Budowa i funkcje atmosfery

Atmosfera to powłoka gazowa otaczająca Ziemię, która pełni funkcję ochronną przed promieniowaniem kosmicznym i zapobiega nadmiernemu uciekaniu ciepła. Powietrze składa się głównie z azotu (78,08%), tlenu (20,95%) oraz innych gazów w mniejszych ilościach.

Atmosfera dzieli się na kilka warstw o różnych właściwościach. Troposfera (do ok. 12 km) to warstwa, w której żyjemy i w której zachodzą zjawiska pogodowe. Wyżej znajduje się stratosfera $12-50 km$, w której występuje warstwa ozonowa chroniąca nas przed promieniowaniem UV. Kolejne warstwy to mezosfera $50-85 km$, termosfera $85-500 km$ oraz egzosfera $500-2000 km$.

Ziemię otacza również magnetosfera - obszar, w którym występuje pole magnetyczne. Dzięki magnetosferze możemy obserwować zjawisko zorzy polarnej - spektakularne świetlne pokazy na niebie, powstające gdy cząsteczki wiatru słonecznego zderzają się z atomami w atmosferze.

💡 Ciekawostka: W termosferze, mimo wysokiej temperatury dochodzącej nawet do 1500°C, nie czulibyśmy ciepła, ponieważ powietrze jest tam tak rozrzedzone, że nie ma wystarczająco dużo cząsteczek do przekazania ciepła!

Promieniowanie słoneczne i temperatura

Słońce to główne źródło energii dla Ziemi! Promieniowanie słoneczne dociera do nas na dwa sposoby: jako promieniowanie bezpośrednie oraz rozproszone (które sprawia, że niebo jest błękitne). Ilość docierającej energii zależy od kąta padania promieni, długości dnia, wysokości nad poziomem morza i innych czynników.

Energia cieplna w atmosferze jest przekazywana przez różne procesy: turbulencje (nieuporządkowany ruch powietrza), konwekcję (pionowe ruchy powietrza), adwekcję (poziomy ruch mas powietrza) oraz procesy adiabatyczne związane z wznoszeniem i opadaniem powietrza.

Temperatura powietrza to najważniejszy element pogody. Jej wartości mogą być wyrażane jako temperatura aktualna, średnia dobowa, miesięczna lub roczna. Na temperaturę wpływa szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza, ukształtowanie terenu i odległość od mórz i oceanów.

🌡️ Ważne: Zjawisko inwersji termicznej występuje, gdy wyższe warstwy atmosfery są cieplejsze niż niższe. Może to prowadzić do zatrzymania zanieczyszczeń przy powierzchni ziemi, zwłaszcza zimą w dolinach i kotlinach!

Ruchy powietrza i wilgotność

Powietrze w atmosferze jest ciągle w ruchu! Wiatr to poziomy ruch powietrza wywołany różnicą ciśnienia, konwekcja to pionowy ruch spowodowany różnicami temperatury, a turbulencje to chaotyczne zawirowania powietrza powstające przy przeszkodach.

Globalna cyrkulacja powietrza dzieli się na trzy główne strefy: międzyzwrotnikową (komórka Hadleya z pasatami), umiarkowaną (komórka Farrella z wiatrami zachodnimi) i okołobiegunową (z wiatrami wschodnimi). Ten złożony system cyrkulacji jest odpowiedzialny za transport ciepła z równika w stronę biegunów.

Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Im wyższa temperatura, tym więcej pary wodnej może pomieścić powietrze. Wilgotność zmienia się w czasie (dobowo i sezonowo) i przestrzeni (maleje wraz ze wzrostem szerokości geograficznej i odległości od zbiorników wodnych).

💨 Zapamiętaj: Siła Coriolisa, wynikająca z obrotu Ziemi, powoduje, że wiatry na półkuli północnej skręcają w prawo, a na południowej w lewo. Dlatego wiatry wokół wyżów i niżów mają charakterystyczny, wirowy układ!

Wiatry lokalne i cyrkulacja monsunowa

Wiatry to nie tylko zjawisko globalne - niektóre występują tylko w określonych regionach! Cyrkulacja monsunowa jest efektem nierównomiernego nagrzewania się obszarów lądowych i morskich. Latem nad lądem tworzy się niż (ciepłe powietrze unosi się), a nad oceanem wyż, co powoduje napływ wilgotnego powietrza i obfite deszcze. Zimą sytuacja się odwraca - nad lądem tworzy się wyż, a nad oceanem niż, co skutkuje suchą, słoneczną pogodą.

