Planet bumi

Suasana

Bumi dikelilingi oleh atmosfera yang agak tipis (biasanya disebut udara) yang terdiri daripada campuran gas, terutamanya nitrogen molekul (78 persen) dan oksigen molekul (21 persen). Terdapat juga jumlah gas yang jauh lebih kecil seperti argon (hampir 1 peratus), wap air (rata-rata 1 peratus tetapi sangat berubah-ubah dalam masa dan lokasi), karbon dioksida (0,0395 persen [395 bahagian per juta] dan kini meningkat), metana (0.00018 peratus [1.8 bahagian per juta] dan sekarang meningkat), dan yang lain, bersamaan dengan zarah pepejal dan cecair dalam penggantungan.

geoid: Penentuan figura Bumi

Kredit untuk idea bahawa Bumi berbentuk sfera biasanya diberikan kepada Pythagoras (berkembang abad ke-6 SM) dan

Kerana Bumi mempunyai medan graviti yang lemah (berdasarkan ukurannya) dan suhu atmosfera yang hangat (kerana jaraknya dekat dengan Matahari) dibandingkan dengan planet raksasa, ia tidak memiliki gas yang paling umum di alam semesta yang dimilikinya: hidrogen dan helium. Walaupun kedua Matahari dan Musytari terdiri terutama dari kedua unsur ini, unsur-unsur ini tidak dapat dipertahankan lama di Bumi awal dan cepat menguap ke ruang antarplanet. Kandungan oksigen tinggi atmosfer Bumi tidak biasa. Oksigen adalah gas yang sangat reaktif yang, dalam kebanyakan keadaan planet, akan digabungkan dengan bahan kimia lain di atmosfera, permukaan, dan kerak bumi. Ia sebenarnya dibekalkan secara berterusan oleh proses biologi; tanpa nyawa, hampir tidak akan ada oksigen percuma. 1.8 bahagian per juta metana di atmosfer juga jauh dari keseimbangan kimia dengan atmosfera dan kerak: ia juga berasal dari biologi, dengan sumbangan aktiviti manusia jauh melebihi yang lain.

Gas atmosfera meluas dari permukaan Bumi hingga ketinggian ribuan kilometer, akhirnya bergabung dengan angin suria — aliran zarah bermuatan yang mengalir ke luar dari kawasan terluar Matahari. Komposisi atmosfer lebih kurang sama dengan ketinggian hingga ketinggian kira-kira 100 km (60 batu), dengan pengecualian tertentu ialah wap air dan ozon.

Suasana biasanya digambarkan dari segi lapisan, atau wilayah yang berbeza. Sebahagian besar atmosfera tertumpu di troposfer, yang membentang dari permukaan hingga ketinggian sekitar 10–15 km (6–9 batu), bergantung pada garis lintang dan musim. Tingkah laku gas dalam lapisan ini dikawal oleh perolakan. Proses ini melibatkan pergerakan yang bergelora dan terbalik akibat daya apung udara permukaan dekat yang dihangatkan oleh Matahari. Konveksi mengekalkan penurunan suhu menegak - iaitu penurunan suhu dengan ketinggian - kira-kira 6 ° C (10.8 ° F) per km melalui troposfera. Di puncak troposfer, yang disebut tropopause, suhu telah turun hingga sekitar −80 ° C (−112 ° F). Troposfera adalah kawasan di mana hampir semua wap air wujud dan pada dasarnya semua cuaca berlaku.

Stratosfera kering dan renggang terletak di atas troposfera dan memanjang hingga ketinggian sekitar 50 km (30 batu). Gerakan konvektif lemah atau tidak ada di stratosfera; gerakan sebaliknya cenderung berorientasikan mendatar. Suhu di lapisan ini meningkat dengan ketinggian.

Di kawasan stratosfera atas, penyerapan sinar ultraviolet dari Matahari memecah oksigen molekul (O ₂); pengumpulan semula atom oksigen tunggal dengan molekul O ₂ menjadi ozon (O ₃) mewujudkan lapisan ozon pelindung.

