tele és vertikális szerkezete Készítette: Breuer Hajnalka

Átírás

1 ELTE-TTK TTK Meteorológiai Tanszék A légkl gkör összetétele tele és vertikális szerkezete Készítette: Breuer Hajnalka

2 Mi a légkl gkör? Meddig tart a légkl gkör r (km)?

3 Légkör A légkl gkör r a Földet F körülvevk lvevő különböző gázok, tovább bbá szilárd és s cseppfolyós részecskék k keveréke. ke. Határa addig terjed, amíg g a légrészecskék k a Földdel F EGYÜTT mozognak a Föld F gravitáci ciójának hatására ( 10000km).

4 Légkör r 6400km h 10000km

5 gkör összetételetele

6 gkör összetétele tele relatív v mennyiség g alapján Gázok keveréke + Fő összetevők (N 2, O 2, Ar) Nyomgázok (H 2 O, O 3, CO 2, stb.) szilárd és s cseppfolyós anyagok (aeroszolok) Nyomanyagok

7 Fő összetevők Gáz Vegyjel Térfogat % Jelentőség Nitrogén N 2 78,08 Bioszféra Oxigén O 2 20,94 Lélegzés Argon Ar 0,93 nincs

8 Nyomgázok Vízgőz z (H 2 O): a légkör r alsó rétegében találhat lható, időben és s térben t változv ltozó eloszlású 0-44 m%, üvegházhatású => 33 C-kal lenne kevesebb a felszíni átlag hőmérséklet (H 2 O: 20,6 C, CO 2 : 7,2 C, O 3 : 2,4 C, N 2 O: 1,4 C, CH 4 : 0,8 C) felhőképződés s (+ aeroszolok). Ózon (O 3 ): elsősorban sorban a világűrb rből érkező UV sugárz rzást szűri meg. Szén-dioxid (CO 2 ): a légkl gkör r alsó rétegében találhat lható, szerves anyagok oxidáci ciójával jut a légkl gkörbe, üvegházhatású koncentráci ciója kb. 60-szor kisebb mint a vízgőzé,, de 7 C-kal7 járul a felszíni átlag hőmérsh rséklethez.

9 gkör összetétele tele időbeli és s térbeli t változv ltozékonyság g alapján Tartózkod zkodási idő: : amely idő alatt az anyag teljesen kikerülne a levegőből, l, ha nem lenne további emisszió. Állandó összetevők: : >10 6 év, Változó: : pár p év, Erősen változv ltozó: : pár p r nap, pl.: antropogén eredetű szennyező anyagok (SO 2, NO, NO 2, CO), toxikus nehéz z fémekf mek.

10 gkör összetételetele Relatív mennyiség alapján Időbeli és térbeli változatosság alapján

11 gkör r vertikális szerkezete

12 nyomás és s sűrűségs Emlékeztet keztető Sűrűség g (ρ)( = tömeg/térfogat [kg/m 3 ] Nyomás s (p)( ) = erő/ter /terület [Pa] Légköri nyomás adott magasságban gban a levegő oszlop által 1 m 2 felületre letre kifejtett erő.

13 nyomás és s sűrűségs Sűrűség g (ρ)( = tömeg/térfogat [kg/m 3 ] Nyomás s (p)( ) =er= erő/terület [Pa] Légköri nyomás adott magasságban gban a levegő oszlop által 1 m 2 felületre letre kifejtett erő. Melyik a fejt ki nagyobb nyomást egy lábon l állva, egy átlagos nő tűsarkon állva, vagy egy afrikai elefánt nt? p = F / A = ( m g) / A p 60kg 60kg = = cm g g 0,0002m p = 3000kg g 1500cm = 3000kg 0,15m g p 60kg g = m kg = 5 2 m g p 3000kg g = ,15m kg m 4 = 2 g

14 nyomás és s sűrűségs A légkl gkör r sűrűsége s és s nyomása exponenciálisan csökken a magassággal. ggal. Magasság (km) Légnyomás Levegő molekulák Levegő sűrűsége Alacsony növekedés Magas

15 nyomás és s sűrűségs Sűrűség (kg/m 3 ) Légkör r teljes tömege: t 5,3 x t. A légkl gkör r tömegt megének 99% -a a a légkl gkör r alsó 30 km-es rétegr tegében találhat lható. Miért nem repülnek a repülők k 40 km-en vagy annál magasabban?

16 nyomás és s sűrűségs A légkl gkör r magasság g szerinti eloszlása: sa: dp/dz = -gρ /sztatika alapegyenlete/ (p+ p) A m g z + gázegyenlet g (pα = RT) => dp/p = -g g / (R T) dz => P = P 0 exp (-gz/rt) p A

17 felosztása sa tulajdonságok alapján Összetétel tel alapján Hőmérséklet eloszlás s alapján Ionizálts ltság g alapján

18 Homoszféra összetétel tel alapján a felszf elszíntől l kb. 85 km magasságig gig, relatív összetétel tel állandó, vertikális légmozgl gmozgások, turbulens diffúzi zió biztosítja tja az átkeveredést. Heteroszféra ra az összetö sszetétel tel a magasság g függvf ggvénye. A levegő nagyon ritka => átkeveredési folyamatokhoz képest az egyes molekulák ütközés s nélkn lkül úthossza (szabad úthossz) nagyon hosszú. A rétegzr tegződés s molekula súly s alapján n törtt rténik minél nehezebbek, annál l alacsonyabban vannak.

