Atmosfer Hakkında

Yer, yüzey şekillerinin ve gezegen üzerindeki yaşamın ortaya çıkması ve şekillenmesinde önemli rol oynamış ve yine bu iki öğe ile birlikte evrimleşmiş dinamik bir atmosfer (ya da hava küre, hava yuvarı) tabakasına sahiptir Yerçekimi sayesinde tutulan bu gaz tabakası, büyük ölçüde gezegenin iç katmanlarından kaynaklanan gazların yanardağ etkinliği ile yüzeye çıkması ile oluşmakla birlikte, gezegenin tarihi boyunca dünya dışı kaynaklardan da beslenmiş ve etkilenmiştir



Basınç ve yoğunluk açısından diğer yer benzeri gezegenlerden Mars'a göre yaklaşık 100 kat büyük, Venüs'e göre ise yaklaşık 100 kat küçük bir gaz kütlesini ifade eder Ancak bileşim açısından bu iki gezegenin atmosferlerinden çok farklı olduğu gibi, Güneş Sistemi içinde de eşsizdir



Yer atmosferi, gezegenin tüm kütlesinin yaklaşık bir milyonda birini oluşturur Yer çekimi nedeniyle bu gaz kütlesinin bir ağırlığı vardır, ve gezegen yüzeyine doğru alçaldıkça artan bir basınç yaratır Bu nedenle, Yer yüzeyine yaklaştıkça sıkışma etkisiyle yoğunluğu artar Atmosfer kütlesinin dörtte üçü, ortalama yüksekliği 11 km olan troposfer tabakası içinde toplanmıştır



Yükseğe doğru ise yoğunluk ve basıncı azalarak devam eder, ve belirli bir sınırı olmaksızın, çok seyrek bir gaz olarak kabul edilebilecek gezegenler arası ortam içinde erir Atmosferin etkilerinin belli belirsiz de olsa gözlenebildiği en büyük uzaklık Yer merkezinden 50000 km yükseğe kadar çıkabilir, ancak yeryüzünden 200 km yükseklikte, gaz yoğunluğunun, uyduların hareketini bile çok fazla etkilemeyecek kadar azaldığı bilinmektedir Pratik nedenlerle, Yer yüzeyinden 100 km yükseğe yerleştirilen hayali Karman hattı, dünya ile uzayın sınırı olarak kabul edilir
Yer atmosferi, birbirinden farklı fiziksel özelliklere sahip çok sayıda katmana ayrılır

Troposfer: Meteorolojik olayların gerçekleştiği, atmosferin en hareketli kısmını oluşturur Yer'in kendi ekseni etrafındaki dönüşünün neden olduğu merkezkaç kuvveti, gezegenin diğer katmanlarında olduğu gibi, troposfer tabakasının da ekvatorda şişkinleşmesine yol açar Kutuplarda 7-8 kilometre olan troposfer kalınlığı, ekvator düzeyinde 17-18 kilometreyi bulur Atmosfer basıncı, deniz seviyesinde 1,01325 bar düzeyindedir, bu değer 1 atmosfer olarak kabul edilir Basınç, yükselti ile her 5,5 kilometrede yarıya inecek şekilde azalır Adı, Yunanca 'hava değişikliği', 'mevsim değişikliği' anlamlarında kullanılan 'tropos' sözcüğünden türetilmiştir

Troposfer, ısı enerjisinin büyük kısmını, güneş ışınları ile ısınan yer yüzeyinin yaydığı kızılötesi ışınlardan alır ve bir ideal gaz davranışına yakın bir düzen içerisinde, yükseltiyle düşen basıncına paralel olarak, sıcaklığı da düşer Her 1 kilometrelik yükselme, sıcaklıkta 6,5oC değerinde bir azalma getirir Bu şekilde, troposferin üst sınırında -55oC düzeyinde bir alt noktaya inen sıcaklık, tropopoz adı verilen bu düzeyin üzerinde yeniden yükselmeye başlar Tropopoz, troposfer ile stratosferin sınırını belirler Kutuplarda sıcaklığın düşüklüğü, tropopoz yüksekliğinin ekvator bölgesine göre az olmasının nedenlerinden biridir

