jobbra|200px|bélyegkép|A földi légkör rétegei: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra, exoszféra
A légkör vagy atmoszféra egy égitest felszínét körülvevő gázburok. Felső határa nem egyértelműen meghatározható. Legkülső rétege ugyanis éles határ nélkül megy át a bolygóközi térbe. Azt mondhatjuk, hogy a légkör mindazon gázmolekulák összessége, melyeket az adott égitest forgása során magával visz. A Föld légkörét összetétel alapján két nagy részre oszthatjuk: a nagyjából homogén összetételű, a légkör nagy részét kitevő homoszférára, és az ettől eltérő, héliumot illetve legkülső rétegben hidrogént tartalmazó heteroszférára. A légkört termikus jellemzői alapján is feloszthatjuk. Ez a felosztás látható lentebb az ábrán. A légkört a gravitáció tartja meg az égitest körül. A légkör nagyságát a gravitáció erőssége és a felszíni hőmérséklet is befolyásolja. Néhány bolygó nagyrészt gázból áll, és hatalmas légkörük van, ezek a gázbolygók.
Az atmoszféra szó a görög atmosz (ἀτμός: gőz, pára) és szféra (σφαῖρα: golyó, gömb) összetételéből származik.
A Föld, a Mars és a Vénusz légkörének összehasonlítása
+A Föld, a Mars és a Vénusz légkörének összehasonlításaTérfogattört, %FöldMarsVénuszSzén-dioxid0,041MTI 2019. május 13.: Rekordot döntött a légköri szén-dioxid-koncentráció95,396,5Nitrogén78,0842,73,5Oxigén20,9460,130Argon0,9341,60,007Egyéb jelentős összetevőkLásd: külön táblázatbanSzén-monoxid, vízgőz, metán, nemesgázokKén-dioxid (150 ppm), szén-monoxid, vízgőz, nemesgázokFelszíni nyomás, bar1,010,006193Kiterjedés (körülbelüli érték, km)500200250
A Föld légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
Felfedezése
Léon Teisserenc de Bort lett kinevezve 1892-ben a francia Nemzeti Meteorológiai Adminisztrációs Központ élére. Hamar felismerte, hogy az időjárás előrejelzéséhez nem elég a legfeljebb 3–4 km magasságig emelkedő hőlégballonok által szolgáltatott adatmennyiség. Akkoriban ennél magasabbra nem emelkedhettek az embert szállító léggömbök, mert feljebb nem volt elég oxigén a légzéshez.
1895-ben otthagyta állását, és versailles-i villájában teljes idejében nagy magasságot elérő léggömböket tervezett és szerkesztett. A következő öt évben Teisserenc de Bort egy általa tervezett kosarat használt a mérőműszerek felvitelére, amik között olyan hőmérő és nyomásmérő is volt, ami a mért adatokat rögzítette. Arra is gondolt, hogy a ballon emelkedése után a műszereket egy ejtőernyő segítségével biztonságosan visszahozza a földre, hiszen az adatok csak így voltak hozzáférhetők.
A műszereket tartalmazó, ejtőernyővel leereszkedő kosár követése még távcsővel is nehézségekbe ütközött, előfordult, hogy a csomagot nem találta meg, vagy az folyóba, tóba esett. Az is előfordult, hogy az ejtőernyő nem működött megfelelően, és a műszerpark összetört.
Mindezek ellenére Teisserenc de Bort kitartott, és megállapította, hogy a levegő hőmérséklete 6,5 °C-kal csökken kilométerenként (ahogyan ez várható is volt). 11 km-es magasságnál azonban a csökkenés megállt és –53 °C állandó értéken maradt 15 km-ig (az általa használt léggömbök nagyjából eddig tudtak emelkedni).
Eleinte Teisserenc de Bort nem hitte el, hogy a hőmérséklet csökkenése meg tud állni, arra gondolt, hogy nagy magasságban a Nap melegítő hatása jobban érvényesül, és ez okozza a csökkenés megállását. Emiatt elkezdte éjszaka felbocsátani a léggömbjeit, hogy ezt a hatást kiküszöbölje. Azonban a mérések éjszaka is azonosak voltak, a hőmérséklet csökkenése megállt 11 km-es magasságnál.
234 kísérlet után Teisserenc de Bort megállapíthatta, hogy a mérései pontosak és ez azt jelenti, hogy a légkör legalább két elkülönülő részből áll: a felszíntől kezdve 11 km-es magasságig terjedő rétegben a hőmérsékletváltozások hozzák létre az áramlásokat, a felhőket, a szelet és végső soron az időjárást. E fölött egy állandó hőmérsékletű réteg található, amiben a levegő gyakorlatilag zavartalan. Az alsó réteget troposzférának nevezte, görög szavakból összerakva, ami „a változások rétege” jelentéssel bír, míg a felső réteget sztratoszférának nevezte, aminek jelentése: „rétegek gömbje”.
