Posts

Σύσταση της ατμόσφαιρας

Δίχως ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν ένας ψυχρός και αφιλόξενος πλανήτης. Η γήινη ατμόσφαιρα λειτουργεί ως μία «ζωηφόρος κουβέρτα» η οποία περιβάλλει τον πλανήτη μας και τον προστατεύει από τις αφιλόξενες συνθήκες του σύμπαντος.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, επηρεάζει τα πάντα γύρω μας ώστε καθίσταται άρρηκτα συνδεδεμένη με την ίδια μας την ύπαρξη. Ο ατμοσφαιρικός αέρας μας συνοδεύει από τη γέννηση μας και είναι αδύνατο να τον αποχωριστούμε.

Η Γη δε θα είχε λίμνες και ωκεανούς εάν δεν υπήρχε η ατμόσφαιρα. Δε θα υπήρχαν ήχοι, σύννεφα και πορφυρά ηλιοβασιλέματα. Η πανδαισία χρωμάτων του ουρανού θα απουσίαζε. Θα επικρατούσε απίστευτο κρύο κατά τη διάρκεια της νύχτας και αφόρητη ζέστη κατά τη διάρκεια της ημέρας. Τα πάντα επάνω στο πλανήτη μας θα ήταν στο έλεος της ισχυρής ηλιακής ακτινοβολίας.  

Στην πραγματικότητα ωστόσο, έχουμε προσαρμοστεί τόσο πολύ στην παρουσία του ατμοσφαιρικού αέρα που μας περιβάλλει ώστε ξεχνάμε πολλές φορές πόσο μεγάλη είναι η σημασία του για τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη μας. Αν και είναι άχρωμος, άοσμος, άγευστος και αόρατος (τις περισσότερες φορές), ο ατμοσφαιρικός αέρας κατορθώνει να μας προστατεύει από τις επικίνδυνες ακτινοβολίες του ήλιου και να μας παρέχει ένα μίγμα αερίων συστατικών που επιτρέπει την ανάπτυξη και διατήρηση της ζωής. 

Εικόνα 1. Η ατμόσφαιρα της Γης όπως φαίνεται από το διάστημα. Η ατμόσφαιρα είναι το λεπτό μπλε στρώμα που φαίνεται να περιβάλλει τη Γη.

Γενική επισκόπηση της ατμόσφαιρας της Γης

Ο όρος «ατμόσφαιρα» χρησιμοποιείται για να περιγράψει το πολύ λεπτό στρώμα αερίων που περιβάλλει τη Γη (Εικ. 1). Το μίγμα των αερίων συστατικών που περιέχεται στην ατμόσφαιρα είναι γνωστό ως «ατμοσφαιρικός αέρας». Ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται κυρίως από οξυγόνο (Ο2) και άζωτο (Ν2), ενώ σε μικρότερες ποσότητες (ιχνοστοιχεία) περιέχει υδρατμούς (Η2Ο) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

Η κίνηση των αερίων μαζών εντός της ατμόσφαιρας ονομάζεται «ατμοσφαιρική κυκλοφορία» και πηγάζει από τη διαφορετική θέρμανση του ισημερινού και των πόλων. Η περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονα της επηρεάζει την ατμοσφαιρική κυκλοφορία, ενώ πλήθος ενεργειακών μεταβολών λαμβάνει χώρα εντός της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας. Επομένως, η ατμόσφαιρα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μέσο όπου συμβαίνουν ποικίλες θερμοδυναμικές και μηχανικές διεργασίες, οι οποίες οδηγούν στη εκδήλωση διαφόρων φαινομένων. Τα φαινόμενα αυτά που συμβαίνουν μέσα στην ατμόσφαιρα της Γης και τα οποία γίνονται αντιληπτά από τον άνθρωπο συνιστούν το αντικείμενο της Μετεωρολογίας.Η ατμόσφαιρα συμμετέχει στην περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονα της, έχοντας την τάση να κινείται προς τα «έξω» εξαιτίας της φυγόκεντρου δύναμης. Για το λόγο αυτό, εμφανίζεται «ψηλότερη» πάνω από τον ισημερινό και «χαμηλότερη» πάνω από τους πόλους. Η συγκράτηση του ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης καθίσταται δυνατή με τη βοήθεια της δύναμης της βαρύτητας.

Σύσταση της ατμόσφαιρας

Στον Πίνακα 1 παρουσιάζεται η σύσταση της ατμόσφαιρας στην παρούσα της μορφή. Τα αέρια τα οποία περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα διακρίνονται σε μόνιμα και μεταβλητά. Μόνιμα θεωρούνται τα αέρια εκείνα των οποίων η συγκέντρωση εμφανίζεται (περίπου) σταθερή, ενώ μεταβλητά ονομάζονται τα αέρια των οποίων η συγκέντρωση παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές τόσο στο χώρο όσο και το χρόνο. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, τα κυρίαρχα αέρια είναι το άζωτο και το οξυγόνο τα οποία αντιστοιχούν στο 78% και 21%, αντίστοιχα, του ατμοσφαιρικού αέρα. Η αναλογία των δύο αυτών αερίων θεωρείται περίπου σταθερή έως το ύψος των περίπου 80 km.

Πίνακας 1. Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα στην παρούσα του μορφή. 

Μόνιμα αέρια

Μεταβλητά αέρια

Αέριο

Σύμβολο

Εκατοστιαία συγκέντρωση

Αέριο

Σύμβολο

Εκατοστιαία συγκέντρωση

Άζωτο Ν2 78.08

Υδρατμοί

Η2Ο 0 – 4
Οξυγόνο Ο2 20.95

Διοξείδιο του άνθρακα

CO2 0.038
Αργό Ar 0.93

Μεθάνιο

CH4 0.00017
Νέον Ne 0.0018

Υποξείδιο του αζώτου

Ν2Ο 0.00003
Ήλιο He 0.0005

Όζον

Ο3 0.000004
Υδρογόνο Η2 0.00005

Σωματίδια

PM 0.000001
Ξένο Xe 0.000009

Χλωροφθοράνθρακες

CFCs 0.00000002

Κοντά στην επιφάνεια, επικρατεί ισορροπία ανάμεσα στις διεργασίες παραγωγής και καταστροφής του αζώτου και του οξυγόνου. Το άζωτο απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω βιολογικών διεργασιών που περιλαμβάνουν βακτήρια του εδάφους. Στην απομάκρυνση του αζώτου συμμετέχουν επίσης οι μικροοργανισμοί του φυτοπλαγκτόν. Η επιστροφή του αζώτου στην ατμόσφαιρα λαμβάνει χώρα κύρια μέσα από την αποσύνθεση της βιομάζας, φυτικής ή/και ζωική προέλευσης. Στον αντίποδα, το οξυγόνο απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα είτε μέσω της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, είτε μέσω της αντίδρασης του με άλλα χημικά στοιχεία. Ένα μέρος του οξυγόνου απομακρύνεται επίσης μέσα από τη διαδικασία της αναπνοής. Η σημαντικότερη πηγή οξυγόνου για την ατμόσφαιρα είναι η διεργασία της φωτοσύνθεσης, κατά την οποία τα φυτά συνδυάζουν διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς, παρουσία φωτός, προς παραγωγή γλυκόζης και οξυγόνου.

Από τα μεταβλητά αέρια, οι υδρατμοί παρουσιάζουν τις σημαντικότερες μεταβολές στη συγκέντρωση τους, τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Κοντά στην επιφάνεια των θερμών και υγρών τροπικών περιοχών οι υδρατμοί καταλαμβάνουν έως και το 4% του ατμοσφαιρικού αέρα, ενώ πάνω από τις ψυχρές και ξηρές πολικές περιοχές το ποσοστό αυτό πέφτει δραματικά (Πίνακας 1). Τα μόρια των υδρατμών είναι κατά κανόνα αόρατα. Καθίστανται ορατά μόνο όταν μετασχηματίζονται σε μεγαλύτερα υγρά ή στερεά σωματίδια, όπως τα υδροσταγονίδια ή οι παγοκρύσταλλοι, τα οποία αυξανόμενα σταδιακά σε μέγεθος πέφτουν στην επιφάνεια με την μορφή βροχής ή χιονιού. Η μεταβολή των υδρατμών από την αέρια φάση στην υγρή ονομάζεται συμπύκνωση, ενώ η ανάποδη πορεία (από υγρή σε αέρια φάση) ονομάζεται εξάτμιση. Η κατακρήμνιση βροχής ή χιονιού στην επιφάνεια είναι γνωστή με τον όρο «υετός». Η παρουσία των υδρατμών στην κατώτερη ατμόσφαιρα είναι σχεδόν καθολική. Είναι η μοναδική ουσία η οποία στις συνήθεις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη μας εμφανίζεται και με τις τρεις φάσεις: υγρή, αέρια και στερεά.

Η παρουσία των υδρατμών στην ατμόσφαιρα της Γης είναι εξαιρετικά σημαντική. Όχι μόνο συμμετέχουν στο σχηματισμό του υετού, αλλά απελευθερώνουν τεράστια ποσά θερμότητας κατά τη διάρκεια των μεταβολών φάσης. Η θερμότητα που απελευθερώνεται όταν οι υδρατμοί αλλάζουν φάση (από αέρια σε υγρή ή/και στερεά) ονομάζεται λανθάνουσα. Η λανθάνουσα θερμότητα αποτελεί σημαντική πηγή ενέργειας για τα διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα και ιδιαίτερα για το σχηματισμό καταιγίδων και τυφώνων. Επιπρόσθετα, οι υδρατμοί αποτελούν εν δυνάμει θερμοκηπικό αέριο, καθώς απορροφούν ένα σημαντικό μέρος της ακτινοβολίας (υπέρυθρη) που εκπέμπει η Γη. Συνεπώς, οι υδρατμοί παίζουν σημαντικό ρόλο στο ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη μας.

Εξίσου σημαντική είναι η παρουσία του διοξειδίου του άνθρακα, παρά το γεγονός πως καταλαμβάνει ένα μικρό μόνο ποσοστό του ατμοσφαιρικού αέρα (Πίνακας 1). Οι πηγές του διοξειδίου του άνθρακα περιλαμβάνουν την αποσύνθεση της οργανικής ύλης, τις ηφαιστειακές εκρήξεις, τη διεργασία της αναπνοής και την καύση των ορυκτών καυσίμων. Στον αντίποδα, το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης και της δέσμευσής του από το φυτοπλαγκτόν. 

Εικόνα 2. Μέση μηνιαία συγκέντρωση (ppm) του διοξειδίου του άνθρακα στο Αστεροσκοπείο Manua Loa της Χαβάης (Πηγή: ESRL).

 

Η μεταβολή της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης, από το 1958 μέχρι σήμερα, απεικονίζεται στην Εικ. 2. Είναι προφανές ότι η συγκέντρωση του σημαντικού αυτού αερίου έχει αυξηθεί περισσότερο από 20% σε σύγκριση με το έτος αναφοράς 1958, οπότε και μετρήθηκε για πρώτη φόρα από το Αστεροσκοπείο Mauna Loa στη Χαβάη. Η παρατηρούμενη αυτή αύξηση σημαίνει πως το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στην ατμόσφαιρα με ρυθμό μεγαλύτερο από αυτό με τον οποίο απομακρύνεται. Αιτία της αύξησης της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα είναι η εκτεταμένη καύση των ορυκτών καυσίμων και η αποψίλωση των δασών. Τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα στην προ-βιομηχανική εποχή κυμαίνονταν στα 280 ppm (μέρη στο εκατομμύριο), όπως προκύπτει από μετρήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί σε γεωλογικά καρότα της Γροιλανδίας και της Ανταρκτικής. Από το 1800 και έπειτα, ωστόσο, καταγράφεται σημαντική αύξηση, έως και 38%. Σήμερα είναι γνωστό ότι η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνει με ρυθμό 0.4%/έτος, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε τιμές της τάξης των 500 ppm στο τέλος του παρόντος αιώνα.

