ATMOSFER

ATMOSFER Dünya'da uzaydaki diğer gezegenlerden farklı olarak yaşam bulunmasının sebebi etrafını saran atmosferdir. İklim ve hava olaylaylarının görülmesi ile yeryüzünde yaşamın bulunmasını sağlayan faktör atmosferin varlığıdır. Atmosfer; yerçekiminin etkisi ile yeryüzünü çepeçevre saran gaz kütlesidir. Eski Yunancada atmos: nefes, sphere: küre demektir. Atmosfer ise nefes küre ya da hava küre anlamına gelir.

Atmosfer; Azot (% 78), Oksijen (% 21) ile C02, su buharı, argon, neon, metan, kripton ve hidrojen gibi diğer gazlardan (% 1) oluşur. Azot ve oksijen yaşam için büyük önem taşırlar ve bu gazların atmosferde ki oranı sabittir. Ancak CO2 ve su buharının miktarı bulundukları yere, zamana ve iklim şartlarına göre değişir. Diğer Gazlar >> l

Azot, yaşamın temel kaynaklarından biridir Azot, yaşamın temel kaynaklarından biridir. Bitkilerin ihtiyacı olan besin maddesi olarak önemlidir. Oksijen, ise canlıların solunum yapması için ve yanma için gerekli bir gazdır. Karbondioksit, havada çok az miktarda (% 0 - 0,03) bulunmasına karşın, iklim olayları üzerinde önemli etkide bulunur. Karbondioksit atmosferin güneş ışınlarını emme ve saklama kabiliyetini arttırır. Miktarının artması sıcaklığın artmasına, azalması sıcaklıkların düşmesine neden olur. Jeolojik devirler içerisinde C02 miktarın değişmesi iklim değişimlerini etkilemiştir Su buharı, miktarı sıcaklığa, yer ve zamana bağlı olarak en fazla değişen gazdır. Bu miktar yerden yükseldikçe, kıyıdan uzaklaştıkça ve Ekvator'dan kutuplara doğru gittikçe azalır.

Atmosferin Etkileri İçerisinde yaşam için gerekli olan gazlar bulunur. Güneş'ten gelen enerjinin hızla uzaya yansımasını engeller. Güneş ışınlarının dağılmasını sağlayarak, Güneş'i doğrudan görmeyen yerlerin de aydınlık olmasını sağlar. İçindeki hava akımları sayesinde gündüz olan kesimlerin aşırı sıcak, gece olan kesimlerin de aşırı soğumasını engeller.

Güneşten gelen zararlı ışınları tutar. Sesi iletir. İklim olayları meydana gelir. Uzaydan gelen göktaşlarının parçalanmasını sağlayarak yere ulaşmasına engel olur. Ortalama kalınlığı 10.000 km olan atmosfer, bileşimi, sıcaklığı bakımından farklı katmanlardan oluşur.

Atmosferin Katmanları

1-Troposfer Atmosferin en alt katıdır. Kalınlığı Ekvator'dan kutuplara doğru gittikçe azalır. Ortalama 12 km kalınlığında olan Troposfer; Ekvator özerinde 16 km, 45° enleminde 12 km, kutuplarda ise 6 km'dir. Kalınlığının değişmesinin nedeni ise Ekvator'da ısınan havanın yükselmesi; kutuplarda ise soğuyan havanın alçalması ile Dünya'nın ekseni etrafındaki dönüşüyle, Ekvator'da savrulma kuvvetinin fazla olmasıdır. Atmosferi oluşturan gazların % 75'i içerisinde canlıların yaşadığı Troposferde bulunur. Su buharının tamamı burada bulunduğu için iklim olayları ancak bu katta görülür. Yükseldikçe Troposferde gaz yoğunluğu azalır. Çünkü yerçekiminin etkisi ile gazlar yere yakın yerlerde daha çok yoğunlaşır. Troposferde yükseldikçe sıcaklık her 200 m'de 1 oC azalır. Çünkü Troposfer daha çok yerden ışıyan ışınlarlarla ısınır. Ayrıca sıcaklığı tutan gazların yere yakın yoğunlaşması ve atmosferin üstten soğuması da bu durumun oluşmasında etkilidir.

2-Stratosfer Troposferin üst sınırından itibaren 50 km yüksekliğe kadar çıkar. Bu katmanda su buharı olmadığı için iklim olayları görülmez. Yatay hava hareketleri görüldüğü için dikey yönde sıcaklık değişimi yok denecek kadar azdır. Ekvator üzerinde sıcaklık -80*C civarında iken, kutuplarda -50°C civarındadır. Ekvator ile kutuplar arasındaki sıcaklık farkından dolayı. Ekvatordan kutuplara doğru kuvvetli hava akımları oluşur. Jet rüzgârian adı verilen bu hava akımlarının saatteki hızları 500 km'ye kadar ulaşır.

