Skład i budowa atmosfery

Atmosfera ziemska składa się z kilku warstw ułożonych jedna nad drugą - troposfery, stratosfery, mezosfery, termosfery i egzosfery. W atmosferze przeważają azot i tlen, które wraz z argonem stanowią ponad 99% jej składu. Pozostałe składniki to gazy zmienne (para wodna, dwutlenek węgla, ozon) oraz aerozole.

Atmosfera chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym i meteoroidami. Ważną rolę pełni warstwa ozonowa znajdująca się w stratosferze - pochłania ona szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe. W wyniku tego procesu wyzwala się ciepło, powodujące wzrost temperatury w górnej części stratosfery.

Temperatura powietrza jest jednym z najważniejszych czynników pogody. Jej rozkład zależy od wielu czynników, takich jak: szerokość geograficzna, wysokość nad poziomem morza, rzeźba terenu, odległość od mórz i oceanów, prądy morskie czy charakter podłoża.

Ciekawostka: Głównym źródłem energii cieplnej i świetlnej dla Ziemi jest promieniowanie słoneczne. Do powierzchni Ziemi dociera ono w dwóch formach: jako promieniowanie bezpośrednie i rozproszone.

Temperatura i ciśnienie atmosferyczne

Wraz ze wzrostem wysokości temperatura powietrza zazwyczaj spada. Ten spadek opisuje gradient termiczny. Wyróżniamy dwa rodzaje gradientów: wilgotnoadiabatyczny (spadek o 0,6°C na 100 m) oraz suchoadiabatyczny (spadek o około 1°C na 100 m), występujący gdy powietrze jest bardzo suche.

Albedo to stosunek promieniowania odbitego do padającego. W miastach albedo jest niskie z powodu dużej ilości ciemnych powierzchni, natomiast na terenach zielonych jest wysokie. Amplituda temperatury to różnica między najwyższą a najniższą temperaturą w określonym czasie.

Ciśnienie atmosferyczne to nacisk powietrza na jednostkę powierzchni. Normalne ciśnienie na poziomie morza przy 0°C wynosi 1013 hPa. Różnice ciśnienia powodują powstawanie wiatrów, które zawsze wieją od wyżu do niżu. O kierunku wiatru decyduje wzajemne położenie układów ciśnienia oraz siła Coriolisa, która odchyla kierunek wiatru na półkuli północnej w prawo, a na południowej w lewo.

Warto zapamiętać: Wśród najważniejszych rodzajów wiatrów wyróżniamy: pasaty (stałe wiatry wiejące od zwrotników do równika), fen (ciepły, suchy wiatr występujący po zawietrznej stronie gór, w Tatrach znany jako halny) oraz wiatry występujące nad Morzem Śródziemnym (bora, mistral, sirocco).

Cyrkulacja atmosfery i jej znaczenie

Monsuny to wiatry sezonowe występujące głównie w Azji. Latem wieją z morza na ląd przynosząc opady, a zimą odwrotnie. Bryza morska to wiatr zmieniający kierunek w ciągu doby - w dzień wieje z morza na ląd, a nocą z lądu na morze. Wynika to z różnic w nagrzewaniu się lądu i morza.

Powietrze w atmosferze porusza się na trzy sposoby: poziomo (wiatr), pionowo (konwekcja) i nieregularnie (turbulencja). Konwekcja to pionowy ruch powietrza spowodowany różnicą jego gęstości wynikającą z nagrzewania. Nad silnie nagrzanymi obszarami powstają prądy wstępujące, a nad chłodniejszymi - zstępujące.

Globalna cyrkulacja atmosfery to system krążenia powietrza wokół Ziemi wywołany różnicami w dopływie energii słonecznej oraz ruchem obrotowym naszej planety. Wyróżniamy trzy podstawowe komórki cyrkulacyjne na każdej półkuli: komórkę Hadleya, komórkę Ferrela i komórkę okołobiegunową.

To ważne! Globalna cyrkulacja atmosferyczna ma ogromny wpływ na klimat i rozmieszczenie stref klimatycznych na Ziemi. To dzięki niej występują stałe wiatry, takie jak pasaty w strefie międzyzwrotnikowej czy wiatry zachodnie w strefach umiarkowanych.