Το διοξείδιο του άνθρακα αποτελεί σημαντικό θερμοκηπικό αέριο καθώς, όπως και οι υδρατμοί, απορροφά σημαντικό μέρος της εξερχόμενης γήινης (υπέρυθρης) ακτινοβολίας. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχει άμεσο αντίκτυπο στη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Σύμφωνα με σχετικές εκτιμήσεις, η μέση θερμοκρασία της Γης αυξήθηκε κατά περίπου  0.8 oC κατά τη διάρκεια των τελευταίων εκτατό (100) ετών, ως αποτέλεσμα της ραγδαίας αύξησης των επιπέδων του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Σήμερα, τα περισσότερα μαθηματικά κλιματικά μοντέλα προβλέπουν ότι ένας ενδεχόμενος διπλασιασμός στη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα θα μπορούσε να οδηγήσει σε αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη μας κατά 1.5 oC – 4.5 oC. Μία τέτοια αύξηση της θερμοκρασίας θα επέφερε απρόβλεπτες συνέπειες σε όλα τα οικοσυστήματα της Γης.

Εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς, στην κατηγορία των θερμοκηπικών αερίων ανήκουν επίσης το μεθάνιο, το υποξείδιο του αζώτου και οι χλωροφθοράνθρακες (Πίνακας 1). Το μεθάνιο εκλύεται στην ατμόσφαιρα από την αποδόμηση της φυτικής προέλευσης βιομάζας, τη βιολογική δραστηριότητα των τερμιτών και τις βιοχημικές διεργασίες των έμβιων οργανισμών. Σημαντικές ποσότητες μεθανίου απελευθερώνονται επίσης κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων. Το υποξείδιο του αζώτου εκπέμπεται κύρια από χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο έδαφος και περιλαμβάνουν διάφορα βακτήρια και μικρόβια. Η καταστροφή του συντελείται με τη βοήθεια της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Οι χλωροφθοράνθρακες είναι τεχνητές χημικές ενώσεις, εξαιρετικά αδρανείς, οι οποίες χρησιμοποιούνταν μέχρι πρόσφατα ως προωθητικές ουσίες στα σπρέι, αλλά και ως ψυκτικές ουσίες στα ψυγεία. Παρόλα αυτά, η χρήση τους έχει σήμερα περιοριστεί σημαντικά. Αυτό οφείλεται στην καταστροφική δράση που αποδείχθηκε ότι έχουν επάνω στο στρατοσφαιρικό όζον, το οποίο προστατεύει τη Γη από τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία.

Κοντά στην επιφάνεια της Γης, το όζον (Πίνακας 1) θεωρείται ρύπος, αποτελώντας το βασικό συστατικό της φωτοχημικής αιθαλομίχλης. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του ατμοσφαιρικού όζοντος (περίπου το 95%) εντοπίζεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, σε ύψος μεταξύ 30 – 50 km. Σε αυτή την περιοχή της ατμόσφαιρας (στρατόσφαιρα), το όζον σχηματίζεται με φυσικό τρόπο, από την αντίδραση μεταξύ ατόμων και μορίων οξυγόνου. Παρά την μικρή του συνεισφορά (~0.0002%) στον ατμοσφαιρικό αέρα, το στρατοσφαιρικό όζον θεωρείται εξαιρετικά σημαντικό για τη διατήρηση της ζωής στη Γη. Αυτό συμβαίνει διότι έχει την μοναδική ιδιότητα να απορροφά τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, λειτουργώντας ως ένα προστατευτικό στρώμα για τον πλανήτη μας.

Πέρα από τα μόνιμα και μεταβλητά αέρια που περιγράφηκαν παραπάνω, στην ατμόσφαιρα συναντώνται επίσης διάφορες άλλες ενώσεις, ανθρωπογενούς ή φυσικής προέλευσης. Τα επίπεδα των συγκεντρώσεων των ενώσεων αυτών ποικίλουν σημαντικά τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα αιωρούμενα σωματίδια τα οποία μπορεί να προέρχονται είτε από φυσικές διεργασίες (π.χ. σκόνη, θαλάσσιο σπρέι) είτε από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (π.χ. καύση ορυκτών καυσίμων). Στην ίδια κατηγορία ανήκουν επίσης τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx), το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και οι υδρογονάθρακες (HC), ενώσεις οι οποίες εκπέμπονται κατά κύριο λόγο από τις μηχανές εσωτερικής καύσης (π.χ. αυτοκίνητα). Η καύση ορυκτών καυσίμων που περιέχουν θείο οδηγεί επίσης σε εκπομπή διοξειδίου του θείου (SO2). Το σύνολο των ενώσεων αυτών χαρακτηρίζεται από επιζήμιες επιπτώσεις για τον άνθρωπο και/ή το περιβάλλον, ώστε είναι περισσότερο γνωστές με τον όρο «ρύποι».  

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

 

 

Σε αυτό το άρθρο θα δείτε ένα βίντεο του Met office  στο οποίο παρουσιάζονται πέντε εκπληκτικά οπτικά καιρικά φαινόμενα  που αν και σπάνια ,υπό τις κατάλληλες συνθήκες και προϋποθέσεις αλλά και με αρκετή τύχη μπορεί να τα συναντήσετε μια μέρα.  πρώτα όμως έχουμε μια μικρή αναφορά στο καθένα .

 

      1.  Παρήλιον   ( Parhelion )

το παρήλιον είναι ένα ατμοσφαιρικό φαινόμενο το οποίο δημιουργεί σημεία φωτός σε ένα φωτεινό δαχτυλίδι σε ακτίνα 22 μοιρών από κάθε πλευρά του Ηλίου. Εμφανίζονται όταν το φως διαθλάται από κρυστάλλους πάγου των θυσανόμορφων νεφών- εξαιρετικά λεπτά και αραιά στην τροπόσφαιρα. Το φαινόμενο είναι πιο συχνό το χειμώνα.

 

     2.  Ακτίνες λυκόφωτος    (Crepuskular rays)

Ακτίνες λυκόφωτος είναι οι ηλιακές ακτίνες, που ξεγλιστράνε ανάμεσα από τα σύννεφα , κατά τη διάρκεια του σούρουπου  . Εκείνη την ώρα οι αντιθέσεις μεταξύ του φωτός και του σκοταδιού είναι πιο εμφανείς και έτσι μπορούμε να έχουμε εκπληκτικές εικόνες όπως της σχετικής φώτο.

    3. Ιριδίζοντα νέφη  ( Circumzenithal  ARK)

Το φαινόμενο του ιριδισμού οφείλεται στο γεγονός ότι τα ιριδίζοντα σώματα έχουν την ιδιότητα να παρουσιάζονται με ένα χρώμα όταν διαθλούν το φως και με ένα διαφορετικό χρώμα όταν αντανακλούν το φως. Στα σώματα αυτά, το προσπίπτον φως ανακλάται πάνω σε πολλαπλές επιστρώσεις ημιδιαφανών επιφανειών. Μέσα από τη μετατόπιση των φάσεων και τη συμβολή αυτών των ανακλάσεων, το σώμα αλλάζει χρώμα, αφού διάφορες περιοχές συχνοτήτων ενισχύονται διαφορετικά ή γίνονται πιο ασθενείς.

 

   4.   Άλως   ( Haloes )

πρόκειται για ένα λευκό ή ελαφρώς χρωματιστό «δαχτυλίδι» που εμφανίζεται μερικές φορές γύρω από τον Ήλιο ή και σε σπάνιες φορές τη Σελήνη. Συνεπώς, απαντώνται δύο είδη άλω, οι ηλιακές και οι σεληνιακές. Πρόκειται για ένα οπτικό φαινόμενο που προκαλείται από τη διάθλαση και ανάκλαση του ηλιακού ή σεληνιακού φωτός πάνω στους παγοκρυστάλλους των νεφών.

 

   5.   Σέλας  (Aurora)

Το σέλας είναι είναι ένα εντυπωσιακό φωτεινό ουράνιο φαινόμενο που παρατηρείται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και είναι ορατό στους πόλους, για αυτό και ονομάζεται επίσης Πολικό Σέλας.τα φορτισμένα σωματίδια που προέρχονται από τους ηλιακούς ανέμους, φτάνουν στο μαγνητικό πεδίο της Γης και ταξιδεύουν κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών του.Από αυτά τα σωματίδια, μερικά εκτρέπονται προς τη Γη, ενώ κάποια άλλα αλληλεπιδρούν με τις μαγνητικές γραμμές δημιουργώντας ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων με κατεύθυνση τους δύο πόλους (γι’ αυτό παρατηρείται Σέλας ταυτόχρονα και στους δύο). Όταν φτάσουν στην ιονόσφαιρα, τα σωματίδια συγκρούονται με τα ιόντα του οξυγόνου και του αζώτου, τα οποία απορροφούν την ενέργεια και φτάνουν σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Στη συνέχεια αποδιεγείρονται εκπέμποντας την ενέργεια με τη μορφή ορατής ακτινοβολίας. Αυτή η αποδιέγερση των διαφορετικών ιόντων προκαλεί και τα διαφορετικά χρώματα του φαινομένου.

 

 

 

 

Πόσο μειώθηκαν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά τη διάρκεια της πανδημίας; Μία έρευνα για το περιοδικό nature είναι άκρως αποκαλυπτική.

 

Οι εκπομπές CO2 πριν την πανδημία του COVID-19 αυξάνονταν κατά 1% ετήσίως την τελευταία δεκαετία χωρίς να παρουσιάζουν ωστόσο αύξηση το 2019. Παρά το γεγονός της ευρύτερης χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, αυτές ακόμα δεν έχουν αντικαταστήσει φθηνότερες και ρυπογόνες μορφές ενέργειας, ενώ παράλληλα οι εκπομπές CO2 που παράγονται από τη χρήση μέσων μεταφοράς αυξήθηκε.

Αν και στα παρελθόν, άλλες οικονομικές κρίσεις οδήγησαν σε μείωση των εκπομπών ρύπων προσωρινά, σύντομα αυτές επανήλθαν στα ίδια επίπεδα με πριν. Για παράδειγμα, η παγκόσμια οικονομική κρίση του 2009 οδήγησε σε μείωση εκπομπών CΟ2 κατά -1.4%, ποσοστό που όμως όχι απλά ισοσταθμίστηκε, αλλά ακολουθήθηκε και από μία απότομη αύξηση της τάξης του 5% μέσα στο 2010. Ωστόσο, στην περίπτωση της πανδημίας φαίνεται πως η κατάσταση δεν είναι και τόσο προβλέψιμη, καθώς δεν είναι βέβαιη η χωροχρονική εξέλιξη του ιού παγκοσμίως και άρα των συνεπειών και της χρονικής διάρκειας αυτών (πχ. απαγόρευση κυκλοφορίας).

Υπενθυμίζουμε ότι ο ιός COVID-19 πρωτοεμφανίστηκε στις 30/12/2019, ενώ στις 11/03/2020 ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας κήρυξε τον πλανήτη σε κατάσταση παγκόσμαις πανδημίας.

