Légkör

A légkör vagy atmoszféra egy égitest felszínét körülvevő gázburok. Felső határa nem egyértelműen meghatározható. Legkülső rétege ugyanis éles határ nélkül megy át a bolygóközi térbe. Azt mondhatjuk, hogy a légkör mindazon gázmolekulák összessége, melyeket az adott égitest forgása során magával visz. A Föld légkörét összetétel alapján két nagy részre oszthatjuk: a nagyjából homogén összetételű, a légkör nagy részét kitevő homoszférára, és az ettől eltérő, héliumot illetve legkülső rétegben hidrogént tartalmazó heteroszférára. A légkört termikus jellemzői alapján is feloszthatjuk. Ez a felosztás látható lentebb az ábrán. A légkört a gravitáció tartja meg az égitest körül. A légkör nagyságát a gravitáció erőssége és a felszíni hőmérséklet is befolyásolja. Néhány bolygó nagyrészt gázból áll, és hatalmas légkörük van, ezek a gázbolygók.

Az atmoszféra szó a görög atmosz (ἀτμός: gőz, pára) és szféra (σφαῖρα: golyó, gömb) összetételéből származik.

A Föld, a Mars és a Vénusz légkörének összehasonlítása

A Föld légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai

Felfedezése 

Léon Teisserenc de Bort lett kinevezve 1892-ben a francia Nemzeti Meteorológiai Adminisztrációs Központ élére. Hamar felismerte, hogy az időjárás előrejelzéséhez nem elég a legfeljebb 3–4 km magasságig emelkedő hőlégballonok által szolgáltatott adatmennyiség. Akkoriban ennél magasabbra nem emelkedhettek az embert szállító léggömbök, mert feljebb nem volt elég oxigén a légzéshez.

1895-ben otthagyta állását, és versailles-i villájában teljes idejében nagy magasságot elérő léggömböket tervezett és szerkesztett. A következő öt évben Teisserenc de Bort egy általa tervezett kosarat használt a mérőműszerek felvitelére, amik között olyan hőmérő és nyomásmérő is volt, ami a mért adatokat rögzítette. Arra is gondolt, hogy a ballon emelkedése után a műszereket egy ejtőernyő segítségével biztonságosan visszahozza a földre, hiszen az adatok csak így voltak hozzáférhetők.

A műszereket tartalmazó, ejtőernyővel leereszkedő kosár követése még távcsővel is nehézségekbe ütközött, előfordult, hogy a csomagot nem találta meg, vagy az folyóba, tóba esett. Az is előfordult, hogy az ejtőernyő nem működött megfelelően, és a műszerpark összetört.

Mindezek ellenére Teisserenc de Bort kitartott, és megállapította, hogy a levegő hőmérséklete 6,5 °C-kal csökken kilométerenként (ahogyan ez várható is volt). 11 km-es magasságnál azonban a csökkenés megállt és –53 °C állandó értéken maradt 15 km-ig (az általa használt léggömbök nagyjából eddig tudtak emelkedni).

Eleinte Teisserenc de Bort nem hitte el, hogy a hőmérséklet csökkenése meg tud állni, arra gondolt, hogy nagy magasságban a Nap melegítő hatása jobban érvényesül, és ez okozza a csökkenés megállását. Emiatt elkezdte éjszaka felbocsátani a léggömbjeit, hogy ezt a hatást kiküszöbölje. Azonban a mérések éjszaka is azonosak voltak, a hőmérséklet csökkenése megállt 11 km-es magasságnál.

234 kísérlet után Teisserenc de Bort megállapíthatta, hogy a mérései pontosak és ez azt jelenti, hogy a légkör legalább két elkülönülő részből áll: a felszíntől kezdve 11 km-es magasságig terjedő rétegben a hőmérsékletváltozások hozzák létre az áramlásokat, a felhőket, a szelet és végső soron az időjárást. E fölött egy állandó hőmérsékletű réteg található, amiben a levegő gyakorlatilag zavartalan. Az alsó réteget troposzférának nevezte, görög szavakból összerakva, ami „a változások rétege” jelentéssel bír, míg a felső réteget sztratoszférának nevezte, aminek jelentése: „rétegek gömbje”.

