atmosféra Zeme

atmosféra Zeme, ovzdušie — plynný obal Zeme otáčajúci sa spolu so Zemou. Zložka klimatického systému Zeme. Tvorí ho zmes niekoľkých plynov a vodnej pary, ako aj kvapalné a tuhé prímesi, napr. prach, sadze, kryštáliky ľadu a čiastočky organického pôvodu. Z plynov najväčší podiel v suchej atmosfére pripadá na dusík (78,09 objemových %), kyslík (20,95 objemových %), oxid uhličitý (0,04 objemových %) a zvyšných 0,92 % na vzácne plyny (hélium, neón, argón, kryptón, xenón), metán, vodík a oxid dusný, v stopových množstvách ozón, oxid siričitý, oxid dusičitý, oxid uhoľnatý a ďalšie imisné plyny. Percentuálny podiel jednotlivých plynov sa až do výšky približne 100 km nemení, pretože sa vyrovnáva ustavičným premiešavaním horizontálnymi a vertikálnymi vzdušnými prúdmi. Výnimkou je oxid uhličitý, ktorého množstvo kolíše v závislosti od času (vo dne je ho menej ako v noci, pričom v posledných desaťročiach v dôsledku ľudskej činnosti badať jeho trvalo rastúci obsah v atmosfére), a ozón, ktorého množstvo sa mení s výškou (v našich zemepisných šírkach je maximum koncentrácie vo výške okolo 22 km). Vo vyšších vrstvách atmosféry sa kyslík a dusík objavujú aj v atómovej forme. Vodná para a produkty jej kondenzácie, napr. vodné kvapôčky a ľadové kryštáliky, sa v atmosfére Zeme vyskytujú v premenlivom množstve podľa konkrétnych podmienok (4 a viac objemových %; sústredené sú najmä vo vrstve ovzdušia do výšky 10 km).

Atmosféra Zeme sa delí podľa niekoľkých hľadísk na viaceré vrstvy. Podľa vertikálneho profilu teploty vzduchu sa rozlišuje troposféra (do 9 – 17 km, podľa zemepisnej šírky a ročného obdobia), stratosféra (do 50 – 55 km), mezosféra (do 80 – 90 km), termosféra (do 500 km) a exosféra (od 500 km). Úzke rozhranie medzi sférami sa nazýva pauza: tropopauza, stratopauza, mezopauza, termopauza. Podľa koncentrácie atmosférických iónov a voľných elektrónov sa atmosféra Zeme člení na neutrosféru (do výšky 70 km) a ionosféru. Vrstva atmosféry s najvyšším obsahom ozónu absorbujúca nad Zemou fyziologicky škodlivú ultrafialovú časť slnečného žiarenia sa nazýva ozonosféra (20 – 30 km). Najmä v minulosti bola ozónová vrstva rozrúšaná rozličnými antropogénnymi látkami (napr. freónmi), ktoré zmenšujú ochrannú funkciu stratosférického ozónu, po prijatí Viedenskej konvencie o ochrane ozónovej vrstvy (1985), ktorá bola 1987 doplnená Montrealským protokolom o látkach poškodzujúcich ozónovú vrstvu, sa však ozonosféra začala pozvoľna zotavovať. Atmosféra Zeme prakticky nemá hornú hranicu a prechádza plynulo do medziplanetárneho priestoru.

Charakteristickou črtou atmosféry Zeme je pokles hustoty a tlaku vzduchu s výškou: s výškou sa atmosférický tlak každých 5,5 km znižuje o polovicu. Pri hladine mora a teplote 0 °C má hodnotu 101 325 Pa. Asi polovica hmotnosti atmosféry je sústredená vo vrstve do 5 km, 90 % hmotnosti atmosféry Zeme je vo výške do 20 km. Teplota vzduchu v troposfére s výškou klesá približne až na hodnotu -55 °C vo výškach okolo 15 km, v stratosfére rastie až k 0 °C a v mezosfére opäť klesá. V termosfére teplota vzduchu s výškou rastie v dôsledku absorpcie ultrafialového žiarenia molekulami kyslíka. Preto teplota vzduchu v týchto oblastiach veľmi závisí od slnečnej aktivity a kolíše vo výškach okolo 300 km približne od 700 do 1 700°C. Vzhľadom na to, že vzduch je v týchto výškach extrémne riedky, zatienené časti telies, napr. kozmických lodí, získavajú od molekúl vzduchu len nepatrné množstvo energie, súčasne však rýchlo strácajú teplo vyžarovaním, takže výsledkom je intenzívne ochladzovanie povrchu umelých družíc alebo skafandrov kozmonautov, ktorí sa v týchto výškach môžu pohybovať.