Έρευνα για λογαριασμό του επιστημονικού περιοδικού Nature αντί δεδομένων εκπομπών CO2 (που είναι δύσκολο να συλλεχθούν σε πραγματικό χρόνο, παρά μεταγενέστερα), χρησιμοποίησε τα διάφορα στάδια απαγόρευσης δραστηριοτήτων ως δείκτη για την εκτίμηση των εκπομπών CO2.

 

Οι εκπομπές CO2 εκτιμήθηκαν με βάση 3 επίπεδα περιορισμών δραστηριοτήτων/κυκλοφορίας (από το 0 που σημαίνει καθόλου περιορισμοί έως το 3 που σημαίνει ολική απαγόρευση πλην των εργαζομένων που υποχρεούνται σε εργασία) που εφαρμόστηκαν σε 6 διαφορετικούς κλάδους οικονομίας/δραστηριοτήτων (ενέργεια, βιομηχανία, μεταφορές, δημόσια κτίρια και επιχειρήσεις, κατοικίες, αερομεταφορές). Η ανάλυση αφορά 69 χώρες, 50 πολιτείες των ΗΠΑ και 30 επαρχίες της Κίνας, αντιπροσωπεύονταςς ουσιαστικά το 85% του παγκόσμιου πληθυσμού και το 97% των εκπομπών CO2 στον πλανήτη.

 

Στο σχήμα 1 φάινονται οι μεταβολές των διάφορων δραστηριοτήτων ανά κατηγορία που συνεισφέρουν στις εκπομπές CO2. Φαίνεται πως η μεγαλύτερη μείωση (έως και >80%) σημειώθηκε στον τομέα των επίγειων και εναέριων μεταφορών. Σημαντική ωστόσο μείωση παρατηρήθηκε και στον κλαδο της βιομηχανίας με μειώσεις κοντά στο 40%. Τις μικρότερες μεταβολές (όπως είναι αναμενόμενο) σημείωσε ο κλάδος της ενέργειας με 0-20% μείωση), ενώ οι δραστηριότητες εντός των κατοικιών ελαφρώς αυξήθηκαν (κατά σχεδ΄ν 5%).

Σχήμα 1 – Ποσοστιαία μεταβολή δρασηριοτήτων κατά τη διάρκεια της ολικής απαγόρευσης λόγω κορωνιού σε σχέση με την τυπική δραστηριότητα προ κορωνοϊού. Στο διάγραμμα οι διάφορες κατηγορίες δρατηριοτήτων/οικονομίας διαχωρίζονται χρωματικά, ενώ σε κάθε κατηγορία εμφανίζονται κάποια σύνολα αντιπροσωπευτικών μετρήσεων.

 

Στο σχήμα 2 φαίνεται η μεταβολή όσον αφορά τις εκπομπές CO2 στην ατμόσφαιρα. Εδώ πρέπει να τονιστεί ότι πρόκειται για την μεταβολή των εκπομπών και όχι μεταβολή συγκεντρώσεων του CO2. Είναι ιδιαίτερα εμφανής και απότομη η πτώση κατά σχεδόν 20 μετρικούς τόνους ανά ημέρα μέσα σε διάστημα μόλις 4 μηνών ή διαφορετικά μπορούμε να πούμε ότι μέσα σε 4 μήνες ο ρυθμός εκπομπής μειώθηκε φτάνοντας τα επίπεδα του 2005.

 

 

 

Σχήμα 2 – Εκπομπές CO2 (σε μετρικούς τόνους ανά ημέρα MtCO2/d) α. από το 1970 έως σήμερα και β. την περίοδο Ιανουαρίου-Μαϊου 2020.

 

Συμπερασματικά, η μείωση των εκπομπών του CO2 κατά ~17% κατά τη διάρκεια της απαγόρευσης κυκλοφορίας λόγω της πανδημίας, η οποία σε ετήσια βάση (ανάλογα με τον βαθμό ανάκαμψης των δραστηριοτήτων) εκτιμάται στο 4.2-7.5% είναι ουσιαστικά η επιθυμητή μείωση που θα έπρεπε να σημειώνεται χρόνο με τον χρόνο ώστε να αγγίξουμε τον στόχο σαν πλανήτης του μετριασμού της αύξησης της θερμοκρασίας σε +1.5°C τις επόμενες δεκαετίες.

 

Δείτε όλο το άρθρο ΕΔΩ.

 

Σε όλους έχει δημιουργηθεί κάποια στιγμή η απορία σχετικά με τις μετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν σε άλλους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος.

Σε αυτό το άρθρο αναφέρεται συνοπτικά η γνώση που μέχρι σήμερα έχουμε:

 

1. Άρης

Είναι γνωστό ότι ο Άρης έχει μια πολύ λεπτή ατμόσφαιρα, η οποία δυσκολεύεται να κρατήσει τη ζέστη που φτάνει από τον ήλιο. Ως αποτέλεσμα, η επιφάνειά του είναι στεγνή και ξηρή και τεράστιοι κυκλώνες σκόνης σχηματίζονται συχνά, αν και στο παρελθόν γνωρίζουμε ότι η αρειανή ατμόσφαιρα ήταν ικανή να συντηρεί ακόμα και τρεχούμενο νερό.

Επιπλέον, οι πόλοι του πλανήτη είναι καλυμμένοι με παγωμένο διοξείδιο του άνθρακα ή, αλλιώς, ξηρό πάγο και τρομακτικές αμμοθύελλες θερίζουν την επιφάνειά του με την πρώτη ευκαιρία. Και δεν μιλάμε για τις καταιγίδες σκόνης που συναντά κανείς στη Γη, αλλά για θύελλες που μπορούν να καλύψουν ολόκληρο τον πλανήτη, μέσα σε λίγες μέρες.

Όσο για τις θερμοκρασίες που θα συναντήσουν οι επίδοξοι… άποικοι του Άρη, αυτές κυμαίνονται, στον αρειανό ισημερινό, από την άνεση των 20 βαθμών Κελσίου τη μέρα μέχρι την φονική παγωνιά των -50 βαθμών Κελσίου το βράδυ. Όχι και οι ιδανικότερες συνθήκες για να φτιάξει κανείς σπίτι. Και ας υποστηρίζουν αρκετοί ότι από τα κόκκινα εδάφη του ξεκίνησε το ταξίδι της ζωής για τη Γη.

Η σχεδόν ανύπαρκτη ατμόσφαιρα του Άρη

 

2. Αφροδίτη

Αν ψάχνουμε για ένα ζωντανό παράδειγμα του πώς μπορεί να μοιάζει στο μέλλον η Γη, αν συνεχίσουμε να τροφοδοτούμε το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αρκεί μια ματιά στην Αφροδίτη. Η ατμόσφαιρά της αποτελείται, κυρίως, από διοξείδιο του άνθρακα και είναι τόσο παχιά, ώστε να παγιδεύει περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία από όση μπορούμε να φανταστούμε.

Στην επιφάνειά της, τα θερμόμετρα, κυριολεκτικά, σπάνε. Για όλη τη διάρκεια του χρόνου, ο υδράργυρος παραμένει, σχετικά, σταθερός και δεν πέφτει πολύ κάτω από τους 480 βαθμούς Κελσίου. Συν τοις άλλοις, στην Αφροδίτη δεν βρέχει νερό, αλλά θειικό οξύ, το οποίο είναι εξαιρετικά διαβρωτικό και προκαλεί σοβαρά εγκαύματα στην ανθρώπινη σάρκα.

Δεν είναι για αυτό, όμως, που πρέπει να ανησυχούμε περισσότερο, αν πατήσουμε ποτέ το πόδι μας στον γειτονικό πλανήτη, αφού η όξινη βροχή εξατμίζεται από την υψηλή θερμοκρασία, πριν φτάσει στο έδαφος. Το μεγάλο πρόβλημα είναι οι βίαιες συγκρούσεις που προκαλούνται, όταν το θειικό οξύ συναντήσει τα υπολείμματα νερού που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα.

Μην ξεχνάμε και το χιόνι από βασάλτη και απομεινάρια μετάλλων που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Όπως καταλαβαίνουμε, λοιπόν, παρόλο που το όνομά της το κρύβει καλά, η Αφροδίτη είναι κανονική κόλαση για τον άνθρωπο. Μέχρι σήμερα, δεν έχουμε καταφέρει να στείλουμε ούτε οχήματα που να αντέξουν πάνω από δύο ώρες στην επιφάνειά της.

Η επιφάνεια της Αφροδίτης, διάσπαρτη από κρατήρες και εμφανή τα σημάδια ηφαιστιακής δραστηριότητας

 

3. Δίας

Εκτός από το να πρωταγωνιστεί σε θεωρίες για το Άστρο της Βηθλεέμ, ο Δίας είναι γνωστός και για τις πραγματικά “βασιλικές” καταιγίδες που σαρώνουν την επιφάνειά του. Η διασημότερη από αυτές έχει όνομα: Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα. Τόσο μεγάλη, που στην περιοχή που καλύπτει θα μπορούσε να χωρέσει ο πλανήτης μας, η Γη, τρεις ολόκληρες φορές.

Για να πάρουμε μια γεύση των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στον γίγαντα αερίων, αρκεί να αναλογιστούμε ότι η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα μαίνεται όπως ένας τυφώνας, εδώ και τέσσερις αιώνες, ενώ μια άλλη, μικρότερη, αλλά ολοένα και αυξανόμενη σε μέγεθος καταιγίδα, γνωστή σαν Οβάλ ΒΑ, κινείται με τις ίδιες αστρονομικές ταχύτητες.

Επιπροσθέτως, στον Δία, περισσότερα από 30 μεγάλα ρεύματα αέρα κινούνται, συνεχώς, σε όλο τον πλανήτη και σε αντίθετες κατευθύνσεις, φτάνοντας ταχύτητες 480 χιλιομέτρων την ώρα. Είναι τέτοια η ταχύτητά τους, που μπορούν να συγκρατούν τις μαινόμενες καταιγίδες που περιγράψαμε παραπάνω στη θέση τους.

Τα σύννεφα του Δία (οι λωρίδες που διακρίνονται στην επιφάνειά του) είναι, στην πραγματικότητα, παγωμένη αμμωνία, αφού οι θερμοκρασίες στο σημείο της ατμόσφαιρας όπου σχηματίζονται δεν ανεβαίνουν πάνω από τους -140 βαθμούς Κελσίου. Πρόσφατα, ανακαλύψαμε ότι στον Δία μπορεί να βρέχει διαμάντια. Πολύτιμα στη Γη, ενδεχομένως θανατηφόρα, όταν πέφτουν από ψηλά.

Δεν είναι πίνακας του Βαν Γκογκ, είναι ένα κοντινό των σύννεφων που στροβιλίζονται γύρω από τη Μεγάλη Ερυθρή Κηλίδα του Δία

 

4. Ερμής

Ως ο κοντινότερος πλανήτης στον ήλιο, δεν θα μπορούσε παρά να “φλέγεται”. Πράγματι, όταν βρίσκεται στο κοντινότερο σημείο της τροχιάς του από το άστρο μας, οι 430 βαθμοί Κελσίου είναι ο κανόνας, στην επιφάνειά του. Ωστόσο, δεδομένου ότι, ουσιαστικά, δεν έχει καθόλου ατμόσφαιρα που να συγκρατεί τη ζέστη, ο υδράργυρος πέφτει μέχρι και τους -180 βαθμούς Κελσίου το βράδυ. Μη νομίζετε, όμως, ότι οι εναλλαγές μέρας – νύχτας είναι συχνές. Ο πλανήτης, σε αντίθεση με τον συνονόματό του θεό, δεν φημίζεται για την ταχύτητά του. Συγκεκριμένα, η περιστροφή του είναι τόσο αργή, ώστε να έχει μόλις μιάμιση μέρα σε κάθε χρόνο. Άρα, ξεχάστε τα σκωτσέζικα ντους από τον καιρό. Ο επισκέπτης, είτε θα καεί είτε θα παγώσει, αναλόγως με το που θα προσγειωθεί.

