Atmosfera
Zemlju okružuje relativno tanka atmosfera (obično se naziva zrak) koja se sastoji od mješavine plinova, prije svega molekularnog dušika (78 posto) i molekularnog kisika (21 posto). Prisutne su i mnogo manje količine plinova poput argona (gotovo 1 posto), vodene pare (u prosjeku 1 posto, ali vrlo promjenjive u vremenu i lokaciji), ugljični dioksid (0,0395 posto [395 dijelova na milijun] i trenutno u porastu), metan (0,00018 posto [1,8 dijelova na milijun] i trenutno u porastu) i drugi, zajedno s minutnim čvrstim i tekućim česticama u suspenziji.
geoid: Određivanje Zemljine figure
Zasluga za ideju da je Zemlja sferična obično se daje Pitagorama (procvjetao u 6. stoljeću prije naše ere) i
Budući da Zemlja ima slabo gravitacijsko polje (zahvaljujući svojoj veličini) i tople atmosferske temperature (zbog blizine Sunca) u usporedbi s divovskim planetima, nedostaje mu najčešćih plinova u svemiru koje posjeduju: vodika i helija. Iako su i Sunce i Jupiter sastavljeni pretežno od ova dva elementa, oni se nisu mogli dugo zadržati na ranoj Zemlji i brzo bi isparili u međuplanetarni prostor. Visok sadržaj kisika u Zemljinoj atmosferi je neobičan. Kisik je visoko reaktivni plin koji bi se u većini planetarnih uvjeta kombinirao s drugim kemikalijama u atmosferi, na površini i u kore. U stvari se neprekidno opskrbljuju biološkim procesima; bez života praktično ne bi bilo slobodnog kisika. 1,8 dijelova na milijun metana u atmosferi također je daleko izvan kemijske ravnoteže s atmosferom i kore: i on je biološkog podrijetla, a doprinos ljudskim aktivnostima daleko je veći od ostalih.
Plinovi atmosfere šire se od površine Zemlje do visina tisuća kilometara, na kraju se stapajući sa solarnim vjetrom - strujom nabijenih čestica koja izlazi iz najudaljenijih područja Sunca. Sastav atmosfere je više ili manje konstantan s visinom do nadmorske visine od oko 100 km (60 milja), s posebnim iznimkama vodene pare i ozon.
Atmosfera je obično opisana u različitim slojevima ili regijama. Većina atmosfere koncentrirana je u troposferi koja se proteže od površine do nadmorske visine od oko 10–15 km, ovisno o zemljopisnoj širini i godišnjem dobu. Ponašanje plinova u ovom sloju je kontrolirano konvekcijom. Ovaj postupak uključuje burne, preokretne pokrete nastale uslijed plutanja zraka na površini koji zagrijava Sunce. Konvekcija održava opadajući vertikalni gradijent temperature - tj. Pad temperature s nadmorskom visinom - otprilike 6 ° C (10,8 ° F) po km kroz troposferu. Na vrhu troposfere, koja se naziva tropopauza, temperature su pale na oko -80 ° C (−112 ° F). Troposfera je regija u kojoj postoji gotovo sva vodena para i u suštini se događa cijelo vrijeme.
Suha, desenasta stratosfera leži iznad troposfere i proteže se na nadmorskoj visini od oko 50 km (30 milja). Konvektivni pokreti su slabi ili odsutni u stratosferi; pokreti su umjesto toga horizontalno orijentirani. Temperatura u ovom sloju raste s nadmorskom visinom.
U gornjim stratosferskim regijama apsorpcija ultraljubičastog svjetla od Sunca razgrađuje molekulski kisik (O 2); Rekombinacija jednog atoma kisika s O 2 molekulama ozona (O 3) stvara zaštita ozonski sloj.
