Jordens atmosfär

Uppslagsordet ”Luft” leder hit. För andra betydelser, se Luft (olika betydelser).

Jordens atmosfär^[1], av de grekiska ordstammarna atmos (ånga) och sfaira (klot), är det gashölje som omsluter jorden och hålls kvar av jordens gravitationskraft. Atmosfären skyddar livet på jorden genom att absorbera skadlig ultraviolett strålning från solen och kosmisk strålning från rymden och även genom att minska temperaturskillnaderna mellan dag och natt samt att höja medeltemperaturen på jorden.

Atmosfären har inget abrupt slut utan tunnar gradvis ut i tomma rymden. Inom rymdfarten definieras rymden som 100 km ovanför havsnivå, den så kallade Karmanlinjen. Spår av atmosfären finns ända ut till ungefär 1 000 km höjd. Atmosfärens massa är ungefär 5,15×10¹⁸ kg.

Indelning

Atmosfären kan delas in på olika sätt. Ett sätt är att dela in den i höjdled i lager, baserat på deras temperatur och storlek (dvs. om temperaturen ökar eller minskar i höjdled). Dessa är:

Troposfären (0 – 11 km). Troposfären når i medeltal 11 km över jordytan, 7 km vid polerna och 17 km vid ekvatorn och innehåller omkring 80 % av atmosfärens gaser. Temperaturen minskar med höjden. I troposfären blandas luften livligt vertikalt på grund av att varm luft stiger uppåt där temperaturen är lägre, däremot blandas luften mycket lite mellan norra och södra halvklotet. Blandningen mellan troposfären och stratosfären är också liten. Allt väder äger rum i troposfären, och nästan alla moln finns i troposfären.
Stratosfären (11 – 55 km). Temperaturen ökar i höjdled till skillnad mot i troposfären. Detta beror på att ozonlagret i mitten av stratosfären absorberar ultraviolett ljus och den övre delen av stratosfären absorberar mer energirik kosmisk strålning. Luften blandas mycket mindre vertikalt i stratosfären eftersom temperaturens stigning med höjden hämmar stigningen hos eventuell varmluft. I stratosfären förekommer ibland pärlemormoln.
Mesosfären (55 – 85 km). Temperaturen minskar med höjden; detta är den kallaste delen av atmosfären, speciellt kring sommarpolen där nattlysande moln ofta förekommer.
Termosfären (85 – 600 km). Temperaturen ökar först kraftigt med höjden på grund av solens joniserande strålning, men planar sedan ut så att termosfärens övre delar blir i stort sett isoterma. Detta beror på att molekylernas fria medelväglängd inom övre termosfären kan bli tusentals km, och när molekylerna kan röra sig fritt så långt tar de även med sig temperaturen från där de var tidigare. Inom termosfären förekommer aldrig några moln, däremot kan norrsken förekomma där.

Regionerna mellan dessa fyra lager kallas tropopausen, stratopausen och mesopausen.

Atmosfären delas även in i andra typer av lager.

Neutrosfären (0 – 50 km) innehåller elektriskt neutrala gasmolekyler. Den består av troposfären och stratosfären.
Jonosfären (50 – 575 km) innehåller joner i form av plasma. Den består av mesosfären och en del av termosfären.
Exosfären (575 – 10000 km) är lagret ovanför jonosfären och övergår långsamt i rymden.
Magnetosfären, regionen där jordens magnetfält växelverkar med solvinden. Räcker tiotusentals kilometer från jorden.

Ännu en typ av indelning av jordatmosfären är:

Homosfären (0 – 110 km) består av den del av jordatmosfären där molekylernas fria medelväglängd är mindre än storleken hos de turbulenta cellerna. Gaserna förblir då väl sammanblandade, och homosfärens sammansättning är därför väldigt likartad överallt.
Heterosfären (över 110 km) består av den del av jordatmosfären där molekylernas fria medelväglängd är större än storleken hos de turbulenta cellerna. Gasmolekylerna börjar då röra sig individuellt, oberoende av andra gaser, och jordatmosfärens sammansättning ändras tämligen raskt med höjden. Den första förändringen är att molekylärt syre slås sönder till atomärt syre som blir dominerande lite längre upp. Ännu högre upp blir helium dominerande, och allra högst upp, i exosfären, blir atomärt väte dominerande. Detta väte är ofta joniserat, vilket innebär att jordatmosfären längst ut huvudsakligen består av fria elektroner och protoner.

