Die atmosfeer van die aarde
Die atmosfeer—’n wonderlike see van gasse wat die aarde omvloei
Ons lewende lugruim
BO: Die atmosfeer van die aarde met ’n sekelmaan daaragter, soos gesien vanaf die wentelende Internasionale Ruimtestasie.
Die atmosfeer is die aarde se hemelhoë gaskombers... maar so onsigbaar dat ons dikwels nie eens daaraan dink dat dit bestaan nie. In hierdie artikel reis ons van onder af opwaarts deur al luglae—tot aan die yl uiteindes waar die atmosfeer geleidelik met die sonwind vermeng. Dalk dink jy daarna ’n bietjie anders oor ons wêreld...
IT omgewe en omsluit jou gedurende jou hele aard­se lewe. Jy kan dit inasem, uitasem, daarop sweef of daardeur klief—en spreekwoordelik kan jy dit skep ook. Of jy kan dit gee aan jou gemoed.
Maar dis nie so maklik om ’n studie te maak van lug—die aarde se damp­kring—nie. Jy kan dit met die beste wil ter wêreld nie om jou sien nie, om van proe nie eens te praat nie.
Mense kan verbasend lank sonder kos en partykeer selfs sonder water lewe, dog sonder lug sal jou doppie binne oomblikke klap. Vir eers sal jy geen asem kry nie. Maar die lugdruk is ook lewensnoodsaaklik om jou liggaam in posisie te hou.
As jy lug wil waarneem, moet jy liewer net kyk na die uitwer­king wat dit op ander dinge het. Bewegende lug draai windpompe, voer die wolke mee oor die bloute daar bo, stu seilskepe voort oor die see en laat sweeftuie tussen hemel en aarde gly. Lug beweeg ook verby die vlerke van voëls en insekte en stel hulle in staat om te vlieg.
Lug is ’n mengsel van vrybewegende gasse wat van die aarde se oppervlak af na die ruimte toe uit­strek. Swaartekrag verseker dat dit nie van ons planeet af ontsnap nie, ten minste nie baie daarvan nie.
Droë lug bestaan hoofsaaklik uit die twee gasse stikstof (78,09 persent of dan nagenoeg 78 persent) en suurstof (20,95 persent of dan feitlik 21 persent). Ander gasse is onder meer argon, koolstofdioksied, helium, waterstof, metaan, neon, osoon, xenon en kripton. Die luglae naaste aan die aarde bevat ook waterdamp.
Ons weet almal dat ons suurstof inneem en koolstofdioksied (koolsuurgas) vrystel wanneer ons asemhaal. By groen plante is dit net andersom.
Lug is ook belangrik deurdat dit ’n “kombers” om die aarde vorm wat dit teen die son se gevaarlike strale beskut. Daarby vang dit die son se hitte vas om die aarde te verwarm en bewoonbaar te maak.
Dit beskerm voorts die planeet deur meteore en ander voorwerpe te verbrand wanneer hulle ons atmosfeer met groot snelhede binnedring.
Klankgolwe het ook ’n medium soos lug nodig om in te beweeg. Op die luglose maan is daar geen klank nie en moes die maanlopers van ’n aantal dekades gelede desnoods per radio met mekaar gesels.
Die verskillende lae van die aarde se atmosfeer
DIE lug hier dig om ons is kleurloos, maar tog aanvaar ons dit as helderblou ver bokant koppe. Waarom is dit dan so? Die rede is dat die sonlig wat op die molekules van die lug val na alle kante verstrooi word, maar die blou word baie meer verstrooi as die ander kleure. Elke lugmolekule is as’t ware ’n klein blou sterretjie.
Die aarde se dampkring of atmosfeer bestaan uit verskillende lae. Van onder na bo kry ons:
• Die troposfeer begin by die aardoppervlak en is 6-20 km hoog. Dit is die luglaag waarin ons woon. Dit is regtig nie baie hoog as ons dink hoe ver 6 of 20 km hier plat op die aarde is nie, maar meer as driekwart van die aarde se lug is in hierdie laag saamgepers.
