8.3: Anga ya Dunia

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Tofautisha kati ya tabaka mbalimbali za anga za dunia
• Eleza utungaji wa kemikali na asili ya uwezekano wa anga yetu
• Eleza tofauti kati ya hali ya hewa na hali ya hewa

Tunaishi chini ya bahari ya hewa ambayo inakuza sayari yetu. Anga, uzito chini juu ya uso wa dunia chini ya nguvu ya mvuto, ina shinikizo katika usawa wa bahari ambayo wanasayansi kufafanua kama bar 1 (neno linalotokana na mzizi sawa na barometer, chombo kinachotumiwa kupima shinikizo la anga). Bar ya shinikizo ina maana kwamba kila sentimita ya mraba ya uso wa Dunia ina uzito sawa na kilo 1.03 inayozidi chini. Binadamu wamebadilika kuishi katika shinikizo hili; kufanya shinikizo mengi ya chini au ya juu na hatufanyi kazi vizuri.

Masi ya jumla ya anga ya Dunia ni kuhusu kilo 5 × 10 ¹⁸. Hii inaonekana kama idadi kubwa, lakini ni karibu milioni moja ya jumla ya molekuli ya Dunia. Anga inawakilisha sehemu ndogo ya Dunia kuliko sehemu ya wingi wako unaowakilishwa na nywele juu ya kichwa chako.

Muundo wa Anga

muundo wa anga ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Anga nyingi hujilimbikizia karibu na uso wa Dunia, ndani ya kilomita 10 chini ambapo mawingu huunda na ndege zinaruka. Ndani ya mkoa huu—inayoitwa troposphere —hewa ya joto, yenye joto na uso, inatoka na inabadilishwa na mikondo ya kushuka ya hewa baridi; huu ni mfano wa convection. Mzunguko huu huzalisha mawingu na upepo. Ndani ya troposphere halijoto hupungua haraka na kuongezeka kwa mwinuko hadi maadili karibu 50 °C chini ya kufungia kwenye mpaka wake wa juu, ambapo stratosphere inaanza. Wengi wa stratosphere, ambayo inaendelea hadi kilomita 50 juu ya uso, ni baridi na bila ya mawingu.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Muundo wa Anga ya Dunia. Urefu huongezeka upande wa kushoto wa mchoro, na majina ya tabaka tofauti za anga huonyeshwa upande wa kulia. Katika ionosphere ya juu, mionzi ya ultraviolet kutoka Jua inaweza kuondokana na elektroni kutoka atomi zao, na kuacha anga ionized. Mstari wa rangi nyekundu unaonyesha joto (angalia kiwango kwenye mhimili wa x-axis).

Karibu na juu ya stratosphere ni safu ya ozoni (O ₃), aina nzito ya oksijeni yenye atomi tatu kwa molekuli badala ya mbili za kawaida. Kwa sababu ozoni ni absorber nzuri ya mwanga ultraviolet, inalinda uso kutoka kwa baadhi ya mionzi ya hatari ya jua ultraviolet, na hivyo inawezekana kwa maisha kuwepo duniani. Kuvunjika kwa ozoni huongeza joto kwa stratosphere, kugeuza mwenendo wa kupungua kwa joto katika troposphere. Kwa sababu ozoni ni muhimu kwa maisha yetu, tuliitikia kwa wasiwasi wa haki kwa ushahidi uliokuwa wazi katika miaka ya 1980 kwamba ozoni ya anga ilikuwa imeharibiwa na shughuli za binadamu. Kwa makubaliano ya kimataifa, uzalishaji wa kemikali za viwanda zinazosababisha kupungua kwa ozoni, inayoitwa chlorofluorocarbons, au CFCs, imeondolewa. Matokeo yake, upotevu wa ozoni umesimama na “shimo la ozoni” juu ya Antarctic linashuka hatua kwa hatua. Huu ni mfano wa jinsi hatua ya kimataifa ya pamoja inaweza kusaidia kudumisha habitability ya Dunia.

Tembelea studio ya taswira ya kisayansi ya NASA kwa video fupi ya nini kitatokea kwa safu ya ozoni ya Dunia kufikia 2065 ikiwa CFCs hazijawekwa.

Katika urefu juu ya kilomita 100, anga ni nyembamba sana kwamba satelaiti zinazozunguka zinaweza kupitisha kwa msuguano mdogo sana. Atomi nyingi ni ionized kwa upotevu wa elektroni, na eneo hili mara nyingi huitwa ionosphere. Katika miinuko hii, atomi za mtu binafsi zinaweza kutoroka kabisa kutoka kwenye uwanja wa mvuto wa Dunia. Kuna kuendelea, polepole kuvuja angahira-hasa ya atomi nyepesi, ambazo huhamia kwa kasi zaidi kuliko zile nzito. Anga ya dunia haiwezi, kwa mfano, kushikilia kwa muda mrefu kwa hidrojeni au heliamu, ambayo inatoroka angani. Dunia sio sayari pekee inayopata uvujaji wa anga. Uvujaji wa anga pia uliunda anga nyembamba ya Mars. Anga kavu ya Venus 'ilibadilika kwa sababu ukaribu wake na Jua ulivukiza na kutenganisha maji yoyote, na gesi za sehemu zilipotea kwenye nafasi.