Di atas stratopause yang agak panas adalah mesosfer yang lebih lemah, di mana suhu kembali menurun dengan ketinggian hingga 80-90 km (50-56 batu) di atas permukaan, di mana mesopause ditentukan. Suhu minimum yang dicapai sangat berubah mengikut musim. Suhu kemudian meningkat dengan peningkatan ketinggian melalui lapisan atas yang dikenali sebagai termosfera. Juga di atas sekitar 80-90 km terdapat pecahan zarah bermuatan, atau terionisasi yang meningkat, yang dari ketinggian ini mendefinisikan ionosfera. Aurora kelihatan spektakuler dihasilkan di rantau ini, terutamanya di sepanjang zon bulat di sekitar kutub, oleh interaksi atom nitrogen dan oksigen di atmosfera dengan pecahan episod zarah-zarah bertenaga yang berasal dari Matahari.

Peredaran atmosfera umum bumi didorong oleh tenaga cahaya matahari, yang lebih banyak terdapat pada garis lintang khatulistiwa. Pergerakan haba ini ke kutub sangat dipengaruhi oleh putaran cepat Bumi dan daya Coriolis yang berkaitan pada garis lintang dari Khatulistiwa (yang menambahkan komponen timur-barat ke arah angin), mengakibatkan banyak sel udara beredar di masing-masing hemisfera. Ketidakstabilan (gangguan dalam aliran atmosfera yang berkembang seiring berjalannya waktu) menghasilkan ciri khas kawasan tekanan tinggi dan ribut tekanan rendah pada garis tengah dan juga aliran jet yang cepat ke arah timur dari troposfera atas yang memandu jalan ribut. Lautan adalah takungan panas yang besar yang bertindak untuk melancarkan variasi suhu global Bumi, tetapi arus dan suhunya yang perlahan berubah juga mempengaruhi cuaca dan iklim, seperti dalam fenomena cuaca El Niño / Osilasi Selatan (lihat iklim: Peredaran, arus, dan interaksi atmosfera-laut; iklim: El Niño / Osilasi Selatan dan perubahan iklim).

Atmosfera bumi bukanlah ciri persekitaran yang statik. Sebaliknya, komposisinya telah berkembang sepanjang masa geologi bersamaan dengan kehidupan dan berubah dengan lebih pantas hari ini sebagai tindak balas terhadap aktiviti manusia. Sepanjang sejarah Bumi, kelimpahan oksigen bebas atmosfera yang luar biasa mulai berkembang, melalui fotosintesis oleh cyanobacteria (lihat alga biru-hijau) dan ketepuan permukaan permukaan oksigen (seperti mineral dan hidrogen yang kurang oksigen) gas kaya yang dikeluarkan dari gunung berapi). Pengumpulan oksigen memungkinkan sel-sel kompleks, yang menggunakan oksigen semasa metabolisme dan di mana semua tumbuhan dan haiwan tersusun, berkembang (lihat eukariot).

Iklim bumi di mana-mana lokasi berbeza dengan musim, tetapi ada juga variasi jangka panjang dalam iklim global. Letupan gunung berapi, seperti letusan Gunung Pinatubo di Filipina tahun 1991, dapat menyuntik sejumlah besar zarah debu ke dalam stratosfera, yang tetap ditangguhkan selama bertahun-tahun, menurunkan ketelusan atmosfera dan mengakibatkan penyejukan yang dapat diukur di seluruh dunia. Jejak asteroid dan komet yang lebih jarang dan besar dapat menghasilkan kesan yang lebih mendalam, termasuk pengurangan cahaya matahari yang teruk selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun, seperti yang dipercayai oleh banyak saintis yang menyebabkan kepupusan secara besar-besaran spesies hidup pada akhir Zaman Kapur, 66 juta tahun yang lalu. (Untuk maklumat tambahan mengenai risiko yang ditimbulkan oleh kesan kosmik dan kemungkinan kejadiannya, lihat bahaya dampak Bumi.) Variasi iklim yang dominan yang diperhatikan dalam catatan geologi baru-baru ini adalah zaman ais, yang terkait dengan variasi kemiringan Bumi dan orbitnya geometri berkenaan dengan Matahari.