Die lug raak nietemin dunner namate die gasse in hierdie laag met die hoogte verminder. Gevolglik raak dit ook ál kouer hoe hoër ’n mens in die troposfeer opgaan. Met die styging daal die temperatuur van sowat 17°C tot omtrent -50°C. Feitlik alle weerstoestande wat bestaan, kom in hierdie laag voor. In die ander luglae in die dampkring is daar nie juis iets soos weer soos ons dit ken nie.
DIe hoogte van die sogenaamde tropopouse (die oorgang van die troposfeer na ’n ander luglaag) wissel na gelang ’n mens van die aarde se ewenaar af na die pole beweeg. By die ewenaar is dit nagenoeg 18-20 km hoog, by 50°N en 50°S omtrent 9 km en by die pole sowat 6 km.
Die tropopouse en troposfeer staan as die laer atmosfeer bekend.
• Die stratosfeer strek van die tropopouse af tot ongeveer 50 km bokant die aardoppervlak. Hierdie luglaag bevat 29 persent van die atmosfeer se gasse, maar baie min waterdamp.
Nou raak dit weer warmer hoe hoër ’n mens opstyg, omdat die ultraviolet strale van die son met die vermeerderde hoogte ál meer deur suurstofmolekules geabsorbeer word. Dit lei tot die vorming van ’n soort verdigte suurstof, wat as osoon bekend staan. Bolangs in die statosfeer is die meeste van ons planeet se osoon, wat baie belangrik is sover dit die lewe op die aarde aangaan.
Daar was naamlik ’n tyd gelede groot kommer oor ’n sogenaamde “gat” in die osoonlaag bokant Antarktika. Die ontstellende verlies van osoon in die stratosfeer is aan sogenaamde chlorofluorokarbone (onder meer in spuitkannetjies) gewyt. Stappe is naarstiglik aangekondig om die produksie van chlorofluorokarbone in te kort. Hierdie mensgemaakte chemikalieë sou die “sambreel” opvreet wat ons teen skadelike sonstrale beskerm.
Danksy ’n geslaagde internasionale veldtog om die produksie van chlorofluorokarbone dramaties hok te slaan, lyk dit of die osoonuitwissing nog binne die 21ste eeu gestuit kan word. Die probleem is net dat daar nog soveel van die osoonvretende stowwe in die lug is wat steeds hul pad na die osoonlaag kan vind, dat dinge nog kan versleg voordat dit verbeter. En ’n hele aantal dekades is glo nodig vir die herstelproses.
Die “gat” in die osoonlaag bestaan dus nog—hoewel dit nie werklik ’n gat in die laag is nie, maar ’n onrusbarende verdunning.
REGS: Hierdie illustrasie toon hoe die aarde se osoonlaag skadelike strale van die son blokkeer.
ONDER: Die “gat” in die Antarktiese osooonlaag toe dit in September 2006 ’n rekordgrootte bereik het.
Hoe ook al, vanweë die absorpsie van die ultraviolet strale styg die temperatuur van ’n gemiddelde -60°C by die tropopouse tot ’n maksimum van sowat -15°C by die stratopouse (die oorgang van die stratosfeer na die volgende laag in die atmosfeer).
Die verhoging van die temperatuur maak ook dat die statosfeer ’n kalm atmosferiese laag is. Die gasse daarin beweeg stadig.
Die statosfeer en mesosfeer, saam met die stratopouse en mesopouse (weer ’n volgende oorgangsone), word deur wetenskaplikes die middelatmosfeer genoem.
