Logo

Kilka słów na temat atmosfery

Powiedzmy – powietrze. Dla ludzi nie latających coś zupełnie nie do skumania. Całkowita ta- jemnica. Człowiek, który już zaznał uczucia lotu wie, że powietrze; ta dziwna, niewidoczna masa; posiada swoje właściwości fizyczne. Istnieją w niej ważne i zupełnie jasne prawa fizycz- ne, prawa, na których można – w przeciwieństwie od praw ludzkich- polegać. (Między prawami ludzkimi i fizycznymi jest jedna poważna różnica. Jeżeli chodzi o prawa ludzkie, to gdy jesteście bezczelni, macie kupę szmalu i dobrego prawnika, to zawsze znajdziecie jakąś boczną drogę. Prawa fizyczne po prostu działają. Tych musicie się nauczyć i mieć do nich szacunek. Inaczej zginiecie.) Powietrze, to nie czarna magia. Jest to masa jak każda inna, tylko mniej gęsta. Wy- nika z tego, że i dosyć lekka. Jeden metr przestrzenny powietrza waży przy vzwykłym ciśnieniu atmosferycznym mniej więcej 1,2 kg. Pozornie wygląda na niewiele. Po przeliczeniu jednak na kilometr przestrzenny dostaniemy niezły numer: 1 200 000 ton. Dlaczego działa aerodyna- mika? Takie to wydające się „nic” jest w rzeczywistości dosyć gęstym środowiskiem, z pewną ciekłością. Powietrze jest mieszaniną gazów. Najbardziej znanymi są: azot i tlen. Zawiera też dwutlenek węgla, stosunkowo niewielką ilość gazów szlachetnych jak neon, ksenon itd. oraz oczywiście pewną ilość pary wodnej. Powietrze przy powierzchni ziemi zatrzymywane jest silą grawitacji, która tworzy wokół niej coś w rodzaju skórki, powłoki nazywanej atmosferą. Gazy są – w różnicy od płynów – sprężalne i tak na warstwy niższe naciska waga warstw wyższych. Gęstość powietrza przy powierzchni ziemi jest największa i im się poruszamy wyżej, gęstość powietrza jest mniejsza i mniejsza. Gdzie końc- zy się najwyższa warstwa atmosfery jest tak właściwie ciężko powiedzieć. Musielibyśmy dokładnie ustalić, ile molekuł powietrza na metr przestrzenny jest jeszcze atmosferą, a ile z nich jest już tylko molekułami powietrza, lecącymi sobie w kosmos.

Wracamy z powrotem na ziemię, dokładniej mówiąc – zaraz nad nią. Tam mianowicie będziemy się poruszać, więc nas najbardziej interesuje warstwa przyległa do powierzchni ziemi. Ta na- zywa się troposfera. Sięga od powierzchni ziemi do wysokości średnio około 10 kilometrów i odbywa się w niej wszystko co związane jest i możemy ogólnie nazwać - pogodą. Troposfera jest u góry zamknięta cienką warstwą powietrza, która nazywa się tropopauza i ta ma wszędzie na świecie taką samą temperaturę, to jest -56 stopni Celsiusza. Co jednak na świecie nie jest wszędzie takie samo, to jej wysokość czyli tym samym to gdzie troposfera się kończy. Nad biegunami jest to około 6 km, nad równikiem około 14 km, i u nas, znaczy nad Europą, jej wysokość waha się między 9 km w zimie i 11 km w ciągu lata. Nad tropopauzą znajduje się stratosfera, na którą w tym przypadku dużo uwagi zwracać nie będziemy, ponieważ w niej nie latamy i ze zjawisk meteorologicznych do niej przenikają tylko szczyty cumulonimbusów, tzn. chmur burzowych. Powodem tego jest fakt, że nad tropopauzą z wysokością przebieg tempe- ratury zaczyna się inwertować, znaczy to, że temperatura z wysokością rośnie (więcej do sku- mania tego zjawiska w rozdziale o termice) (Rys. 1,1).

Z poprzedniego tekstu wynika, że w atmosferze temperatura z wysokością maleje. Jest to ważne pr- zynajmniej dla troposfery. Z wysokością nam maleje jeszcze coś, i nie tylko w troposferze, w całej atmos- ferze ogólnie – i to jest ciśnienie. Powodem ciśnienia atmosferycznego jest waga powietrza, znaczy siła, którą działa grawitacja na całą warstwę powietrza wokół ziemi. Powietrze jest sprężane, więc ciśnienie z wysokością maleje nie linearnie, ale eksponenc- jalnie. W praktyce to znaczy, że ciśnienie maleje na każdych 5500 m o połowę, więc gdy nad ziemią jest ciśnienie 1000 hPa, to na wysokości 5500 m będzie ciśnienie 500 hPa, na 11 km 250 hPa i na wysokości 16,5 km już tylko 125 hPa (Rys. 1,2).