19 1 2 A légkl hőmérséklet eloszlás s alapján Hőmérséklet def.: Az atomok, molekulák átl.. mozgási energiája. Szilárd testekben: rezgés; folyadékokban és s gázokban: g rezgés s + haladás. E = 5/2 N A k T = 5/2 R T N A = 6, [1/mol] (Avogadro-sz szám) k = 1, (24) [J/K] (Boltzmann-álland llandó) R = 8,314 [J/(mol*K mol*k)] ] (által( ltalános gázállandg llandó) Példa: Mekkora egy szobahőmérs rsékletű (25 C) N 2 molekula átlagos sebessége? 2 5 5RT 8, m Mv = RT => vn = 1 5 Mv= 2 RT = 665 = M = 2 0,028 s km h

20 hőmérséklet eloszlás s alapján Hőmérsékleti skálák: k: A hőmérsh rséklet mérésére re szolgáló különböző hőfok-beosztású skálák. k. Celsius skála: A víz v olvadáspontja és s forráspontja között k 100 részre r felosztott skála, viszonyítási si pontja a fagyás pont => 0 C. 0 Kelvin-sk skála: viszonyítási si pontja az abszolút t 0 fok részecskék teljesen mozdulatlanok (a világűr hőmérséklete 4K). T K = 273,15 + t [ C] Fahrenheit skála: T F = 9 / 5 x t [ C]+32

21 hőmérséklet eloszlás s alapján Milyen a hőmérsh rséklet változv ltozása a tengerszint feletti magasság g növekedn vekedésével? vel? a) sűrűséghez és s nyomáshoz hasonló, b) nem exponenciálisan, de folytonosan csökken, c) exponenciálisan növekszik, n d) nem exponenciálisan, de folytonosan növekszik, n e) változékony, van ahol növekszik, n van ahol csökken kken.

22 hőmérséklet eloszlás s alapján Milyen a hőmérsh rséklet változv ltozása a tengerszint feletti magasság g növekedn vekedésével? vel? a) sűrűséghez és s nyomáshoz hasonló, b) nem exponenciálisan, de folytonosan csökken, c) exponenciálisan növekszik, n d) nem exponenciálisan, de folytonosan növekszik, n e) változékony, van ahol növekszik, n van ahol csökken kken.

23 hőmérséklet eloszlás s alapján

24 Troposzféra ra hőmérséklet eloszlás s alapján Emelkedve a nyomás s is csökken => levegő kitágul => sűrűség g is csökken kken. A földfelszf ldfelszíntől l kap energiát t => hőmérsh rséklet csökken a magasság g növekedn vekedésével. Horizontális és s vertikális mozgások => Időjárás s legnagyobb része r ebben a rétegben r zajlik.

25 hőmérséklet eloszlás s alapján Hőmérséklet rétegzr tegződése a troposzférában nem egyenletes Vertikális hőmérsh rsékleti gradiens: γ = -dt/dz Ha γ > 0: a T a magassággal ggal csökken Ha γ < 0: a T a magassággal ggal nő n (inverzió) Ha γ = 0: izotermikus rétegr

26 Keverési arány (g/kg) Átlagos γ 6,5 C/km Időjárást stól és évszaktól függően LOKÁLISAN LISAN főként az alsó kb m-m es rétegben ettől jelentősen (±1-10 C/km) eltérhet. Inverzió

27 troposzféra ra szerkezete Lamináris rétegr teg: : felszínt borító néhány ny mm vastag légtömeg. Felszíni rétegr teg: : vertikális anyagáram éjjel: m, m nappal: m. m Határr rréteg: : m magasságig gig horizontális és s vertikális légmozgl gmozgás, 1-2 óra alatt reagál l a felszíni változv ltozásokra, felszíni hatások jelentősek (domborzat), szennyezőanyag terjedés. Szabad légkl gkör: : határr rrétegtől tropopauzáig vertikális légmozgl gmozgás s elhanyagolható a horizontálishoz képest (kivéve ve zivatar felhők k esetén) n).

28 Tropopauza hőmérséklet eloszlás s alapján A hőmérsh rséklet változv ltozása kb. 2 km vastagságban gban < 2 C. 2 Az Egyenlítő környékén n km, sarkoknál 6-88 km magasan. Csak szakadás hatására van anyagcsere troposzféra ra és s a felette levő légréteg között. k

29 hőmérséklet eloszlás s alapján Sztratoszféra Miért növekszik n a hőmérséklet a magassággal? ggal?