Koncentration av gaser i atmosfären

Atmosfärens volym består, om vattenånga inte räknas, av omkring 78 % kväve, 21 % syre, 1 % argon, 0,04 % koldioxid och 0,01 % andra gaser. De nämnda gaserna utgör mer än 99,999 % av atmosfärens massa. Hela denna gasblandning kallas allmänt för luft och dess densitet är omkring 1,29 kg/m³ vid standardtryck och -temperatur. Vattenånga utgör normalt mindre än 1 upp till 4 procent av luften, men detta varierar stort med bland annat tid på dygnet, årstid, klimat, temperatur och höjd.

Volymkoncentrationen av de vanligaste gaserna i den delen av atmosfären som kallas homosfären (räknad på torr luft) ges av följande tabell.^[2]^[3]

Gas	ppm i atmosfären	% i atmosfären
Kväve	780 840	78,08
Syre	209 460	20,95
Argon	9 340	0,93
Koldioxid	419^[4]	0,0419
Neon	18,18	0,002
Helium	5,24	0,000 5
Metan	1,745	0,000 2
Krypton	1,14	0,000 1
Väte	0,55	0,000 06

En mer komplett lista ges i tabellen nedan. Den aktuella luftsammansättningen vid standardtryck och -temperatur visas. Man skiljer mellan huvudbeståndsdelar och spårämnen. Ämnena separeras huvudsakligen med den så kallade Linde-metoden (destillation av flytande luft).

Luftens sammansättning
Gas	Formel	Volymandel	Massandel
Huvudbeståndsdelar av torr luft vid standardtryck och -temperatur
Kväve	N₂	78,084 %	75,518 %
Syre	O₂	20,942 %	23,135 %
Argon	Ar	0,934 %	1,288 %
Halt av Spårgaser
Koldioxid	CO₂	0,040 %	0,058 %
Neon	Ne	18,180 ppm	12,67 ppm
Helium	He	5,240 ppm	0,72 ppm
Metan	CH₄	1,760 ppm	0,97 ppm
Krypton	Kr	1,140 ppm	3,30 ppm
Vätgas	H₂	~500 ppb	36 ppb
Dikväveoxid	N₂O	317 ppb	480 ppb
Kolmonoxid	CO	50 – 200 ppb	50 – 200 ppb
Xenon	Xe	87 ppb	400 ppb
Difluorklormetan (CFC-12)	CCl₂F₂	535 ppt	2 200 ppt
Fluortriklormetan (CFC-11)	CCl₃F	226 ppt	1 100 ppt
Difluorklormetan (HCFC-22)	CHClF₂	160 ppt	480 ppt
Koltetraklorid	CCl₄	96 ppt	510 ppt
Trifluortrikloretan (CFC-113)	C₂Cl₃F₃	80 ppt	520 ppt
1,1,1-Trikloretan	CH₃-CCl₃	25 ppt	115 ppt
1-Fluor-1,1-dikloretan (HCFC-141b)	CCl₂F-CH₃	17 ppt	70 ppt
1,1-Difluor-1-kloretan (HCFC-142b)	CClF₂-CH₃	14 ppt	50 ppt
Svavelhexafluorid	SF₆	5 ppt	25 ppt
Bromdifluorklormetan	CBrClF₂	4 ppt	25 ppt
Bromtrifluormetan	CBrF₃	2,5 ppt	13 ppt
Total(torr)			5,135 × 10¹⁵ t
Total(fuktig)			5,148 × 10¹⁵ t

Jordens forntida atmosfär

Jordens forntida atmosfär anses varit lik Venus atmosfär, som nästan enbart består av koldioxid. Syre förekommer idag som gas i jordens atmosfär. Under livets tidiga utveckling förekom syre bara i form av oxider i marken, och för dessa tidiga organismer var syre ett farligt gift. Forntidens åska kan ha producerat aminosyror. Först en bit in i tidsåldern prekambrium blev atmosfären syresatt. Det är alger och växter som genererar syret. Halten av syre har varierat i atmosfären, under tidsåldern jura var syrehalten så hög som 35 %. Forskarna antar att atmosfärens tryck vid havet varit ungefär samma som nu, men detta är bara en hypotes. Jordens dragningskraft är så stor att atmosfären hållits kvar, till skillnad från Mars. De ännu mindre himlakropparna månen och Merkurius har förlorat all sin atmosfär. Man har tidigare trott att jordens magnetfält skyddar mot en sådan atmosfärsflykt eftersom det hindrar solvinden från att komma i kontakt med atmosfären. Det har emellertid visat sig att det även kring omagnetiserade planeter, som Mars och Venus, bildas ett skyddande gränsskikt.^[5] Dessutom gör magnetfältet det möjligt för joner att strömma ut längs de vertikala magnetfältslinjerna i polarområdena, vilket inte kan ske på omagnetiserade planeter. Beräkningar av atmosfärsförlust för olika magnetiseringar har visat att en hypotetisk jord utan magnetfält skulle vara något bättre skyddad än den verkliga jorden är idag.^[6]

