Troposphäre: Die unterste Schicht der Atmosphäre

Die unterste Schicht der Atmosphäre, in der lebende Organismen wirken, wird Troposphäre genannt. Es ist der Bereich starker Luftbewegungen und Wolkenformationen. Es war eine Mischung aus mehreren Gasen, die ziemlich reichlich vorhanden waren. In der Troposphäre traten jedoch Wasserdampf und Staub in äußerst unterschiedlichen Konzentrationen auf.

Die Luft in der Troposphäre, die Luft, die wir atmen, besteht aus etwa 78 Prozent Stickstoff (N ₂ ), 21 Prozent Sauerstoff (O ₂ ), 1 Prozent Argon (Ar) und 0, 03 Prozent Kohlendioxid (CO ₂ ). Auch Spuren anderer Gase sind vorhanden, von denen die meisten inert sind. Details zu allen diesen Gasen sind in Tabelle 1.2 aufgeführt.

Tabelle 1.2. Details zu verschiedenen Gasen in der Weltatmosphäre:

Die Schicht mit der größten Bedeutung für die Bekämpfung der Umweltverschmutzung ist diese Schicht der Troposphäre, da in dieser Schicht die meisten Lebewesen vorhanden sind. Eine der jüngsten Veränderungen in der Troposphäre betrifft das Phänomen des sauren Regens. Saurer Regen oder saure Ablagerung ergibt sich, wenn gasförmige Emissionen von Schwefeloxiden (SO _x ) und Stickoxiden (NO _x ) mit Wasserdampf und Sonnenlicht in Wechselwirkung treten und chemisch in stark saure Verbindungen wie Schwefelsäure (H ₂ SO ₄ ) und Salpetersäure umgewandelt werden (HNO ₃ ).

Diese Verbindungen werden zusammen mit anderen organischen und anorganischen I-Chemikalien als Aerosole und Partikel auf der Erde abgelagert (trockene Ablagerung) oder durch Regentropfen, Schneeflocken, Nebel oder Tau (Nassablagerung) zur Erde transportiert.

Stratosphäre:

Stratosphäre ist die Luftmasse, die sich vom obersten Niveau der Troposphäre bis zum obersten Niveau der Stratosphäre erstreckt, etwa 50 km über der Erdoberfläche. Dort vorhandenes Ozon bildet eine Ozonschicht, die Ozonosphäre genannt wird. Es wird aus Sauerstoff durch eine photochemische Reaktion gebildet, bei der sich Sauerstoffmoleküle unter Bildung von Sauerstoff teilen.

O ₂ + (h = Strahlung) = 2O

Der atomare Sauerstoff verbindet sich mit molekularem Sauerstoff und es entsteht Ozon.

O ₃ + O = O ₃

Es bildet einen Regenschirm, der als Ozon-Regenschirm bezeichnet wird und die ultraviolette Strahlung der Sonne absorbiert. Darüber hinaus dient es als Decke bei der Verringerung der Kühlrate der Erde. Daher ist ein Gleichgewicht zwischen Ozon und Restluft ein bedeutender Umweltfaktor.

Mesosphäre:

Oberhalb der Stratosphäre befindet sich die Mesosphäre, in der kalte Temperaturen und niedriger Atmosphärendruck herrschen. Die Temperatur fällt auf -95 ° C bei 80-90 km über der Erdoberfläche. Die Zone wird als Wechseljahre bezeichnet.

Thermosphäre:

Oberhalb der Mesosphäre befindet sich die Thermosphäre, die sich bis zu 500 km über der Erdoberfläche erstreckt. Es ist durch einen Temperaturanstieg aus der Mesosphäre gekennzeichnet. Die obere Zone bis zur Thermosphäre, in der die Ionisierung der Sauerstoffmoleküle stattfindet, wird als Ionosphäre bezeichnet.

Exosphäre:

Die Atmosphäre über der Ionosphäre wird als Exosphäre des Weltraums bezeichnet, die außer Wasserstoff und Helium eine Atmosphäre einnimmt und sich bis zu 32190 km von der Erdoberfläche erstreckt. Es hat sehr hohe Temperaturen aufgrund von Sonnenstrahlen.

Elementare Eigenschaften der Atmosphäre:

Verschmutzungsprobleme ergeben sich aus der Verschmutzung atmosphärischer Verunreinigungen, widrigen meteorologischen Bedingungen und zeitweise bestimmten topographischen Bedingungen. Aufgrund des engen Zusammenhangs zwischen Luftverschmutzung und bestimmten atmosphärischen Bedingungen ist ein gewisses Verständnis der Meteorologie erforderlich.

Die Quelle aller meteorologischen Phänomene ist eine grundlegende, aber variable Anordnung der elementaren Eigenschaften der Atmosphäre - Wärme, Druck, Wind und Feuchtigkeit. Allwetter, einschließlich Drucksystem, Windgeschwindigkeit und -richtung, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Niederschlag, resultiert letztendlich aus einem variablen Verhältnis von Wärme, Druck, Wind und Feuchtigkeit.