Φωτογραφία του νότιου πόλου του Ερμή

 

5. Κρόνος

Οι άνεμοι είναι το θέμα σε αυτόν τον αέριο γίγαντα. Οι ταχύτητές τους μπορούν να φτάσουν μέχρι και τα 1610 χιλιόμετρα την ώρα. Για σκοπούς σύγκρισης, αναφέρουμε ότι οι υψηλότερες ταχύτητες μη ανεμοστροβιλικών ανέμων που καταγράφηκαν ποτέ στη Γη, στις 10 Απριλίου 1996, κατά τη διάρκεια του Κυκλώνα Ολίβια στην Αυστραλία, μετά βίας ξεπέρασαν τα 400 χιλιόμετρα την ώρα. Μάλιστα, στο βόρειο ημισφαίριο του Κρόνου, μαίνονται δύο τόσο μεγάλες καταιγίδες που μπορούν να περιγραφούν μόνο με τη λέξη εξωπραγματικές. Η μία από αυτές έχει εξάγωνο σχήμα, αντί για το κατά κανόνα σφαιρικό των καιρικών συστημάτων, με μήκος πλευράς, σχεδόν, ίσο με τη διάμετρο της Γης. Η άλλη έχει διάμετρο 10000 χιλιόμετρα, όσο η απόσταση Αθήνας – Αριζόνα. Κι αν ήταν μόνο τις ταχύτητες των ανέμων που μαίνονται στο εσωτερικό των τεράστιων καταιγίδων του Κρόνου που είχαμε για να ανησυχούμε, θα ήταν καλά. Κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη, ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα πιέζεται και σχηματίζεται γραφίτης. Ακόμα πιο κοντά, σχηματίζονται διαμάντια. Και όλα αυτά, παρασύρονται από τον αέρα, ταξιδεύοντας σαν σφαίρες.

Η περιστρεφόμενη δίνη στο κέντρο της εξάγωνης καταιγίδας μοιάζει υπέροχα όμορφη, αλλά είναι εξίσου δολοφονική

Η τεραστίων διαστάσεων εξάγωνη, φονική καταιγίδα που μαίνεται στον βόρειο πόλο του Κρόνου

 

6. Ποσειδώνας

Ο πιο μακρινός πλανήτης του ηλιακού συστήματος, μετά τον αποχαρακτηρισμό του Πλούτωνα, έχει καιρό παρόμοιο με εκείνον των παραπάνω γιγάντων της διαστημικής μας γειτονιάς, του Δία και του Κρόνου. Δηλαδή, ανέμους και καταιγίδες σε εξωπραγματικά μεγέθη και βροχή διαμαντιών. Ξεχωρίζει λόγω του ρεκόρ που κατέχει ως “οικοδεσπότης” του πιο βίαια γρήγορου ανέμου που έχουμε καταγράψει στο ηλιακό μας σύστημα, ταχύτητας 2415 χιλιομέτρων την ώρα. Οι ριπές του ανέμου πιάνουν αυτές τις ταχύτητες εξαιτίας της επίπεδης επιφάνειας του Ποσειδώνα και άρα, της απουσίας τριβής.

Αυτή η φωτογραφία του Ποσειδώνα αποκαλύπτει ένα στρώμα πανταχού παρούσας ομίχλης που καλύπτει τον πλανήτη, σχηματίζοντας ένα ημιδιαφανές στρώμα.

 

7. Ουρανός

Εδώ μιλάμε για πραγματικά φονικό κρύο. Ο Ουρανός είναι ο πιο παγωμένος από τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος με θερμοκρασίες που πέφτουν μέχρι τους -224 βαθμούς Κελσίου, σαν συνοδευτικό σε όλα τα “καλά” του καιρού που συναντά κανείς σε έναν αέριο γίγαντα: τεράστιοι τυφώνες και βροχή πολύτιμων λίθων.

Σπάνια φωτογραφία του συστήματος δακτυλίων του Ουρανού. Τα άκρα των δακτυλίων φαίνονται στη Γη μόνο κάθε 42 χρόνια.

Λεπτομέρεια από φωτογραφία του πλανήτη Ουρανού

 

Bonus: Πλούτωνας

Μόνο και μόνο επειδή ο Πλούτωνας δεν συγκαταλέγεται, πλέον, ανάμεσα στους πλανήτες, δεν μπορούμε να τον αφήσουμε έξω από τη λίστα μας, αφού μεγαλώσαμε μαθαίνοντας να τον υπολογίζουμε ως τον τελευταίο πλανήτη της γειτονιάς μας. Και πλανήτης ή όχι, έχει και αυτός μοναδικά καιρικά φαινόμενα, για να υπερηφανεύεται. Το απίθανο με αυτόν τον νάνο πλανήτη, λοιπόν, είναι ότι η εντυπωσιακά ελλειπτική του τροχιά προκαλεί τεράστιες διακυμάνσεις θερμοκρασίας: Όταν βρίσκεται στο πιο μακρινό σημείο από τον ήλιο παγώνει εντελώς, ενώ όταν τον πλησιάζει, τα αέρια που τον αποτελούν θερμαίνονται, δημιουργώντας μία αεριώδη ατμόσφαιρα και δρα περισσότερο σαν κομήτης. Κάτι σαν δύο σε ένα.

Χάρτης της επιφάνειας του Πλούτωνα με βάση φωτογραφίες που τραβήχτηκαν από τηλεσκόπια. Η χρωματική ανομοιομορφία οφείλεται, μάλλον, στην πολύπλοκη κατανομή των παγετών που μεταναστεύουν σε όλη την επιφάνεια, ανάλογα την τροχιά και τις εποχές.

 

Πηγή: Pathfinder.gr

Η Αφροδίτη, ο θερμότερος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος, ήταν κάποτε ένας κόσμος γεμάτος ωκεανούς και ειδυλλιακό κλίμα, σύμφωνα με νέα έρευνα.

 

Μπορείτε να διαβάσετε επίσης: Πώς θα σβήσει ο ήλιος; Ποιό θα είναι το τέλος του ηλιακού μας συστήματος;

 

Η Αφροδίτη είναι τόσο ζεστή που στην επιφάνειά της o μόλυβδος λιώνει, με τις θερμοκρασίες να κυμαίνονται γύρω στους 470 βαθμούς Κελσίου, ενώ οι ουρανοί της είναι σκοτεινοί από τα τοξικά σύννεφα θειικού οξέως που τους καλύπτουν. Μέχρι σήμερα, κανένα διαστημικό σκάφος που έχει στείλει ο άνθρωπος δεν κατάφερε να αντέξει πάνω από δύο ώρες στην επιφάνειά της.

Παρόλο που το όνομά της το κρύβει καλά, η Αφροδίτη είναι κανονική κόλαση. Ωστόσο, δεν έμοιαζε πάντα με σκηνή βγαλμένη από τη νοσηρή φαντασία του Δάντη.

Σύμφωνα με νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Geophysical Journal Letters και παρουσιάστηκε στο πρόσφατο συνέδριο της Αμερικάνικης Αστρονομικής Εταιρείας, η Αφροδίτη δεν αποκλείεται να ήταν ο πρώτος κατοικήσιμος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος και να υποστήριζε ζωή πριν από τη Γη.

 

Η επιφάνεια της Αφροδίτης

“Αν κάποιος ζούσε στην Αφροδίτη πριν 3 δισεκατομμύρια χρόνια σε χαμηλό υψόμετρο, θα ένιωθε παρόμοιες θερμοκρασίες με αυτές που έχουμε τώρα στον τροπικό κύκλο”, ανέφερε χαρακτηριστικά στον Guardian, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Michael Way, ο οποίος εργάζεται στο Ινστιτούτο Μελέτης του Διαστήματος Goddard της NASA.

Οι ουρανοί της Αφροδίτης θα είχαν βέβαια πολλά νέφη και σχεδόν συνεχείς βροχοπτώσεις, αλλά τα απογεύματα σε μερικές περιοχές θα ήταν ορατά μερικά υπέροχα ηλιοβασιλέματα, πρόσθεσε.

Το πιο σημαντικό στοιχείο, βέβαια, στην έρευνα είναι ότι υποστηρίζει πως υπό προϋποθέσεις, η Αφροδίτη μπορεί να διέθετε ήπιες καιρικές συνθήκες, ωκεανούς που έφταναν σε βάθος τα 2000 μέτρα και να ήταν κατοικήσιμη μέχρι και 0,715 δισεκατομμύρια (715 εκατομμύρια) χρόνια πριν.

Αυτό το διάστημα είναι αρκετό ώστε να είχε αναπτυχθεί κλιματική σταθερότητα και ανάπτυξη ζωής, έστω και σε επίπεδο μικροβίων. Οι ωκεανοί της Αφροδίτης θα είχαν σταθερές θερμοκρασίες και αν υποθέσουμε ότι η ζωή αναπτύχθηκε πρώτα στη θάλασσα […] τότε αυτοί θα ήταν ένα καλό μέρος για να γίνει η αρχή”, συνέχισε ο Way.

 

 

Προσομοιώσεις με βάση διαθέσιμα δεδομένα

Για να καταλήξει στα ανωτέρω συμπεράσματα, η ομάδα του Way προσομοίασε τις καιρικές συνθήκες του πλανήτη στο παρελθόν, χρησιμοποιώντας διαθέσιμα δεδομένα για τη γεωγραφία, την ατμόσφαιρα και την τροχιά της Αφροδίτης, καθώς και για την ηλιακή ακτινοβολία που δέχεται ο πλανήτης και συνυπολογίζοντας την κρατούσα θεωρία για προηγούμενη ύπαρξη νερού στην επιφάνειά της.

Στις προσομοιώσεις, η Αφροδίτη ξεκίνησε με θερμοκρασία 11 βαθμών Κελσίου πριν 2.9 δισεκατομμύρια χρόνια, η οποία καθώς ο Ήλιος γινόταν πιο ισχυρός, έφτασε τους 15 βαθμούς πριν 715 εκατομμύρια χρόνια. Θεωρητικά, δηλαδή, όλο αυτό το διάστημα, οι συνθήκες στην επιφάνειά της, αν και διαφορετικές από τις σύγχρονες στη Γη, ήταν ικανές να υποστηρίξουν ζωή.

Η πυκνή ατμόσφαιρα της Αφροδίτης

 

Θα χρειαστούν, πάντως, πιο ακριβείς μετρήσεις της χημικής σύνθεσης της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης, για να επιβεβαιωθεί η θεωρία ότι ο πλανήτης διέθετε ωκεανούς στο παρελθόν (στην οποία στηρίχθηκε η νέα έρευνα), αλλά και πόσο νερό ακριβώς διέθετε ο πλανήτης και πότε αυτό ξεκίνησε να εξαφανίζεται.

Μερικές από αυτές τις πληροφορίες δεν αποκλείεται να συγκεντρωθούν από την ιαπωνική αποστολή Akatsuki, η οποία έχει θέσει σκάφος σε τροχιά γύρω από την Αφροδίτη και συγκεντρώνει παρατηρήσεις με πρωτοφανή λεπτομέρεια.

