Atmosfer

Yer çekimi sayesinde tutulan atmosfer, büyük ölçüde gezegenin iç katmanlarından kaynaklanan gazların yanardağ etkinliği ile yüzeye çıkması sonucu oluşmakla birlikte, gezegenin tarihi boyunca Dünya dışı kaynaklardan da beslenmiş ve etkilenmiştir. Dünya'nın atmosferi, basınç ve yoğunluk açısından diğer yer benzeri gezegenlerden Mars'a göre yaklaşık 100 kat daha büyük, Venüs'e göre ise yaklaşık 100 kat daha küçük bir gaz kütlesini ifade eder. Ancak bileşim açısından bu iki gezegenin atmosferlerinden çok farklı olduğu gibi, Güneş Sistemi içinde de eşsizdir.

Atmosfer basıncı havanın ağırlığının bir sonucudur. Dolayısıyla yere ve zamana göre değişir. Atmosfer basıncı 5 km'de yaklaşık %50 azalır. Yer çekimi nedeniyle bu gaz kütlesinin bir ağırlığı vardır ve gezegen yüzeyine doğru alçaldıkça artan bir basınç yaratır. Basınç, normal atmosferde, 0 °C'de, 760 mm'lik bir cıva sütununun yarattığı basınca eşittir.

Atmosfer renksiz, kokusuz, tatsız, çok hızlı hareket edebilen, akışkan, elastik, sıkıştırılabilir, sonsuz genleşmeye sahip ısı geçirgenliği zayıf ve titreşimleri belli bir hızda ileten bir yapıya sahiptir. Tam olarak yüksekliği saptanamamıştır. "Homojen atmosfer" olarak isimlendirilen ve yoğunluğun hemen hemen aynı olduğu alt bölümün yüksekliği 8 km civarındadır. Bu seviyeden sonra yoğunluk yükseklikle azalır ve seyrek gaz kütleleri şekline dönüşerek uzay boşluğuna kadar uzanır ki bu bölge de "heterojen atmosfer" olarak isimlendirilir.

Belirgin olan bir şey; atmosferin üst seviyesinin 30 km civarında son bulduğudur. Bu seviyeden sonra da hava bulunduğunu söylemek doğrudur fakat bu bölümün meteoroloji ile bir ilişkisi yoktur. Şöyle ki 80 km yukarıda Güneş ışınlarını yansıtabilecek kadar hava, 300 km yukarıda meteorların atmosfere girişinde sürtünme nedeniyle ışık verebilmesi ve hatta 600 km yukarıda aurora'ların gözlenmesi buralarda da az da olsa atmosferin olduğu yönünde ipuçları vermektedir.

Atmosferin yeryüzüne yakın katmanlarının yüzde 78'i azot, yüzde 21’i de oksijenden oluşur. Yüzde 1'i ise su buharı, argon, karbondioksit, neon, helyum, metan, kripton, hidrojen, ozon ve ksenon elementlerinden oluşur. Bunlara toz ve duman gibi maddeler de katılır.

100 km yükseğe kadar azot-oksijen oranında önemli bir değişiklik olmaz, yalnızca 20–30 km arasındaki yüksekliklerde bir ozon yoğunlaşması gözlenir. Bu ozon katmanının önemli bir işlevi vardır. Çünkü Güneş'ten gelen morötesi ışınların büyük bir bölümü bu katman tarafından süzülür. Ama buradaki ozon hem miktar, hem de yüzde olarak çok fazla değildir.

100 km’nin üzerinde hızlı bir sıcaklık düşmesi gözlenir. Buradaki gazlar artık çok ince katmanlar biçimindedir. Daha çok da hafif gazlar bulunur. Bu gazlar morötesi ışınların etkisiyle ayrışır ve böylece burada oksijen serbest atomlar halinde bulunur. Işıl ayrışma denen bu olay 200 km yükseklikte daha da yüksek bir düzeye çıkar.

Su buharı, yer ve zamana göre değişen biçimde, atmosferin alt katmanlarına karışmış olarak bulunur ve yaklaşık 10–15 km yükseklikten sonra azalmaya başlar. Yeryüzünün iklim ve meteoroloji koşulları üstünde bu su buharının önemli bir rolü vardır, çünkü bulutlara asılı olan su buharı yağış olarak yeryüzüne düşer.

Yeryüzeyinden 100 km 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.

600-1,500 km arasında atmosferdeki oksijenin yerini, Güneş'teki lekelerin durumuna göre değişen bir biçimde, helyum alır, bunun üstünde de bir hidrojen katmanı bulunur. Onun için burada yerküreyi çepeçevre saran bir hidrojen tacından söz edilebilir. Yüksek enerjili Güneş ışınlarının etkisi ile hızlandırılan bu hafif atomlar, Yerkürenin 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.

Yıldızların geniş atmosferleri vardır. Işık yuvarı, renk yuvarı ve geçiş bölgesiyle başlayan yıldız atmosferleri, korona, Güneş rüzgârı ve heliosferle gelişerek gezegenlerarası uzayın derinliklerinde heliopause ile son bulurlar. Mesela Güneş'in atmosferin takriben %73 kadarı hidrojenden, %25'i helyumdan oluşur. Atmosfer, elementlerin iyonize olmuş plazmalarıyla Güneş rüzgârı ve Güneş fırtınası şeklinde Güneş Sistemi'ndeki diğer gök cisimlerinin atmosferlerini etkiler.