A LÉGKÖR RÉTEGEI
A légkörünk függőleges elredeződése, rétegei a felszín felől nézve
1. Troposzféra - 15 km-ig, ez a réteg az, ahol az időjárási eseményeink játszódnak. Ennek a teteje szélességi övtől függően változik, a trópusokon kb.15km, a sarkvidéken kb. 8km, nálunk cirka 12. A troposzféra tetején van a tropopauza. A nagy zivatarok, illetve a nagyobb vulkánkitörések felhői e szinten üllőszerűen szétterülnek. Pl. http://latimesblogs.latimes.com/photos/uncategorized/2009/03/23/volcano1.jpg A szupercellák üllőjének tetején az "overshooting top" az extrém felhajtóerő miatt ezen szétterülő réteg fölé jut. http://tornado.sfsu.edu/geosciences/StormChasing/cases/ThunderstormTypes/lplatacb.jpg A légnyomás felfelé csökken (végig), a tengerszinten 1013 HPa, a troposzféra tetején 100 HPa. Az üvegházhatás ebben a rétegben érvényesül, a felmelegedett felszínrő kisugárzó hő legnagyobb része a réteghatár alatt marad.
Az ISS fedélzetéről ilyennek látjuk a troposzféra jelenségeit, ez esetben egy hatalmas hurrikán felhőzetét
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. Sztratoszféra - 8/15km - 50km - ritkuló levegő és igen erős szelek jellemzik, itt van 20-30km közti rétegben az ózonpajzs. A tropopauzánál (az alsó határrétege) nagyjából megszűnik a keveredés, itt már nem érvényesül a besugárzás hatására a felszín melegítő hatása, hanem a légkört érő besugárzás veszi át a szerepet.( Persze van azért keveredés, a futóáramlatok - jetek - tetején, illetve speciális helyzetekben, de nem ez a fő jellemző, a fentebb említett szupercellák, vulkánkitörések vagy a szubtrópusi felszálló légáramlatok igen kis mennyiségű levegőt felvihetnek a troposzférából.) A sztratoszféra kb. 50km magasságig tart, a felső határánál a légnyomás kb.1HPa - vagyis a felszíni ezrede, következésképpen a levegő mennyisége is kb. felszíni ezrede lesz. Ennek még lazán mérhető a hőmérséklete :-) Amíg az üvegházhatás a troposzférát melegíti, addig a sztratoszférában a világűr felé tud sugárződni a meleg, a hőmérséklet ennek fényében változik. Rendkívül látványos ezen az ábrán http://www.skepticalscience.com/images/Cooling_Stratosphere.gif az, hogy a kék pöttyös vonalakkal jelölt két nagy vulkánkitörésnek köszönhetően a sztratoszféra aktuálisan melegedett (Agung 1963, El Chicón 1982-83, Pinatubo 1991), mivel a kitörési felhő a troposzférából több bejutó meleg levegőnek adott utat. A hőmérsékletet ballonokkal, rakétákkal illetve speciális felszíni módszerekkel is lehet mérni. Az alsó régetek azért hidegebbek, mert itt az ózonréteg alá lényegesen kisebb energiájú külső sugárzás jut, ami közvetlenül melegítené a légréteget, az ózon felett viszont direkt sugárzás melegít, ráadásnak igen elhanyagolható a felszín felől feljutó kisugárzott hő mennyisége. Az UV sugárzási tartomány alsó része (300-400nm) a sztratoszférába érve közel teljesen elnyelődik, egészen minimális jut csak a felszínre, ez teszi lehetővé a jelenleg ismert életforma fennmaradását. A sztratoszférában láthatjuk a gyöngyházfényű fehőket a sarkvidéki régióban, illetve itt jelennek meg a rakétakilövések során kialakuló rakétanyomok is.. A sztratoszférából már nappal is sötétnek látszik a fejünk feletti égbolt. A kék nyalábok is a sztatoszférában jelennek meg.