Παρόλα αυτά, για πιο σοβαρές ενδείξεις ή ακόμα και αποδείξεις, όπως π.χ. ίχνη μικροβιακής ζωής, θα χρειαστεί προσεδάφιση οχήματος και αυτό αποτελεί μια πρόκληση που δεν έχει ξεπεραστεί ακόμα.

Τόσο η NASA όσο και παλαιότερα, η Σοβιετική Διαστημική Υπηρεσία, δεν κατάφεραν ποτέ να προσγειώσουν όχημα στην επιφάνεια της Αφροδίτης, το οποίο να αντέξει περισσότερα από περίπου 120 λεπτά πριν καταστραφεί, παρά τις επανειλημμένες προσπάθειες.

 

 

Ματιά στην Αφροδίτη, ματιά στο μέλλον μας;

Σύγκριση Αφροδίτης (χωρίς την ατμόσφαιρά της) και Γης

Εάν κάποτε, πάντως, η θεωρία του Way και της ομάδας του επιβεβαιωθεί, θα αποτελέσει ακόμα ένα ισχυρό χαρτί στα χέρια όσων υποστηρίζουν ότι μια ματιά στην Αφροδίτη είναι μία ματιά στο μέλλον της Γης, αν συνεχίσουμε να αγνοούμε τα σημάδια υπερθέρμανσης και επιμένουμε να τροφοδοτούμε την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας με αέρια του θερμοκηπίου.

Αυτήν τη στιγμή, γνωρίζουμε ότι η Αφροδίτη αναπτύσσει στην επιφάνεια της θερμοκρασίες κατά μέσο όρο 470 βαθμών Κελσίου, όχι μόνο λόγω της εγγύτητάς της με τον Ήλιο, αλλά και χάρη στην ατμόσφαιρά της, η οποία είναι 90 φορές πιο πυκνή από τη δική μας, αποτελούμενη κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα, παγιδεύοντας τεράστιες ποσότητες ηλιακής ακτινοβολίας.

 

Πηγή: pathfinder.gr

 

Ο όρος Μεταβατικά Φωτεινά Συμβάντα (Transient Luminus Events,TLE), αναφέρεται σε στιγμιαία οπτικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στην ανώτερη ατμόσφαιρα πάνω από περιοχές ενεργών κεραυνοκαταιγίδων.

Τα φαινόμενα αυτά είναι αποτέλεσμα σύζευξης της ηλεκτρικής ενέργειας των κεραυνών με την ανώτερη ατμόσφαιρα και τη κατώτερη ιονόσφαιρα. Η επίδραση αυτή λαβαίνει χώρα, με διάφορους μηχανισμούς, κυρίως όμως μέσω των ήμι -ηλεκτροστατικών πεδίων, και ισχυρών ηλεκτρομαγνητικών παλμών, που έχουν τη πηγή τους στους κεραυνούς νέφους-εδάφους.

Αν και η επιστήμη μελετά τους κεραυνούς εδώ και πολλά χρόνια τα TLE έγιναν γνωστά το 1989 μετά από παρατήρηση ερευνητών του πανεπιστημίου της Μινεσότα και έκτοτε συνεχίζουν να γίνονται έρευνες  πάνω στα TLE. Έτσι πλέον γνωρίζουμε αρκετούς τύπους TLE  οι οποίοι χωρίζονται σε τρις κατηγορίες :

(α) blue jets, blue starters, trolls, gigantic jets

(β) sprites και sprite halos

(γ) elves

 

TLE  πρώτης κατηγορίας :

 

 

Τα blue jets έχουν μορφή κώνου μπλε φωτός γωνιακού εύρους ~10οπου φαίνεται να ξεπηδά από την κορυφή ενός καταιγιδοφόρου νέφους στο ύψος της τροπόπαυσης, και να διαδίδεται ανοδικά μέχρι τα 40 με 50 km ύψος, με ταχύτητες που πλησιάζουν τα 100 km/s. Είναι από τα πλέον σπάνια αλλά μακρόβια TLE, με χρόνο εκπομπής ~200 ως 300 ms. Δεν είναι γνωστός ο μηχανισμός δημιουργίας τους, ενώ υπάρχουν ενδείξεις πως η απαρχή τους συμπίπτει με τη δράση διαδοχικών ενδονεφικών ηλεκτρικών εκκενώσεων.

τα blue starters,  είναι της ίδιας κατηγορίας όπως τα blue jets, αλλά χαρακτηρίζονται από μικρότερα ύψη διάδοσης (~25 km) και μεγάλο εύρος ανοδικών ταχυτήτων, από ~30 μέχρι 150 km/s, καθώς και μικρότερο χρόνο ζωής (<150 ms). Υπάρχουν ενδείξεις ότι τα blue starters αποτελούν ηλεκτρικές εκκενώσεις πάνω από τα νέφη, στην στρατόσφαιρα, και παρότι είναι συχνότερα των blue jets, θεωρούνται επίσης σπάνια.

Τα trolls, αποτελούν ένα στενό κατακόρυφο δρόμο φωτός από την κορυφή του νέφους μέχρι περίπου 50 km ύψος. Παρατηρούνται σπάνια,κάτω από μεγάλης έκτασης sprites.

τα gigantic jets είναι τεράστιες ηλεκτρικές εκκενώσεις, σε μορφή μισόκλειστης βεντάλιας, οι οποίες έχουν την αρχή τους στη κορυφή των καταιγιδοφόρων νεφών κοντά στη τροπόπαυση (~10 km) και εκτείνονται σε μεγάλο ύψος, φτάνοντας μέχρι τη βάση της ιονόσφαιρας, η οποία τη νύχτα βρίσκεται κοντά στα 90 km. Η οριζόντια έκτασή τους αυξάνει με το ύψος, φτάνοντας περί τα 50 km στα ανώτατα ύψη των 80-90 km. Πρόκειται για το πλέον σπάνιο φωτεινό συμβάν της οικογένειας των TLE, το οποίο χαρακτηρίζεται από σχετικά μικρότερους χρόνους ανοδικής διάδοσης, ενώ έχει χρόνο ζωής περί τα 250 ms.

 

TLE δεύτερης  κατηγορίας :

 

 

Τα sprites είναι από τα πλέον συνήθη μεταβατικά φωτεινά συμβάντα. Παρατηρούνται από το έδαφος με κάμερες υψηλής ευαισθησίας (χαμηλής φωτεινότητας) και μεγάλης χρονικής διακριτικής ικανότητας, με τα πλέον φωτεινά να είναι ορατά και με το μάτι. Η θέση τους τοποθετείται συνήθως μεταξύ 60 και 80 km ύψος, με την εκπομπή φωτός να αρχίζει από τα μεγαλύτερα ύψη και να κινείται προς τα κάτω, με ταχύτητες 104km/s. Εμφανίζουν σύνθετες φωτεινές μορφές και σχήματα, με ορισμένα να προσομοιάζουν ανεστραμμένο καρώτο (carot sprites), ή να σχηματίζουν ένα σύνολο κατακόρυφων διακριτών φωτεινών στηλών (column sprites). Οι οριζόντιες διαστάσεις τους διαφέρουν, και κυμαίνονται μεταξύ λίγων km ως και 30-50 km, ενώ οι χρόνοι ζωής είναι συνήθως μεταξύ 10 και 100 ms.

Τα sprites halos φαίνονται ως διάχυτες φωτεινές αναλαμπές διάρκειας λίγων ms (<10 ms), που εμφανίζονται σε ύψη μεταξύ 75 και 80 km. Έχουν πάχος λίγων km και εκτείνονται οριζόντια σε αποστάσεις μέχρι και 100 km, προσομοιάζοντας έτσι με στιγμιαίους φωτεινούς δίσκους. Ενώ τα sprite halos μπορεί να εμφανιστούν και μόνα τους, συνήθως προηγούνται λίγων ms της εμφάνισης των sprites σε ύψη πάνω από αυτά.

 

TLE τρίτης κατηγορίας :

 

 

Τα elves είναι στιγμιαία φωτεινά συμβάντα, τα οποία, έχουν χαρακτηριστικό σχήμα οριζόντιου φωτοστέφανου, ή φωτεινού δακτυλιοειδούς δίσκου. Παρατηρούνται μεταξύ 80 και 90 km, ενώ εκτείνονται οριζόντια σε μεγάλες αποστάσεις, που κυμαίνονται από 100 μέχρι και 500 km. Η διάρκεια του φαινομένου σε σχέση με όλα τα υπόλοιπα TLE είναι πολύ μικρή, συνήθως μερικές εκατοντάδες μs, δηλαδή μικρότερη του 1 ms. Τα elves παρατηρούνται περί τα 300 με 400 μs μετά από ένα ισχυρό κεραυνό νέφους-εδάφους θετικής ή αρνητικής πολικότητας.

 

Και εδώ μερικά σχετικά βίντεο :

 

 

Η πρώτη ατμόσφαιρα του πλανήτη πιθανότατα είχε πάρα πολλές ομοιότητες με την ατμόσφαιρα του ήλιου. Η ατμόσφαιρα αυτή, η οποία περιείχε μεγάλες ποσότητες υδρογόνου (Η2) και ήλιου (He), χάθηκε σχετικά σύντομα μετά από τη δημιουργία της, πριν από περίπου 4.6 δισ. χρόνια. Στην απώλεια της αρχικής ατμόσφαιρας της Γης συνετέλεσαν, μεταξύ άλλων, ο ισχυρός ηλιακός άνεμος («βροχή» φορτισμένων σωματιδίων από τον ήλιο) και οι εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούσαν στον πλανήτη μας εκείνη τη χρονική περίοδο.

Η παρούσα ατμόσφαιρα θεωρείται το αποτέλεσμα της εξελικτικής πορείας μιας πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας η οποία προέκυψε από την έκλυση διαφόρων αερίων από το εσωτερικό της Γης μέσω της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των θερμοπιδάκων. Τα εκλυόμενα αέρια αποτελούνταν στο μεγαλύτερο ποσοστό τους (~80%) από υδρατμούς (Η2Ο) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ενώ σε μικρότερες ποσότητες περιείχαν ενώσεις του αζώτου (Ν2). Με βάση χημικές αναλύσεις από τα αρχαιότερα πετρώματα της Γης, η πρωταρχική αυτή ατμόσφαιρα περιείχε επίσης μεθάνιο (CH4), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και κυάνιο (CN), ενώ απουσίαζε το οξυγόνο (Ο2).

Η έκλυση αερίων από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη μας συνεχίστηκε για εκατομμύρια χρόνια, εμπλουτίζοντας την αναγωγική ατμόσφαιρα με υδρατμούς και οδηγώντας, σταδιακά, στο σχηματισμό νεφών (αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών). Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία της επιφάνειας συνέχισε να υποχωρεί, επιτρέποντας στο νερό που έπεφτε με την μορφή βροχής να γεμίσει σταδιακά της κοιλότητες (αποτέλεσμα του «βομβαρδισμού» της Γης από πλήθος αστρικών σωμάτων) του πλανήτη μας, δημιουργώντας λίμνες, ποτάμια και ωκεανούς. Κατά τη διάρκεια αυτής της φυσικής διεργασίας, μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα απομακρύνθηκαν από την ατμόσφαιρα, διαλυόμενες στο βρόχινο νερό και αποθηκευόμενες τελικά στους ωκεανούς. Μέσω χημικών και βιολογικών διεργασιών, ένα σημαντικό μέρος του παραπάνω διοξειδίου του άνθρακα εγκλωβίστηκε τελικά σε ιζηματογενή πετρώματα (π.χ. ασβεστόλιθος). Η σταδιακή απομάκρυνση υδρατμών (μέσω συμπύκνωσης και κατακρήμνισης με την μορφή βροχής) και διοξειδίου του άνθρακα κατέστησε τελικά το χημικά αδρανές άζωτο κυρίαρχο ατμοσφαιρικό συστατικό.