Muundo wa Anga na Asili

Katika uso wa dunia, anga ina 78% nitrojeni (N ₂), 21% oksijeni (O ₂), na 1% Argon (Ar), na athari za mvuke wa maji (H ₂ O), dioksidi kaboni (CO ₂), na gesi nyingine. Kiasi cha kutofautiana cha chembe za vumbi na matone ya maji pia hupatikana kusimamishwa hewani.

Sensa kamili ya vifaa vya tete duniani, hata hivyo, inapaswa kuangalia zaidi ya gesi ambayo sasa ipo. Vifaa visivyofaa ni wale ambao huenea kwa joto la chini. Kama Dunia ingekuwa joto kidogo tu, baadhi ya vifaa ambavyo sasa ni kiowevu au imara vinaweza kuwa sehemu ya angahewa. Tuseme, kwa mfano, ya kwamba sayari yetu iliwaka moto hadi juu ya kiwango cha kuchemsha cha maji (100 °C, au 373 K); hilo ni mabadiliko makubwa kwa binadamu, lakini mabadiliko madogo ikilinganishwa na kiwango cha joto linalowezekana ulimwenguni. Katika 100 °C bahari ingekuwa chemsha na mvuke wa maji unaosababisha ungekuwa sehemu ya angahewa.

Ili kukadiria kiasi gani cha mvuke wa maji kitatolewa, kumbuka kuwa kuna maji ya kutosha kufunika Dunia nzima kwa kina cha mita 300. Kwa sababu shinikizo linalofanywa na mita 10 za maji ni sawa na bar 1, shinikizo la wastani kwenye sakafu ya bahari ni kuhusu baa 300. Maji yanapima sawa kama katika fomu ya kioevu au mvuke, hivyo kama bahari zimeachwa mbali, shinikizo la anga la maji lingekuwa bado baa 300. Maji kwa hiyo kwa kiasi kikubwa kutawala anga ya dunia, na nitrojeni na oksijeni kupunguzwa kwa hali ya kuwaeleza wapiga kura.

Katika Dunia ya joto, chanzo kingine cha anga ya ziada kingepatikana katika miamba ya carbonate ya sedimentary ya ukanda. Madini haya yana dioksidi kaboni nyingi. Ikiwa miamba yote haya yalikuwa moto, wangeweza kutolewa kuhusu baa 70 za CO2, zaidi kuliko shinikizo la sasa la CO ₂ la bar 0.0005 tu. Hivyo, anga ya Dunia ya joto ingekuwa inaongozwa na mvuke wa maji na dioksidi kaboni, na shinikizo la uso linakaribia baa 400.

Mistari kadhaa ya ushahidi unaonyesha kuwa muundo wa angahewa ya Dunia umebadilika juu ya historia ya sayari yetu. Wanasayansi wanaweza kuingiza kiasi cha oksijeni ya anga, kwa mfano, kwa kusoma kemia ya madini yaliyoundwa kwa nyakati mbalimbali. Tunachunguza suala hili kwa undani zaidi baadaye katika sura hii.

Leo tunaona kwamba CO ₂, H ₂ O, dioksidi sulfuri (SO ₂), na gesi nyingine hutolewa kutoka ndani zaidi ndani ya Dunia kupitia hatua za volkano. (Kwa CO ₂, chanzo cha msingi leo ni kuchomwa kwa mafuta ya mafuta, ambayo hutoa CO ₂ zaidi kuliko ile kutokana na mlipuko wa volkeno.) Sehemu kubwa ya gesi hii inaonekana mpya, hata hivyo, ni recycled nyenzo ambayo imekuwa chini kwa njia ya tectonics sahani. Lakini anga ya awali ya sayari yetu ilitoka wapi?

Uwezekano tatu zipo kwa chanzo cha awali cha anga na bahari za Dunia: (1) angahewa ingeweza kuundwa na wengine wa Dunia kama ilivyokusanywa kutokana na uchafu ulioachwa kutoka kwenye malezi ya Jua; (2) ingeweza kutolewa kutoka mambo ya ndani kupitia shughuli za volkeno, baadae malezi ya Dunia; au (3) inaweza kuwa imetokana na athari za comets na asteroids kutoka sehemu za nje za mfumo wa jua. Ushahidi wa sasa unapendelea mchanganyiko wa vyanzo vya mambo ya ndani na athari.