Stratosferin üst kısmında ozon yoğunluğu artmaktadır. Ozonosfer, yerden 19-45 km arasında yer alır. Ozon (O3) gazının en çok yoğunlaştığı kesim olduğu için bu adı almıştır. Güneş'ten gelen ultraviyole (morötesi) ışınlan, ozon gazı ile reaksiyona girerek parçalar. Bu şekilde zararlı ışınların Dünya'ya gelmesi engellenmiş olur.

3-Mezosfer Stratosferin üst sınırından itibaren 80-90 km yüksekliğe kadar çıkar. Gaz molekülleri seyrektir. Ayrıca atmosfere giren göktaşları bu katmanda sürtünmenin etkisi ile yanmaktadır . 3-İyonosfer Mezosferin üst sınırından itibaren, 300-325 km yüksekliklerine kadar çıkar. Gaz molekülleri oldukça seyrektir. Gazlar ultraviyole ışınlarının etkisi ile iyonlarına ayrılmıştır. Sıcaklık, 250°C civarındadır. İyon halindeki bu gazlarda elektron alışverişi çok hızlı olduğu için radyo dalgalan bu tabakadan yansıtılır .

5- Ekzosfer İyonosfer'in üst sınırından itibaren başlar. Bu katmanın üst sınırında yerçekimi oldukça az olduğundan gaz molekülleri uzaya kaçar. Bundan dolayı dış sınırı kesin değildir. Teorik olarak 10.000 km'ye kadar çıktığı kabul edilir.

Alt Atmosfer Tabakasında Oluşan Değişimler Güneşten gelen radyasyon, alt atmosfer tabakası dediğimiz 20 km’lik kısımda birçok değişikliğe uğramaktadır. Meydana gelen bu değişiklikler, absorbsiyon, refleksiyon ve difüzyon olarak adlandırılır. Bu olaylara göre güneş radyasyonu; gelen ışınların açısına, dalga uzunluğuna ve geldikleri zeminin özelliklerine bağlı olarak yansıtılır, yayılır ya da emilir.Bunların sonucunda da, yeryüzüne ulaşan güneş radyasyonunda önemli değişiklikler meydana gelir.

GÜNEŞ ENERJİSİNİN UĞRADIĞI DEĞİŞİKLİKLER

a) Yansıma (Refleksiyon) : Bir yüzey üzerine düşen ışınların geriye dönmesine yansıma denir. Yansımanın çok ya da az olması ışınların geldiği açıya, dalga uzunluğuna ve yüzeyin özelliklerine bağlıdır. Cisimlerin yada yüzeylerin, gelen bu güneş ışınlarını yansıtma özelliğine albedo denir. Bir cisim, aldığı 100 birimlik ışığın örneğin %20’sini yansıtıyorsa albedosu 20’dir. Dünyanın albedosu 37 dir. Bunun anlamı, güneşten gelen ışığın %37’sinin yeniden uzaya yansıtılıyor olmasıdır. Dünyanın albedosu kara ve deniz yüzeylerinde farklıdır. Deniz yüzeylerinde daha çok güneşten gelen ışınların dalga boyuna bağlı olarak değişim gösteren albedo değerleri karalar üzerindeki faklı özelliklere bağlı olarak değişimler göstermektedir Yeryüzünde farklı yüzeylerin farklı albedoları vardır. Örneğin, taze kar örtüsünün albedosu %85-95, bir tarlanın %10-%25, iğne yapraklı ormanın %6-%19 arasındadır. Suların albedosu ise %2-%78 arasında değişir. Güneş 90o lik açı ile geldiğinde albedo %2, 2o lik açı ile geldiğinde albedo %78 dir. Albedo değerlerindeki bu farklılık, yeryüzünün ısınmasında önemli rol oynar

Dünyadaki Karalar Üzerinde Albedo Farklılıkları

Farklı Zeminlerin Albedo Değerleri

b) Yayılma (Difüzyon): Atmosferin alt tabakasından geçerken güneşten gelen ışında oluşan değişimlerden biri de yayılmadır. Bir ışın hüzmesinin küçük zerrelerden ve moleküllerden oluşmuş bir ortamdan geçtiği sırada, dik bir doğrultuda ayrılarak kırılmak ve çevreye yayılmak sureti ile maruz kaldığı değişikliğe yayılma denir. Gelen güneş ışınlarının bir kısmı atmosfer içindeki gazlar nedeniyle yayılır.

