Khí quyển
Trái đất được bao quanh bởi một bầu khí quyển tương đối mỏng (thường được gọi là không khí) bao gồm hỗn hợp khí, chủ yếu là nitơ phân tử (78%) và oxy phân tử (21%). Ngoài ra còn có một lượng khí nhỏ hơn nhiều như argon (gần 1%), hơi nước (trung bình 1% nhưng rất khác nhau về thời gian và địa điểm), carbon dioxide (0,0395% [395 phần triệu] và hiện đang tăng), metan (0,00018 phần trăm [1,8 phần triệu] và hiện đang tăng), và các phần khác, cùng với các hạt rắn và lỏng trong phút lơ lửng.
Geoid: Xác định hình của Trái đất
Tín dụng cho ý tưởng rằng Trái đất là hình cầu thường được trao cho Pythagoras (bce hưng thịnh từ thế kỷ thứ 6) và
Do Trái đất có trường hấp dẫn yếu (nhờ kích thước của nó) và nhiệt độ khí quyển ấm (do nằm gần Mặt trời) so với các hành tinh khổng lồ, nó thiếu các loại khí phổ biến nhất trong vũ trụ mà chúng sở hữu: hydro và helium. Trong khi cả Mặt trời và Sao Mộc đều có thành phần chủ yếu là hai nguyên tố này, chúng không thể được giữ lại lâu trên Trái đất và nhanh chóng bay hơi vào không gian liên hành tinh. Hàm lượng oxy cao trong bầu khí quyển của Trái đất là không bình thường. Oxy là một loại khí có khả năng phản ứng cao, trong hầu hết các điều kiện hành tinh, sẽ được kết hợp với các hóa chất khác trong khí quyển, bề mặt và lớp vỏ. Trên thực tế, nó được cung cấp liên tục bởi các quá trình sinh học; không có sự sống, sẽ hầu như không có oxy tự do. 1,8 phần triệu triệu mêtan trong khí quyển cũng vượt xa trạng thái cân bằng hóa học với khí quyển và lớp vỏ: nó cũng có nguồn gốc sinh học, với sự đóng góp của các hoạt động của con người vượt xa các hoạt động khác.
Các khí của khí quyển kéo dài từ bề mặt Trái đất đến độ cao hàng ngàn km, cuối cùng hợp nhất với gió mặt trời. Một dòng các hạt tích điện chảy ra từ các vùng ngoài cùng của Mặt trời. Thành phần của khí quyển là nhiều hơn hoặc ít thường xuyên với chiều cao đến độ cao khoảng 100 km (60 dặm), với ngoại lệ đặc biệt là hơi nước và ô-zôn.
Bầu không khí thường được mô tả theo các lớp hoặc khu vực riêng biệt. Hầu hết các bầu không khí tập trung ở tầng đối lưu, kéo dài từ bề mặt đến độ cao khoảng 10-15 km (6-9 dặm), tùy thuộc vào vĩ độ và mùa. Hành vi của các khí trong lớp này được kiểm soát bởi sự đối lưu. Quá trình này liên quan đến các chuyển động hỗn loạn, đảo lộn do sự nổi của không khí gần bề mặt được sưởi ấm bởi Mặt trời. Đối lưu duy trì độ dốc nhiệt độ thẳng đứng giảm dần, tức là giảm nhiệt độ với độ cao khoảng 6 ° C (10,8 ° F) mỗi km qua tầng đối lưu. Ở đỉnh tầng đối lưu, được gọi là tầng đối lưu, nhiệt độ đã giảm xuống khoảng −80 ° C (−112 ° F). Tầng đối lưu là khu vực có gần như tất cả hơi nước tồn tại và về cơ bản là tất cả thời tiết xảy ra.
Khô, mỏng manh tầng bình lưu dối trá trên tầng đối lưu và kéo dài đến độ cao khoảng 50 km (30 dặm). Chuyển động đối lưu là yếu hoặc không có trong tầng bình lưu; chuyển động thay vì có xu hướng theo chiều ngang. Nhiệt độ trong lớp này tăng theo độ cao.
Ở các tầng bình lưu phía trên, sự hấp thụ ánh sáng cực tím từ Mặt trời phá vỡ oxy phân tử (O 2); tái hợp các nguyên tử oxy đơn với các phân tử O 2 thành ozone (O 3) tạo ra tầng ozone che chắn.