Teisserenc de Bort felfedezése ma is a légkör megértésének alapjait jelenti.Kendall Haven: 100 Greatest Science Discoveries of All Time (Unlimited Libraries, 2007)
A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai A rétegek termikus felosztása, a nyomás- és hőmérsékleti adatok szerepelnek a hivatkozott ábrán. A Mars légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai
A Vénusz légkörének rétegződése, termikus és nyomásviszonyai A rétegeket, a nyomás- és hőmérsékleti adatokat egyaránt mutatja az ábra.
Az alábbi táblázat részletesen tartalmazza az egyes magasságokhoz tartozó nyomás- és hőmérsékleti értékeket.
300pxMagasságkmHőmérséklet°CLégnyomásatm046292,10542466,651038547,391534833,042030622,522526414,93302229,851351805,917401433,501451101,97950751,06655270,531460-100,235765-300,0976570-430,0369080-760,00476090-1040,0003736100-1120,00002660
A Föld légkörének részletes összetétele A Föld légkörének összetétele egyáltalán nem hasonlít más bolygókéhoz. E tekintetben a Vénusz és a Mars adódik összehasonlítási alapként. Azonban elméleti úton is kiszámítható, hogy milyen lenne a Föld légkörének összetétele kémiai egyensúly esetén. Egy ilyen modell számításai alapján a Föld légköre tényleg hasonlítana a Mars és a Vénusz légköréhez. Legnagyobb mennyiségben szén-dioxid alkotná, oxigén csak nyomokban lenne fellelhető. Nitrogént nem tartalmazna, mivel az a tengerekben oldódva nitrátként jóval stabilabb, mint a légkörben dinitrogén molekulaként. Egy ilyen légkör a magas üvegházhatás miatt az élet számára elviselhetetlenül magas hőmérsékletet tartana fenn. A Föld légkörének ettől az állapottól való eltérése elsősorban a bioszféra (az élőlények összessége) működéseinek köszönhető. Ezen kívül antropogén hatások is kimutathatók: például a CFC-k (klórozott-fluorozott szénhidrogének) jelenléte, a szén-dioxid és metán kibocsátásának növekedése. A szén-dioxid visszatartja a Földről kisugárzó hőt, ezért nagyban hozzájárul a klímaváltozáshoz.
+A Föld légkörének összetételeRészarány (%)Abszolút mennyiség (Gt)Éves kicserélődés (Mt/év)Éves kicserélődés aránya (%/év)Turn-over időFő input forrásokFő outputBiogeokémiai funkciókNitrogén78,0843,9 × 106300????légnyomás fenntartása; oxigén túl magas arányának elkerülése (öngyulladás megakadályozása)Oxigén20,946???növényi és mikrobiális fotoszintézisbiomassza elégése, élőlények légzése, fosszilis tüzelőanyagok égetéseélővilág hatékony oxidatív energianyerésének lehetővé tételeArgon0,934???????Neon1,818 × 10−3???????Hélium5,240 × 10−4???????Kripton1,140 × 10−4???????Xenon8,700 × 10−6???????Szén-dioxid0,041?????fotoszintézis lehetővé tétele; az éghajlat jelenlegi hőmérsékletének biztosítása;Metán2 × 10−44,81520-1000??Mocsarak, tengerek anaerob üledéke, rizsföldek, kérődző állatok, termeszek, biomassza égetés, szénbányászat, földgáz kezelésOH-gyökökkel való reakció (455 Mt/év), ülepedés (40 Mt/év)oxigén tartalom szabályozásaHidrogén5 × 10−5???????Dinitrogén-oxid2,5 × 10−5?30????oxigéntartalom szabályozásaÓzon0-5 × 10−6???????Vízgőz0-4???????Szén-monoxid0-2 × 10−5???????Nitrogén-dioxid0-3 × 10−7???????Ammónia0-2 × 10−6?300????pH-szabályozásKén-dioxid0-2 × 10−7?100????kén körforgásaKénhidrogén0-2 × 10−7??????kén körforgásaDimetil-szulfid????????Metil-klorid10−7?10?????Metil-jodid10−10?1?????CFC-k?????Az ipar kibocsátása??
A Mars légkörének részletes összetétele
Homokvihar a Marson. A képet a Hubble űrtávcső készítette 2005. október 28-án 200px|center| Kép a Marsról, amelyet a Hubble űrtávcső készített 2005. október 28-án. Homokvihar látható rajta Szén-dioxid 95,32% Nitrogén 2,7% Argon 1,6% Oxigén 0,13% Szén-monoxid 0,07% Vízgőz 0,03% Nitrogén-oxidok 0,013% Neon 2,5 ppm Kripton 300 ppb Formaldehid 130 ppb Xenon 80 ppb Ózon 30 ppb Metán 10,5 ppb
A légkör rétegződését a felszínre leszálló és leereszkedés közben nyomás-, hőmérséklet- és sűrűségméréseket végző műholdak adataiból ismerjük (Viking–1, Viking–2, MPF, MER). Ezen adatok alapján a marsi légkör három részre oszlik: alsó, középső és felső légkörre.