Fizik pelakuran hidrogen mendorong ahli astronomi untuk membuat kesimpulan bahawa Matahari 30% kurang bercahaya semasa sejarah terawal Bumi daripada yang ada sekarang. Oleh itu, semua yang lain adalah sama, lautan harus dibekukan. Pemerhatian terhadap jiran planet Bumi, Marikh dan Venus, dan anggaran karbon yang terkunci di kerak Bumi pada masa ini menunjukkan bahawa terdapat lebih banyak karbon dioksida di atmosfer Bumi pada masa-masa sebelumnya. Ini akan meningkatkan pemanasan permukaan melalui kesan rumah hijau dan membiarkan lautan tetap cair.

Hari ini terdapat 100,000 kali lebih banyak karbon dioksida yang terkubur di batuan karbonat di kerak bumi daripada di atmosfera, berbeza dengan Venus, yang evolusi atmosferinya mengikuti jalan yang berbeza. Di Bumi, pembentukan cengkerang karbonat oleh hidupan laut adalah mekanisme utama untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbonat; proses abiotik yang melibatkan air cair juga menghasilkan karbonat, walaupun lebih perlahan. Akan tetapi, di Venus, kehidupan tidak pernah berpeluang untuk muncul dan menghasilkan karbonat. Kerana lokasi planet di tata surya, Venus awal menerima sinar matahari 10-20 persen lebih banyak daripada jatuh di Bumi bahkan hari ini, walaupun Matahari masih muda pada waktu itu. Sebilangan besar saintis planet percaya bahawa suhu permukaan yang meningkat menyebabkan air tidak terkondensasi menjadi cecair. Sebaliknya, ia tetap berada di atmosfer kerana wap air, yang, seperti karbon dioksida, adalah gas rumah hijau yang cekap. Kedua-dua gas tersebut menyebabkan suhu permukaan meningkat lebih tinggi sehingga sejumlah besar air keluar ke stratosfer, di mana ia dipisahkan oleh sinaran ultraviolet matahari. Dengan keadaan sekarang terlalu panas dan kering untuk membolehkan pembentukan karbonat abiotik, sebahagian besar atau seluruh inventori karbon planet ini tetap berada di atmosfer sebagai karbon dioksida. Model meramalkan bahawa Bumi mungkin mengalami nasib yang sama dalam satu miliar tahun, ketika Matahari melebihi kecerahannya saat ini sebanyak 10-20 persen.

Antara akhir 1950-an dan akhir abad ke-20, jumlah karbon dioksida di atmosfera Bumi meningkat lebih daripada 15 peratus kerana pembakaran bahan bakar fosil (misalnya, arang batu, minyak, dan gas asli) dan pemusnahan hutan hujan tropika, seperti lembah Sungai Amazon. Model komputer meramalkan bahawa penggandaan bersih karbon dioksida pada pertengahan abad ke-21 boleh menyebabkan pemanasan global rata-rata 1.5–4.5 ° C (2.7–8.1 ° F) rata-rata di atas planet ini, yang akan memberi kesan mendalam pada permukaan laut dan pertanian. Walaupun kesimpulan ini telah dikritik oleh beberapa orang dengan alasan bahawa pemanasan yang diamati sejauh ini tidak sesuai dengan unjuran, analisis data suhu laut menunjukkan bahawa banyak pemanasan pada abad ke-20 sebenarnya terjadi di lautan itu sendiri - dan akan akhirnya muncul di atmosfera.

Keprihatinan lain mengenai atmosfera adalah kesan aktiviti manusia pada lapisan ozon stratosfera. Reaksi kimia kompleks yang melibatkan jejak klorofluorokarbon buatan manusia (CFC) didapati pada pertengahan 1980-an untuk mewujudkan lubang sementara di lapisan ozon, terutama di Antartika, pada musim semi kutub. Lebih membimbangkan adalah penemuan penipisan ozon yang semakin meningkat di lintang sederhana yang berpenduduk tinggi, kerana radiasi ultraviolet panjang gelombang pendek yang diserap oleh lapisan ozon secara efektif telah didapati menyebabkan barah kulit. Perjanjian antarabangsa yang dibuat untuk menghentikan pengeluaran CFC yang memusnahkan ozon yang paling teruk akhirnya akan menghentikan dan membalikkan penipisan, tetapi hanya pada pertengahan abad ke-21, kerana masa tinggal lama bahan kimia ini di stratosfer.