Die Wechselwirkung dieser vier Elemente kann auf verschiedenen Skalenebenen beobachtet werden. Diese Bewegungsskalen beziehen sich auf Massenbewegungen von Luft, die global, kontinental, regional oder lokal sein können. Je nach geographischem Einflussbereich kann die Bewegungsskala als Makroskala, Mesoskala oder Mikroskala bezeichnet werden.

Makroskala:

Die atmosphärische Bewegung auf dieser Skala umfasst die planetarischen Zirkulationsmuster, den großen Schwung der Luftströmungen über die Hemisphäre. Diese Phänomene treten im Maßstab von Tausenden von Kilometern auf und werden durch die semi-permanenten Hoch- und Niederdruckgebiete über Ozeanen und Kontinenten veranschaulicht.

Die Luftbewegung auf globaler Ebene ist nicht einfach in Längsrichtung vom Äquator zu den Polen oder umgekehrt, weil die doppelte Wirkung der Wärmedifferenz zwischen den Polen und dem Äquator und der Drehung der Erde entlang ihrer Achsen ein komplizierteres Luftzirkulationsmuster schafft . Unter diesem doppelten Einfluss der thermischen Umwandlung und der Corolis-Kraft (Einfluss der Erdrotation auf Windgeschwindigkeit und -richtung) bilden sich Hoch- und Niederdruckgebiete, kalte oder warme Fronten, Wirbelstürme und Winterstürme.

Eines der wichtigsten Elemente, die die Bewegung der Luftmasse auf dieser Skala beeinflussen, ist die Verteilung von Land- und Wassermassen auf den Erdoberflächen. Die große Abweichung zwischen den Leitfähigkeiten von Land und Meeresmassen macht die Entwicklung vieler unserer Wettersysteme aus.

Mesoscale:

Das Zirkulationsmuster entwickelt sich über regionale geographische Einheiten, hauptsächlich aufgrund des Einflusses der regionalen oder lokalen Topographie. Diese Phänomene treten im Maßstab von Hunderten von Kilometern auf. Luftbewegung der Erdoberflächen - Lage der Gebirgszüge, der ozeanischen Körper, der Aufforstung und der Stadtentwicklung.

Mikroskala:

Mikroskalenphänomene treten in Gebieten von weniger als 10 Kilometern auf. Sie tritt innerhalb der Reibschicht auf, der Atmosphäre auf Bodenhöhe, wo die Auswirkungen von Reibungsbelastung und thermischen Änderungen dazu führen können, dass Winde deutlich von einem Standardmuster abweichen.

Die Reibungsbelastung, die auftritt, wenn sich Luft über und um unregelmäßige physikalische Merkmale wie Gebäude, Bäume, Büsche oder Felsen bewegt, verursacht mechanische Turbulenzen, die das Muster der Luftbewegung beeinflussen. Strahlungswärme aus städtischen Asphalt und Beton, Wüstensand oder anderen Oberflächen verursacht thermische Turbulenzen, die auch die Luftbewegungsmuster beeinflussen.

Makroskalige Zirkulationsmuster haben in den meisten Fällen einen geringen direkten Einfluss auf die Luftqualität. Die Luftbewegung auf Mesoskala und im Mikromaßstab ist für die Verantwortlichen für die Kontrolle der Luftverschmutzung von entscheidender Bedeutung.

Hitze:

Wärme ist eine kritische Atmosphärenvariable. Es ist ein wichtiger Katalysator für klimatische Bedingungen. Die Wärmeenergie in der Atmosphäre stammt von der Sonne als kurzwellige Strahlung (etwa 0, 5 µm), meist in Form von sichtbarem Licht. Die Erde sendet viel längere Wellen aus (durchschnittlich 10 µm) als sie empfängt, meist in Form von nicht sichtbarer Wärmestrahlung.

Einige Sonnenstrahlen werden durch dazwischenliegende Luftmoleküle gestreut. Diese Streuung von Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge verleiht einem klaren Himmel seine tiefblaue Farbe. Die Streuung ist intensiver, wenn sich die Sonne dem Horizont nähert und es ist dieses Phänomen, das rote Sonnenaufgänge und Sonnenuntergänge produziert.

Die Erdoberfläche ist der Hauptabsorber der Sonnenenergie. Somit wird die Troposphäre hauptsächlich vom Boden und nicht von der Sonne erwärmt.

Die Wärmeübertragung in der Troposphäre erfolgt auf vier Arten durch den Treibhauseffekt, den Kondensations - Verdampfungszyklus, die Leitung und Konvektion.

Verdampfungs-Kondensationszyklus:

Die Verdampfung von Wasser erfordert Energie, und diese Energie wird aus der Atmosphäre absorbiert und in Wasserdampf gespeichert. Bei der Kondensation wird diese Wärmeenergie freigesetzt. Da die Verdampfung normalerweise auf oder in der Nähe der Erdoberfläche stattfindet, während in den oberen Regionen der Troposphäre normalerweise Kondensation auftritt, neigt der Verdampfungskondensationsprozess dazu, Wärme aus den unteren Regionen in höhere Regionen zu leiten.

