8.1 Atmosfærens oppbygging

Det tynne laget som holder oss i live

Se opp på en klar dag, og du ser tilsynelatende inn i det tomme verdensrommet. Men mellom deg og rommet ligger atmosfæren -- luftlaget som omgir jorden, beskytter oss mot skadelig stråling, regulerer temperaturen og gjør liv mulig. Den strekker seg helt opp til cirka 10 000 km, men 99 % av massen ligger under 30 km. Det livsviktige laget er altså forbløffende tynt.

Hva består lufta av? Tørr luft er dominert av nitrogen ($N_2$, 78 %) og oksygen ($O_2$, 21 %), pluss argon (0,93 %) og karbondioksid ($CO_2$, 0,04 % og økende). I tillegg kommer vanndamp, som varierer fra 0 til 4 % avhengig av sted og tid, og sporgasser som metan, lystgass og ozon. Atmosfæren holdes på plass av tyngdekraften, og uten den ville jorden vært en livløs steinkule. La oss reise oppover gjennom lagene.

Fire lag, fire temperaturhistorier

Atmosfæren deles i lag basert på hvordan temperaturen endrer seg med høyden -- og hvert lag har sin egen historie. Nederst ligger troposfæren (0--12 km), der alt været skjer. Her synker temperaturen med rundt 6,5 grader per km, laget inneholder rundt 80 % av atmosfærens masse, og det er tykkere ved ekvator (16 km) enn ved polene (8 km). Den øvre grensen kalles tropopausen.

Over kommer stratosfæren (12--50 km), der temperaturen overraskende nok øker med høyden, på grunn av ozonlaget. Ozonlaget (15--35 km) absorberer UV-stråling, og luften er stabil med lite vertikal blanding. Deretter mesosfæren (50--80 km), der temperaturen synker igjen til atmosfærens kaldeste -- ned mot --90 grader -- og der meteorer brenner opp som stjerneskudd. Ytterst ligger termosfæren (80--700 km), der temperaturen stiger kraftig til opptil 2000 grader; men fordi lufttettheten er så lav, gir det lite følbar varme. Her oppstår nordlyset.

La oss feste troposfæren som begrep: det nederste og tetteste laget, fra bakken til ca. 12 km, der all værdannelse skjer fordi temperaturen synker med høyden og skaper ustabil luft og vertikal blanding.

Hvorfor temperaturen oppfører seg slik

Det kan virke rart at temperaturen først synker, så øker, så synker, så øker igjen. Men hvert skifte har en forklaring. I troposfæren synker temperaturen fordi bakken varmes av kortbølget solstråling og deretter varmer luften nedenfra med langbølget stråling -- jo høyere opp du kommer, desto lenger er du fra varmekilden. I stratosfæren øker temperaturen fordi ozon ($O_3$) absorberer UV-stråling og omdanner energien til varme, mest i øvre del der det er mest ozon.

Ozonlaget fortjener oppmerksomhet, for det beskytter alt liv mot skadelig UV-B og UV-C-stråling. Ozon dannes når UV-C spalter $O_2$-molekyler, men kan brytes ned av KFK-gasser (freoner) -- noe som ga ozonhullet over Antarktis, et alvorlig miljøproblem som internasjonale avtaler har bidratt til å reparere.

La oss bruke temperaturgradienten i praksis. Er temperaturen ved havnivå 20 grader, hva er den på toppen av et 2500 m høyt fjell? Med normalgradienten 6,5 grader per km blir høydeforskjellen 2,5 km, temperaturfallet $6{,}5 \times 2{,}5 = 16{,}25$ grader, og temperaturen på toppen $20 - 16{,}25 = 3{,}75$ grader, altså cirka 4 grader. Dette forklarer hvorfor det er snø i høyfjellet selv om sommeren, og hvorfor fjellklatrere må kle seg varmt.

Oppsummering

Atmosfæren er det tynne gasslaget som holdes på plass av tyngdekraften og gjør liv mulig. Den består hovedsakelig av nitrogen (78 %) og oksygen (21 %), og deles i fire lag etter temperaturprofilen: troposfæren (vær), stratosfæren (ozonlaget), mesosfæren (meteorer) og termosfæren (nordlys).

Temperaturen synker i troposfæren fordi bakken er varmekilden, og øker i stratosfæren fordi ozonlaget absorberer UV-stråling. Ozonlaget beskytter alt liv mot skadelig UV. Temperaturgradienten på ca. 6,5 grader per km forklarer hvorfor det er snø i høyfjellet selv om sommeren.