Phía trên stratopause tương đối ấm áp là thậm chí mỏng manh hơn tầng giữa, trong đó nhiệt độ lại giảm với độ cao tới 80-90 km (50-56 dặm) trên bề mặt, nơi mesopause được định nghĩa. Nhiệt độ tối thiểu đạt được là cực kỳ thay đổi theo mùa. Nhiệt độ sau đó tăng lên với chiều cao tăng dần qua lớp quá mức được gọi là tầng nhiệt điện. Ngoài ra, ở khoảng 80 km90 km, có một phần ngày càng tăng của các hạt tích điện hoặc ion hóa, từ độ cao này trở lên xác định tầng điện ly. Các cực quang nhìn thấy được tạo ra ở vùng này, đặc biệt dọc theo các vùng tròn xung quanh các cực, bởi sự tương tác của các nguyên tử nitơ và oxy trong khí quyển với các vụ nổ của các hạt năng lượng có nguồn gốc từ Mặt trời.
Tuần hoàn khí quyển chung của trái đất được điều khiển bởi năng lượng của ánh sáng mặt trời, có nhiều ở các vĩ độ xích đạo. Sự di chuyển của sức nóng này về phía các cực bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự quay nhanh của Trái đất và lực Coriolis liên quan ở các vĩ độ cách xa Xích đạo (thêm một thành phần đông-tây theo hướng gió), dẫn đến nhiều tế bào không khí lưu thông trong mỗi bán cầu. Sự không ổn định (nhiễu loạn trong dòng khí quyển phát triển theo thời gian) tạo ra các vùng áp suất cao đặc trưng và các cơn bão áp suất thấp của vùng trung lưu cũng như các luồng phản lực di chuyển nhanh về phía đông của tầng đối lưu hướng dẫn các con đường của bão. Các đại dương là những hồ chứa nhiệt khổng lồ, hoạt động chủ yếu để làm dịu các biến đổi của nhiệt độ toàn cầu, nhưng dòng chảy và nhiệt độ thay đổi chậm của chúng cũng ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu, như trong hiện tượng thời tiết El Niño / Nam dao động (xem khí hậu: Lưu thông, dòng chảy, và tương tác khí quyển đại dương; khí hậu: El Niño / Nam dao động và biến đổi khí hậu).
Bầu khí quyển của trái đất không phải là một tính năng tĩnh của môi trường. Thay vào đó, thành phần của nó đã phát triển theo thời gian địa chất phù hợp với cuộc sống và ngày nay đang thay đổi nhanh hơn để đáp ứng với các hoạt động của con người. Gần nửa lịch sử Trái đất, lượng oxy tự do dồi dào của bầu khí quyển bắt đầu phát triển, thông qua quá trình quang hợp bởi vi khuẩn lam (xem tảo xanh lục) và bão hòa oxy bề mặt tự nhiên (ví dụ, khoáng chất tương đối nghèo oxy và hydro- khí giàu thoát ra từ núi lửa). Tích lũy oxy tạo điều kiện cho các tế bào phức tạp, tiêu thụ oxy trong quá trình trao đổi chất và trong đó tất cả các loài thực vật và động vật được tạo ra, để phát triển (xem eukaryote).
Khí hậu trái đất tại bất kỳ vị trí nào thay đổi theo mùa, nhưng cũng có những biến đổi dài hạn hơn trong khí hậu toàn cầu. Vụ nổ núi lửa, như vụ phun trào núi Pinatubo năm 1991 ở Philippines, có thể bơm một lượng lớn các hạt bụi vào tầng bình lưu, tồn tại trong nhiều năm, làm giảm độ trong của khí quyển và làm mát có thể đo được trên toàn thế giới. Rất hiếm, tác động khổng lồ của các tiểu hành tinh và sao chổi có thể tạo ra những tác động thậm chí còn sâu sắc hơn, bao gồm giảm ánh sáng mặt trời nghiêm trọng trong nhiều tháng hoặc nhiều năm, như nhiều nhà khoa học tin rằng đã dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt của các loài sống vào cuối thời kỳ kỷ Phấn trắng, 66 triệu năm trước đây (Để biết thêm thông tin về các rủi ro do tác động của vũ trụ và khả năng xảy ra, hãy xem nguy cơ tác động của Trái đất.) Các biến đổi khí hậu chủ yếu được ghi nhận trong hồ sơ địa chất gần đây là các kỷ băng hà, được liên kết với các biến đổi về độ nghiêng của Trái đất và quỹ đạo của nó hình học đối với Mặt trời.