Κατά την ίδια χρονική περίοδο, η αναγωγική ατμόσφαιρα της Γης «σφυροκοπείται» από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία ενώ εκδηλώνονται πολύ βίαια καιρικά φαινόμενα, συνοδευόμενα από έντονη ηλεκτρική δραστηριότητα (κεραυνοί). Η συνύπαρξη αυτών των πηγών ενέργειας και της αναγωγικής ατμόσφαιρας έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία του οξυγόνου, αφού επέτρεψε καταρχήν τη δημιουργία πρωτόγονων μορφών ζωής (π.χ. βακτήρια), οι οποίες στη συνέχεια εμπλούτισαν με οξυγόνο την ατμόσφαιρα μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης.

Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μπορεί να δημιουργηθεί με τουλάχιστον δύο τρόπους:

  • Με φωτοδιάσπαση των υδρατμών υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας.

Κατά τη φωτοχημική αυτή διεργασία, τα μόρια των υδρατμών διασπώνται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, οδηγώντας στην παραγωγή μορίων υδρογόνου και οξυγόνου. Η διεργασία αυτή εξακολουθεί να λαμβάνει χώρα ακόμα και σήμερα στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

  • Με φωτοσύνθεση κατά την οποία ζώντες οργανισμοί συνθέτουν την τροφή τους (γλυκόζη) από υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα, παρουσία της ορατής ηλιακής ακτινοβολίας.  

Από τους δύο αυτούς τρόπους παραγωγής του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η διεργασία της φωτοσύνθεσης είναι κυρίαρχη σε σχέση με τη φωτοδιάσπαση. Σύμφωνα με δοκιμαστικούς υπολογισμούς, μόνο το 10-6 – 10-4 της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο θα μπορούσε να παραχθεί με φωτοδιάσπαση. Στον αντίποδα βέβαια, η διεργασία της φωτοσύνθεσης προϋποθέτει την παρουσία ζωής.  

Σύμφωνα με τις σημερινές αντιλήψεις, οι πρώτοι ζώντες οργανισμοί της Γης δημιουργήθηκαν μέσω της επίδρασης των προαναφερθέντων ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω στα αέρια της πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας. Πειραματικά αποδεικνύεται πως η επίδραση ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω σε αναγωγική ατμόσφαιρα οδηγεί στο σχηματισμό αμινοξέων και άλλων οργανικών ενώσεων. Αυτές οι οργανικές ενώσεις διαλύθηκαν στους υδάτινους όγκους της «νεαρής» Γης όπου, προστατευόμενες από τη βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία, σχημάτισαν καταλυτικά μόρια DNA και RNA, καθώς και διάφορα άλλα ένζυμα, «συστατικά» απαραίτητα για την ανάπτυξη ζωής. Ωστόσο, η έξοδος αυτών των πρωτόγονων μορφών ζωής από το νερό δε θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί προτού η Γη αποκτούσε κάποιου είδους προστασία από την επιζήμια υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου.

Η προστασία της Γης από τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία επετεύχθη με το σχηματισμό του όζοντος (Ο3), το οποίο είναι αέριο που διαθέτει το μοναδικό χαρακτηριστικό της ισχυρής απορρόφησης της βλαβερής υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Τα πρώτα ίχνη όζοντος στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δημιουργήθηκαν από το λιγοστό οξυγόνο που άρχισαν να εκλύουν οι πρωτόγονοι «υποβρύχιοι» οργανισμοί μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης. Η παραγωγή όζοντος από οξυγόνο είναι μια φωτοχημική διεργασία η οποία λαμβάνει χώρα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Με βάση θεωρητικά ατμοσφαιρικά υποδείγματα, υπολογίζεται πως για την παραγωγή ποσότητας όζοντος ικανής για την προστασία της ζωής στη Γη απαιτούταν το ένα χιλιοστό της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο.
Με τη δημιουργία της προστατευτικής στιβάδας του όζοντος στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οι ζώντες οργανισμοί κατόρθωσαν να επιβιώσουν και έξω από το νερό. Έτσι, αναπτύχθηκε σταδιακά η βλάστηση στην επιφάνεια του πλανήτη μας και η φωτοσύνθεση κυριάρχησε, εμπλουτίζοντας την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Σήμερα γνωρίζουμε ότι πριν από 0.5 – 1 δισ. χρόνια, η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε τόσο οξυγόνο όσο περίπου και σήμερα. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειώσουμε πως από τη συνολική ποσότητα οξυγόνου που παρήχθη από τους φυτικούς οργανισμούς στη διάρκεια της ιστορίας της Γης, μόνο το 10% αντιστοιχεί στα επίπεδα συγκεντρώσεων που παρατηρούμε σήμερα. Το υπόλοιπο 90% καταναλώθηκε κυρίως για την παραγωγή οξειδίων στο φλοιό της Γης (π.χ. ανθρακικό ασβέστιο).

Η δημιουργία, ειδικότερα, των ανθρακικών ενώσεων έπαιξε σημαντικό ρόλο στην απομάκρυνση σημαντικών ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Στην πιο πρόσφατη ιστορία του πλανήτη μας, η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο παρέμεινε σταθερή ως αποτέλεσμα της ισορροπίας μεταξύ των διεργασιών της φωτοσύνθεσης, της δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα σε ανθρακικά πετρώματα, της αναπνοής, της καύσης, της οξείδωσης και της έκλυσης ηφαιστειακών αερίων. Στον «καθαρισμό» της ατμόσφαιρας από το διοξείδιο του άνθρακα, καθοριστικό ρόλο έπαιξε το νερό. Δίχως την παρουσία του δεν θα αναπτυσσόταν ζωή ικανή να φωτοσυνθέσει και να εμπλουτίσει την ατμόσφαιρα με οξυγόνο.

Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι η σημερινή ατμόσφαιρα προέκυψε από την πρωταρχική αναγωγική ατμόσφαιρα αφού πρώτα αφαιρέθηκαν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών. Μέσα από τη διαδικασία αυτή, το άζωτο κατέστη το κυρίαρχο συστατικό της ατμόσφαιρας, λόγω και της χημικής του αδράνειας. Τέλος, η ανάπτυξη ζωής αρχικά στο νερό και στη συνέχεια έξω από αυτό, εμπλούτισε την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Υπολογίζεται ότι η ατμόσφαιρα της Γης έφτασε στη σημερινή της σύσταση πριν από περίπου 0.5 δισ. χρόνια.  

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

TEMPERATURE PROFILE

Ο κατακόρυφος διαχωρισμός της ατμόσφαιρας σε στρώματα (στρωμάτωση) μπορεί να πραγματοποιηθεί με βάση: (α) τη χημική σύσταση, (β) την μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος, και (γ) τις ηλεκτρικές ιδιότητες.

Με κριτήριο τη χημική σύσταση, η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να χωριστεί σε δύο στρώματα. Το πρώτο από αυτά, η ομοιόσφαιρα, εκτείνεται από την επιφάνεια μέχρι το ύψος των ~85 km. Βασικό γνώρισμα της ομοιόσφαιρας είναι η σχεδόν σταθερή ατμοσφαιρική σύσταση, η οποία είναι αποτέλεσμα της πολύ καλής ανάμιξης των ατμοσφαιρικών συστατικών. Το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας εντοπίζεται σε αυτό το στρώμα. Στον αντίποδα, η ετερόσφαιρα (>85 km) χαρακτηρίζεται από μεταβλητή ατμοσφαιρική σύσταση. Εξαιτίας της μεγάλης ελεύθερης διαδρομής (η μέση απόσταση που μπορεί να διανύσει ένα μόριο δίχως να συγκρουστεί με κάποιο άλλο), τα διάφορα ατμοσφαιρικά συστατικά εμφανίζονται στρωματοποιημένα κατά το μοριακό τους βάρος. Με άλλα λόγια, τα «βαρύτερα» μόρια εντοπίζονται στο κάτω όριο της ετερόσφαιρας και τα «ελαφρύτερα» στο άνω όριο.

TEMPERATURE PROFILE

Εικόνα 1. Κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα και τα αντίστοιχα ατμοσφαιρικά στρώματα (Πηγή: Ahrens, D. 2009)

 

Το κατώτερο ατμοσφαιρικό στρώμα είναι η τροπόσφαιρα, η οποία εκτείνεται από την επιφάνεια έως το ύψος των 12±2 km (Εικ. 1). Η κύρια πηγή θέρμανσης της τροπόσφαιρας είναι η υπέρυθρη (μεγάλου μήκους κύματος) ακτινοβολία που εκπέμπει η Γη, γεγονός που οδηγεί σε βαθμιαία μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος, όπως φαίνεται και στην Εικ. 1. Ο κύριος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας μέσα στην τροπόσφαιρα είναι η ανωμεταφορά (convection). Ειδικότερα, η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος που παρατηρείται στην τροπόσφαιρα οφείλεται στη σταδιακή εξασθένιση της θέρμανσης από την επιφάνεια (μέσω ακτινοβολίας, συναγωγής, τυρβωδών κινήσεων του αέρα και μεταφορά λανθάνουσας θερμότητας από την αλλαγή φάσης των υδρατμών). Ο μέσος ρυθμός με τον οποίο ελαττώνεται η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα (θερμοβαθμίδα) είναι περίπου ίσος με 6.5 oC/km. Πιο αναλυτικά, η τροπόσφαιρα μπορεί να χωριστεί σε επιμέρους περιοχές ανάλογα με την παρατηρούμενη θερμοβαθμίδα. Η κατώτερη τροπόσφαιρα (<1.5 km) χαρακτηρίζεται από θερμοβαθμίδα ίση με περίπου 0.3-0.4 oC/100 m. Στη μέση τροπόσφαιρα (1.5 – 6 km) η θερμοβαθμίδα προσεγγίζει τους 0.5-0.6 oC/100 m, ενώ στην ανώτερη τροπόσφαιρα (6 – 9 km) τους 0.65-0.75 oC/100 m. Τέλος, στα όρια της τροπόπαυσης (>9 km) παρατηρείται θερμοβαθμίδα ~0.2-0.5 oC/100 m. Στην περίπτωση της κατώτερης τροπόσφαιρας, θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρατηρούνται συχνά αποκλίσεις στις αναφερόμενες τιμές της θερμοβαθμίδας λόγω, κυρίως, της ανάπτυξης θερμοκρασιακών αναστροφών. 

Στην τροπόσφαιρα συγκεντρώνεται σχεδόν το 80% της συνολικής ατμοσφαιρικής μάζας και σχεδόν ολόκληρη η ποσότητα των υδρατμών. Επιπρόσθετα, παρατηρείται αύξηση των οριζόντιων συνιστωσών του ανέμου με το ύψος, εξαιτίας της μείωσης της δύναμης τριβής που αναπτύσσεται μεταξύ των μορίων του αέρα και της επιφάνειας. Σημαντικές όμως είναι και οι κατακόρυφες κινήσεις των αερίων μαζών μέσω των οποίων διαμορφώνονται τα καιρικά συστήματα. Επομένως, η τροπόσφαιρα αποτελεί το σημαντικότερο ατμοσφαιρικό στρώμα για την μετεωρολογία καθώς μέσα σε αυτό λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες ατμοσφαιρικές διεργασίες που σχετίζονται με τη δημιουργία του καιρού.