Az ISS fedélzetéről készült képen a sztratoszféra kékes rétege látható, alatta a vöröses réteg már a troposzféra. A kékes színt az ózonréteg adja.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3. Mezoszféra - 50-90km magasságban, itt vannak az NLC-k :) illetve ennek felső határa környékén égnek el a légkörbe jutó meteorok is. Itt ismét csökkenni kezd a hőmérséklet az igen erőteljes kisugárzás miatt, a mezopauzánál (85-95km) van a leghidegebb az egész légkörben. A hőmérséklete fordítottan arányos a felszínével, ezért is nyári jelenség az NLC.
Az ISS-ről az NLC-k (éjszakai világító felhők) így néznek ki. E réteg a mezoszféra felső határát jelzi.
A légnyomás a mezoszféra tetejénél a felszíni százezredrésze, 0,01HPa, de ez már bőven elég ahhoz, hogy a légkörbe visszatérő űrjárműveket felforrósítsa, kb. 100km magasságban van az a határvonal (Kármán-vonal :-)), ahonnan az űrjárművek már gyakorlatilag a "sűrű" légkörben járnak, vagyis jelentősen hat rájuk, a mozgásukra a légkör. Az UV tartomány jelentős része itt nyelődik el (120-300nm). A mezoszéra szab határt annak a légtömegenek is, ahol a különféle légköri összetevők keverednek - kb. a mezopauzánál húzódik az a vonal, ami felett az atmoszférát alkotó részecskék már tömegüknek megfelelően rétegződnek, ezt turbopauzának hívják. E határ felett nem egyenletes a légkört alkotó összetevők aránya. A mezoszféra ad otthont a legtöbb TLE-körbe (felsőlégköri elektro-optikai emissziók) tartozó jelenségnek, így pl. a vörös lidérceknek, a gyűrűlidérceknek is.
Az ISS fedélzetéről a légkörbe hullva felizzó meteorok is láthatóak, ez a jelenség is nagyrészt a mezoszférához kapcsolódik.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
4. Termoszféra - 90-600km. A neve is jelzi, hogy itt melegedik ismét a légkör, ez annak köszönhető, hogy az űrből érkező sugárzás direkt módon melegíti fel az itt lévő részecskéket, ez jól látható azon, hogy erősen eltér a felmelegedése a napciklus minimum (extrém min.:600 - átlag minimum: 800°C) és maximum (átlag maximum: 1200 - extrém maximum:1600°C) része közt - a maximumkor sokkal jobban, kb. 400 fokkal magasabbra melegszik.
A légkörfény így fest az ISS-ről készült fotón. Jól látható, hogy zöld burokként öleli körbe a bolygót az oxigén által kibocsátott jellegzetesen zöld fénylés.
A termoszférát az extrém UV (10-120nm) sugárzás tudja legjobban melegíteni (lásd pl. légkörfény), a sugárzás hullámhosszainak megfelelően jut egyre lejjebb az atmoszférában, a nagyobb hullámhosszak érnek egyre lejjebb. A beérkező sugárzás nagy energiájú, Ez alapján érthető, hogy a nagyobb energiájú sugárzások, amik itt nyelődnek el, hogyan képesek létrehozni az igen magas hőmérsékleteket. Sőt, az is érthető, hogy miként tágul a légkör akkor, ha erősödik a naptevékenység s ez miként függ össze a légkörbe visszatérő űrjárművek sebességével, ill. fékeződésével (lásd a tavalyi két visszazuhanó műhold beérkezésének bizonytalanságai). A termoszféra jelenségei a sarki fények és a légkörfény, illetve az alsó régiójában a meteorok felizzása is megtörténhet már. Műholdjaink, űrszondáink egy jelentős része is e légköri rétegben kering, és bár a sűrűség e magasságban már csak matematikai értelemben fogható fel, nem elhanyagolható, emiatt van szükség arra, hogy például a Nemzetközi Űrállomást is időnként pályamódosításokkal magasabb régiókba emeljék, mivel hosszú idő alatt a minimális részecskesűrűség is képes fékezni a keringést s ezzel süllyeszteni az űrhajót.