Teisserenc de Bort felfedezése ma is a légkör megértésének alapjait jelenti.

A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai 
A rétegek termikus felosztása, a nyomás- és hőmérsékleti adatok szerepelnek a hivatkozott ábrán. 
A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai

A Vénusz légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai 
A rétegeket, a nyomás- és hőmérsékleti adatokat egyaránt mutatja az ábra.

Az alábbi táblázat részletesen tartalmazza az egyes magasságokhoz tartozó nyomás- és hőmérsékleti értékeket.

A Föld légkörének részletes összetétele 
A Föld légkörének összetétele egyáltalán nem hasonlít más bolygókéhoz. E tekintetben a Vénusz és a Mars adódik összehasonlítási alapként. Azonban elméleti úton is kiszámítható, hogy milyen lenne a Föld légkörének összetétele kémiai egyensúly esetén. Egy ilyen modell számításai alapján a Föld légköre tényleg hasonlítana a Mars és a Vénusz légköréhez. Legnagyobb mennyiségben szén-dioxid alkotná, oxigén csak nyomokban lenne fellelhető. Nitrogént nem tartalmazna, mivel az a tengerekben oldódva nitrátként jóval stabilabb, mint a légkörben dinitrogén molekulaként. Egy ilyen légkör a magas üvegházhatás miatt az élet számára elviselhetetlenül magas hőmérsékletet tartana fenn. A Föld légkörének ettől az állapottól való eltérése elsősorban a bioszféra (az élőlények összessége) működéseinek köszönhető. Ezen kívül antropogén hatások is kimutathatók: például a CFC-k (klórozott-fluorozott szénhidrogének) jelenléte, a szén-dioxid és metán kibocsátásának növekedése. A szén-dioxid visszatartja a Földről kisugárzó hőt, ezért nagyban hozzájárul a klímaváltozáshoz.

A Mars légkörének részletes összetétele 

A légkör rétegződését a felszínre leszálló és leereszkedés közben nyomás-, hőmérséklet- és sűrűségméréseket végző műholdak adataiból ismerjük (Viking–1, Viking–2, MPF, MER). Ezen adatok alapján a marsi légkör három részre oszlik: alsó, középső és felső légkörre.

Az alsó légkör a felszíntől 40 km-es magasságig terjed. A nyomás és a hőmérséklet a magassággal csökken. Az energiatranszportban a konvekció a meghatározó kb. 10 km-es magasságig. A konvekció éjszaka megszűnik és erős hőmérsékleti inverzió lép fel a felszín közelében. Az alsó légkör nyomása és hőmérséklete a földi sztratoszféráéhoz hasonló értékű. Az alsó atmoszféra sűrűsége a szén-dioxid és a víz szublimálása, illetve a sarkokon való kicsapódása eredménye, ami az évszakoktól függ. Ez ahhoz vezet, hogy a felszíni nyomás is évszaktól függően ingadozik, 700-900 Pa között.

Az alsó légkört két folyamat melegíti. A légkörben lévő szén-dioxid egy nagyon gyenge üvegházhatást vált ki, mivel ez akadályozza az infravörös sugarak távozását a világűrbe. Ezen felül az alsó légkörben nagy mennyiségű finom porszemcse található, amik elnyelik a Napból érkező infravörös sugárzást, és újra kisugározzák azt. Ez a porréteg fontos szerepet játszik az alsó légkör hőmérsékletének meghatározásában. (a felszínről a „porördögök” gyakorlatilag folyamatosan emelik a légkörbe a finom porszemcséket).

Télen az ózon is hozzájárul kis mértékben a sarkok feletti légkör melegítéséhez azzal, hogy a Napból érkező UV-sugárzás hatására ózon keletkezik. Az ózon viszonylag ritka a légkörben, mivel kevés a rendelkezésre álló oxigén, és mivel reakcióba lép a légkörben lévő hidrogénnel (ami a vízpára fotolízise során keletkezik). A sarkok felett téli időszakban kevés a légkörben a vízpára, így ilyenkor több ózon keletkezik (Perrier et al., 2006). Ózont az alsó és a középső légköri rétegben is észleltek (Blamont and Chassefière, 1993; Novak et al., 2002; Lebonnois et al., 2006).

