Każdego dnia chodzimy po dnie niewidzialnego oceanu. Nie czujemy jego ogromu, ponieważ jesteśmy jego częścią. Ten ocean nie składa się jednak z wody. Jest zbudowany z gazów i otacza całą planetę. Ma wysokość setek kilometrów, porusza się, wiruje, miesza i przenosi ciepło. To atmosfera — cienka warstwa materii, bez której Ziemia wyglądałaby jak zupełnie inny świat. To ona pozwala istnieć chmurom, deszczom i wiatrom. To ona sprawia, że temperatura na powierzchni planety pozostaje w zakresie umożliwiającym życie. To ona spala większość niewielkich meteoroidów wpadających w jej gęstsze warstwy. I to właśnie w atmosferze zaczyna się jedna z najbardziej fascynujących historii geografii: historia pogody i klimatu.
Niewidzialna warstwa
Kiedy wychodzisz rano z domu, możesz spojrzeć w niebo i zobaczyć chmury. Możesz poczuć wiatr. Możesz zobaczyć deszcz albo śnieg.
Ale samego powietrza nie widzisz.
A przecież jest wszędzie.
Wypełnia przestrzeń między budynkami.
Znajduje się w lesie.
Wnika do szczelin skał.
Otacza oceany.
Jest w każdym pomieszczeniu, w którym przebywasz.
Atmosfera jest ogromna, ale z punktu widzenia całej Ziemi stanowi bardzo cienką otoczkę.
Gdyby Ziemię zmniejszyć do rozmiaru piłki, atmosfera w skali byłaby zaskakująco cienka.
To właśnie ta delikatna warstwa decyduje jednak o tym, czy powierzchnia naszej planety może być środowiskiem sprzyjającym życiu.
Z czego składa się powietrze?
Powietrze nie jest jedną substancją.
To mieszanina różnych gazów.
Najwięcej jest w nim azotu — około 78 procent.
Drugim najważniejszym składnikiem jest tlen — około 21 procent.
Pozostały niewielki procent tworzą między innymi argon, dwutlenek węgla oraz zmienne ilości pary wodnej i innych gazów.
Może zaskakiwać, że gaz stanowiący tak niewielką część atmosfery — dwutlenek węgla — ma tak ogromne znaczenie dla klimatu.
To pokazuje, że ilość substancji nie zawsze mówi nam o jej znaczeniu.
Czasem niewielki składnik potrafi zmienić działanie całego systemu.
Atmosfera nie jest jednolita
Atmosfera dzieli się na kilka warstw.
Najważniejsza dla codziennego życia jest troposfera.
To najniższa warstwa atmosfery, w której zachodzi niemal cała obserwowana przez nas pogoda. Znajdują się w niej chmury, powstają burze, wieją wiatry i zachodzą procesy związane z opadami.
Jej wysokość nie jest wszędzie taka sama. Nad równikiem sięga wyżej niż nad biegunami.
Nad troposferą znajduje się stratosfera. To tutaj znajduje się większość atmosferycznego ozonu, tworzącego warstwę pochłaniającą znaczną część szkodliwego promieniowania ultrafioletowego.
Jeszcze wyżej znajduje się mezosfera, termosfera i niezwykle rozrzedzona egzosfera.
Im wyżej się znajdujemy, tym bardziej zmieniają się temperatura, gęstość i właściwości powietrza.
Dla człowieka najważniejsza jest jednak przede wszystkim dolna część atmosfery.
To właśnie tam żyjemy.
Dlaczego powietrze jest pod ciśnieniem?
Stań nad morzem.
Teraz wyobraź sobie, że nad tobą znajduje się ogromna kolumna powietrza sięgająca aż do granic atmosfery.
Powietrze ma masę.
A wszystko, co ma masę, podlega grawitacji.
Atmosfera jest więc przyciągana przez Ziemię.
Jej ciężar wywołuje ciśnienie atmosferyczne.
Im niżej się znajdujesz, tym więcej powietrza znajduje się nad tobą, dlatego ciśnienie jest zazwyczaj większe.
Im wyżej wchodzisz, tym powietrza jest mniej.
Dlatego na wysokich górach oddychanie staje się trudniejsze.
Na szczycie Mount Everestu ciśnienie atmosferyczne jest znacznie niższe niż na poziomie morza.
Nie oznacza to, że „brakuje tlenu” w sensie całkowitego braku cząsteczek tlenu.
Problem polega przede wszystkim na tym, że całego powietrza jest znacznie mniej, więc podczas jednego oddechu dostarczasz organizmowi mniej tlenu.
Atmosfera jako koc
Najważniejszą rolą atmosfery jest jednak nie tylko dostarczanie gazów potrzebnych organizmom.
