Ατμόσφαιρα

Ατμόσφαιρα

Γενικά Ατμόσφαιρα καλείται το αεριώδες περίβλημα που μπορεί να περιβάλλει κάποιο ουράνιο σώμα. Ειδικότερα όμως στη Μετεωρολογία χαρακτηρίζεται αυτό που περιβάλλει τη Γη, το οποίο συγκρατείται λόγω της βαρύτητάς της, και φθάνει σε ύψος περίπου 3.500 χλμ. Στην ατμόσφαιρα της Γης οφείλεται η ύπαρξη ζωής, εφόσον σε αυτήν οφείλονται η απορρόφηση μεγάλου τμήματος της υπεριώδους ακτινοβολίας και η μείωση της διαφοράς των ακραίων θερμοκρασιών που θα υπήρχαν μεταξύ ημέρας και νύχτας χωρίς αυτήν. Η σύνθεσή της από την επιφάνεια της θάλασσας και μέχρι τα 50 χλμ ύψος, παραμένει περίπου αμετάβλητη. Αντίθετα η πυκνότητά της ατμόσφαιρας ελαττώνεται πολύ γρήγορα έτσι ώστε η αναπνοή στη κορυφή του Έβερεστ (8.850μ.) να είναι πολύ δύσκολη μέχρι αδύνατη, αφού η πυκνότητά της εκεί, φθάνει μόλις τα 2/5 της πυκνότητας που παρατηρείται στην επιφάνεια της θάλασσας. Παρά ταύτα αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι ζώα που επιβιώνουν σε πολύ μεγάλα υψόμετρα το επιτυγχάνουν λόγω του πολλαπλάσιου αριθμού αιμοσφαιρίων που φέρουν στο αίμα τους, έναντι του ανθρώπου, έτσι ώστε η μεταφορά οξυγόνου στα κύτταρά τους να είναι ανεμπόδιστα "φυσιολογική".

---

Γενικά

Ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελεί μίγμα πολλών αερίων, με το μεγαλύτερο ποσοστό σε όγκο να κατέχει το άζωτο (78%) και το οξυγόνο (21%). Εκτός αυτών υπάρχει το διοξείδιο του άνθρακος, ευγενή αέρια, ίχνη υδρογόνου, όζοντος κλπ. Στην ατμόσφαιρα επίσης αιωρούνται σχεδόν πάντοτε και μόρια κονιορτού, καπνού, άλατος (από τα σταγονίδια των κυμάτων) κλπ., καθώς και μεγάλη επίσης ποσότητα υδρατμών που προέρχεται από την εξάτμηση θαλασσών, λιμνών κλπ. Το ποσό των υδρατμών αυτών μεταβάλλεται συνεχώς, αφού αυξάνει με την εξάτμιση και ελαττώνεται με τη πτώση ή εναπόθεση ως βροχή ή άλλων μορφών υετού στην επιφάνεια της Γης. Η μεταβολή αυτή είναι και η κύρια αιτία, ως ένα βαθμό, για τις ευρείες μεταβολές των καιρικών φαινομένων σ΄ ένα τόπο. Βέβαια σε σύγκριση προς τη συνολική μάζα του αέρος η εκάστοτε ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρή. Η σπουδαιότητα της ύπαρξης όμως αυτών των υδρατμών διαφαίνεται από το γεγονός ότι απορροφούν το 11% της ηλιακής ακτινοβολίας ενώ εκλύουν μεγάλη ποσότητα θερμοκρασίας κατά τη συμπύκνωσή τους, που αν δεν υπήρχαν, ίσως η ζωή στη Γη να ήταν αδύνατη.

Γενικά για να δημιουργηθούν οι περισσότερες ατμοσφαιρικές διαταράξεις, πηγές των καιρικών φαινομένων, δύο είναι οι κύριοι παράγοντες η θερμότητα και ο υδρατμός. Για τούτο και ο υδρατμός από μετεωρολογικής άποψης, αποτελεί το σπουδαιότερο συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας.

Η ατμόσφαιρα, είναι εκείνη, που συγκρατεί την υπεριώδη ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος, μέρος από τη κοσμική ακτινοβολία, είναι εκείνη που προκαλεί τους χρωματισμούς του ουρανού και των νεφών, ενώ συγχρόνως αποτελεί το μέσον στη διάδοση του ήχου, αλλά και στη διάχυση του φωτός. Χωρίς αυτή, ο Ουρανός θα ήταν σκοτεινός, ενώ στη σκιά θα επικρατούσε πλήρες σκότος και οι αστέρες θα έλαμπαν με σταθερό φως νύκτα και μέρα. Επίσης η διάθλαση που συντελεί στο φαινόμενο τα ουράνια σώματα να φαίνονται υπερυψωμένα δεν θα υπήρχε αλλά και ούτε αντικατοπτρισμός θα δημιουργούταν.

---

Ιστορία

Φιλόσοφοι όπως ο Αριστοτέλης και ο Εμπεδοκλής εμπνευσμένοι από την διαφάνεια, τη ομοιογένεια και την αφθονία του αέρα οδηγήθηκαν σε πρώιμα συμπεράσματα σχετικά με τη φύση του. Τον κατέταξαν μαζί με το νερό, τη φωτιά και τη γη, στα τέσσερα πρωταρχικά στοιχεία του Σύμπαντος, σκέψη που διατηρήθηκε στο πέρασμα των αιώνων έως τον μεσαίωνα.