Leitung:

Die Übertragung von Wärme von der Erde in die Atmosphäre wird auch durch den Prozess der Wärmeleitung und der Wärmeübertragung durch direkten physischen Kontakt von Luft und Erde erreicht. Wenn sich die Luft nach unten bewegt, kommt sie mit dem wärmeren Boden in Kontakt und bringt Wärme von der Erde in die Atmosphäre.

Konvektion:

Es ist ein Prozess, der durch das Aufsteigen von warmer Luft und das Ansaugen von kalter Luft initiiert wird, und ist eine wichtige Kraft beim Übertragen von Wärme von der Erde in die Troposphäre. Die Konvektion ist ein Hauptfaktor für die Bewegung von Luftmassen auf der Makroskala.

Druck:

Der Druck ist eine wichtige Variable bei meteorologischen Phänomenen. Weil Luft Gewicht hat, drückt die gesamte Atmosphäre auf die Erde darunter. Dieser Druck wird üblicherweise mit einem Quecksilberbarometer gemessen. Auf Wetterkarten wird die Druckverteilung in der Atmosphäre durch Isobaren-Linien dargestellt, die Punkte gleichen Atmosphärendrucks verbinden. Diese Linien beschreiben Hoch- und Niederdruckzellen, die die Entwicklung wichtiger Wettersysteme beeinflussen.

Die Druckmuster über der Erde sind in konstantem Fluss, da der Luftdruck in denselben Regionen steigt und in anderen abnimmt. Die Lage der Kontinente, die Unterschiede in der Oberflächenrauheit und Strahlung, der Windenergie und den globalen Zirkulationsmustern zwingen die Entwicklung von Hoch- und Niederdrucksystemen oder Zellen. Die Zirkulation oder Bewegung dieser Hoch- und Niederdrucksysteme ist für viele Wetteränderungen verantwortlich.

Wind:

Wind ist einfach Luft in Bewegung. Auf der Makroskala beruht die Bewegung auf einer ungleichen Verteilung der atmosphärischen Temperatur und des Luftdrucks auf der Erdoberfläche und wird wesentlich durch die Erdrotation beeinflusst. Die Richtung der Windströmung ist von hoch nach niedrig, aber die Corioliskraft (dh die Wirkung der Erdrotation auf die Windgeschwindigkeit und -richtung) neigt dazu, Luftströmungen aus diesen erwarteten Mustern abzulenken.

Auf der Mesoskala und Mikroskala beeinflussen topographische Merkmale den Windfluss kritisch. Oberflächenvariationen haben einen offensichtlichen Einfluss auf die Geschwindigkeit und Richtung der Luftbewegung. Darüber hinaus sind See- und Landwinde, Gebirgstalwinde, Küstennebel, Windniederschlagsysteme und städtische Wärmeinseln Beispiele für den Einfluss der regionalen und lokalen Topographie auf die atmosphärischen Bedingungen.

Die unterschiedliche Leitfähigkeit von Land und Wasser ist ein weiterer Einfluss der Topographie auf die Windrichtung. Da das Land schneller wärmt und abkühlt als benachbarte Gewässer, fallen die Küstenwinde in ein Muster von Meeresbrise und abendlicher Brise.

Die Windgeschwindigkeit wird normalerweise mit einem Anemometer gemessen, einem Instrument, das typischerweise aus drei oder vier halbkugelförmigen Kappen besteht, die um eine vertikale Achse angeordnet sind. Je schneller die Drehrate für die Kappen ist, desto höher ist die Windgeschwindigkeit.

Feuchtigkeit:

Die Verdampfung zur Kondensation zum Niederschlag ist ein sich ständig wiederholender Zyklus in unserer Umgebung. Feuchtigkeit wird zuerst von den Erdoberflächen in die Atmosphäre übertragen. Der Wasserdampf kondensiert dann und bildet Wolken.

Der Kreislauf schließt sich ab, indem der kondensierte Dampf in Form von Niederschlag, Regen, Hagel, Schnee oder Graupel an die Erdoberfläche zurückgeführt wird. Die Topographie spielt eine wichtige Rolle bei der Feuchtigkeitsverteilung. Berge neigen dazu, die mit Feuchtigkeit beladene Luft zu verstärken, was zu stärkeren Niederschlägen auf der Luv-Seite eines Bereichs führt.

Relative Luftfeuchtigkeit:

Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre wird als Feuchtigkeit gemessen. Je höher die Temperatur der Luft, desto mehr Wasserdampf kann sie halten, bevor sie gesättigt wird. In Bodennähe verdoppelt eine Temperaturerhöhung um 11, 1 ° C die Feuchtigkeitskapazität der Atmosphäre in etwa.

Die relative Luftfeuchtigkeit wird mit einem Instrument gemessen, das als Psychrometer bezeichnet wird. Das Trockenthermometer eines Psychrometers zeigt die Temperatur der Luft an, während das Feuchtthermometer die Kühlmenge misst, die beim Verdampfen der Feuchtigkeit am Kolben auftritt. Mit dem Unterschied zwischen den beiden Messwerten und der Trockentemperatur des Kolbens kann die relative Luftfeuchtigkeit aus den Psychrometertabellen ermittelt werden.