אקלים

שכבת האטמוספרה

בפרק זה נלמד כיצד התפתחה האטמוספרה של כדור-הארץ, מהי הכילה בעבר ומהי מכילה היום. כמו כן נלמד גם על חלוקתה של האטמוספרה לשכבות, שכל אחת מהן היא בעלת אופיין שונה.

התפתחותה והרכבה של האטמוספרה

המילה אטמוספרה מקורה מיוונית ומשמעותה אטמוס – אד אוויר, וספירה – כדור. האטמוספרה היא שכבת אוויר הכלואה מסביב לכדור-הארץ מכוח המשיכה שלו, ומפרידה בינו לבין החלל החיצון.

כדור-הארץ נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים. כדור-הארץ נוצר מענן גזים לוהט של מימן והליום שהתקרר במשך הזמן והתכווץ לכדור מוצק בעל גרעין נוזלי/צמיגי. כמות מועטה מגזים אלו נשארה בצורת גז והיוותה את האטמוספרה הבראשיתית של כדור-הארץ בשלב לידתו.

קליפת כדור-הארץ בתקופה קדומה הייתה דקה, שברירית וסדוקה. קליפה זו אפשרה מספר רב של התפרצויות געשיות. בהתפרצויות געשיות אלו נפלטו גזים רבים. הגזים שנפלטו נלכדו מכוח-המשיכה של כדור-הארץ אל תוך שכבה דקה המקיפה אותו. בשלב זה השתנה הרכב האטמוספרה והיא הכילה את הגזים הבאים: פחמן דו-חמצני, חנקן, גופרית, אדי מים ועוד. הרכב זה של אטמוספרה הנו רעיל ואינו מאפשר את קיומו של הצומח והחי.

במהלך השנים הופיעו יצורים חד-תאיים פרימיטיביים. יצורים חד-תאיים פשוטים אלו, העשויים תא אחד כפי ששמם מרמז, השתמשו בפחמן הדו-חמצני ובקרינת אור השמש כדי להפיק מזון ואנרגיה. בתהליך המרה זה, הנקרא הטמעה (פוטוסינתזה), נפלט חמצן כתוצר לוואי. כתוצאה מפעילות חד-תאית זו שוב השתנה הרכב האטמוספרה והכיל פחות פחמן דו-חמצני וגזים רעילים אחרים ויותר חמצן. חלק מגז החמצן בהשפעת קרינת השמש יצר מולקולות חדשות של חמצן המורכבות משלושה אטומי חמצן (ולא שניים). מולקולות חמצן אלו מהוות את גז האוזון שאחת מתכונותיו היא בליעת הקרינה האולטרא-סגולית המזיקה המגיע מהשמש. כך קיומה של שכבת האוזון אפשרה את התפתחות הצומח והחי על פני כדור-הארץ.

מתקופת המהפכה התעשייתית והמצאת מנוע הקיטור החל האדם להשתמש במקורות אנרגיה של דלקים מאובנים: פחם, נפט וגז טבעי. בעידן המודרני קיים תהליך מואץ של שימוש בדלקים אלו בעיקר בתעשייה ובתחבורה. דלקים אלו אוצרים בתוכם אנרגיה תרמית המשתחררת בתהליך בעירתם. במהלך בעירתם פולטים הדלקים גזים, חלקם רעילים, ובעיקר את הגז פחמן דו-חמצני. עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עלולה להשפיע, כחלק מאפקט החממה, על התחממות כדור-הארץ וגובה מפלס הים.

שינוי נוסף בהרכב האטמוספרה הנו הידלדלות שכבת האוזון. בייצור של מקררים, מזגנים, תרסיסים ועוד נעשה שימוש בגזים פראונים, אלו גזים מקבוצת CFC (כלור, פלואור ופחמן). במשך השנים נצפתה עלייה בריכוז גזים אלו לצד ירידה בשכבת האוזון. מדענים קשרו את הקשר בין שני שינויים אלו בהרכב האטמוספרה. הסברה המקובלת היום היא כי גזים אלו נפלטו לאטמוספרה ופגעו במולקולות החמצן המהוות את שכבת האוזון. כתוצאה מפגיעה זו החל להיווצר חור בשכבת האוזון שהלך וגדל עם השנים. כיום מדינות רבות חתומות על אמנה האוסרת על שימוש בגזים פראונים, במטרה לאפשר לשכבת האוזון לשקם עצמה – תהליך שיארך זמן רב.