A középső légkör (vagy mezoszféra) 40–100 km között helyezkedik el. Itt a hőmérséklet erősen időfüggő. A hőmérséklet-változások a közeli infravörös sugárzás elnyelődéséből származnak, és a napsugárzásból eredő másodlagos sugárzásból, amit a szén-dioxid bocsát ki. Hatással van rá az alsó légkörben kialakuló hullámmozgás, ami a középső légkörben felerősödik az éjszakai és nappali oldal közötti hőmérsékletkülönbségek hatására (Schofield et al., 1997).

A felső légkör (vagy termoszféra) a 110 km fölötti magasságokon található. A termoszférát a Nap 10-100 eV közötti energiájú extrém UV-sugárzása gerjeszti (ez 10-100 nm közötti hullámhosszat jelent). A Nap extrém UV-sugárzásának erőssége a napciklustól függ. A hőmérséklet alacsonyabb, ha a Nap aktivitása alacsonyabb, és növekszik, ha a napfoltok száma növekszik. A 130 km feletti réteget ionoszférának nevezik, mert a Napból eredő sugárzás ionizálja a légkörben lévő gázokat. A Mars ionoszférájában lévő elektronok nagy része szén-dioxidból származik, és a nappali oldal felett a fényelektromos jelenség miatt nagyobb számban fordulnak elő.

A 130–150 km fölötti rétegben (ezt exobase-nek nevezik) a részecskék az alacsony sűrűség és a magas hőmérséklet miatt el tudnak szökni a világűrbe (Mantas and Hanson, 1979).

A Vénusz légkörének részletes összetétele

Légkörrel rendelkező égitestek a Naprendszerben 
A Naprendszerben a Földnek, a Vénusznak, a Marsnak, a Plútónak és három holdnak – Titan, Enceladus (Szaturnusz) és Triton (Neptunusz) – van jelentős légköre a gázbolygókon kívül. Több más égitesten is van ritka légkör (Hold, Merkúr, Europa, Io).

 Nap
 Merkúr – időszakos légkör, amelyet főleg a napszél részecskéi alkotnak;
 Vénusz – a kőzetbolygók közül a Vénusznak van a legvastagabb légköre;
 Föld – nitrogénben gazdag levegő;
 Mars – vékony szén-dioxid légkör;
 Jupiter – a gázbolygókra jellemző légkör;
 Europa – ritka oxigén légkör;
 Szaturnusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
 Titan – az egyetlen hold a Naprendszerben, amely jelentős légkörrel rendelkezik;
 Uránusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
 Neptunusz – a gázbolygókra jellemző légkör;
 Pluto

Jegyzetek

Források

További információk 

 
 Bérczi Sz. Hargitai H., Illés E., Kereszturi Á., Opitz A., Sik A., Weidinger T. (2002): Kis Atlasz a Naprendszerről (4): Bolygólégkörök atlasza. ELTE TTK Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport, UNICONSTANT, Budapest-Püspökladány ( Ö )
 Emanuel, Kerry: Atmospheric Convection. New York: Oxford University Press, 1997
 Hewitt, C. N., ed.: Handbook of Atmospheric Science: Principles and Applications. Boston: Blackwell Publishers, 2003
 Jones, Phil: History and Climate. London: Kluwer Academic Press, 2001
 Parker, Sybil, ed.: McGraw-Hill Encyclopedia of Ocean and Atmospheric Sciences. New York: McGraw-Hill, 1997
 Stull, Ronald: Introduction to Boundary Layer Meteorology. London: Kluwer Academic Press, 1998
 Wallace, John: Atmospheric Science, First Edition: An Introductory Survey. New York: Academic Press, 1997
Mészáros Ernő: Légkörtan. Környezettudományi és környezetmérnök hallgatók számára; VEK, Veszprém, 2003
Mészáros Ernő: Az éltető semmi: a levegő. Légkörtudomány mindenkinek; Pannon Egyetemi, Veszprém, 2017
Mészáros Ernő: A földi légkör története. Az atomoktól a különleges gázkeverékig; Akadémiai, Bp., 2018