Σήμερα γνωρίζουμε βεβαίως ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας δεν είναι ένα ομοιογενές αέριο, αλλά μίγμα διαφόρων αερίων. Το θεμέλιο για αυτό έθεσε ο σπουδαίος Λεονάρντο Ντα Βίντσι (Leonardo Da Vinci , 1452-1519) ο οποίος παρατήρησε ότι αέρας που έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την αναπνοή ή την τροφοδότηση της φωτιάς παύει να συντελεί στην καύση. Έναν αιώνα μετά, το έτος 1624 ο Φλαμανδός γιατρός Βαν Χέλμοντ (Jan van Helmont , 1579-1644) διαπίστωσε ότι ο αέρας δεν είναι στοιχείο εφόσον αποτελείται από ένα ή περισσότερα αέρια με διαφορές στη συμπεριφορά τους (εκείνος τα ονόμαζε ατμούς). Στην αντίληψη του αυτή συνέτεινε η παρατήρηση ότι ο αέρας περιέχει επίσης υγρή και στερεή φάση. Δυστυχώς, η επιστημονική κοινότητα της εποχής απέρριψε τις απόψεις του Βαν Χέλμοντ.

Τα επόμενα χρόνια επιφανείς επιστήμονες προσπάθησαν να τεκμηριώσουν την πραγματική φύση του αέρα, όμως αυτό στάθηκε αδύνατο εξαιτίας του πλήθους των ασύνδετων μεταξύ τους γνώσεων και της πολυπλοκότητας της κατάστασης έως την ανακάλυψη του αζώτου το 1772 και του οξυγόνου το 1774. Η τιμή ανήκει στον πατέρα της θεωρίας της καύσης και της σύγχρονης χημείας τον Γάλλο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ (Αntoine Laurent Lavoisier, 1743-1794) που παραβλέποντας τα περιττά και συνδυάζοντας τις τεκμηριωμένες εμπειρίες που είχαν συσσωρευτεί εντωμεταξύ, υποστήριξε ότι ο αέρας είναι μίγμα οξυγόνου και αζώτου και συγκεκριμένα, το 1/5 ήταν το αέριο του Πρήστλυ που ο Λαβουαζιέ ονόμασε οξυγόνο, τα δε 4/5 ήταν το αέριο του Ράδερφορντ, το άζωτο. Η ακριβής αναλογία των δυο αυτών στοιχείων στον αέρα βρέθηκε το 1784 από τον Κάβεντις που υποστήριξε πως η σύσταση τους είναι σταθερή παντού.

---

Κατακόρυφη δομή

Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας μέχρι του ύψους των 80-100 χλμ είναι αμετάβλητη. Ανάλογα όμως της μεταβολής της θερμοκρασίας διακρίνονται σ΄ αυτή τα ακόλουθα στρώματα:

Τροπόσφαιρα, από 0 ύψος μέχρι 9-18χλμ (ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος) όπου και η τροπόπαυση.

Στρατόσφαιρα, από τροπόπαυση μέχρι 50-60 χλμ όπου και η στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα, από στρατόπαυση μέχρι 80 χλμ. όπου και η μεσόπαυση.

Θερμόσφαιρα ή Ιονόσφαιρα, από μεσόπαυση μέχρι 800 χλμ. όπου η θερμόπαυση. Και τέλος

Εξώσφαιρα, από θερμόπαυση μέχρι 3.500 χλμ.

Σημαντικότερο στρώμα τόσο για την Μετεωρολογία όσο ιδιαίτερα για τους ναυτιλλόμενους είναι η Τροπόσφαιρα αφού εντός αυτής λαμβάνουν χώρα όλες οι μεταβολές του καιρού και όλα τα καιρικά φαινόμενα.

1η Σημείωση: Η εν λόγω κατακόρυφη δομή ορίσθηκε κατά την Μετεωρολογία και μόνο, και ουδεμία σχέση έχει με τη διαστρωμάτωση που κάνει η Αστρονομία για τον πλανήτη Γη.

2η Σημείωση: Η παραπάνω κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας σε στρώματα και καθοριμού ύψους εκάστρου ορίσθηκε το 1962 από τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό (W.M.O.).

---

Φαινόμενα ατμόσφαιρας

Ο συνδιασμός των φωτεινών και λοιπών ακτινοβολιών του Ήλιου, η διαφορετική πυκνότητα των στρωμάτων της ατμόσφαιρας, η εκάστοτε μορφή των υδρατμών (αερία, υγρά και στερεά) στην ατμόσφαιρα όπως κα άλλοι παράγοντες π.χ. ιονισμένα άτομα και μόρια των αερίων (ιόντα), προκαλούν σειρά από διάφορα οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρικά φαινόμενα.

Τα φαινόμενα αυτά συμπληρώνουν το περιβάλλον που θεάται ο παρατηρητής. Και τέτοια φαινόμενα είναι το χρώμα του Ουρανού, τα χρώματα της ανατολής και της δύσης του Ηλίου, η Ηλιακή και η Σεληνιακή άλως, το ουράνιο τόξο, το πολικό Σέλας, η διάθλαση, ο αντικατοπτρισμός κλπ.

---

Ατμόσφαιρα και Θάλασσα

Η αλληλεπίδραση είναι όχι μόνο έντονη αλλά και σπουδαία, η ακριβής έκταση της οποίας όμως ακόμη δεν έχει πλήρως εξακριβωθεί.

Μερικές από τις αμοιβαίες αλληλεπιδράσεις είναι: η δημιουργία των κυμάτων, των ανέμων, των ρευμάτων, κλπ.