Wilgotność powietrza i chmury

Wilgotność powietrza określa ilość pary wodnej w powietrzu. Im bliżej powierzchni Ziemi, tym powietrze jest wilgotniejsze. Na intensywność parowania wpływa temperatura powietrza, szerokość geograficzna, odległość od mórz i oceanów, ukształtowanie oraz pokrycie terenu.

Woda w atmosferze przechodzi różne przemiany: parowanie (ewaporacja), skraplanie (kondensacja), topnienie, zamarzanie, sublimacja (przejście lodu w parę) oraz resublimacja (przejście pary w lód). Temperatura punktu rosy to wartość, do której powietrze musi się ochłodzić, aby para wodna osiągnęła 100% wilgotności.

Chmury to zbiorowiska kropelek wody lub kryształków lodu swobodnie unoszących się w powietrzu. Wyróżniamy różne rodzaje chmur w zależności od ich wyglądu i wysokości występowania. Do najważniejszych należą:

• chmury pierzaste (cirrus) - wysokie, cienkie, nie dające opadów
• chmury warstwowe (stratus) - niskie, ciemne, dające mżawkę lub drobny śnieg
• chmury kłębiaste (cumulus) - o wyraźnych konturach, rzadko dające opady
• chmury burzowe (cumulonimbus) - rozbudowane pionowo, dające intensywne opady i burze

Ciekawostka: Chmury cumulonimbus mogą osiągać wysokość nawet kilkunastu kilometrów i mają charakterystyczny kształt kowadła. Są odpowiedzialne za najbardziej gwałtowne zjawiska pogodowe jak burze i ulewy.

Mgły i opady atmosferyczne

Mgła to zawiesina kropelek wody lub kryształków lodu, która ogranicza widoczność do mniej niż 1 km i styka się z powierzchnią ziemi. Wyróżniamy mgły radiacyjne (powstające w wyniku wypromieniowania ciepła z podłoża), adwekcyjne (gdy na wychłodzony teren napłynie ciepłe powietrze) oraz mgły z parowania.

Opady powstają, gdy kropelki wody lub kryształki lodu w chmurach rozrosną się do rozmiarów umożliwiających im wypadnięcie. Ich powstawanie związane jest z ruchami wznoszącymi powietrza, które powodują jego ochłodzenie poniżej temperatury punktu rosy. Do głównych rodzajów opadów należą: deszcz, mżawka, śnieg, krupa śnieżna i grad.

Ze względu na przyczynę powstawania wyróżniamy opady konwekcyjne (nad silnie nagrzanym terenem), orograficzne (związane z rzeźbą terenu, występujące po dowietrznej stronie gór) oraz frontalne (we frontach atmosferycznych).

Warto wiedzieć: W strefie międzyzwrotnikowej występują charakterystyczne deszcze zenitalne - krótkie, ciepłe i bardzo intensywne opady wynikające z konwekcji termicznej po górowaniu Słońca. Pojawiają się one niemal codziennie o podobnej porze dnia.

Fronty atmosferyczne i zjawiska pogodowe

Masa powietrza to duży fragment troposfery o podobnych właściwościach fizycznych, głównie temperaturze i wilgotności. Fronty atmosferyczne powstają w miejscach stykania się mas powietrza o różnych temperaturach. Wyróżniamy trzy główne rodzaje frontów:

Front chłodny tworzy się, gdy chłodne powietrze wsuwa się pod cieplejsze i wypycha je do góry. Na takim froncie często dochodzi do gwałtownych zjawisk, takich jak burze. Charakteryzuje się nagłą zmianą pogody i krótkotrwałymi, intensywnymi opadami.

Front ciepły powstaje, gdy cieplejsze powietrze napływa nad obszar z zalegającym chłodnym powietrzem i wślizguje się na masę chłodną. Tworzy on chmury warstwowo-deszczowe dające długotrwałe, umiarkowane opady.

Front zokludowany tworzy się, gdy szybciej przemieszczający się front chłodny dogoni front ciepły. Ciepłe powietrze zostaje oderwane od powierzchni i uniesione ponad powietrze chłodne. Występują wtedy długotrwałe opady, którym w ciepłej porze roku zwykle towarzyszą burze.

To ważne! Znajomość typów frontów atmosferycznych pozwala przewidywać zmiany pogody. Front chłodny zwiastuje gwałtowne ochłodzenie i krótkotrwałe opady, natomiast front ciepły przynosi ocieplenie i długotrwałe, mniej intensywne opady.

