Atmosféra
Země je obklopena relativně tenkou atmosférou (běžně nazývanou vzduch), která se skládá ze směsi plynů, především molekulárního dusíku (78 procent) a molekulárního kyslíku (21 procent). Rovněž jsou přítomna mnohem menší množství plynů, jako je argon (téměř 1 procento), vodní pára (průměrně 1 procento, ale velmi proměnná v čase a umístění), oxid uhličitý (0,0395 procent [395 dílů na milion] a v současnosti stoupající), metan (0,00018 procent [1,8 dílu na milion] a v současné době roste) a další, spolu s drobnými pevnými a kapalnými částicemi v suspenzi.
geoid: Stanovení postavy Země
Zásluhu na myšlence, že Země je sférická, se obvykle věnuje Pythagoras (vzkvétal v 6. století bce) a
Protože Země má slabé gravitační pole (na základě své velikosti) a teplé atmosférické teploty (díky své blízkosti ke Slunci) ve srovnání s obřími planetami, postrádá nejběžnější plyny ve vesmíru, které vlastní: vodík a helium. Zatímco jak Slunce, tak Jupiter jsou složeny převážně z těchto dvou prvků, nemohly být dlouho ponechány na rané Zemi a rychle odpařeny do meziplanetárního prostoru. Vysoký obsah kyslíku v zemské atmosféře je neobvyklý. Kyslík je vysoce reaktivní plyn, který by se za většiny planetárních podmínek mohl kombinovat s jinými chemikáliemi v atmosféře, povrchu a kůře. Ve skutečnosti je dodáván nepřetržitě biologickými procesy; bez života by prakticky neexistoval žádný volný kyslík. 1,8 dílu na milion metanu v atmosféře je také daleko mimo chemickou rovnováhu s atmosférou a kůrou: je také biologického původu, přičemž přínos lidské činnosti výrazně převažuje nad ostatními.
Plyny atmosféry sahají od povrchu Země do výšek tisíců kilometrů a nakonec se slučují se slunečním větrem - proud nabitých částic, který vytéká ven z nejvzdálenějších oblastí Slunce. Složení atmosféry je víceméně konstantní s výškou do výšky asi 100 km (60 mil), s výjimkami zejména vodní pára a ozon.
Atmosféra je obecně popsána z hlediska odlišných vrstev nebo oblastí. Většina atmosféry je soustředěna v troposféře, která sahá od povrchu do výšky asi 10–15 km (6–9 mil), v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období. Chování plynů v této vrstvě je řízeno konvekcí. Tento proces zahrnuje turbulentní, převrácené pohyby vyplývající z vztlaku vzduchu blízkého povrchu, který je zahříván Sluncem. Konvekce udržuje klesající vertikální teplotní gradient - tj. Pokles teploty s výškou - zhruba 6 ° C (10,8 ° F) na km přes troposféru. V horní části troposféry, která se nazývá tropopauza, teploty klesly na asi -80 ° C (-112 ° F). Troposféra je oblast, kde existuje téměř veškerá vodní pára a vyskytuje se v podstatě veškeré počasí.
Suchá, jemná stratosféra leží nad troposférou a sahá až do výšky asi 50 km (30 mil). Konvekční pohyby jsou ve stratosféře slabé nebo chybí; pohyby místo toho bývají orientovány horizontálně. Teplota v této vrstvě se zvyšuje s nadmořskou výškou.
V horních stratosférických oblastech absorbuje ultrafialové záření ze Slunce molekulární kyslík (O 2); rekombinace jednotlivých atomů kyslíku s molekulami O 2 do ozonu (O 3) vytváří stínící ozónovou vrstvu.
Nad relativně teplou stratopauzou je ještě jemnější mezosféra, ve které teploty opět klesají s nadmořskou výškou na 80–90 km (50–56 mil) nad povrchem, kde je mezopauza definována. Minimální dosažená teplota je v závislosti na ročním období velmi proměnlivá. Teploty pak stoupají se zvyšující se výškou přes vrstvu ležící nad termosférou. Také nad asi 80–90 km se zvyšuje podíl nabitých nebo ionizovaných částic, které z této výšky nahoru definují ionosféru. V této oblasti, zejména podél přibližně kruhových zón kolem pólů, vznikají velkolepé viditelné aurory interakcí atomů dusíku a kyslíku v atmosféře s epizodickými výboji energetických částic pocházejících ze Slunce.
Obecná atmosférická cirkulace Země je poháněna energií slunečního světla, která je hojnější v rovníkových šířkách. Pohyb tohoto tepla směrem k pólu je silně ovlivněn rychlou rotací Země a přidruženou Coriolisovou silou v zeměpisných šířkách od rovníku (což přidává komponentu východ-západ ke směru větru), což má za následek více buněk cirkulujícího vzduchu v každém polokoule. Nestability (poruchy v atmosférickém toku, které rostou s časem) vytvářejí charakteristické vysokotlaké oblasti a nízkotlaké bouře středních poloh a rychlé, na východ se pohybující proudové proudy horní troposféry, které vedou cesty bouří. Oceány jsou masivní nádrže tepla, které působí převážně k vyhlazení změn globálních teplot Země, ale jejich pomalu se měnící proudy a teploty také ovlivňují počasí a klima, jako je tomu v případě počasí El Niño / Southern Oscillation (viz klima: Cirkulace, proudy, a interakce oceán-atmosféra; podnebí: El Niño / Jižní oscilace a změna klimatu).