Hali ya hewa na Hali ya Hewa

Sayari zote zilizo na anga zina hali ya hewa, ambayo ni jina tunalolipa kwa mzunguko wa anga. Nishati inayowezesha hali ya hewa inatokana hasa na jua linaloponya uso. Mzunguko wote wa sayari na mabadiliko ya msimu wa polepole husababisha tofauti katika kiasi cha jua kinachovutia sehemu mbalimbali za Dunia. Anga na bahari hugawanya tena joto kutoka kwenye joto hadi maeneo ya baridi. Hali ya hewa katika sayari yoyote inawakilisha majibu ya anga yake kwa kubadilisha pembejeo za nishati kutoka Jua (angalia Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kwa mfano mkubwa).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Storm kutoka Space: Picha hii satellite inaonyesha Hurricane Irene katika 2011, muda mfupi kabla ya dhoruba hit ardhi katika New York City. Mchanganyiko wa mzunguko wa mzunguko wa Dunia, mzunguko wa haraka sana, na bahari ya maji ya kioevu inaweza kusababisha hali ya hewa ya vurugu kwenye sayari yetu.

Tabianchi ni neno linalotumika kutaja madhara ya angahewa ambayo hudumu kwa miongo na karne nyingi. Mabadiliko katika hali ya hewa (kinyume na tofauti za random katika hali ya hewa kutoka mwaka mmoja hadi ujao) mara nyingi ni vigumu kuchunguza kwa muda mfupi, lakini wanapojilimbikiza, athari zao zinaweza kuwa mbaya. Neno moja ni kwamba “Hali ya hewa ni nini unachotarajia, na hali ya hewa ni nini unachopata.” Kilimo cha kisasa ni nyeti hasa kwa halijoto na mvua; kwa mfano, mahesabu yanaonyesha ya kwamba kushuka kwa 2 °C tu katika msimu wa kupanda ingekata uzalishaji wa ngano kwa nusu nchini Kanada na Marekani. Kwa upande mwingine uliokithiri, ongezeko la 2 °C katika joto la wastani la Dunia lingetosha kuyeyusha barafu nyingi, ikiwa ni pamoja na sehemu kubwa ya bima ya barafu ya Greenland, kuinua kiwango cha bahari kwa kiasi cha mita 10, na mafuriko miji mingi ya pwani na bandari, na kuweka visiwa vidogo kabisa chini ya maji.

Mabadiliko bora zaidi katika hali ya hewa ya Dunia ni umri mkubwa wa barafu, ambao umepungua joto la Ulimwengu wa Kaskazini mara kwa mara zaidi ya miaka nusu milioni iliyopita au hivyo (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Umri wa mwisho wa barafu, ambao ulimalizika miaka 14,000 iliyopita, ulidumu miaka 20,000. Katika urefu wake, barafu ilikuwa karibu kilomita 2 nene juu ya Boston na aliweka mbali kusini kama New York City.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Ice Umri. Picha hii inayotokana na kompyuta inaonyesha maeneo yaliyohifadhiwa ya Ulimwengu wa Kaskazini wakati wa zamani za barafu kutoka kwenye hatua ya kutazama chini kwenye Ncha ya Kaskazini. Eneo la rangi nyeusi linaonyesha glaciation ya hivi karibuni (chanjo na glaciers), na eneo la kijivu linaonyesha kiwango cha juu cha glaciation kilichofikiwa.

Zama hizi za barafu zilikuwa hasa matokeo ya mabadiliko katika tilt ya mhimili wa mzunguko wa Dunia, uliozalishwa na athari za mvuto wa sayari nyingine. Sisi ni chini ya uhakika juu ya ushahidi kwamba angalau mara moja (na labda mara mbili) kuhusu miaka bilioni iliyopita, bahari nzima froze juu, hali inayoitwa snowball Dunia.

Maendeleo na mageuzi ya maisha duniani pia yamezalisha mabadiliko katika muundo na joto la anga ya sayari yetu, kama tutakavyoona katika sehemu inayofuata.

Dhana muhimu na Muhtasari

Anga ina shinikizo la uso wa bar 1 na linajumuisha hasa\(N_2\) na\(O_2\), pamoja na gesi muhimu za kufuatilia kama\(H_2O\),\(CO_2\), na\(O_3\). Muundo wake una troposphere, stratosphere, mesosphere, na ionosphere. Kubadilisha muundo wa anga pia huathiri joto. Mzunguko wa anga (hali ya hewa) inaendeshwa na uhifadhi wa jua wa msimu. Tofauti nyingi za hali ya hewa kwa muda mrefu, kama vile umri wa barafu, zinahusiana na mabadiliko katika obiti ya sayari na tilt ya axial.

faharasa

baa

nguvu ya Newtons 100,000 inayofanya eneo la mita 1 ya mraba; shinikizo la wastani la anga la dunia kwenye usawa wa bahari ni 1.013 baa

ozoni

(\(\ce{O3}\)) molekuli nzito ya oksijeni ambayo ina atomi tatu badala ya mbili zaidi ya kawaida

angastrato

safu ya angahewa ya Dunia juu ya troposphere na chini ya ionosphere

angavungu

ngazi ya chini kabisa ya anga ya dunia, ambapo hali ya hewa zaidi unafanyika