Atmosfera pomaga również utrzymywać temperaturę Ziemi.
Tutaj pojawia się efekt cieplarniany.
Słońce dostarcza energię przede wszystkim w postaci promieniowania krótkofalowego. Powierzchnia Ziemi pochłania część tej energii, ogrzewa się i emituje promieniowanie podczerwone.
Niektóre gazy atmosferyczne pochłaniają część tego promieniowania i ponownie emitują energię w różnych kierunkach.
W rezultacie część energii pozostaje w systemie Ziemia–atmosfera zamiast natychmiast uciec w kosmos.
Naturalny efekt cieplarniany jest niezbędny do utrzymania warunków sprzyjających życiu.
Bez niego średnia temperatura powierzchni Ziemi byłaby znacznie niższa.
Problem pojawia się wtedy, gdy działalność człowieka zwiększa stężenie niektórych gazów cieplarnianych, wzmacniając zatrzymywanie energii w systemie klimatycznym.
To jedna z najważniejszych kwestii współczesnej geografii.
Słońce nie ogrzewa Ziemi równomiernie
Wyobraź sobie Ziemię jako kulę oświetlaną przez latarkę.
Jeżeli skierujesz światło prostopadle na powierzchnię, energia skupia się na mniejszym obszarze.
Jeśli światło pada pod kątem, ta sama ilość energii rozkłada się na większą powierzchnię.
Podobnie działa promieniowanie słoneczne.
W okolicach równika promienie słoneczne średnio padają bardziej bezpośrednio niż w pobliżu biegunów.
Dlatego obszary równikowe otrzymują średnio więcej energii słonecznej.
Bieguny otrzymują jej mniej.
To jedna z podstawowych przyczyn istnienia wielkich stref klimatycznych.
Ale Ziemia nie byłaby Ziemią, gdyby energia po prostu pozostawała tam, gdzie dotarła.
Atmosfera i oceany zaczynają ją transportować.
I właśnie tutaj rozpoczyna się wielki ruch powietrza.
Dlaczego wieje wiatr?
Powietrze porusza się przede wszystkim dlatego, że różne miejsca na Ziemi ogrzewają się w różnym stopniu.
Ciepłe powietrze staje się mniej gęste i może się unosić.
Chłodniejsze jest gęstsze i może opadać.
Powstają różnice ciśnienia.
A powietrze przemieszcza się z obszarów wyższego ciśnienia w kierunku obszarów niższego ciśnienia.
To właśnie jest podstawowa zasada powstawania wiatru.
Ale na obracającej się Ziemi sprawa staje się znacznie bardziej skomplikowana.
Ruch obrotowy planety powoduje efekt Coriolisa, który zmienia kierunek przemieszczania się wielkich mas powietrza.
W efekcie atmosfera nie tworzy prostych strumieni płynących bezpośrednio od równika do biegunów.
Tworzy ogromny, złożony system cyrkulacji.
Wielkie komórki atmosfery
W uproszczonym modelu cyrkulacji atmosferycznej wyróżniamy trzy główne komórki w każdej półkuli: Hadleya, Ferrela i polarną.
Nie musisz jeszcze zapamiętywać ich szczegółów.
Najważniejsze jest zrozumienie idei.
W pobliżu równika silne ogrzewanie powoduje unoszenie się wilgotnego powietrza.
W wyższych warstwach atmosfery powietrze przemieszcza się, a następnie opada w strefach subtropikalnych.
W pobliżu biegunów występują kolejne obszary unoszenia i opadania powietrza.
Te wielkie ruchy atmosferyczne pomagają wyjaśnić rozmieszczenie wielu pustyń, stref wilgotnych i pasów wiatrów.
To jeden z momentów, w których mapa klimatu zaczyna łączyć się z fizyką atmosfery.
Dlaczego pustynie często znajdują się około 30° szerokości?
To jedna z najbardziej eleganckich zagadek geografii.
Spójrz na mapę świata.
W pobliżu około 20–30 stopni szerokości geograficznej północnej i południowej znajdujemy wiele wielkich pustyń.
Sahara.
Pustynie Półwyspu Arabskiego.
Pustynie Australii.
Kalahari.
Atakama leży w innej konfiguracji czynników, ale również znajduje się w strefie subtropikalnej.
Dlaczego?
W dużym uproszczeniu chodzi o globalną cyrkulację atmosferyczną.
Powietrze, które wcześniej uniosło się w pobliżu równika, opada w strefach subtropikalnych.
Opadające powietrze ogrzewa się i staje się bardziej suche.
Warunki te utrudniają powstawanie chmur i opadów.
Dlatego w wielu częściach świata właśnie tam znajdują się rozległe obszary pustynne.