Wśród wiatrów lokalnych wyróżniamy:

• Bryzę - wiatr wiejący w strefie przybrzeżnej, zmieniający kierunek między dniem (bryza morska) a nocą (bryza lądowa)
• Fen - ciepły, suchy wiatr powstający, gdy powietrze przekracza barierę górską
• Wiatry górskie i dolinne - powstające w górach z powodu różnic temperatur między szczytami a dolinami
• Borę - zimny, porywisty wiatr wiejący z wyżyn w kierunku morza

🌬️ Ciekawostka: Fen może podnieść temperaturę powietrza nawet o 10-20°C w ciągu kilku godzin! W Tatrach ten wiatr nazywany jest "halnym" i często powoduje szkody w lasach oraz wpływa na samopoczucie ludzi.

Chmury i ich rodzaje

Chmury powstają w wyniku kondensacji (przejścia pary wodnej w stan ciekły) lub resublimacji (przejścia pary wodnej bezpośrednio w lód). Te fascynujące twory na niebie mają różne kształty i występują na różnych wysokościach.

Chmury dzielimy według pięter wysokościowych:

• Piętro wysokie (ok. 13 km): chmury pierzaste (Cirrus), kłębiasto-pierzaste (Cirrocumulus) i warstwowo-pierzaste (Cirrostratus)
• Piętro średnie (ok. 7 km): chmury warstwowe (Altostratus) i kłębiaste (Altocumulus)
• Piętro niskie (do 2 km): chmury kłębiaste (Cumulus), warstwowe (Stratus), kłębiasto-warstwowe (Stratocumulus), warstwowo-deszczowe (Nimbostratus) oraz burzowe (Cumulonimbus)

Cumulonimbus to potężna chmura burzowa, która wygląda jak kowadło i może sięgać od niskiego do wysokiego piętra. Przynosi gwałtowne, ale krótkotrwałe opady deszczu lub gradu, często z wyładowaniami elektrycznymi.

☁️ Wskazówka praktyczna: Obserwując chmury, możesz przewidzieć pogodę! Chmury Cirrus często zwiastują nadchodzącą zmianę pogody, Cumulus oznacza zazwyczaj ładną pogodę, a Cumulonimbus wskazuje na zbliżającą się burzę.

Opady, osady i fronty atmosferyczne

Gdy para wodna w atmosferze się skrapla, mogą powstać osady atmosferyczne (osadzające się na powierzchni) lub opady (spadające z chmur). Do osadów zaliczamy: rosę (kropelki wody), szron (kryształki lodu), gołoledź (przezroczysty lód) i szadź (biały osad lodowy). Czasami przy powierzchni ziemi tworzy się mgła - zawiesina kropelek wody ograniczająca widoczność poniżej 1 km.

Opady atmosferyczne (deszcz, śnieg, grad) mogą być:

• frontalne - powstają na styku mas powietrza o różnej temperaturze
• konwekcyjne - tworzą się, gdy ogrzane powietrze unosi się od podłoża
• orograficzne - powstają, gdy powietrze wznosi się po stokach gór

Fronty atmosferyczne to strefy przejściowe między masami powietrza. Front chłodny powstaje, gdy chłodne powietrze napiera na ciepłe, powodując gwałtowne zjawiska (np. burze). Front ciepły tworzy się, gdy ciepłe powietrze napływa na chłodne, dając długotrwałe opady. Gdy front chłodny dogania ciepły, powstaje front zokludowany.

🌧️ Zapamiętaj: Na mapach synoptycznych front chłodny oznaczany jest niebieską linią z trójkątami, front ciepły - czerwoną linią z półkolami, a front zokludowany - fioletową linią z naprzemiennymi trójkątami i półkolami.

Prognozowanie pogody i zmiany klimatu

Pogoda to chwilowy stan atmosfery określany przez temperaturę, ciśnienie, wiatr, wilgotność i opady. Przewidywaniem pogody zajmuje się synoptyka, która analizuje dane ze stacji meteorologicznych i tworzy mapy synoptyczne.

Klimat danego obszaru zależy od czynników strefowych (związanych z szerokością geograficzną) i astrefowych (np. rozmieszczenie lądów i mórz, wysokość nad poziomem morza). Wincenty Okołowicz wyróżnił 29 typów klimatów na Ziemi, pogrupowanych w strefy: równikową, zwrotnikowe, podzwrotnikowe, umiarkowane i okołobiegunowe.

Klimat naszej planety stale się zmienia. Efekt cieplarniany prowadzi do wzrostu temperatury Ziemi, a dziura ozonowa zwiększa ilość szkodliwego promieniowania UV docierającego do powierzchni. Do ekstremalnych zjawisk atmosferycznych należą tornada (trąby powietrzne), cyklony tropikalne (huragany) oraz susze.

🌍 Alarmujący fakt: Zjawisko pustynnienia, spowodowane długotrwałymi suszami i działalnością człowieka, powoduje, że pustynie co roku powiększają swoją powierzchnię o około 6 milionów hektarów! To obszar równy dwóm województwom Polski!