c) Emilme (Absorbsiyon) : Güneşten gelen radyasyon, dalga uzunluğuna göre seçici olarak meydana gelir. Atmosferde absorbsiyon yolu ile en fazla kayba uğrayan ışınlar, kısa dalgalı ışınlardır. Isı enerjisine sahip dalgalar bakımından ise atmosfer hemen hemen tamamen geçirgendir. Atmosfer gazları tarafından tutulan radyasyon enerjisi, atmosferin üst sınırına ulaşan miktarının %6’sıdır. Bulutlar tarafından absorbe edilen miktar ise %12-20’dir. Cisimlerin bu gelen enerjiyi tutma ya da emme özelliğine absortivite denir.

Yüksek Atmosfer Tabakalarında Oluşan Değişimler Yüksek atmosfer tabakaları iyonosfer ve ozonosferdir.Bu tabakalardan geçerek zararlı ışınlardan arınan güneş radyasyonunun geri kalan kısmı alt atmosfer tabakasına sokulur ve bu sırada radyasyonun uğradığı enerji kaybı, toplam radyasyon enerjisinin 1/3’ü kadardır. X ve γ ışınları iyonosfer katmanında tutulduktan sonra güneş radyasyonu ozonun bulunduğu stratosfer tabakasından geçerken de çeşitli reaksiyonlar sonucu değişime uğrar.

Ozon gazı, mavi, patlayıcı ve zehirli bir gazdır Ozon gazı, mavi, patlayıcı ve zehirli bir gazdır. Bir elektrik motorunun çalışmaya başlamasından ve gökyüzünde oluşan yıldırım olayından sonra duyulan keskin koku, ozon gazına aittir. Doğal olarak, stratosferde ve yeryüzünden 25-30 km yükseltide bulunan ozon tabakası, oksijenin güneş ışığının etkisinde kalması sonucunda oluşmaktadır. Ozon, yeryüzeyinden başlayarak 60 km’lik bir tabakada bulunur. Bu tabakadaki ozon, yeryüzeyinde sıkıştırılsaydı, 3mm kalınlığında ve 3 milyar ton ağırlığında bir tabaka oluşturacak miktardadır. Atmosferdeki toplam ozonun %90’nının bulunduğu strotosferdeki ozon, güneşin canlılar için zararlı olan ultraviyole ışınlarını yutarak yeryüzündeki canlıları korur. Troposfer katında az miktarda (0.02 ppm’den daha az) bulunan ozon ise tazelik ve ferahlık etkisi yaratmakla beraber derişimi artığında troposferik ozon tüm canlılar için zararlıdır. Ömrü çok kısa olduğundan derişimi yerel olarak geniş aralıkta değişkendir ve bu değişimin gidişatını belirlemek zordur.

Atmosferin Genel Enerji Bilançosu Güneşten gelen toplam enerjiyi, atmosfer ve yerküre üzerinde meydana gelen değişikliklere bağlı olarak, gelir-gider haneleri olan ve bir enerji blançosu şeklinde ifade etmek mümkündür. Küresel olarak denk kapanan bu blanço dünyanın farklı bölgelerinde, fiziki koşullar nedeniyle denk olarak kapanmayabilir. Atmosferin üst katmanlarında en fazla enerji kaybı yansıma ile, yeryüzüne ulaşan ışınlarda ise karşı radyasyonla atmosfere geri gönderilen uzun dalgalı radyasyonda olmaktadır

Atmosfer ve yeryüzünün enerji blançosu

Enerji dönüşümü Dünyanın çevresi, içinde karmaşık enerji dönüşümünün devamlı meydana geldiği bir yerdir. Bu dönüşümler; atmosferin, havanın ve iklimin hareketlerini belirtir. İnsanların hayatını devam ettirmesi için bağlı olduğu biyolojik gelişmeleri de belirler.

Güneş enerjisi Güneş, hakikatte atmosferdeki büyük hava akımlarını meydana getiren enerjinin kaynağıdır. Atmosferin üstünde güneş ışınlarına dik bir santimetrekarelik yüzeye düşen enerji, yaklaşık dakikada 2 kaloriye kadar çıkar. Buna "güneş sabiti" denir. Bir kenarı 50 km olan bir kare yüzeye, bir dakikada gelen enerji, küçük bir atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan enerjiye eşdeğerdedir.