Pustynia nie jest więc tylko miejscem, gdzie „mało pada”.
Jest efektem działania całego systemu atmosferycznego.
Chmura nie jest parą wodną
To drobny szczegół, który często mylimy.
Para wodna jest gazem i jest niewidoczna.
Chmura składa się z mikroskopijnych kropelek wody, kryształków lodu albo ich mieszaniny.
Powstaje, gdy wilgotne powietrze ochładza się do poziomu, przy którym para wodna zaczyna się skraplać lub resublimować na odpowiednich cząstkach w atmosferze.
Dlatego chmury są widoczne.
To w pewnym sensie ogromne skupiska mikroskopijnych kropelek lub kryształków zawieszonych w powietrzu.
Patrząc na chmurę, widzisz więc wodę, która na chwilę opuściła powierzchnię Ziemi i znalazła się w atmosferze.
Nie oznacza to jednak, że chmura jest ciężka w taki sposób, jak sugeruje jej wygląd.
Jest rozproszonym układem drobnych kropelek i kryształków.
A mimo to potrafi zawierać ogromną ilość wody.
Dlaczego pada deszcz?
Kropelki w chmurze są początkowo niezwykle małe.
Aby powstał opad, muszą urosnąć na tyle, by grawitacja zaczęła przeważać nad siłami utrzymującymi je w powietrzu.
W różnych typach chmur krople mogą rosnąć na różne sposoby.
W ciepłych chmurach ważną rolę odgrywa zderzanie się i łączenie kropelek.
W chmurach zawierających lód procesy związane z przemianami między kryształkami lodu a kroplami wody mogą prowadzić do wzrostu cząstek, które później opadają jako śnieg lub deszcz.
Jedna kropla deszczu może więc mieć za sobą niezwykle skomplikowaną historię.
Burza — chwila, w której atmosfera pokazuje swoją moc
Burza jest jednym z najbardziej widowiskowych przykładów działania atmosfery.
W rozbudowanej chmurze burzowej występują silne ruchy pionowe.
Ciepłe, wilgotne powietrze unosi się.
Wyżej ochładza się.
Para wodna kondensuje.
Procesy te uwalniają energię, która pomaga napędzać dalszy rozwój chmury.
W jej wnętrzu mogą występować potężne prądy wstępujące i zstępujące.
Krople wody i kryształki lodu zderzają się.
Pojawiają się wyładowania elektryczne.
Powstaje błyskawica.
A potem dociera do nas grzmot.
To, co widzimy jako pojedyncze rozbłyski na niebie, jest skutkiem bardzo skomplikowanych procesów zachodzących wewnątrz chmury.
Dlaczego najpierw widzimy błysk, a dopiero potem słyszymy grzmot?
Odpowiedź jest prosta, ale pięknie pokazuje skalę atmosfery.
Światło porusza się znacznie szybciej niż dźwięk.
Błyskawicę widzimy więc niemal natychmiast.
Dźwięk grzmotu potrzebuje czasu, aby dotrzeć do naszych uszu.
Możemy nawet wykorzystać tę różnicę do przybliżonego oszacowania odległości burzy.
Jeśli między błyskiem a grzmotem minęło kilka sekund, wyładowanie znajdowało się kilka kilometrów od nas.
Atmosfera jest więc nie tylko przestrzenią, w której zachodzi pogoda.
Jest również ogromnym środowiskiem fizycznym, którego prawa możemy obserwować bez specjalistycznego laboratorium.
Fronty — granice niewidzialnych światów
Czasami dwie masy powietrza o bardzo różnych właściwościach spotykają się.
Jedna może być chłodna i sucha.
Druga ciepła i wilgotna.
Granica między nimi może tworzyć front atmosferyczny.
Front nie jest ścianą.
Nie można go zobaczyć jak muru.
Jest strefą przejściową, w której zmieniają się temperatura, wilgotność, ciśnienie i inne właściwości powietrza.
Kiedy cieplejsze powietrze zostaje wypychane ku górze przez chłodniejsze, może powstać zachmurzenie i opady.
Dlatego przejście frontu może oznaczać nagłą zmianę pogody.
Temperatura spada.
Wiatr zmienia kierunek.
Pojawiają się opady.
Atmosfera przechodzi z jednego stanu do drugiego.
Pogoda nie jest klimatem
To jedno z najważniejszych rozróżnień w geografii.
Pogoda opisuje stan atmosfery w danym miejscu i czasie.
Czy dzisiaj pada?
Jaka jest temperatura?
Czy wieje?
Czy jest zachmurzenie?
Klimat opisuje charakterystyczne warunki atmosferyczne obserwowane przez długi okres, zwykle na podstawie wieloletnich danych.
