Атмосферата
Земята е заобиколена от сравнително тънка атмосфера (обикновено наричана въздух), състояща се от смес от газове, предимно молекулен азот (78 процента) и молекулен кислород (21 процента). Също така присъстват много по-малки количества газове като аргон (близо 1%), водна пара (средно 1%, но силно променлива по време и местоположение), въглероден диоксид (0,0395% [395 части на милион] и в момента нарастващ), метан (0,00018 процента [1,8 части на милион] и понастоящем нарастващи) и други, заедно с минутни твърди и течни частици в суспензия.
геоид: Определяне на земната фигура
Заслугата за идеята, че Земята е сферична, обикновено се дава на Питагор (процъфтява 6-ти век пр.н.е.) и
Тъй като Земята има слабо гравитационно поле (поради размера си) и топли атмосферни температури (поради близостта си до Слънцето) в сравнение с гигантските планети, в него липсват най-често срещаните газове във Вселената, които притежават: водород и хелий. Докато и Слънцето, и Юпитер са съставени предимно от тези два елемента, те не биха могли да се задържат дълго на ранната Земя и бързо се изпаряват в междупланетното пространство. Високото съдържание на кислород в земната атмосфера е необичайно. Кислородът е силно реактивен газ, който при повечето планетарни условия би се комбинирал с други химикали в атмосферата, повърхността и кора. Всъщност се доставя непрекъснато чрез биологични процеси; без живот практически нямаше свободен кислород. 1,8 части на милион метан в атмосферата също е далеч от химическото равновесие с атмосферата и кора: той също има биологичен произход, като приносът на човешките дейности значително надвишава останалите.
Газовете на атмосферата се простират от повърхността на Земята до височини на хиляди километри, като в крайна сметка се сливат със слънчевия вятър - поток от заредени частици, който изтича навън от най-отдалечените райони на Слънцето. Съставът на атмосферата е повече или по-малко постоянен с височина до над 100 км надморска височина (60 мили), като по-специално изключения са водни пари и озон.
Атмосферата обикновено се описва по отношение на различни слоеве или региони. По-голямата част от атмосферата е концентрирана в тропосферата, която се простира от повърхността до надморска височина от около 10–15 km (6–9 мили), в зависимост от географската ширина и сезона. Поведението на газовете в този слой се контролира чрез конвекция. Този процес включва бурните движения, преобръщащи се в резултат на плавателността на въздуха в близост до повърхността, който се затопля от Слънцето. Конвекцията поддържа намаляващ вертикален градиент на температурата - т.е. спад на температурата с надморска височина - приблизително 6 ° C (10,8 ° F) на км през тропосферата. В горната част на тропосферата, която се нарича тропопауза, температурите са паднали до около -80 ° C (−112 ° F). Тропосферата е регионът, в който съществуват почти всички водни пари и по същество се появява времето.
Сухата, слаба стратосфера лежи над тропосферата и се простира на надморска височина от около 50 км (30 мили). Конвективните движения са слаби или липсват в стратосферата; движенията вместо това са ориентирани хоризонтално. Температурата в този слой се увеличава с надморската височина.
В горните стратосферни райони абсорбцията на ултравиолетова светлина от Слънцето разгражда молекулярния кислород (O 2); рекомбинация на единични кислородни атоми с O 2 молекули в озон (О 3) създава екраниране озоновия слой.
Над сравнително топлата стратопауза е още по-напрегнатата мезосфера, в която температурите отново намаляват с надморска височина до 80–90 км (50–56 мили) над повърхността, където е определена мезопаузата. Минималната температура, постигната там, е изключително променлива в зависимост от сезона. Тогава температурите се повишават с увеличаване на височината през горния слой, известен като термосфера. Също над около 80–90 км има увеличаваща се част от заредени или йонизирани частици, което от тази височина нагоре определя йоносферата. В тази област се образуват зрелищни видими полярности, по-специално по приблизително кръгови зони около полюсите, чрез взаимодействието на азотни и кислородни атоми в атмосферата с епизодични изблици на енергийни частици, произхождащи от Слънцето.
Общата атмосферна циркулация на Земята се задвижва от енергията на слънчевата светлина, която е по-изобилна в екваториалните ширини. Движението на тази топлина към полюсите е силно повлияно от бързото въртене на Земята и свързаната с нея сила на Кориолис на географски ширини от екватора (което добавя компонент изток-запад към посоката на ветровете), което води до множество клетки на циркулиращия въздух във всеки полукълбо. Нестабилностите (смущения в атмосферния поток, които нарастват с времето) пораждат характерните области с високо налягане и бури с ниско налягане на средните ширини, както и бързите, движещи се на изток струйни потоци от горната тропосфера, които ръководят пътищата на бурите. Океаните са масивни резервоари на топлина, които действат до голяма степен за изглаждане на промените в глобалните температури на Земята, но бавно променящите се течения и температури също влияят на времето и климата, както при метеорологичния феномен на Ел Ниньо / Южното осцилация (виж климата: Циркулация, течения и взаимодействие между океан и атмосфера; климат: Ел Ниньо / Южно колебание и климатични промени).