A sarki fények nagy függőleges kiterjedésű jelenségek, az ISS-ről készült képen is megfigyelhető, milyen magasra nyúlnak a színes sávjai. A háttérben a tompa zöld burok a légkörfény.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. Exoszféra - a légkörünk legkülső 600km feletti rétege, itt gyakorlatilag csak a magasabb pályán keringő műholdakat találjuk. Az exoszférában csak a legkönnyebb légköri atomok, molekulák találhatóak meg, hidrogén, hélium, oxigén és széndioxid, ezek is leginkább az alsó részében. A sűrűségük fokozatosan csökken a magassággal. A külső határa 100.000 km-nél van, ez a határ kb. azon régióban húzódik meg, ahol a földi gravitáció légköri részecskékre kifejtett hatása elfogy, így a légkörünket alkotó gázok innen szöknek meg a bolygóközi térbe. A napsugárzás is hatással van e rétegre, a napszél nyomása hatására gyakorlatilag találhatóak még a Föld légköréhez tartozó hidrogénatomok ott is, ahol a gravitáció ehhez önmagában már kevés volna.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
6. Ionoszféra - külön rétegként említik speciális tulajdonságai miatt, de voltaképp a felső mezoszféra, a termoszféra és az exoszféra "összefoglaló" neve lehetne. Az ionoszférában ionizált gázok találhatóak és rengeteg szabad elektron, ezt a rádiózás kapcsán fedezték fel, mivel a földről sugárzott rádiójelek (részben) visszaverődnek e rétegről. Az ionoszféra nem egy konstans réteg, elektromos vezetőképessége fordítottan arányos a sűrűségével, változik a napszakkal, naptevékenységgel, árapályerők és a földmágnesség változásának hatására. Az ionoszféra különböző viselkedésű rétegei: D (70-120km), E (120-200km), F1 (200-300km), F2(300-400km) betűkkel jelöltek, a D réteg csak a Föld nappali oldalán van jelen, az E réteg jelentősen legyengül az éjszakai oldalon, az F rétegek pedig összeolvadnak éjjel. A Föld nappali oldalán ennek köszönhetően a légkör kidudorodik. A napszakkal változó mértékű ionizációt a rádiósok igen jól ismerik és használják nagy távolságú kommunikációjukban. Éjjel gyakorlatilag csak az F réteg az, ami visszaveri a rádióhullámokat, nappal mindegyik réteg képes rá - különféle hullámhosszakat az egyes rétegek. A napkitörések határása az ionoszférában jelentős változások játszódnak le, például a D réteg megerősödik ellehetetlenítve bizonyos hullámhosszú rádiókommunikációt; de a villámlások is képesek rá, hogy megváltoztassák az ionoszférát - természetesen csak kisebb területeken. Egy kiterjedtebb viharrendszer azonban képes a napkitöréshez hasonló, ám kisebb mértékű zavarokat okozni a rádiós kommunikációban.
Az ionoszféra teszi lehetővé a rádiómeteorozást is, mivel a felizzó meteorok nyomán ionizált gázcsóva keletkezik, s ezekről visszaverődő rádiójelek adják azokat az ekhókat, amiket a rádiómeteoros észlelők vesznek. (A műholdas kommunikáció előtti korszakban jelentősége volt a meteorok ionizált nyomairól visszavert rádijeleknek a nagy távolságú kommunikációban.) A nagyobb meteorok izzásakor keletkező ionizált csóvák láthatóvá is válnak, a földi szemlélő számára néhány másodperctől extrém esetben akár órákon át fennmaradó nyomokként. A meteor áthaladásakor a légköri gázokban gerjesztődnek az elektronok, ez az elsődleges forrása a meteornyomoknak, ezek a nyomok azonban igen rövid életűek. Azonban egyes esetekben nem csak gerjesztődnek, hanem leszakadnak az elektronok (nagyobb meteor áthaladásakor nagyobb energia közvetítődik), s amikor ezek a "kóbor" elektronok egy ion által befogódnak, akkor is fénykibocsátás történik, ez a lassabb folyamat, a hosszasabban megmaradó nyomok ennek köszönhetőek. A meteornyomok tanulmányozásával a felső légkör hőmérsékleti és mozgási viszonylatai is megfigyelhetők, mérhetők.
Fotók: NASA
©Landy-Gyebnár Mónika 2012.