Atmosfären

Atmosfären är den gas som omger en himlakropp. Gasblandningen som omger jorden kallar vi för luft. På jorden sträcker sig atmosfären flera \(100 \text{ km}\) upp ovanför havsnivån och det finns ingen nivå där man kan säga att den slutar. Luften i atmosfären blir bara tunnare och tunnare tills den kontinuerligt övergår i rymdens två, tre vätemolekyler per kubikmeter. Den 25 oktober 2014 hoppade Alan Eustace fallskärm från en heliumballong på dryga \(41 \text{ km}\) höjd. Under fallet kom han upp i en hastighet på över \(1 \ 300 \text{ km/h}\) när han föll genom den tunna luften mot jorden. Det var fortare än ljudhastig heten i den rådande temperaturen.

8.2 Utsikt över jorden från \(30 \text{ km}\) höjd. När man tittar på bilder som den här, ser man att jordens atmosfär är väldigt tunn. I förhållande till jorden har atmosfären ungefär samma tjocklek som äppelskalet har till ett äpple.

8.3 Jordens atmosfär. Upp till termosfären är luftens sammansättning nästan likadan hela vägen. Intervallet \(0\) — \(85 \text{ km}\) kallas därför homosfär. Skiljelinjerna mellan de olika sfärerna kallas pauser, till exempel tropopaus.

Jordatmosfären delas in i olika lager, som kallas sfärer. Se figur 8.3. Det är en logaritmisk höjdskala i figuren. Det betyder att skalan blir mer och mer sammanpressad ju högre upp den når. I figuren är det samma avstånd mellan \(10\) och \(20 \text{ km}\) som mellan \(100\) och \(200 \text{ km}\), medan det i verkligheten är \(10\) gånger längre mellan de högre höjderna. Så gör man för att få plats med det man vill i en enda figur.

Det luftlager som ligger närmast jordytan kallas troposfären. Medelhöjden för detta luftlager är ungefär \(12 \text{ km}\). Här finns nästan \(90 \ \%\) av atmosfärens massa och nästan all vattenånga. Här finns även allt det som vi kallar väder. Troposfären är genomskinlig för det solljus som träffar den. Det gör att den i stort sett bara värms upp nedifrån av land eller hav. Det är orsaken till att temperaturen sjunker med höjden till mellan \(- 40 \text{ °C}\) och \(- 80 \text{ °C}\) i toppen av troposfären.

8.4 Ozonbildning i stratosfären. UV-ljuset absorberas av syre molekylerna

Nästa luftlager kallas stratosfären och finns på en höjd mellan \(12\) och \(45 \text{ km}\). Vindarna i stratosfären är oftast svagare än i troposfären. I stratosfären absorberas en hel del av solens ultravioletta strålar. När det sker splittras syremolekylerna till syreatomer, se figur 8.4 a. En syreatom kan i sin tur förena sig med en syremolekyl till en treatomig ozonmolekyl. Se figur 8.4 b.

Ozonet absorberar i sin tur ultravioletta strålar av andra våglängder och splittras i processen, se figur 8.4 c. Så håller det på i det så kallade ozonlagret uppe i stratosfären. Absorptionen av energin leder både till att stratosfären värms upp och att en del av de skadliga ultravioletta strålarna inte når oss nere på jorden. På grund av absorptionen av solenergi i stratosfären ökar temperaturen med ökande höjd och når upp till ungefär \(0 \text{ °C}\).

Nästa luftlager kallas mesosfären. Den finns på mellan \(45\) och \(85 \text{ km}\) höjd. Här sjunker återigen temperaturen med ökande höjd, ned till ungefär \(-100 \text{ °C}\). Här kan det blåsa rejält. Men inte ens vindar i orkanstyrka skulle förmå en vanlig flagga att fladdra i den tunna luften.

Över \(85 \text{ km}\) höjd finns nästa luftlager, termosfären. Här absorberas solstrålning med våglängder från UV och nedåt (alltså de våglängder som har mest energi). Därför ökar temperaturen på nytt och kan komma upp i över \(2 \ 000 \text{ °C}\). Farligt varmt, tänker du, men den höga temperaturen till trots skulle inte den här supertunna gasen kunna bränna din hand. Dessutom skulle en vanlig termometer visa under noll. Hur kan det komma sig? Jo, det beror på att termometern strålar ut så mycket värme jämfört med hur mycket den får genom kollisioner med luftmolekyler.

Solstrålningen på den här höjden har inte filtrerats genom atmosfären, så delar av den har energi nog för att jonisera luftmolekylerna. Luften här uppe består därför av en elektriskt ledande gas, ett så kallat plasma. Att gasen är elektriskt ledande gör att den speglar elektro magnetisk strålning. Det är just den "speglingen" som gör det möjligt att sända radiosignaler till platser under horisonten. Till exempel mellan olika länder eller kontinenter. Det är även här uppe som norrskenet fladdrar över arktiska breddgrader när jorden då och då träffas av en partikelanstormning från solen.

Det översta atmosfärlagret kallas exosfären och innehåller mest väte och helium (som läcker ut i rymden). Här är gasen så tunn att en atom kan röra sig flera kilometer mellan kollisionerna mot i genomsnitt \(0{,}000060 \text{ mm}\) vid havsnivån.