• Die mesosfeer strek van die stratopouse tot sowat 80 tot 85 km bokant die aarde. Die gasse, insluitende die suurstofmolekules, raak steeds ál dunner en dunner namate die hoogte toeneem. Die uitwerking van verwarming deur ultraviolet straling raak ook al hoe minder en minder, wat meebring dat dit nou weer al hoe kouer word na gelang ’n mens verder boontoe beweeg. Die temperatuur daal van sowat -15°C tot so laag as -184°F -120°C by die mesopouse.
Die gasse in die mesosfeer is egter steeds dik genoeg om meteore (“verskietende sterre”) wat die atmosfeer binneskiet, te vertraag en die meeste van hulle uit te wis voordat hulle as meteoriete op die aarde land. Die meteore brand weg en laat kortstondig hul vurige spore in die naghemel.
• Die termosfeer reik van die mesopouse af opwaarts tot omtrent 690 km bokant die aardoppervlak. Hierdie laag word die bo-atmosfeer genoem.
Die gasse van die termosfeer raak steeds ál dunner met die hoogte, sodat slegs die hoë-energie-ultraviolet strale en x-strale van die son geabsorbeer word. Maar vanweë hierdie absorpsie vermeerder die temperatuur nou so geweldig saam met die hoogte dat dit tot 2000°C naby die boonste deel van hierdie laag kan wees.
Tog, vreemd genoeg: ondanks hierdie hoë temperatuur sou hierdie atmosfeerlaag steeds baie koud op ons vel voel as gevolg van die uiters dun lug. Die totale hoeveelheid energie van die baie min molekules in hierdie laag is nie genoeg om ons vel te verwarm nie.
Sekere van die atome en molekules van die lug in die termosfeer word onder meer deur sonbestraling elektries gelaai of geïoniseer. Die meeste ione is in die onderste deel van die laag, wat daarom die ionosfeer genoem word. Met radioverbindings weerkaats die ionosfeer radiogolwe terug na die aarde.
• Die eksosfeer is die heel buitenste laag van die aarde se dampkring en strek van die termopouse af tot min of meer 10 000 km bokant die aarde. ’n Mens moet egter dadelik byvoeg dat die aardatmosfeer nie skielik eindig nie, maar al hoe dunner word en in die ruimte verdwyn.
In die eksosfeer, wat geleidelik met die sonwind vermeng, ontsnap daar dus baie atome en molekules aan die aarde se swaartekrag en gaan hulle in die ruimte verlore. Die verlies is egter hoegenaamd nie so beduidend dat ons dit sal agterkom nie.
Die satelliete wat om die aarde wentel, is ook in die eksosfeer.
Die oorgangsone wat die eksosfeer en termosfeer van mekaar skei, word die termopouse genoem.
AS die aarde geen atmosfeer gehad het nie (maar ons nogtans, hoe onmoontlik ook al, in staat sou gewees het om hier te lewe) sou ons wêreld totaal anders gelyk het. Selfs die sterre sou nie vir ons geknipoog het nie, maar met ’n egalige glans geskyn het. Hulle vonkel net vir ons omdat ons hulle deur die luglae sien.
Baie van ons pragtige atmosferiese “ligvertonings” kan egter nie aan spesifieke eienskappe van die lug toegeskryf word nie, maar eerder aan piepklein stofdeeltjies en vog in die atmosfeer.
LINKS: ’n Sonsondergang by Simonstad in die Kaap.
Sonsondergange is byvoorbeeld baie meer dramaties wanneer daar wolke is of in besoedelde gebiede, wanneer die sonlig wat na ons toe deurkom in ’n groot mate van al die kleure behalwe rooi beroof is. Dit gebeur ook ná groot vulkaniese uitbarstings dat die sonsondergange baie skouspelagtig word, partykeer selfs op plekke duisende kilometers van waar die uitbarstings gebeur het.
Ook reënboë word veroorsaak wanneer die sonstrale klein waterdruppeltjies in die lug teen ’n bepaalde hoek tref.
Die besonder skouspelagtige suider- en noorderligte (auroras) van die poolgebiede is flitse van dansende lig wat in die termosfeer ontstaan.