Atmosferik absorbasyon ve yayma: Dünya yüzeyinde santimetrekareye gelen enerji, güneş sabitinden oldukça azdır. Bu enerji yükseklikle, güneşin açısı (mevsim, enlem derecesi, vakit), güneş enerjisi ile hareket eden havanın miktarıyla ve bulut örtüsünün miktarıyla değişir. Atmosfere gelen güneş enerjisinin ortalama %18'i atmosferde absorbe edilir ve yaklaşık % 35'i ise; bulutlar, dünyanın yüzeyi ve atmosferin kendisi tarafından geriye, uzaya yansıtılır. Güneş enerjisinin geriye kalan % 47'si dünya yüzeyi tarafından absorbe edilir. Dünya ve atmosferi tarafından absorbe edilen ışık, okyanus dalgalarını ve rüzgarları meydana getiren ayrıca dünyadaki bütün biyolojik faaliyetleri sağlayan enerji kaynağıdır. Güneş enerjisinin yansıtılması ve absorbe edilmesine ait değerlerin (ortalama yüzdelerin) büyük değişimi, enlem derecelerindeki, mevsimlerdeki, günün vakitlerindeki, yeryüzünün şeklindeki ve bulut şartlarındaki farklılıklardan ileri gelir.

Deniz ve kara, güneş ışığını absorbe etmede farklılık gösterir Deniz ve kara, güneş ışığını absorbe etmede farklılık gösterir. Deniz yüzeyi, gelen ışının hemen hemen bütününü absorbe eder ve bu enerji, yeterli olarak, bölgesel akımlarla karışır. Böylece sıcaklıkta küçük genel değişiklikler olur. Öte yandan kuru kara yüzeyi, gelen ışınla derhal ısınır. Bu ısınma, ince bir yüzey tabakasından öteye gitmez. Bu farklılık, ılıman deniz iklimi ile, sert kara iklimi arasındaki aşırı zıtlığı açıklar.

Dünyanın yüzeyi sıcaklıkla artan bir oranda yukarıya doğru ışın yayar Dünyanın yüzeyi sıcaklıkla artan bir oranda yukarıya doğru ışın yayar. Infrared (kızılötesi) denen bu ışın gözle görülemez. Fakat yayılan enerji güneşten alınan enerjiyle karşılaştırılabilir. Açık havada dünya yüzeyi tarafından yayılan ışının % 60-70'i atmosferdeki su buharı ve karbondioksit tarafından tutulur. Kalan doğrudan uzaya kaçar. Absorbe edici gazlar tuttukları enerjiyi hem dünyaya, hem de uzaya geri yayar. Dolayısıyla su buharı ve karbondioksit, battaniye vazifesini görür. Dünya yüzeyinde atmosfer olmasaydı, yeryüzü mevcuttan yaklaşık 36°C daha sıcak olurdu. Bulut tabakaları gelen kızılötesi ışınların hemen hepsini tutar ve bu enerjiyi geri yayar.

Bu şekilde dünya yüzeyini tecrit ederler Bu şekilde dünya yüzeyini tecrit ederler. Bu hadiseye "Sera etkisi" denir.Terim aslında yanlış olarak kullanılmaktadır. Çünkü bu olay öncelikle konvekteyi (bir gaz veya sıvının ısınarak yükselmesi ve başka bir yerde soğuyup ağırlaşarak aşağı inmesini) engelleyerek ısısını muhafaza eder. Işınla ısınmanın ve soğumanın net miktarı genellikle ışının tutulduğu ve yayıldığı oranlar arasındaki küçük farklılıklara bağlı olduğundan, ışının etkilerinin sebebini izah etmek veya tahmin etmek çok zordur.

Atmosferik hareketler Enerji dönüşümünün en önemli etkilerinden biri, rüzgar sistemlerini ve fırtınaları meydana getirmektir. Meydana gelen bu rüzgarlar aynı zamanda enerji (ısı) dönüşümüne yardım eder. Atmosferde meydana gelen hareketler; sürtünme, yerçekimi, basınç ve elektromanyetik kuvvetlere (iyonosfer ve magnetosferde) tepki olarak meydana gelir. Elektromanyetik kuvvetlerin atmosferik hareketler üzerindeki tesiri iyonosfer tabakasının altındaki kısımlarda pek önemli değildir, ihmal edilebilir. Yer çekimi kuvveti dünyanın merkezine doğru yani düşey istikamettedir. Bu sebeple atmosfer, dünyaya doğru basınç uygular. Güneşin ve ayın, atmosfere uyguladıkları çok küçük bir çekim kuvvetleri de vardır. Bu kuvvet, güneşin ve ayın yüzeyinde alınan bir kıyas noktasına göre değişiklik gösterir.