Vlastnosti a zmeny atmosféry vrátane ozonosféry nie sú na zemskom povrchu všade rovnaké, ale v závislosti od pôsobenia meteorologických prvkov, t. j. slnečného žiarenia, teploty, tlaku, vlhkosti a pohybu vzduchu, zrážok ap., sa lokálne menia. Výsledkom dlhodobého priemerného stavu atmosféry je klíma (podnebie), ktorá výrazne ovplyvňuje vývoj a vzhľad jednotlivých krajín. Najnižšia časť troposféry, v ktorej sa bezprostredne prejavuje vplyv zemského povrchu na polia meteorologických prvkov a v závislosti od drsnosti povrchu, rýchlosti vetra a teplotného zvrstvenia siaha do výšky 1 – 1,5 km, tvorí hraničnú vrstvu atmosféry. Jej súčasťou je prízemná vrstva atmosféry s hornou hranicou nepresahujúcou zyčajne 50 m. Medzi zemským povrchom a atmosférou prebieha kolobeh vody (→ hydrologický cyklus) a výmena tepla, v atmosfére vznikajú oblaky, z ktorých môžu vypadávať zrážky (→ atmosférické zrážky). V dôsledku nerovnomerného zohrievania atmosféry od zemského povrchu vznikajú oblasti vysokého a nízkeho tlaku a nastáva výmena hmoty medzi nimi (vietor).

Vplyv ovzdušia na prírodu a krajinu je mnohostranný a veľmi významný. Prejavuje sa pri zvetrávaní hornín a vytváraní pôd, vo vodnom režime, vývoji rastlinného krytu a živočíšstva, ako aj v produkcii potravy. V súčasnosti je atmosféra znečisťovaná rôznymi tuhými, kvapalnými a plynnými látkami. V takmer čistom stave je len pri obzvlášť priaznivých podmienkach (nad morom, v rozsiahlych zalesnených horských komplexoch ap.). Ak sa za východisko hodnotenia stavu znečistenia atmosféry pokladá jej čistota nad morom, znečistenie ovzdušia na vidieku je v priemere 10-, nad malými mestami 35-, nad veľkomestami 150- a v priemyselných centrách za nepriaznivých meteorologických podmienok až 1 000-násobne väčšie. Takéto znečistenie je už veľmi nebezpečné a môže spôsobiť ťažké hospodárske problémy a zdravotné poruchy obyvateľov, úmrtie desiatok ľudí, čoho dôkazom sú napr. niektoré katastrofálne prípady (1930 v Liège , 1940 v Los Angeles, 1952 v Londýne a i.). Priemyselné emisie sa rozptyľujú asi do výšky 2 km, z toho vo výške do 50 m sa priebežne akumuluje 60 % z celkového množstva, ďalších 35 % vo výške do 200 m. Zároveň sa šíria v horizontálnom smere a znečisťujú atmosféru lokálne, regionálne i globálne. Zlepšovať stav atmosféry možno technickými opatreniami (odprašovanie a odlučovanie), ale aj pomocou vegetácie. Lesné porasty (a dreviny vôbec) majú veľký filtračný účinok. Odhaduje sa tiež, že fotosyntetizujúce rastliny spotrebujú ročne 2,38 · 10¹⁴ kg oxidu uhličitého, teda približne 5 % jeho obsahu v atmosfére a vo vrchných vrstvách hydrosféry. Pri fotosyntetickej asimilácii oxidu uhličitého sa súčasne uvoľňuje úmerné množstvo kyslíka, takže rastlinstvo našej zemegule ho vyprodukuje ročne 1,2 · 10¹⁴ kg.