Yükseltinin artması ile atmosfer sıcaklığının azalması arasındaki ilişki, mutlak ve değişmez bir kural değil, genel bir eğilim olarak görülmelidir Yerel ve zamanla ilişkili çok sayıda değişken sıcaklığın yatay ve dikey değişimlerini etkilediği gibi, hava akımları, bulutluluk, nem, yağışlar, basınç değişiklikleri gibi meteorolojik olaylar, kaotik bir sistem içinde troposferin dünya ölçeğinde karmaşık davranış biçimini ortaya koyar ve uzun vadede iklimleri belirler

Stratosfer: Tropopozdan başlayarak 50 km yüksekliğe kadar uzanır İçerdiği ozon (O3) molekülleri Güneş'ten gelen morötesi ışınları soğurarak bu katmanın ısınmasına yol açar Bu nedenle, tropopoz düzeyinde -50oC ile -60oC arasında olan sıcaklık stratosferin alt kesimlerinde her kilometrede 1oC , üst kesimlerinde ise her kilometrede 3oC kadar artarak stratosferin üst sınırı olan stratopozda 0oC düzeyine kadar yükselir Bu sıcaklık dağılımı, stratosferin hava akımlarının son derece az olduğu bir tabaka olarak korunmasını sağlar Bu özellik, stratosfer düzeyinde oluşan kirliliğin kalıcı olabilmesi gibi bir sakınca da yaratabilmektedir Yeryüzündeki yaşam için ölümcül etkilere sahip morötesi ışınları süzen ozon tabakası için zararlı bileşiklerin stratosfere ulaşmasını önlemek bu açıdan önem taşımaktadır

Mezosfer: 50-90 km yükseklikler arasında yer alır Stratosfer ile sınırını, sıcaklık artışının bir kez daha tersine döndüğü stratopoz düzeyi belirler Mezosfer boyunca sıcaklık yine artan yükseklikle birlikte, basınçla orantılı olarak düşmeye devam eder ve 90 km de -100oC olur Mezosferde atmosfer yoğunluğu deniz düzeyindekine göre 1/1000-1/1000000 kadardır Ancak bu seyrek gaz kütlesi de yeryüzündeki yaşam açısından önemlidir Küçük boyuttaki göktaşları, hızla girdikleri bu katmanda sürtünme etkisi ile buharlaşarak yok olurlar

Termosfer: Mezosferin üst sınırında, sıcaklık eğrisinin yine yön değiştirdiği 90 km yükseklikte başlar Bu aynı zamanda, iyonosfer olarak adlandırılan atmosfer katmanının alt sınırıdır Bu düzeyden başlayarak, atmosferin daha alçaktaki üç katmanda alışılmış bileşimi değişmeye başlar Güneş ışınımlarının yoğun etkisinin hissedildiği bu yükseltilerde iyonize atomlar ve serbest elektronlar bir plazma ortamı içinde bulunurlar Çeşitli dalga boylarında ışınımların gözlendiği termosfer, adını yükselti ve Güneş etkinliğine göre 200-1600oC arasında değişen sıcaklığından alır

Egzosfer: Termosferin sona erdiği termopoz düzeyinin üstünde kalan atmosfer bölümüdür Çok seyrek hidrojen ve helyum atomlarından oluşur, giderek seyrelip gezegenler arası ortamla birleşir
Atmosferin bileşimi

Yer atmosferinin 80-100 km yüksekliğe kadar olan kısmı, yani kabaca troposfer, stratosfer ve mezosfer tabakaları, su buharı ve organik kökenli gazlar dışında değişmez bir bileşimdedir Atmosferdeki su buharı oranı, hacim olarak % 0-4 arasında değişmekle birlikte, ortalama bir değer olarak % 1 kabul edilebilir Su buharı bir kenara bırakılırsa, kuru havanın % 99,9 dan fazlasını 3 temel gazın oluşturduğu görülür: Oksijen (%20,9), azot (%78,1), argon (% 0,9)