Iznad relativno tople stratopauze nalazi se još gušća mezosfera, u kojoj se temperature ponovo spuštaju s nadmorskom visinom do 80–90 km (50–56 milja) iznad površine, gdje je definirana mezopauza. Najniža postignuta temperatura u sezoni je vrlo promjenjiva. Temperature se tada povećavaju s povećanjem visine kroz gornji sloj poznat kao termosfera. Također iznad oko 80–90 km sve je veći dio nabijenih ili ioniziranih čestica koje sa ove nadmorske visine prema gore definira ionosferu. Spektakularne vidljive aure nastaju u ovom području, posebno duž približno kružnih zona oko polova, interakcijom dušikovih i kisikovih atoma u atmosferi s epizodnim naletima energetskih čestica koje potječu od Sunca.
Zemljina opća atmosferska cirkulacija upravlja energijom sunčeve svjetlosti koja je obilnija ekvatorijalnim širinama. Na kretanje ove topline prema polovima snažno utječe brza rotacija Zemlje i pridružena Coriolisova sila na zemljopisnim širinama udaljenim od Ekvatora (što dodaje komponentu istok-zapad smjeru vjetrova), što rezultira s više ćelija cirkulirajućeg zraka u svakom hemisfera. Nestabilnosti (poremećaji u atmosferskom toku koji rastu s vremenom) stvaraju karakteristična područja visokog tlaka i oluje niskog tlaka srednjih dužina, kao i brze mlazne struje gornje troposfere koje se kreću prema istoku koje usmjeravaju putove oluja. Okeani su masivni rezervoari topline koji uglavnom djeluju na ublažavanje varijacija Zemljine globalne temperature, ali njihove sporo promjenjive struje i temperature utječu i na vremenske i klimatske uvjete, kao u vremenskom pojavu El Niño / Južna oscilacija (vidi klimu: Kruženje, struje, interakcija okeana i atmosfere; klima: El Niño / južne oscilacije i klimatske promjene).
Zemljina atmosfera nije statična karakteristika okoliša. Umjesto toga, njegov se sastav razvijao tijekom geološkog vremena u skladu sa životom i danas se brže mijenja kao odgovor na ljudske aktivnosti. Otprilike na polovici povijesti Zemlje počela se razvijati neobično velika količina slobodnog kisika u atmosferi, fotosintezom cijanobakterijama (vidi plavozelene alge) i zasićenjem prirodnih površinskih potonuća kisikom (npr., Relativno minerali siromašni kisikom i vodikom, bogati plinovi izlučeni iz vulkana). Akumulacija kisika omogućila je razvijanje složenih stanica, koje troše kisik tijekom metabolizma i od kojih su sastavljene sve biljke i životinje (vidjeti eukariote).
Zemljina klima na bilo kojem mjestu ovisi o godišnjim dobima, ali postoje i dugoročne varijacije u globalnoj klimi. Vulkanske eksplozije, poput erupcije Mount Pinatubo 1991. godine na Filipinima, mogu ubaciti velike količine čestica prašine u stratosferu, koje ostaju suspendirane godinama, smanjujući atmosfersku prozirnost i rezultirajući mjerljivim hlađenjem širom svijeta. Mnogo rjeđi, džinovski utjecaji asteroida i kometa mogu proizvesti još dublje učinke, uključujući i snažno smanjenje sunčeve svjetlosti mjesecima ili godinama, za koje mnogi znanstvenici vjeruju da su doveli do masovnog izumiranja živih vrsta na kraju razdoblja krede, 66 milijuna godina prije. (Za dodatne informacije o rizicima koje predstavljaju kozmički utjecaji i šansama za njihovo pojavljivanje, pogledajte opasnost od utjecaja Zemlje.) Dominantne klimatske razlike primijećene u nedavnom geološkom zapisu su ledeno doba koje je povezano s varijacijama nagiba Zemlje i njene orbitale geometrija u odnosu na Sunce.