Atmosféra Země není statickým prvkem prostředí. Jeho složení se spíše vyvíjelo v průběhu geologického času ve shodě se životem a dnes se mění rychleji v reakci na lidské činnosti. Zhruba v polovině historie Země se začal vyvíjet neobvykle vysoký obsah volného kyslíku v atmosféře, a to fotosyntézou cyanobakterií (viz modrozelené řasy) a nasycením přirozených povrchových propadů kyslíku (např. Minerály s relativně nízkým obsahem kyslíku a vodíkem) plyny bohaté na sopky). Hromadění kyslíku umožnilo rozvoj komplexních buněk, které během metabolismu spotřebovávají kyslík a které jsou složeny všechny rostliny a zvířata (viz eukaryota).
Klima Země se v jakémkoli místě liší podle ročních období, ale v globálním klimatu jsou také dlouhodobé rozdíly. Sopečné výbuchy, jako je erupce Mount Pinatubo v roce 1991 na Filipínách, mohou do stratosféry vstřikovat velká množství prachových částic, které zůstávají po mnoho let pozastaveny, což snižuje průhlednost atmosféry a má za následek měřitelné chlazení na celém světě. Mnohem vzácnější, obří dopady asteroidů a komet mohou způsobit ještě hlubší účinky, včetně výrazného snížení slunečního světla po měsíce nebo roky, například mnozí vědci se domnívají, že vedlo k hromadnému vyhynutí živých druhů na konci křídy, 66 milionů let. před. (Další informace o rizicích, která představují kosmické dopady a šance na jejich výskyt, viz nebezpečí dopadu na Zemi.) Dominantní klimatické změny pozorované v nedávném geologickém záznamu jsou doby ledové, které jsou spojeny s odchylkami náklonu Země a jejího orbitálu. geometrie vzhledem k Slunci.
Fyzika vodíkové fúze vede astronomy k závěru, že slunce bylo o 30 procent méně světelné během nejranějších dějin Země, než je tomu dnes. Z tohoto důvodu by všechny oceány měly být zamrzlé. Z pozorování planetárních sousedů Země, Marsu a Venuše a odhadů uhlíku, který je v zemské kůře uzamčen, vyplývá, že v zemské atmosféře bylo během dřívějších období mnohem více oxidu uhličitého. To by zlepšilo oteplování povrchu skleníkovým efektem a umožnilo tak oceánům zůstat v tekutině.
Dnes je v zemské kůře pohřben v uhličitanových horninách 100 000krát více oxidu uhličitého než v atmosféře, v ostrém kontrastu k Venuši, jejíž atmosférický vývoj sledoval jiný směr. Na Zemi je tvorba uhličitanových skořápek mořským životem hlavním mechanismem pro přeměnu oxidu uhličitého na uhličitany; abiotické procesy zahrnující kapalnou vodu také produkují uhličitany, i když pomaleji. Na Venuši však život nikdy neměl šanci vyrůst a produkovat uhličitany. Díky poloze planety ve sluneční soustavě dostalo ranné Venuše o 10–20 procent více slunečního světla než dopadá na Zemi, a to i přes slabší mladé slunce v té době. Většina planetárních vědců věří, že zvýšená povrchová teplota, která vyústila, zabránila kondenzaci vody na kapalinu. Místo toho zůstala v atmosféře jako vodní pára, která je stejně jako oxid uhličitý účinným skleníkovým plynem. Společně tyto dva plyny způsobily, že povrchové teploty stoupaly ještě výš, takže obrovské množství vody uniklo do stratosféry, kde byla disociována slunečním ultrafialovým zářením. Za podmínek, které jsou nyní příliš horké a suché na to, aby umožnily tvorbu abiotického uhličitanu, zůstala většina nebo všechny zásoby uhlíku na planetě v atmosféře jako oxid uhličitý. Modely předpovídají, že Země může utrpět stejný osud za miliardu let, když Slunce překročí současný jas o 10–20 procent.
Od konce 50. let do konce 20. století se množství oxidu uhličitého v zemské atmosféře zvýšilo o více než 15 procent v důsledku spalování fosilních paliv (např. Uhlí, ropy a zemního plynu) a ničení tropických deštných pralesů., jako například povodí Amazonky. Počítačové modely předpovídají, že čisté zdvojnásobení oxidu uhličitého do poloviny 21. století by mohlo vést k průměrnému globálnímu oteplování 1,5–4,5 ° C (2,7–8,1 ° F) na planetě, což by mělo výrazný dopad na hladinu moře a zemědělství. Ačkoli tento závěr byl některými kritizován na základě toho, že dosud pozorované oteplování neudrží krok s projekcí, analýzy údajů o teplotě oceánů naznačují, že k velkému oteplování během 20. století skutečně došlo v samotných oceánech - a bude nakonec se objeví v atmosféře.
Dalším současným problémem týkajícím se atmosféry je vliv lidské činnosti na stratosférickou ozonovou vrstvu. Složité chemické reakce zahrnující stopy umělých chlorfluoruhlovodíků (CFC) vytvořených v polovině osmdesátých let 20. století způsobovaly během polární pružiny dočasné otvory v ozónové vrstvě, zejména přes Antarktidu. Ještě znepokojivější byl objev rostoucího vyčerpání ozonu ve vysoce osídlených mírných zeměpisných šířkách, protože bylo zjištěno, že ultrafialové záření s krátkou vlnovou délkou, které ozonová vrstva účinně absorbuje, způsobuje rakovinu kůže. Mezinárodní dohody o zastavení výroby nejzávažnějších CFC ničících ozón nakonec zastaví a zvrátí vyčerpání, ale až do poloviny 21. století, kvůli dlouhé době setrvání těchto chemikálií ve stratosféře.