Ekstremalne zjawiska pogodowe i czynniki klimatotwórcze

Burze to zjawiska meteorologiczne związane z rozwojem chmur Cumulonimbus. Charakteryzują się intensywnymi opadami deszczu, śniegu lub gradu, którym towarzyszą wyładowania elektryczne. Szkwał to krótkotrwały, ale gwałtowny wiatr o dużej prędkości, powstający gdy stykają się masy powietrza o różnych temperaturach.

Trąba powietrzna to gwałtowny wir powietrza między chmurą burzową a powierzchnią gruntu, któremu towarzyszą intensywne opady. Sztorm to silny, porywisty wiatr nad obszarami mórz i oceanów o sile nie mniejszej niż 8° w skali Beauforta, zwykle z silnym falowaniem wody.

Na kształtowanie klimatu wpływają różne czynniki. Szerokość geograficzna decyduje o ilości docierającego promieniowania słonecznego. Prądy morskie wpływają na temperaturę i opady - ciepłe podnoszą temperaturę i zwiększają ilość opadów, zimne powodują ochłodzenie i brak opadów. Rzeźba terenu i wysokość n.p.m. wpływają na rozkład opadów i temperaturę.

Ciekawostka: Klimat kontynentalny charakteryzuje się małą ilością opadów i dużymi amplitudami temperatury (mroźne zimy i upalne lata), natomiast klimat morski cechują duże opady, małe amplitudy temperatury (ciepłe zimy i chłodne lata).

Klimaty kuli ziemskiej

Na Ziemi wyróżniamy pięć głównych stref klimatycznych: równikową, zwrotnikową, podzwrotnikową, umiarkowaną i okołobiegunową. Każda z nich ma charakterystyczne cechy dotyczące temperatury i opadów.

Klimat morski cechuje się małymi dobowymi i rocznymi amplitudami temperatury oraz dużymi opadami rozłożonymi równomiernie w ciągu roku. Jest to wynikiem wpływu mas powietrza znad oceanów. Występuje głównie na wybrzeżach i wyspach.

Klimat kontynentalny charakteryzuje się dużymi amplitudami temperatury (zarówno dobowymi, jak i rocznymi) oraz niewielkimi opadami, które przypadają głównie na miesiące letnie. Występuje w głębi kontynentów, z dala od wpływu mórz i oceanów.

Oprócz strefowych typów klimatu, wyróżniamy także klimaty astrefowe. Klimat monsunowy występuje tam, gdzie istnieje cyrkulacja monsunowa. Charakteryzuje się wyraźnym podziałem na porę deszczową (podczas monsunu letniego) i suchą (podczas monsunu zimowego). Inne klimaty astrefowe to klimat miejski i klimat górski.

To ważne! Klimat danego miejsca ma ogromny wpływ na życie ludzi, rolnictwo, gospodarkę wodną i energetyczną. Znajomość cech klimatu pozwala lepiej przystosować się do lokalnych warunków środowiskowych.

Strefy roślinności na Ziemi

Rozmieszczenie roślinności na Ziemi jest ściśle związane ze strefami klimatycznymi. Każda strefa klimatyczna ma charakterystyczne formacje roślinne, które są przystosowane do panujących tam warunków.

W strefie równikowej dominują wilgotne lasy równikowe o bogatej różnorodności gatunkowej oraz sawanny. Strefa zwrotnikowa to głównie obszary pustynne o skąpej roślinności. W strefie podzwrotnikowej występują lasy podzwrotnikowe (choć często są wycięte) oraz charakterystyczna dla regionu śródziemnomorskiego formacja krzewiasta zwana makią.

Strefa umiarkowana ciepła to przede wszystkim stepy oraz lasy liściaste i mieszane. W strefie umiarkowanej chłodnej dominują rozległe lasy iglaste, zwane tajgą. Strefa okołobiegunowa to tundra z niskimi krzewami i mchami oraz obszary pokryte lodem praktycznie pozbawione roślinności.

Ciekawostka: Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza, strefy roślinności układają się piętrowo, podobnie jak strefy klimatyczne zmieniają się wraz z szerokością geograficzną. Na przykład, na zboczach wysokich gór w strefie równikowej można zaobserwować kolejno: las równikowy, las górski, tundrę alpejską, a na samym szczycie - pokrywę lodową.