Fizika fuzije vodika navodi astronome na zaključak da je Sunce bilo 30 posto manje blistavo tijekom najranije povijesti Zemlje nego danas. Dakle, ako su svi ostali jednaki, oceani su trebali biti smrznuti. Promatranja zemaljskih planetarnih susjeda, Marsa i Venere, te procjene ugljika trenutno zaključanog u Zemljinoj kori govore da je u Zemljinoj atmosferi bilo mnogo više ugljičnog dioksida u ranijim razdobljima. To bi povećalo zagrijavanje površine pomoću efekta staklene bašte i tako omogućilo da oceani ostanu tekući.
Danas je u Zemljinoj kori pokopano karbonatne stijene u 100 000 puta više ugljičnog dioksida nego u atmosferi, u oštroj suprotnosti s Venerom, čija je atmosferska evolucija slijedila drugačijim tokom. Na Zemlji je stvaranje karbonatnih školjki morskim životom glavni mehanizam transformacije ugljičnog dioksida u karbonate; abiotski procesi koji uključuju tekuću vodu također stvaraju karbonate, ali sporije. Na Veneri, međutim, život nikada nije imao priliku nastati i stvarati karbonate. Zbog položaja planeta u Sunčevom sustavu, rana Venera je čak i danas dobila 10–20 posto više sunčeve svjetlosti nego što pada na Zemlju, unatoč slabijem mladom Suncu. Većina planetarnih znanstvenika vjeruje da povišena površinska temperatura zbog koje je voda zadržala kondenzaciju u tekućinu. Umjesto toga, ostao je u atmosferi kao vodena para, koja je, poput ugljičnog dioksida, učinkoviti staklenički plin. Dva plina zajedno uzrokovala su porast površinske temperature tako da su ogromne količine vode pobjegle u stratosferu, gdje se disocirala sunčevim ultraljubičastim zračenjem. S uvjetima koji su sada previše vrući i suhi da bi omogućili stvaranje abiotičkog karbonata, većina ili čitav planetarni popis ugljika ostao je u atmosferi kao ugljični dioksid. Modeli predviđaju da bi Zemlja mogla zadesiti istu sudbinu i u milijardu godina, kada Sunce premaši svoju sadašnju svjetlinu za 10-20 posto.
Između kraja 1950-ih i kraja 20. stoljeća količina ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi povećala se za više od 15 posto zbog izgaranja fosilnih goriva (npr. Ugljena, nafte i prirodnog plina) i uništavanja tropskih prašuma, kao što je sliv rijeke Amazon. Računalni modeli predviđaju da bi neto udvostručenje ugljičnog dioksida do sredine 21. stoljeća moglo dovesti do globalnog zagrijavanja od 1,5 do 4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) u prosjeku nad planetom, što bi imalo duboke učinke na razinu mora i poljoprivreda. Iako su neki zaključak kritizirali na osnovu toga što dosadašnje zagrijavanje ne ide u korak s projekcijom, analize podataka o oceanskoj temperaturi sugeriraju da se velik dio zagrijavanja tijekom 20. stoljeća zapravo dogodio u samim oceanima - i hoće na kraju se pojave u atmosferi.
Druga prisutna zabrinutost u vezi s atmosferom je utjecaj ljudskih aktivnosti na stratosferski ozonski omotač. Otkrivene su složene kemijske reakcije koje uključuju tragove umjetnih klorofluoro ugljikovodika sredinom osamdesetih godina prošlog stoljeća kako bi stvorile privremene rupe u ozonskom omotaču, osobito na Antarktiku, tijekom polarnog proljeća. Još je više uznemirujuće otkriće rastućeg oštećenja ozona iznad visoko naseljenih umjerenih geografskih širina, jer je otkriveno da kratkotalasno ultraljubičasto zračenje koje ozonski sloj učinkovito apsorbira uzrokuje rak kože. Međunarodni sporazumi koji će zaustaviti proizvodnju najagresivnijih CFC-a koji uništavaju ozon na kraju će zaustaviti i preokrenuti iscrpljivanje, ali tek sredinom 21. stoljeća, zbog dugog vremena boravka tih kemikalija u stratosferi.