להלן הרכב האטמוספרה, נכון לימינו אנו:

        78% גז החנקן N2
        21% גז החמצן O2
        0-5% אדי מים H2O
        כמויות מזעריות של –
            גז אוזון O3
            גז ארגון Ar
            דו תחמוצת הפחמן CO2
            מימן גופרתי H2S
            גזים נוספים...
            חלקיקי אבק, פיח ועשן

מבנה האטמוספרה

את שכבת האטמוספרה האופפת את כדור-הארץ ניתן לחלק לארבע שכבות שונות. החלוקה לשכבות היא בהתאם לתכונות שונות כמו אופיין טמפרטורה, דחיסות הגזים ועוד. גבולות החלוקה בין כל שכבה ושכבה אינה קבועה אלא שרירותית. כך נכון הדבר גם לגבי גבולה החיצוני של האטמוספרה.

להלן שכבות האטמוספרה השונות ותכונותיהן:

      טְרוֹפּוֹסְפֵרָה (מיוונית: טרופו – ערבוב, ספרה – כדור) – גובה שכבה זו הוא 12 ק"מ והיא השכבה התחתונה אשר בה אנו חיים. בשכבה זו תמיד קיימת תנועה של אוויר המערבבת ומערבלת את הגזים שבה. את תנועות אוויר אלו אנו רואים החל ממשבי רוח ועד לסופות עזות. אלו, יחד עם הטמפרטורה מקרינת השמש, מחוללים את מזג-האוויר על פני כדור-הארץ. בשכבה זו כל עלייה של כאחד ק"מ בגובה מתבטאת בירידה של 6.5 מעלות צלסיוס בטמפרטורה. גבול שכבה זו נקבע כנקודה שבה הטמפרטורה מפסיקה לרדת עם עלייה בגובה.

      סְטְרַטוֹסְפֵרָה (מיוונית: סטרטו – שכבה, ספרה – כדור) – שכבה זו היא השכבה השנייה והיא מסתיימת בגובה של 50 ק"מ מעל פני כדור-הארץ. בשכבה זו נמצא גז האוזון אשר קולט חלק מקרינת השמש (הקרינה האולטרא סגולית המזיקה) ועקב כך מתחמם. מסיבה זו, עלייה בגובה בשכבה זו גורמת דווקא לעלייה בטמפרטורה. את השכבה הזו מאפיין חוסר התנועה שבה. עקב כך, חלקיקי אבק, עפר וכו' המגיעים לשכבה זו מן החלל או מהתפרצויות געשיות על פני כדור-הארץ נלכד בשכבה זו לזמן רב. גבול שכבה זו נקבע כנקודה שבה הטמפרטורה מפסיקה לעלות עם עליית הגובה.

      מֵזוֹסְפֵרָה – (מיוונית: מזו – אמצעי, ספרה – כדור) – שכבה זו היא השכבה השלישית והיא מסתיימת בגובה של 80 ק"מ מעל פני כדור-הארץ. שכבה זו מאופיינת בכמות דלילה של גזים, אך עדיין בעלת תנועות ערבוב, בעיקר אנכיות. בשכבה זו מתרחשות תופעות חשמליות ומגנטיות הנצפות באזור הקטבים. תופעות אלו נצפות בעיקר בחוג הקוטב הצפוני המאוכלס יותר מן הדרומי ולכן זכו לשם הזוהר הצפוני. בשכבה זו עלייה בגובה מתבטאת בירידה בטמפרטורה. גבול שכבה זו נקבע כנקודה שבה הטמפרטורה מפסיקה לרדת עם עליית הגובה.

      תֵרְמוֹסְפֵרָה – (מיוונית: תרמו – חום, ספרה –כדור) – שכבה זו היא השכבה הרביעית והאחרונה והיא מסתיימת בגובה של 120 ק"מ. שכבה זו היא דלילה ביותר. למרות דלילותה שכבה זו קולטת את מרב עוצמת קרינת השמש, לכן הטמפרטורה בה עולה ונוסקת עם עלייה בגובה. הטמפרטורה בשכבה זו יכולה להגיע עד ל- 1,500 מעלות צלסיוס.

ארבעת שכבות האטמוספרה

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - גיאוגרפיה | אקלים: מבוא | שכבת האטמוספרה | קרינת השמש וטמפרטורות | תנועות האוויר באטמוספרה | העננים והשפעתם | ממלכת הים | סוגי אקלים | שינויי אקלים ]