Земната атмосфера не е статична характеристика на околната среда. По-скоро съставът му се е развил през геоложки време в синхрон с живота и днес се променя по-бързо в отговор на човешките дейности. Приблизително по средата на историята на Земята, необичайно високото изобилие на свободен кислород в атмосферата започна да се развива, чрез фотосинтеза чрез цианобактерии (виж синьо-зелени водорасли) и насищане на естествени повърхностни потъвания с кислород (напр. Относително бедни на кислород минерали и водород- богати газове, отделяни от вулкани). Натрупването на кислород направи възможно сложните клетки, които консумират кислород по време на метаболизма и от които са съставени всички растения и животни (вж. Еукариот).
Климатът на Земята на всяко място варира според сезоните, но има и дългосрочни вариации в глобалния климат. Вулканичните експлозии, като изригването през 1991 г. на планината Пинатубо във Филипините, могат да инжектират големи количества прахови частици в стратосферата, които остават суспендирани с години, намалявайки атмосферната прозрачност и водят до измеримо охлаждане в световен мащаб. Много по-рядко, гигантско въздействие на астероиди и комети може да доведе до още по-дълбоки ефекти, включително силно намаляване на слънчевата светлина с месеци или години, каквито мнозина учени смятат, че доведоха до масовото изчезване на живите видове в края на Кредовия период, 66 милиона години преди. (За допълнителна информация за рисковете, породени от космическите въздействия, и шансовете за тяхното възникване, вижте опасност от въздействието на Земята.) Доминиращите климатични промени, наблюдавани в скорошния геоложки запис, са ледените епохи, които са свързани с вариации на наклона на Земята и нейната орбитална геометрия по отношение на Слънцето.
Физиката на синтеза на водород кара астрономите да заключат, че Слънцето е било с 30 процента по-малко светещо през най-ранната история на Земята, отколкото е днес. Следователно, при всички останали равнища, океаните е трябвало да бъдат замръзнали. Наблюденията на планетарните съседи на Земята, Марс и Венера, и оценките на въглерода, затворен в земната кора в момента, сочат, че в земната атмосфера е имало много повече въглероден диоксид през по-ранните периоди. Това би засилило затоплянето на повърхността чрез парников ефект и така би позволило на океаните да останат течни.
Днес има 100 000 пъти повече въглероден диоксид, погребан в карбонатни скали в земната кора, отколкото в атмосферата, в рязък контраст с Венера, чиято атмосферна еволюция последва различен ход. На Земята образуването на карбонатни черупки от морския живот е основният механизъм за трансформиране на въглеродния диоксид в карбонати; абиотичните процеси, включващи течна вода, също произвеждат карбонати, макар и по-бавно. На Венера обаче животът никога не е имал шанса да възникне и да генерира карбонати. Поради разположението на планетата в Слънчевата система, ранната Венера получи 10-20 процента повече слънчева светлина, отколкото пада на Земята дори днес, въпреки по-слабото младо Слънце по онова време. Повечето планетни учени смятат, че повишената повърхностна температура, която е довела до задържане на водата от кондензация до течност. Вместо това той остана в атмосферата като водна пара, която подобно на въглеродния диоксид е ефективен парников газ. Заедно двата газа причиниха повърхностните температури да се повишат още по-високо, така че огромни количества вода избягаха към стратосферата, където тя се дисоциира от слънчевата ултравиолетова радиация. При условия, които сега са твърде горещи и сухи, за да позволят образуването на абиотичен карбонат, по-голямата част или целия запас от въглерод на планетата остава в атмосферата като въглероден диоксид. Моделите прогнозират, че Земята може да претърпи същата съдба за милиард години, когато Слънцето надвиши сегашната си яркост с 10-20 процента.
Между края на 50-те и края на 20 век количеството въглероден диоксид в атмосферата на Земята нараства с над 15 процента заради изгарянето на изкопаеми горива (например въглища, нефт и природен газ) и унищожаването на тропическите гори, като този на басейна на река Амазонка. Компютърните модели прогнозират, че мрежовото удвояване на въглеродния диоксид до средата на 21 век може да доведе до глобално затопляне средно от 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) над планетата, което би имало дълбоки ефекти върху морското равнище и селско стопанство. Въпреки че някои заключения са критикувани от това, че наблюдаваното досега затопляне не е в крак с прогнозата, анализите на данните за температурата на океана сочат, че голяма част от затоплянето през 20-ти век всъщност се е случило в самите океани - и ще в крайна сметка се появяват в атмосферата.
Друго притеснение по отношение на атмосферата е влиянието на човешките дейности върху стратосферния озонов слой. В средата на 80-те години на ХХ век сложни химични реакции, включващи следи от създадени от човека хлорофлуоровъглеводороди (CFCs), създават временни дупки в озоновия слой, особено над Антарктида, полярна пролет. Още по-обезпокоително беше откриването на нарастващо изчерпване на озона над силно населените умерени ширини, тъй като ултравиолетовата радиация с къса дължина на вълната, която озоновият слой ефективно абсорбира, е установила, че причинява рак на кожата. Международните споразумения за спиране на производството на най-ужасяващите озоноразрушаващи CFC в крайна сметка ще спрат и ще обърнат изчерпването, но само до средата на 21 век, поради дългото време на пребиваване на тези химикали в стратосферата.
