ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ

Για την κατανόηση των φαινομένων που σχετίζονται με την κλιματική αλλαγή, όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου και η λέπτυνση της στιβάδας του όζοντος, απαιτείται η μελέτη της δομής και των χαρακτηριστικών της γήινης ατμόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε ύψος 10.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης. Αποτελείται από ένα μείγμα αερίων και σωματιδίων που ονομάζεται «αέρας», το οποίο περιβάλλει τη Γη και συγκρατείται από τη βαρύτητα. Η σύνθεσή του και η σχετική ποσότητα των αερίων άλλαξαν δραματικά κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του πλανήτη. Η αλληλεπίδραση της ατμόσφαιρας με την υδρόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα, τη βιόσφαιρα και την ηλιακή ακτινοβολία καθορίζει το κλίμα και επηρεάζει τη ζωή όλων των οργανισμών.

Η, κατά προσέγγιση, εκατοστιαία αναλογία των αερίων της ατμόσφαιρας είναι άζωτο (N2) 78,084%, οξυγόνο (O2) 20,946%, αργό (Ar) 0,934%, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 0,033% και ίχνη αερίων, όπως υδρογόνο (H2), μεθάνιο (CH4), υποξείδιο του αζώτου (N2O) και μερικά ευγενή αέρια [ήλιο (He), νέο (Ne), ξένο (Xe), κρυπτό (Kr)].
Επιπλέον περιέχει υδρατμούς (περίπου 4% σε όγκο) που καθορίζουν την ατμοσφαιρική υγρασία. Η σχετική αφθονία των υδρατμών ποικίλει ανάλογα με το υψόμετρο, το γεωγραφικό πλάτος και τις τοπικές συνθήκες. Οι υδρατμοί έχουν καθοριστική επίδραση στη Γη, αφού προκαλούν τη δημιουργία νεφών και κατακρημνίσεων και συνδέονται με την ικανότητα της ατμόσφαιρας να ανακλά και να απορροφά μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας.
Τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας – τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα (εικόνα 1) - περιέχουν σκόνη η οποία προέρχεται από τις ερήμους, τις κοίτες των ποταμών, τις παραλίες, τις ηφαιστειακές εκρήξεις, τη ρύπανση, τις πυρκαγιές και τους μετεωρίτες. Η ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται ή εκλύεται επηρεάζεται από την παρουσία υψηλών ποσοτήτων ατμοσφαιρικής σκόνης. Τα σωματίδια της σκόνης δρουν, επίσης, ως πυρήνες συμπύκνωσης για τους υδρατμούς, οπότε ευνοούνται οι κατακρημνίσεις. Πέρα από τη στρατόσφαιρα δεν μπορούμε να εντοπίσουμε κανένα είδος σωματιδίων παρά μόνο αέρια συστατικά.

Η ατμόσφαιρα διαχωρίζεται σε δύο στρώματα με βάση τη σύστασή της. Το ατμοσφαιρικό στρώμα που εκτείνεται από το έδαφος μέχρι το ύψος περίπου των 80 χιλιομέτρων, ονομάζεται ομοιόσφαιρα και εκεί η σύσταση σε άζωτο και οξυγόνο παραμένει σταθερή. Η ετερόσφαιρα βρίσκεται πάνω από την ομοιόσφαιρα και έχει ετερογενή σύσταση, καθώς τα βαρύτερα άτομα και μόρια τείνουν να κατακάθονται στο κάτω μέρος της, ενώ τα ελαφρύτερα αέρια επιπλέουν στην κορυφή.

Εικόνα 55: Τα στρώματα της ατμόσφαιρας

Πηγή: (http://www.williamsclass.com)

Η ατμόσφαιρα υποδιαιρείται σε τέσσερα στρώματα ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας και την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Τα στρώματα της ατμόσφαιρας, ξεκινώντας από την επιφάνεια της Γης, καλούνται κατά σειρά: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα και θερμόσφαιρα (εικόνα 1).

Το πάχος της τροπόσφαιρας κυμαίνεται από 5-6 χιλιόμετρα στους πόλους, 18 χιλιόμετρα στον ισημερινό, ενώ στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη είναι 10-12 χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία της τροπόσφαιρας μειώνεται κατά 1°C για κάθε 100 μέτρα απόσταση από την επιφάνεια της Γης (εικόνα 2). Περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας και το σύνολο των υδρατμών, νεφών και υδατοπτώσεων βρίσκονται στην τροπόσφαιρα. Η τροπόσφαιρα είναι συνήθως πολύ τυρβώδης, δηλαδή χαρακτηρίζεται από ισχυρές κατακόρυφες μετακινήσεις του αέρα, οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα την ταχεία και πλήρη ανάμειξή του. Εξαιτίας αυτής της ανάμειξης, οι ρύποι στην τροπόσφαιρα διασπείρονται ταχύτατα και απομακρύνονται με διεργασίες, όπως η βροχόπτωση και η καθίζηση, βελτιώνοντας την ποιότητα του αέρα. Στην τροπόσφαιρα λαμβάνει χώρα, σε συντριπτικό ποσοστό, η εκπομπή των ρύπων και, επίσης, διαμορφώνονται οι καιρικές συνθήκες.

Πάνω από την τροπόσφαιρα υπάρχει ένα σταθερό στρώμα πολύ ξηρού αέρα, η στρατόσφαιρα. Οι ρύποι που μεταφέρονται στη στρατόσφαιρα εγκλωβίζονται και παραμένουν για πολλά χρόνια εκεί, προτού τελικά επιστρέψουν ξανά στην τροπόσφαιρα. Η παρουσία του όζοντος στη στρατόσφαιρα επιτρέπει την απορρόφηση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα τη θέρμανση του αέρα (όσο απομακρυνόμαστε από την τροπόσφαιρα) από τους -56°C στους -2°C (εικόνα 2).
Η τροπόσφαιρα και η στρατόσφαιρα μαζί αποτελούν το 99,9% της μάζας της ατμόσφαιρας. Συνολικά το πάχος τους είναι περίπου 50 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Γης, μια απόσταση ίση με λιγότερο από το 1% της ακτίνας της. Πάνω από τη στρατόσφαιρα υπάρχει η μεσόσφαιρα, ένα στρώμα όπου ο αέρας αναμειγνύεται αρκετά εύκολα και όπου η θερμοκρασία σταδιακά μειώνεται. Το επόμενο στρώμα είναι αραιότερο και θερμότερο και ονομάζεται θερμόσφαιρα. Η θέρμανση του στρώματος αυτού οφείλεται στην απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας από το ατομικό οξυγόνο. Μέσα στη θερμόσφαιρα υπάρχει ένα σχετικά πυκνό στρώμα φορτισμένων σωματιδίων, η ιονόσφαιρα. Πριν τη χρήση των δορυφόρων η ιονόσφαιρα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμη στις παγκόσμιες τηλεπικοινωνίες, λόγω της ιδιότητάς της να αντανακλά τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από τη Γη.

Εικόνα 56: Διαβάθμιση της θερμοκρασίας στα στρώματα της ατμόσφαιρας

Πηγή: http://www.windows.ucar.edu/