Το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση και αποτελεί την μεταβατική περιοχή μεταξύ της τροπόσφαιρας και του υπερκείμενου στρώματος της στρατόσφαιρας. Η τροπόπαυση θεωρείται σχεδόν ισόθερμο στρώμα, καθώς η θερμοκρασία μεταβάλλεται ελάχιστα με το ύψος. Το ακριβές ύψος της τροπόπαυσης ποικίλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Πάνω από τις τροπικές περιοχές (0-30ο) η τροπόπαυση εντοπίζεται συνηθέστερα στο ύψος των 14-17 km, ενώ πάνω από τις εύκρατες/πολικές περιοχές (40-90ο) το ύψος της κυμαίνεται μεταξύ 7-12 km. Οι μέσες θερμοκρασίες της τροπικής τροπόπαυσης κυμαίνονται μεταξύ -70 oC και -80 oC και της πολικής τροπόπαυσης μεταξύ -55 oC και -60 oC. Η διαφοροποίηση που παρατηρείται στο ύψος της τροπόπαυσης έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ζωνών ασυνέχειας πάνω από τις υποτροπικές και υποπολικές περιοχές. Σε αυτές τις ζώνες ασυνέχειας αναπτύσσονται οι αεροχείμαρροι (ρεύματα πολύ ταχέως κινούμενου αέρα).

Το ύψος της τροπόπαυσης μεταβάλλεται επίσης ανάλογα με την επικράτηση κυκλωνικών ή αντικυκλωνικών συνθηκών. Έτσι, σε περιοχές όπου επικρατούν αντικυκλωνικές συνθήκες η τροπόπαυση τείνει να εντοπίζεται σε μεγαλύτερα ύψη. Αντίθετα, το ύψος της τροπόπαυσης είναι χαμηλότερο όταν επικρατούν κυκλωνικές συνθήκες.

Το ατμοσφαιρικό στρώμα που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα και διαχωρίζεται από αυτή μέσω της τροπόπαυσης είναι η στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα εκτείνεται από το ύψος της τροπόπαυσης έως τα 50-55 km. Συχνά, χωρίζεται στις περιοχές της κατώτερης  (<35 km) και της ανώτερης (>35 km) στρατόσφαιρας. Στην κατώτερη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία μεταβάλλεται ελάχιστα με το ύψος οπότε επικρατούν ευσταθείς συνθήκες και οι κατακόρυφες κινήσεις αποτρέπονται. Οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στην κατώτερη στρατόσφαιρα (-40 oC – -50 oC) την καθιστούν ένα εξαιρετικά ξηρό ατμοσφαιρικό στρώμα.

Στην ανώτερη στρατόσφαιρα η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος, φτάνοντας σε επίπεδα κοντά στους 0 oC στο ανώτερο όριο. Η αύξηση της θερμοκρασίας στην ανώτερη στρατόσφαιρα αποδίδεται στην παρουσία του όζοντος (Ο3) το οποίο απορροφά το μεγαλύτερο τμήμα της ηλιακής υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας, αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό την κινητική ενέργεια των μορίων του αέρα και προκαλώντας την παρατηρούμενη θέρμανση. Η ανώτερη στρατόσφαιρα χαρακτηρίζεται επίσης από ευσταθείς συνθήκες, εξαιτίας της αύξησης της θερμοκρασίας, που αποτρέπουν τις όποιες κατακόρυφες κινήσεις των αερίων μαζών.

Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας ονομάζεται στρατόπαυση και χαρακτηρίζεται από την μεγιστοποίηση της θερμοβαθμίδας και την ισοθερμική συμπεριφορά. Σε αυτό το στρώμα, το οποίο εντοπίζεται μεταξύ 50-55 km παρατηρείται η μέγιστη θερμοκρασία της στρατόσφαιρας. Από την επιφάνεια της Γης μέχρι και το ύψος της στρατόπαυσης βρίσκεται συγκεντρωμένο το 99.9% της ατμοσφαιρικής μάζας.
Πάνω από τη στρατόπαυση η θερμοκρασία ελαττώνεται με το ύψος μέχρι και τα περίπου 85 km (άνω όριο ομοιόσφαιρας). Το αντίστοιχο ατμοσφαιρικό στρώμα ονομάζεται μεσόσφαιρα. Το βασικό χαρακτηριστικό της μεσόσφαιρας είναι η ραγδαία καθ’ ύψος ελάττωση της θερμοκρασίας, η οποία φτάνει σε επίπεδα κοντά στους -85 oC στο άνω όριο. Η ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος αποδίδεται στην απουσία όζοντος (Ο3) ή άλλων ατμοσφαιρικών συστατικών ικανών να απορροφήσουν την ηλιακή ακτινοβολία, γεγονός που θα μπορούσε να θερμάνει τον ατμοσφαιρικό όριο.

Το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας ονομάζεται μεσόπαυση. Η μεσόπαυση είναι επίσης το ανώτερο όριο της ομοιόσφαιρας, καθώς και το ψυχρότερο σημείο αυτής με τη θερμοκρασία να είναι της τάξης των -100 oC.

Η θερμόσφαιρα είναι το ατμοσφαιρικό στρώμα που εντοπίζεται πάνω από την μεσόπαυση και έως το ύψος των ~400 km. Το κατώτερο τμήμα της θερμόσφαιρας χαρακτηρίζεται από ισοθερμική ισορροπία, ενώ στο υπόλοιπο τμήμα παρατηρείται σχεδόν μονότονη αύξηση της θερμοκρασίας. Μάλιστα, η μέγιστη θερμοκρασία μπορεί να φτάσει ή και να ξεπεράσει τους 700 oC, ανάλογα και με την ηλιακή δραστηριότητα. Στη θερμόσφαιρα απορροφάται το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας με μήκη κύματος μικρότερα των 0.2 μm. Η απορρόφηση πραγματοποιείται κυρίως από το μοριακό οξυγόνο, το οποίο με τον τρόπο αυτό διασπάται σε ατομικό. Η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη και απελευθερώνει μεγάλα ποσά ενέργειας. Σε συνδυασμό με την ουσιαστική απουσία άλλων ατόμων και μορίων, η ενέργεια αυτή οδηγεί στην παρατηρούμενη μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας. Το νοητό όριο όπου η ραγδαία αύξηση της θερμοκρασίας υποχωρεί ορίζει τη θερμόπαυση.

Ακριβώς πάνω από τη θερμόπαυση εντοπίζεται το στρώμα της εξώσφαιρας. Η βάση της εξώσφαιρας μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ των 400 km και 500 km, ανάλογα με την ηλιακή δραστηριότητα. Το κύριο χαρακτηριστικό της εξώσφαιρας είναι η πολύ μεγάλη ελεύθερη διαδρομή των μορίων, οπότε και τα τελευταία είναι δυνατόν (κάτω από προϋποθέσεις) να διαφύγουν της επίδρασης του βαρυτικού πεδίου της Γης.

Με κριτήριο της ηλεκτρικές ιδιότητες, η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να χωριστεί στις περιοχές της ιονόσφαιρας και της μαγνητόσφαιρας. Η ιονόσφαιρα είναι εκείνη η περιοχή της ατμόσφαιρας όπου παρατηρείται μερικός ιονισμός των διαφόρων ατμοσφαιρικών συστατικών από την ηλιακή ακτινοβολία. Εκτείνεται από το ύψος των ~30 km έως τα ~300 km, όπου η πυκνότητα των φορτισμένων σωματιδίων (ιόντα) μεγιστοποιείται. Η μαγνητόσφαιρα είναι εκείνη η περιοχή όπου η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων καθορίζεται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Η μαγνητόσφαιρα εκτείνεται από τα ~1000 km έως και ύψος ίσο με 10 περίπου ακτίνες της Γης στο φωτιζόμενο τμήμα της.

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος          

earth climate

Τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας (GCM – General Circulation Models) αποτελούν ένα από τα βασικά εργαλεία για την μελέτη στο κλίμα του πλανήτη μας και στην ατμόσφαιρα της γης. Μέσα από την εφαρμογή των GCM καθίσταται δυνατή η προσομοίωση του κλίματος τόσο κατά το παρελθόν όσο και για το μέλλον. Ένα τέτοιο μοντέλο είναι και το Goddard Earth Observing System Model version 5 (GEOS-5) της NASA. Στα animation που ακολουθούν αποτυπώνεται η φυσική μεταβλητότητα του κλίματος της Γης, όπως αυτή προσομοιώνεται από το GEOS-5. Για καλύτερα θέαση, παρακολουθείστε τα animation σε ανάλυση 1080p και σε πλήρη οθόνη. Αξίζουν πραγματικά το χρόνο σας!

Άνεμος
Στο παρακάτω animation απεικονίζονται οι παγκόσμιοι άνεμοι όπως προσομοιώθηκαν από το GEOS-5 για τη χρονική περίοδο από τον Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009. Τα κίτρινα/κόκκινα χρώματα υποδεικνύουν τη θέση των λεγόμενων αεροχειμάρρων, ρευμάτων ταχέως κινούμενου ατμοσφαιρικού αέρα που εντοπίζονται στα 8 – 10 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και στα δυο ημισφαίρια. Τα άσπρα χρώματα αντιστοιχούν σε επιφανειακούς ανέμους, ενώ οι άσπροι κύκλοι που εμφανίζονται κατά περιόδους αντιστοιχούν σε τροπικούς κυκλώνες.


Αιωρούμενα σωματίδια
Στο επόμενο animation απεικονίζεται η κίνηση των αιωρούμενων σωματιδίων μέσα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας, όπως αυτή προσομοιώθηκε από το GEOS-5 κατά το χρονικό διάστημα από τον Μάιο του 2007 μέχρι το Μάιο του 2009. Οι κόκκινες αποχρώσεις υποδεικνύουν σωματίδια σκόνης, οι μπλε σωματίδια θαλάσσιου σπρέυ, οι λευκές σωματίδια αιθάλης (καπνού) και οι πράσινες σωματίδια που περιέχουν θειώδεις ενώσεις. Είναι πράγματι εντυπωσιακό να παρατηρήσουμε τη διαφορετική προέλευση των διάφορων αιωρούμενων σωματιδίων και, πολύ περισσότερο, το πόσο μακριά μπορούν να μεταφερθούν με τη βοήθεια της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας.

Υετός
Το παρακάτω animation παρουσιάζει την προσομοιωθείσα από το GEOS-5 κατανομή του υετού σε παγκόσμια κλίμακα, για την περίοδο από τον Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009. Όσο πιο έντονα είναι τα χρώματα, τόσο μεγαλύτερα είναι τα αντίστοιχα ύψη υετού. Με τις λευκές αποχρώσεις φαίνεται το υετίσιμο ύδωρ, μία παράμετρος ενδεικτική του συνολικού ποσού υδρατμών που περιέχει ο ατμοσφαιρικός αέρας. Αξίζει να παρατηρήσετε την παρουσία μίας ζώνης με μεγάλα ποσά υετού, η οποία περιβάλλει ουσιαστικά τον ισημερινό. Η ζώνη αυτή είναι γνωστή ως ενδοτροπική ζώνη σύγκλισης και από εδώ ξεκινά η γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Εντυπωσιακή είναι επίσης και η αναπαράσταση των βαρομετρικών συστημάτων που ανά περιόδους επηρεάζουν τον καιρό την Ευρώπης. Παρατηρήστε, για παράδειγμα, το σχηματισμό των λεγόμενων Ατλαντικών υφέσεων και πως αυτές οι υφέσεις, στη συνέχεια, κινούνται προς την Ευρώπη, συνοδευόμενες από μετωπικές επιφάνειες (μπορείτε να τις αναγνωρίσετε από τα έντονα χρώματα, χαρακτηριστικά της εκδήλωσης υετού).