Az alsó légkör a felszíntől 40 km-es magasságig terjed. A nyomás és a hőmérséklet a magassággal csökken. Az energiatranszportban a konvekció a meghatározó kb. 10 km-es magasságig. A konvekció éjszaka megszűnik és erős hőmérsékleti inverzió lép fel a felszín közelében. Az alsó légkör nyomása és hőmérséklete a földi sztratoszféráéhoz hasonló értékű. Az alsó atmoszféra sűrűsége a szén-dioxid és a víz szublimálása, illetve a sarkokon való kicsapódása eredménye, ami az évszakoktól függ. Ez ahhoz vezet, hogy a felszíni nyomás is évszaktól függően ingadozik, 700-900 Pa között.
Az alsó légkört két folyamat melegíti. A légkörben lévő szén-dioxid egy nagyon gyenge üvegházhatást vált ki, mivel ez akadályozza az infravörös sugarak távozását a világűrbe. Ezen felül az alsó légkörben nagy mennyiségű finom porszemcse található, amik elnyelik a Napból érkező infravörös sugárzást, és újra kisugározzák azt. Ez a porréteg fontos szerepet játszik az alsó légkör hőmérsékletének meghatározásában. (a felszínről a „porördögök” gyakorlatilag folyamatosan emelik a légkörbe a finom porszemcséket).
Télen az ózon is hozzájárul kis mértékben a sarkok feletti légkör melegítéséhez azzal, hogy a Napból érkező UV-sugárzás hatására ózon keletkezik. Az ózon viszonylag ritka a légkörben, mivel kevés a rendelkezésre álló oxigén, és mivel reakcióba lép a légkörben lévő hidrogénnel (ami a vízpára fotolízise során keletkezik). A sarkok felett téli időszakban kevés a légkörben a vízpára, így ilyenkor több ózon keletkezik (Perrier et al., 2006). Ózont az alsó és a középső légköri rétegben is észleltek (Blamont and Chassefière, 1993; Novak et al., 2002; Lebonnois et al., 2006).
A középső légkör (vagy mezoszféra) 40–100 km között helyezkedik el. Itt a hőmérséklet erősen időfüggő. A hőmérséklet-változások a közeli infravörös sugárzás elnyelődéséből származnak, és a napsugárzásból eredő másodlagos sugárzásból, amit a szén-dioxid bocsát ki. Hatással van rá az alsó légkörben kialakuló hullámmozgás, ami a középső légkörben felerősödik az éjszakai és nappali oldal közötti hőmérsékletkülönbségek hatására (Schofield et al., 1997).
A felső légkör (vagy termoszféra) a 110 km fölötti magasságokon található. A termoszférát a Nap 10-100 eV közötti energiájú extrém UV-sugárzása gerjeszti (ez 10-100 nm közötti hullámhosszat jelent). A Nap extrém UV-sugárzásának erőssége a napciklustól függ. A hőmérséklet alacsonyabb, ha a Nap aktivitása alacsonyabb, és növekszik, ha a napfoltok száma növekszik. A 130 km feletti réteget ionoszférának nevezik, mert a Napból eredő sugárzás ionizálja a légkörben lévő gázokat. A Mars ionoszférájában lévő elektronok nagy része szén-dioxidból származik, és a nappali oldal felett a fényelektromos jelenség miatt nagyobb számban fordulnak elő.
A 130–150 km fölötti rétegben (ezt exobase-nek nevezik) a részecskék az alacsony sűrűség és a magas hőmérséklet miatt el tudnak szökni a világűrbe (Mantas and Hanson, 1979).Nadine Barlow: Mars - An Introduction to its interior, surface and atmosphere, Cambridge University Press, 2008,
A Vénusz légkörének részletes összetétele
Felhők a Vénusz légkörében; a kép UV-sugárzás érzékelésével készült. A felhők jellegzetes V-alakja az Egyenlítő-menti nagyobb szélerősségnek köszönhető250px|center|Felhők a Vénusz légkörében; a kép UV-sugárzás érzékelésével készült. A felhők jellegzetes V-alakja az Egyenlítő-menti nagyobb szélerősségnek köszönhető Összetétel Szén-dioxid 96,5% Nitrogén 3,5% Kén-dioxid 150 ppm Argon 70 ppm Vízgőz 20 ppm Szén-monoxid17 ppm Hélium 12 ppm Neon 7 ppm Hidrogén-klorid 0,1–0,6 ppm Hidrogén-fluorid 0,001–0,005 ppm
Légkörrel rendelkező égitestek a Naprendszerben