Pogoda może zmienić się w ciągu kilku godzin.
Klimat nie zmienia się w taki sposób.
Można powiedzieć:
„Dzisiaj jest zimno”.
To informacja o pogodzie.
Można również powiedzieć:
„Ten region ma chłodny klimat”.
To informacja o klimacie.
Jedno zimne popołudnie nie mówi nam, jaki jest klimat całej okolicy.
Podobnie jeden upalny dzień nie dowodzi, że cały klimat regionu stał się gorący.
Geograf musi patrzeć na długie serie danych.
Jet stream — rzeka powietrza
W górnej części troposfery znajdują się bardzo silne, wąskie strumienie powietrza zwane prądami strumieniowymi, czyli jet streams.
Mogą osiągać ogromne prędkości i przemieszczać się na wielkie odległości.
Ich położenie i kształt wpływają na pogodę w wielu częściach świata.
W pewnym sensie są to autostrady atmosfery.
Samoloty mogą wykorzystywać niektóre z nich, aby skrócić czas lotu w odpowiednim kierunku.
Ale jet stream robi coś znacznie ważniejszego z punktu widzenia geografii.
Pomaga organizować wielkoskalową cyrkulację atmosfery.
Może wpływać na rozwój układów pogodowych, fale upałów, okresy chłodu i przemieszczanie się burz.
To kolejny przykład tego, jak proces zachodzący wysoko nad naszymi głowami może wpływać na życie na powierzchni.
Atmosfera i ocean grają razem
Nie możemy zrozumieć atmosfery bez oceanu.
Ocean dostarcza atmosferze ogromnych ilości wilgoci poprzez parowanie.
Atmosfera z kolei przenosi tę wilgoć nad lądy.
Deszcz zasila rzeki.
Rzeki wracają do oceanu.
Ocean pochłania część energii słonecznej i transportuje ciepło.
Atmosfera transportuje ciepło i wilgoć.
Jest to ogromny system wymiany.
Możemy więc myśleć o Ziemi jak o zbiorze połączonych maszyn.
Atmosfera jest jedną z nich.
Ocean drugą.
Litosfera trzecią.
A wszystkie działają jednocześnie.
Dlaczego niebo jest niebieskie?
Na koniec mała zagadka, którą można rozwiązać bez wychodzenia z domu.
Światło słoneczne wydaje się białe, ale w rzeczywistości składa się z wielu długości fal odpowiadających różnym kolorom.
Kiedy światło przechodzi przez atmosferę, zderza się z cząsteczkami gazów.
Krótsze fale, szczególnie związane z kolorem niebieskim, są rozpraszane skuteczniej niż dłuższe fale czerwone.
W rezultacie z wielu kierunków dociera do naszych oczu światło niebieskie.
Dlatego czyste dzienne niebo jest niebieskie.
Ale o zachodzie Słońca światło przechodzi przez znacznie dłuższą drogę w atmosferze.
Większa część niebieskiego światła zostaje rozproszona po drodze.
Do obserwatora dociera więcej światła o barwach czerwonych, pomarańczowych i różowych.
Dlatego zachód Słońca może wyglądać zupełnie inaczej niż niebo w południe.
To samo Słońce.
Ta sama atmosfera.
Inny kąt.
Inny spektakl.
Najważniejsza lekcja
Atmosfera jest cienką, ale niezwykle aktywną warstwą otaczającą Ziemię. Składa się głównie z azotu i tlenu, ale niewielkie ilości innych gazów mają ogromne znaczenie dla funkcjonowania systemu klimatycznego. W troposferze zachodzi większość zjawisk pogodowych, a różnice w ogrzewaniu powierzchni Ziemi napędzają wielkie ruchy powietrza.
Zapamiętaj przede wszystkim różnicę między pogodą a klimatem. Pogoda jest chwilowym stanem atmosfery. Klimat jest charakterystycznym przebiegiem warunków atmosferycznych obserwowanym w długiej skali czasu.
Zapamiętaj również trzy wielkie idee: Słońce nierównomiernie ogrzewa Ziemię, atmosfera przenosi energię i wilgoć, a obrót planety wpływa na kierunek wielkich ruchów powietrza.
Kiedy następnym razem wyjdziesz na zewnątrz, spójrz w niebo.
Nie patrz tylko na chmury.
Pomyśl o milionach ton powietrza poruszających się nad twoją głową, o wilgoci podróżującej znad oceanu, o cieple przemieszczającym się między kontynentami i o prądach powietrznych, których nie możesz zobaczyć.
A potem zadaj sobie jedno pytanie:
Skoro nie widzimy powietrza, skąd właściwie wiemy, że ono naprawdę „podróżuje”?
Dodaj komentarz