Θερμοκρασία
Το τελευταίο animation παρουσιάζει την μεταβολή της θερμοκρασίας της επιφάνειας από το Μάιο του 2007 μέχρι τον Μάιο του 2009, όπως αυτή προσομοιώθηκε από το μοντέλο GEOS-5. Οι διαφορετικές χρωματικές αποχρώσεις αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες από -3 oC (μπλε) έως 37 oC (κόκκινα). Σε αυτό το animation, είναι περισσότερο από καθαρός ο ημερήσιος κύκλος και η επίδραση που έχει στις επιφανειακές θερμοκρασίες, όπως επίσης και η εποχιακή μεταβλητότητα με την κατά τη διεύθυνση Β-Ν παλινδρόμηση των μεγίστων θερμοκρασιών.

Η κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας μεταβάλλεται συνεχώς. Για την περιγραφή των μεταβολών αυτών χρησιμοποιούνται τρεις μετεωρολογικές παράμετροι: (α) η θερμοκρασία, (β) η πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα, και (γ) η ατμοσφαιρική πίεση.

Μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος
Ο ρυθμός με τον οποίο η θερμοκρασία μεταβάλλεται με το ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα ονομάζεται (κατακόρυφη) θερμοβαθμίδα. Η θερμοβαθμίδα ορίζεται ως η μεταβολή της θερμοκρασίας ανά μονάδα ύψους και εκφράζεται μέσα από την ακόλουθη σχέση:

Gamma =-frac{partial T}{partial z}

Το αρνητικό πρόσημο χρησιμοποιείται για να δηλώσει την ελάττωση της θερμοκρασίας με το ύψος. Όπως προκύπτει από την παραπάνω σχέση, η μονάδα μέτρησης της θερμοβαθμίδας είναι οι oC/km ή oC/100 m.

Η τιμή της θερμοβαθμίδας μεταβάλλεται ανάλογα και με την ποσότητα της υγρασίας στην ατμόσφαιρα. Έτσι, η θερμοβαθμίδα διακρίνεται στην ξηρή αδιαβατική και την υγρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα.

Η ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα είναι ίση με 1 oC/km. Σε αυτή την υποθετική περίπτωση θεωρούμε μία αέρια μάζα η οποία δεν περιέχει υδρατμούς και ανερχόμενη στην ατμόσφαιρα ψύχεται αδιαβατικά (δίχως ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον). Στην πραγματικότητα ωστόσο, κάθε αέρια μάζα περιέχει μικρότερη ή μεγαλύτερη ποσότητα υδρατμών. Για το λόγο αυτό, έχει επικρατήσει η χρησιμοποίηση μίας μέσης τιμής της θερμοβαθμίδας για τον υγρό αέρα της τροπόσφαιρας. Η θερμοβαθμίδα αυτή λαμβάνει τιμή ίση με 6-6.5 oC/km.

Η υγρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα αναφέρεται στην περίπτωση μίας αέριας μάζας η οποία είναι κορεσμένη σε υδρατμούς και η οποία ψύχεται αδιαβατικά καθώς ανέρχεται στην ατμόσφαιρα. Είναι μικρότερη από την ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα εξαιτίας της συμπύκνωσης των υδρατμών η οποία απελευθερώνει θερμότητα, ελαττώνοντας με τον τρόπο αυτό το ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας. Η μέση τιμή της υγρής αδιαβατικής θερμοβαθμίδας είναι ίση με 5 oC/km.

Υποθέτοντας ότι η θερμοβαθμίδα έχει μία σταθερή ή περίπου σταθερή τιμή, ολοκληρώνοντας τη σχέση ορισμού της παίρνουμε:

T(z)=T(z_{o})-Gamma (z-z_{o})

όπου Τ(z) και Τ(zo) είναι η θερμοκρασία σε ύψος z και zo, αντίστοιχα. Χρησιμοποιώντας την παραπάνω εξίσωση μπορούμε να υπολογίσουμε τη θερμοκρασία σε ύψος z όταν είναι γνωστή η θερμοκρασία σε ύψος zo και η θερμοβαθμίδα.

TEMPERATURE PROFILE

Εικόνα 1. Κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα (κόκκινη γραμμή) και τα αντίστοιχα ατμοσφαιρικά στρώματα (Πηγή: Ahrens, D. 2009)

 

H καθ΄ ύψος μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα απεικονίζεται στην Εικ. 1. Με βάση αυτή την κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας ορίζεται και η φυσική στρωμάτωση της ατμόσφαιρας, όπως περιγράφηκε σε προηγούμενο άρθρο.

Μεταβολή της πυκνότητας με το ύψος
Η πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα (ρ) μπορεί να οριστεί ως η μάζα των ατόμων και των μορίων (m) ανά μονάδα όγκου (V):

varrho =frac{m}{V}

Μονάδα μέτρησης της είναι το 1 kg/m3, ενώ χρησιμοποιείται συνηθέστερα το 1 g/m3.

Για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης μεταβολής της πυκνότητας με το ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιείται η καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων:

 p=varrho frac{R}{M}T

όπου p είναι η ατμοσφαιρική πίεση, R η παγκόσμια σταθερά των ιδανικών αερίων (ίση με 8.314 J/mol K), Μ το μέσο μοριακό βάρος του ατμοσφαιρικού αέρα και Τ η θερμοκρασία. Θεωρώντας ότι η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε υδροστατική ισορροπία και ολοκληρώνοντας την παραπάνω σχέση για ένα ισόθερμο ατμοσφαιρικό στρώμα, καταλήγουμε:

varrho _{z}=varrho _{o}e^{-frac{gz}{R_{a}T}}

όπου ρz η πυκνότητα σε ύψος z, ρο η πυκνότητα στην επιφάνεια, g η επιτάχυνση της βαρύτητας, Rα η ειδική σταθερά των αερίων (R/M) και Τ η θερμοκρασία.

Εικόνα 2. Απλοποιημένη αναπαράσταση της καθ’ ύψος μεταβολής της πυκνότητας (μπλε γραμμή) και της ατμοσφαιρικής πίεσης (κόκκινη γραμμή) μέσα στην ατμόσφαιρα (Πηγή: Physics Stack Exchange)

 

Με βάση την τελευταία σχέση, προκύπτει ότι η πυκνότητα ελαττώνεται εκθετικά με το ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα της Εικ. 2.  Με απλά λόγια, θα μπορούσαμε να πούμε ότι μέσα στην τροπόσφαιρα η πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα ελαττώνεται κατά ένα παράγοντα της τάξης του 10 για κάθε 17 km. Όσο πιο κοντά στην επιφάνεια βρισκόμαστε τόσο περισσότερο “πυκνός” είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας. Αυτό είναι άλλωστε και το αναμενόμενο εάν αναλογιστούμε την επίδραση της δύναμης της βαρύτητας στα μόρια του ατμοσφαιρικού αέρα. Η επίδραση αυτή έχει ως αποτέλεσμα τη “συμπίεση” του ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης, όπως φαίνεται και στο αριστερό τμήμα της Εικ. 2.

Μεταβολή της πίεσης με το ύψος
Η ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της Γης ορίζεται ως η δύναμη (B) ανά μονάδα επιφανείας (Α) που ασκεί η υπερκείμενη της επιφάνειας στήλη του ατμοσφαιρικού αέρα. Με άλλα λόγια, η ατμοσφαιρική πίεση περιγράφει τη δύναμη (βάρος) που ασκεί μία ατμοσφαιρική στήλη στην επιφάνεια:

P=frac{B}{A}

Μονάδα μέτρησης της πίεσης είναι το 1 N/m2. Στις ατμοσφαιρικές επιστήμες, ωστόσο, χρησιμοποιείται συνηθέστερα ως μονάδα μέτρησης το 1 mbar (1000 bar), όπου το 1 bar αντιστοιχεί σε δύναμη 10000 Ν ασκούμενη σε 1 m2 επιφανείας. Το 1 mbar είναι ταυτόσημη μονάδα με το 1 hPa, η οποία χρησιμοποιείται επίσης συχνά στη φυσική της ατμόσφαιρας.

Για τον προσδιορισμό της καθ’ ύψος μεταβολής της πίεσης χρησιμοποιείται η εξίσωση της υδροστατικής ισορροπίας. Με τον όρο υδροστατική ισορροπία περιγράφεται η κατάσταση εκείνη στην οποία η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται στην ατμόσφαιρα κατά τη κατακόρυφο διεύθυνση είναι ίση με μηδέν. Με άλλα λόγια, η υδροστατική ισορροπία “μεταφράζεται” σε απουσία κατακόρυφης επιτάχυνσης στην ατμόσφαιρα. Η θεώρηση αυτή δεν ισχύει σε καταιγιδοφόρα συστήματα, όπου και αναπτύσσονται ισχυρές κατακόρυφες επιταχύνσεις. Ωστόσο, η έκταση τέτοιων συστημάτων είναι μικρή συγκρινόμενη με την κατακόρυφη έκταση της ατμόσφαιρας, ώστε θεωρούμε ότι η τελευταία βρίσκεται πραγματικά σε υδροστατική ισορροπία.

 Η εξίσωση που περιγράφει την υδροστατική ισορροπία (υδροστατική εξίσωση) είναι η ακόλουθη:

frac{dp(z)}{dz}=-varrho (z)g

όπου το αριστερό μέλος αντιπροσωπεύει τη λεγόμενη δύναμη της βαροβαθμίδας (δύναμη που αναπτύσσεται εξαιτίας της μεταβολής της ατμοσφαιρική πίεσης) και το δεξί μέλος τη δύναμη της βαρύτητας. Η παραπάνω εξίσωση μας πληροφορεί πως ο ρυθμός μεταβολής της πίεσης με το ύψος είναι ανάλογος του γινομένου της πυκνότητας του αέρα επί την επιτάχυνση της βαρύτητας. Το αρνητικό πρόσημο υποδηλώνει την ελάττωση της ατμοσφαιρική πίεσης με το ύψος. Ολοκληρώνοντας την τελευταία εξίσωση για ένα ατμοσφαιρικό στρώμα με σχεδόν σταθερή θερμοκρασία (ισόθερμο) και λαμβάνοντας υπόψη την εξάρτηση της πυκνότητας από το ύψος (βλ. παραπάνω) καταλήγουμε:

p(z)=p(z_{o})e^{-frac{gz}{RT}}

όπου p(z) είναι η πίεση σε ύψος z, p(zo) η πίεση στην επιφάνεια, g η επιτάχυνση της βαρύτητας, R η παγκόσμια σταθερά των ιδανικών αερίων και Τ η μέση θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού στρώματος. Η τελευταία εξίσωση είναι γνωστή ως υψομετρική εξίσωση. Όπως προκύπτει από αυτή, η ατμοσφαιρική πίεση, όπως και η πυκνότητα, ελαττώνεται εκθετικά με το ύψος μέσα στην ατμόσφαιρα. Το συμπέρασμα αυτό επιβεβαιώνεται και από την εξέταση του διαγράμματος της Εικ. 2. Ειδικότερα για την τροπόσφαιρα, η ατμοσφαιρική πίεση ελαττώνεται κατά ένα παράγοντα του 10 για κάθε 17 km.

Επιμέλεια-Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος