona Polilor, la +20°C vara în zona Polilor. Mezosfera este pătura atmosferei unde temperatura începe să scadă din nou odată cu creșterea altitudinii, la limita ei superioară ( 80-85 Km) temperatura atingând-80°C.
Mezosfera se termină în partea superioară cu mezopauza, a cărei înălțime se află la aproximativ 80-90 km AMSL (above mean sea level) și unde se află cea mai joasă temperatură din atmosferă. Temperatura variază de la-120°C la latitudini mari pe timpul verii, la-50°C pe timpul iernii. Termosfera este regiunea deasupra mezosferei, în care temperatura crește în mod continuu, atingând valori foarte ridicate, chiar de peste 1000°C. Exosfera este pătura cea mai înaltă în care aerul nu se mai află în formă moleculară, ci numai atomică, ca urmare a bombardamentelor razelor cosmice. Temperatura atinge aici aproximativ 2500°C ziua, iar noaptea coboară aproape de 0 K (-273°C).
Ionosfera este o regiune atmosferică, pornind de la 65 Km în sus, unde aerul este puternic ionizat. Straturile puternic ionizate sunt importante pentru că ele reflectă undele radio către Pământ