Vật lý của phản ứng tổng hợp hydro khiến các nhà thiên văn học kết luận rằng Mặt trời phát sáng ít hơn 30% trong lịch sử sớm nhất của Trái đất so với ngày nay. Do đó, tất cả những thứ khác đều bằng nhau, các đại dương nên bị đóng băng. Quan sát các nước láng giềng hành tinh của Trái đất, Sao Hỏa và Sao Kim, và ước tính lượng carbon bị khóa trong lớp vỏ Trái đất hiện tại cho thấy rằng có nhiều carbon dioxide hơn trong bầu khí quyển của Trái đất trong các thời kỳ trước đó. Điều này sẽ tăng cường sự nóng lên của bề mặt thông qua hiệu ứng nhà kính và do đó cho phép các đại dương duy trì chất lỏng.
Ngày nay, lượng carbon dioxide được chôn trong đá carbonate trong vỏ Trái đất gấp 100.000 lần so với trong khí quyển, trái ngược hoàn toàn với Sao Kim, nơi tiến hóa khí quyển diễn ra theo một hướng khác. Trên trái đất, sự hình thành vỏ carbonate bằng sinh vật biển là cơ chế chính để biến carbon dioxide thành carbonate; các quá trình phi sinh học liên quan đến nước lỏng cũng tạo ra cacbonat, mặc dù chậm hơn. Tuy nhiên, trên sao Kim, sự sống không bao giờ có cơ hội phát sinh và tạo ra cacbonat. Do vị trí của hành tinh trong hệ mặt trời, sao Kim sớm nhận được 10 ánh sáng mặt trời nhiều hơn 20% so với rơi trên Trái đất cho đến tận ngày nay, bất chấp Mặt trời trẻ mờ hơn vào thời điểm đó. Hầu hết các nhà khoa học hành tinh tin rằng nhiệt độ bề mặt tăng cao khiến nước không bị ngưng tụ thành chất lỏng. Thay vào đó, nó tồn tại trong khí quyển dưới dạng hơi nước, giống như carbon dioxide, là một loại khí nhà kính hiệu quả. Cả hai khí làm cho nhiệt độ bề mặt tăng cao hơn nữa do đó một lượng nước khổng lồ thoát ra khỏi tầng bình lưu, nơi nó bị phân ly bởi bức xạ cực tím mặt trời. Với điều kiện bây giờ quá nóng và khô để cho phép hình thành cacbonat phi sinh học, hầu hết hoặc toàn bộ lượng carbon tồn kho của hành tinh vẫn tồn tại trong khí quyển dưới dạng carbon dioxide. Các mô hình dự đoán Trái đất có thể chịu chung số phận trong một tỷ năm, khi Mặt trời vượt quá 10 độ sáng hiện tại.
Từ cuối những năm 1950 đến cuối thế kỷ 20, lượng carbon dioxide trong khí quyển Trái đất đã tăng hơn 15% do đốt nhiên liệu hóa thạch (ví dụ than, dầu và khí tự nhiên) và sự phá hủy của rừng mưa nhiệt đới, chẳng hạn như lưu vực sông Amazon. Các mô hình máy tính dự đoán rằng việc tăng gấp đôi lượng khí carbon dioxide vào giữa thế kỷ 21 có thể dẫn đến sự nóng lên toàn cầu 1,5 nhiệt4,5 ° C (2,7 nhiệt8,1 ° F) trung bình trên hành tinh, sẽ có tác động sâu sắc đến mực nước biển và nông nghiệp. Mặc dù kết luận này đã bị chỉ trích bởi một số người trên cơ sở rằng sự nóng lên quan sát được cho đến nay không theo kịp dự báo, các phân tích về dữ liệu nhiệt độ đại dương đã cho thấy rằng phần lớn sự nóng lên trong thế kỷ 20 thực sự xảy ra ở các đại dương. cuối cùng xuất hiện trong bầu khí quyển.
Một mối quan tâm hiện tại khác liên quan đến bầu khí quyển là tác động của các hoạt động của con người lên tầng ozone tầng bình lưu. Các phản ứng hóa học phức tạp liên quan đến dấu vết của chlorofluorocarbons nhân tạo (CFC) đã được tìm thấy vào giữa những năm 1980 để tạo ra các lỗ tạm thời trong tầng ozone, đặc biệt là ở Nam Cực, trong mùa xuân cực. Tuy nhiên, điều đáng lo ngại hơn là việc phát hiện ra sự suy giảm ôzôn ngày càng tăng trên các vĩ độ ôn đới đông dân, vì bức xạ tia cực tím bước sóng ngắn mà tầng ozone hấp thụ hiệu quả đã được tìm thấy gây ung thư da. Các thỏa thuận quốc tế nhằm ngăn chặn việc sản xuất các CFC phá hủy tầng ozone nghiêm trọng nhất cuối cùng sẽ tạm dừng và đảo ngược sự cạn kiệt, nhưng chỉ đến giữa thế kỷ 21, do thời gian lưu trú của các hóa chất này trong tầng bình lưu.