Atmosferin Bileşimi

Yer atmosferinin 80-100 km yüksekliğe kadar olan kısmı, yani kabaca troposfer, stratosfer ve mezosfer tabakaları, su buharı ve organik kökenli gazlar dışında değişmez bir bileşimdedir Atmosferdeki su buharı oranı, hacim olarak % 0-4 arasında değişmekle birlikte, ortalama bir değer olarak % 1 kabul edilebilir Su buharı bir kenara bırakılırsa, kuru havanın % 99,9 dan fazlasını 3 temel gazın oluşturduğu görülür: Oksijen (%20,9), azot (%78,1), argon (% 0,9)

Yer yüzeyinden 100 kilometre yükseklikten itibaren atmosferin bileşim açısından bu türdeş yapısı kaybolmaya başlar Bu nedenle 'heterosfer' adı verilen ve atmosferin son derece seyrek olduğu bu alanlarda, hareketlilik az olduğu için, gazlar uzun dönemde moleküler ağırlıklarına göre alçaktan yükseğe doğru hafife gidecek şekilde tabakalanma eğilimindedir Güneş ışınlarının iyonize edici etkisinin güçlü hissedildiği bu bölgelerde, fotokimyasal etkinlikler de giderek önemli hale gelir, ve atmosfer bileşimini etkiler


En hafif gazlar olan hidrojen ve helyum, 500 km üzerindeki egzosferin temel bileşenleridir Yüksek enerjili güneş ışınlarının etkisi ile hızlandırılan bu hafif atomlar, Yer'in kütleçekiminden kurtularak uzaya kaçarlar Eksilen hidrojenin yerini, fotokimyasal etkilerle yüksek atmosfer katmanlarındaki su moleküllerinin parçalanması sonucunda ortaya çıkan hidrojen alır Bu nedenle hidrojen kaybı gezegenin değerli su kütlesinin kaybı anlamına gelmektedir Ozon tabakasının tahribatı sonucunda, fotokimyasal etkinliklerin atmosferin su buharından zengin olduğu alçak tabakalarına doğru inmesi bu yönden de tehlike yaratmaktadır

SU

Yer, yüzeyinde sıvı halde büyük bir su kütlesi bulundurması bakımından gezegenler arasında eşsiz bir konumdadır Okyanuslar şeklinde Yer yüzeyinin % 70'ini kaplayan bu kütle, yerkürenin , hidrosfer (=su küre, su yuvarı) adı verilen bir katmanı olarak görülebilir ve gezegenin toplam kütlesinin yaklaşık 1/4000' ini oluşturur Yer kabuğunu oluşturan kayaçlar içinde bundan çok daha fazla miktarda su bulunduğu sanılmaktadır Bu su, levha hareketleri sonucunda dalma-batma sürecine giren katmanların ısınmasıyla kayaç yapıdan ayrılarak, yanardağ püskürmeleri ile buhar halinde yüzeye çıkar Hidrosferi oluşturan su kütlesinin günümüzdeki temel yenilenme kaynağı bu mekanizma olmakla birlikte, kozmik çarpışmaların sıklığının çok daha fazla olduğu Güneş Sistemi'nin erken dönemlerinde, bileşiminde donmuş halde su bulunan göktaşı çarpmaları ile gezegene büyük miktarda su taşınmış olabilir
Yer yüzeyindeki su döngüsü, Güneş ışınlarının sağladığı enerjiden gücünü alan, atmosfer ve meteorolojik olayların önemli rol oynadığı karmaşık bir mekanizma ile hem yer kabuğunun şekillendirilmesinde, hem de yaşamın ortaya çıkması ve sürdürülmesindeki temel etkenlerden birini oluşturur