Luftbubblor som frusit in i is kan användas för göra uppskattningar av atmosfärens egenskaper under senare delen av kvartärtiden. Denna typ av forskning görs med hjälp av borrkärnor från olika glaciärer. Särskilt på Grönland och på Antarktis bedrivs omfattande forskning av detta slag.

Människans inverkan på atmosfären

Detta ämnesområde är en del av den kemiska meteorologin.

Människans utsläpp av växthusgaser påverkar den globala uppvärmningen som har pågått åtminstone sedan 1880-talet.^[7] På mindre än 200 år har mängden koldioxid i atmosfären ökat 50 %.^[4]

Se även

Upper Atmosphere Research Satellite - utforskningssatellit för den övre atmosfären
Atmosfärisk friktion - om friktionen som uppstår mellan atmosfären och rörliga föremål.
Atmosfär
Biosfär
Väder
Meteorologi
Moln
Nederbörd
Växthuseffekten
Ozonlagret

Referenser

Noter

^ ”Atmosfärens historia”. SMHI smhi.se. 17 april 2021. https://www.smhi.se/kunskapsbanken/klimat/forhistoriskt-klimat/atmosfarens-historia-1.5817. Läst 28 oktober 2023.
^ Williams, D. R. (21 december 2021). ”Earth Fact Sheet”. Nasa. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html. Läst 27 juli 2022.
^ Aktualiserat för metan 1998 enligt IPCC Arkiverad 15 juni 2007 hämtat från the Wayback Machine.
^ [a b] ”Vital signs: Carbon Dioxide”. NASA Climate. juni 2022. https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/. Läst 27 juli 2022.
^ Russell, C. T. (1993). ”Planetary magnetospheres”. Reports on Progress in Physics 56 (6): sid. 687-732. doi:10.1088/0034-4885/56/6/001. ISSN 0034-4885.
^ Gunell, H.; Maggiolo, R.; Nilsson, H.; Stenberg Wieser, G.; Slapak, R.; Lindkvist, J.; Hamrin, M.; De Keyser, J. (2018). ”Why an intrinsic magnetic field does not protect a planet against atmospheric escape”. Astronomy and Astrophysics 614: sid. L3. doi:10.1051/0004-6361/201832934.
^ Nasa GISS

Källor

Luftverschmutzung und Klimaschutz: Beiträge des FLUGS – Fackinformationstjänst från GSF – Forskningscentrum för miljö och hälsa

Externa länkar

Wikimedia Commons har media som rör Jordens atmosfär.
Bilder & media

[1] ”Atmosfärens historia”. SMHI smhi.se. 17 april 2021. https://www.smhi.se/kunskapsbanken/klimat/forhistoriskt-klimat/atmosfarens-historia-1.5817. Läst 28 oktober 2023.

[earthfact-2] Williams, D. R. (21 december 2021). ”Earth Fact Sheet”. Nasa. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html. Läst 27 juli 2022.

[nasa-3] Aktualiserat för metan 1998 enligt IPCC Arkiverad 15 juni 2007 hämtat från the Wayback Machine.

[nasaCO2-4] [a b] ”Vital signs: Carbon Dioxide”. NASA Climate. juni 2022. https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/. Läst 27 juli 2022.

[Russell,_1993-5] Russell, C. T. (1993). ”Planetary magnetospheres”. Reports on Progress in Physics 56 (6): sid. 687-732. doi:10.1088/0034-4885/56/6/001. ISSN 0034-4885.

[Gunell_et_al.,_2018-6] Gunell, H.; Maggiolo, R.; Nilsson, H.; Stenberg Wieser, G.; Slapak, R.; Lindkvist, J.; Hamrin, M.; De Keyser, J. (2018). ”Why an intrinsic magnetic field does not protect a planet against atmospheric escape”. Astronomy and Astrophysics 614: sid. L3. doi:10.1051/0004-6361/201832934.

[7] Nasa GISS

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]