REGS: Die fantastiese noorderlig van die verre noorde. Die suiderlig van die verre suide is nie minder skouspelagtig nie.
Die auroras is die produkte van elektries gelaaide deeltjies wat deur die son gegenereer en deur die aarde se magneetveld gedeflekteer word. Die meeste word na die pole toe gestuur waar hulle die gasse daar bombardeer om die auroras te verwek.
GIFGASSE wat deur motors, vliegtuie, skepe, treine en fabrieke afgegee word, rook weens die verbranding van gras, hout en fossielbrandstowwe—dis hoe die lug in baie wêrelddele sorgwekkend besoedel word.
REGS: Die rook van veld- en bosbrande aan die suidpunt van Suid-Afrika is duidelik te onderskei van die wolke op hierdie foto wat vanuit die ruimte geneem is.
Foto verskaf deur die SeaWiFS Project, NASA / Goddard Space Flight Center en ORBIMAGE (detail)
Lugbesoedeling neem toe namate industrialisasie toeneem en gaan dikwels met welvaart gepaard. Maar daar is ook baie lugbesoedeling waar mense in groot getalle in armoedige toestande saamwoon en waar byvoorbeeld baie steenkool verbrand word (soos in infomele woonbuurte).
Die besoedeling van lug bedreig ons gesondheid. Baie kwale soos kanker, longontsteking en emfiseem kan daardeur veroorsaak word, terwyl dit ook skadelik vir plante, diere, insekte en voëls is. Vretende sure in die lug kan selfs geboue beskadig.
Die konsentrasie van sekere besoedelingstowwe in die lug beskadig ook, soos genoem, die osoonlaag om die aarde wat ons teen skadelike strale van die son beskerm.
En sulke gevare is bewys—nie sommer uit die lug gegryp nie! Dit is ons elkeen se plig om die lug te help skoon hou.
Die skouspelagtige atmosfere van ’n paar ander hemelliggame
BO: Die snuffeltuig Cassini, wat tans om die planeet Saturnus wentel, het gevind dat daar ’n verbasende aantal mistige lae in die bo-atmosfeer van die planeet se groot maan Titan is. Dit is te sien op hierdie ultraviolet beeld van die atmosfeer aan Titan se nagkant, ingekleur om soos ware kleure te lyk. Die sowat twaalf newellae wat kan hier gesien word, herinner ’n mens kennelik aan ’n aardse reënboog.
REGS: Die planeet Venus (ook bekend as die "Aandster") is ’n verskriklike plek. Dis haas onbeskryflik warm onder ’n wolkerige atmosfeer waar selfs swawelsuur in die hemele sweef. Venus se digte dampkring dien as ’n kombers, wat inkomende sonstrale vasvang sodat die planeet se oppervlak tot ’n gemiddelde 467 grade C verwarm word. Dit is warm genoeg om lood te smelt.
REGS: Die atmosfeer van ’n komeet kom en gaan. Die wentelbane van komete om die son is ellipties, en hulle beweeg om die beurt naby en ver van die son af. Sodra dit die son nader, word die kern van water-ys en ander stowwe van só ’n "ruimtelike sneeubal" verhit en gaan ’n deel daarvan oor in ’n damp, wat dan ’n atmosfeer vorm. Hier is ’n foto in vals kleure van die kern van die komeet Hajakoetake, saamgestel uit beelde wat die wentelende ruimteteleskoop Hubble in die begin van April 1996 daarvan geneem het. Die atmosfeer is hier sowat 14 000 km in deursnee (vergelykbaar met die aarde se deursnee van byna 13 000 km), hoewel die komeet se kern self maar net ’n paar kilometer breed is. Daar is bereken dat Hajakoetake se ys in daardie stadium sewe tot agt ton water per sekonde geproduseer het.
Foto: M. Combi (SPRL, U. Mich.), STScI en NASA