Manyetosfer

Yer, güçlü bir manyetik alana ve bu alanın etkisi ile şekillenen önemli bir manyetosfere sahiptir
Yer'in manyetik alanı, ekseni gezegenin dönme eksenine 11,4o açı yapan ve merkezine 460 km uzaktan geçen bir çift kutuplu niteliğindedir Bu alanın gücü gezegen yüzeyinde (ekvatorda ölçüldüğünde) 0,31 gauss değerine ulaşır ve Satürn, Uranüs ve Neptün yüzeyinde ölçülen değerlerle karşılaştırılabilecek büyüklüktedir Zayıf bir manyetik alana ve sınırlı bir manyetosfere sahip olan Merkür bir yana bırakılacak olursa, Yer'in manyetik alan ve manyetosferi yer benzeri gezegenler arasında en dikkate değer örneği oluşturur Yer manyetik alanının oluşması, gezegen içinde, elektriksel açıdan iletken , aynı zamanda da hareketli, yani akışkan bir ortam varlığını gerektirmektedir


Yer kürenin iç yapısına ilişkin modeller geliştirilirken, bu nokta da dikkate alınarak, dış çekirdeğin sıvı halde demir içeren yapısı ortaya çıkarılmıştır Gezegenin tarihi boyunca bir çok kez manyetik kutupların yer değiştirdiği bilinmektedir Bu olayların nedenleri aydınlatılamamış olmakla birlikte, Yer çekirdeğinin dönme hızı ile gezegenin dönüşü arasındaki farklılıkların zaman içindeki değişimleri ile ilişkili olabileceği düşünülmektedir Yer manyetik alanının gücünde yakın dönemde önemli bir azalmanın olması, ve bu azalmanın özellikle son 150 yıl içinde hızlanarak devam etmesi, yakın bir gelecekte yeni bir kutup değişikliğinin olabileceği yönünde yorumlanmaktadır

Yer manyetosferi, tanım olarak, gezegenin manyetik alanın etkisi ile Güneş rüzgarı adı verilen Güneş kökenli hızlı parçacıkların oluşturduğu plazma akımının, saptırılarak engellendiği bölgedir Manyetosferin en dışında, plazma akımının aniden yavaşlayarak hızının ses hızının altına indiği ve yön değiştirdiği bir şok dalgası gözlenir Gezegene yaklaştıkça manyetik alanın etkisi giderek artar ve güneş kökenli parçacıkların aşamayarak çevresinden dolaşmak zorunda kaldığı manyetopoz, manyetosferin sınırını belirler Güneş etkinliğine göre gezegene uzaklığı değişen bu sınır, Güneş doğrultusunda Yer'in merkezinden yaklaşık 60000 km uzaklıkta (Yer yarıçapının 10 katı kadar) bulunur


Güneş rüzgarının deforme ettiği manyetik kuvvet çizgilerine uyumlu olarak, bu sınır yanlara doğru genişleyerek gezegenden uzaklaşır ve bir damla biçimini alarak gezegenin arkasında milyonlarca kilometre uzanan bir kuyruk oluşturur
Yer manyetik alanına yakalanan elektrik yüklü parçacıkların toplandığı simit biçiminde iki ışınım kuşağı yer küreyi çevreler ABD tarafından uzaya gönderilen ilk uydu olan Explorer I yardımı ile 1958 yılında keşfedilen bu kuşaklar uyduyu tasarlayan James Van Allen onuruna Van Allen kuşakları olarak adlandırılmıştır Dışta yer alan kuşak, güneş rüzgarı kökenli hidrojen (H+=protonlar), helyum (He2+=alfa parçacıkları)ve oksijen (O+) iyonları yanı sıra serbest elektronlar içerir



Yer yüzeyinden 10000-60000 km yükseklikte bulunan bu kuşağın en yoğun kesimi 15000-19000 km arasında bulunur İçte yer alan kuşak ise kozmik ışınların iyonlaştırdığı atmosfer kaynaklı atomlar içerir 650-6500 km yükseklikte yer alan bu kuşak dış kuşağa oranla çok daha güçlü bir ışınım kaynağıdır ve bu yükseklikte bulunan uyduların etkinlikleri ve uzay adamlarının sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilmesi açısından önem taşır

Yüklü parçacıkların Yer'in manyetik kutuplarına yakın bölgelerde bulunan açık manyetik çizgiler boyunca ilerleyerek atmosferin yüksek tabakalarıyla etkileşmeleri, kutup ışıklarının ortaya çıkmasına neden olur