30 hőmérséklet eloszlás s alapján Sztratoszféra Miért növekszik n a hőmérséklet a magassággal? ggal? A sztratoszférában találhat lható O 3 elnyeli a Napból érkező UV sugárz rzást + az O 3 keletkezésekor energia szabadul fel => energia többlet => hőmérsh rséklet emelkedés.

31 Sztratoszféra hőmérséklet eloszlás s alapján Mi az ózonlyuk?

32 Sztratoszféra hőmérséklet eloszlás s alapján Mi az ózonlyuk? Ózonlyukról l akkor beszélünk, ha az átlagos sztratoszférikus rikus ózon mennyiségének nek csak kb. 30%-a van jelen adott területen.

33 Sztratoszféra hőmérséklet eloszlás s alapján Mi az ózonlyuk? Ózonlyukról l akkor beszélünk, ha az átlagos sztratoszférikus rikus ózon mennyiségének nek csak kb. 30%-a van jelen adott területen. A légszennyezl gszennyezést st mérőm állomásokon is mérnek m ózont, ha elnyeli az UV sugárz rzást, akkor miért baj, hogy a felszínen is van ózon?

34 Sztratoszféra hőmérséklet eloszlás s alapján Mi az ózonlyuk? Ózonlyukról l akkor beszélünk, ha az átlagos sztratoszférikus rikus ózon mennyiségének nek csak kb. 30%-a van jelen adott területen. A légszennyezl gszennyezést st mérőm állomásokon is mérnek m ózont, ha elnyeli az UV sugárz rzást, akkor miért baj, hogy a felszínen is van ózon? Mert ipari szennyezés s eredmények nyeképpen keletkezik, erős s oxidáló hatású, üvegházhatású gáz. A troposzférikus rikus ózon roncsolja a növényzet n nyzet légcsere l nyílásait és s káros k az emberi egészs szségre.

35 Sztratoszféra hőmérséklet eloszlás s alapján Mi az ózonlyuk? Ózonlyukról l akkor beszélünk, ha az átlagos sztratoszférikus rikus ózon mennyiségének nek csak kb. 30%-a van jelen adott területen. A légszennyezl gszennyezést st mérőm állomásokon is mérnek m ózont, ha elnyeli az UV sugárz rzást, akkor miért baj, hogy a felszínen is van ózon? Mert ipari szennyezés s eredmények nyeképpen keletkezik, erős s oxidáló hatású, üvegházhatású gáz. A troposzférikus rikus ózon roncsolja a növényzet n nyzet légcsere l nyílásait és s káros k az emberi egészs szségre. Sztratopauza (kb. 50 km) ~ tropopauza

36 hőmérséklet eloszlás s alapján Mezoszféra a hőmérsh rséklet csökken a magassággal ggal, a molekulasm olekulasúly ly lassan csökkeni kezd, a légkör r hőmérsh rséklete a mezoszféra tetején n a legalacsonyabb.

37 hőmérséklet eloszlás s alapján Mezoszféra A Földet F elérő meteoritok ebben a rétegben kezdenek el izzani. Ha a hőm. h itt a legalacsonyabb mitől izzanak a meteoritok? Mezopauza kb. egybeesik a homoszféra és heteroszféra ra határával (kb. 85 km)

38 hőmérséklet eloszlás s alapján

39 hőmérséklet eloszlás s alapján Termoszféra ra: Kb km Anyagok tömeg t szerinti szétv tválása, a hőmérséklet a magassággal ggal emelkedik molekulák k rövid r hullámú sugárz rzást nyelnek el. A nemzetközi zi űrállomás s kb. 350 km magasságban gban kering a Föld körül, k hogyan lehetséges hogy a magas hőmérsh rséklet nincs hatással sem az űrállomásra, sem pedig az űrhajósokra?

40 hőmérséklet eloszlás s alapján Exoszféra ra: Kb km A molekulák és s atomok nagy sebességgel ballisztikus pályp lyán haladnak. A H elérheti szökési si sebességet get. Mekkora a szökési si sebesség? 3RT 5RT 3 8,31 5 8, m v H v N = = = = = =

41 hőmérséklet eloszlás s alapján Troposzféra ra Tropopauza kb. 12 km Sztratoszféra Sztratopauza kb. 50 km Mezoszféra Mezopauza kb. 808 km Termoszféra ra kb. 500 km-ig Exoszféra kb km-ig

42 Heteroszférában ban: ionizálts ltság g alapján A molekulák k szabad úthossza nagy. Kozmikus-,, napsugárz rzás s nagy energiájú ionizálja a légköri részecskr szecskéket, töltött tt (pozitív v vagy negatív) részecskr szecskék k jelennek meg. Ionoszféra ra: : Alsó határa: ahol a max.. behatolóképességű sug.. már m r elegendő e - -ion párt kelt ahhoz, hogy a rádir dióhullámok terjedését észrevehetően en befolyásolj solják. Ionoszféra szerepe távközlés rádió hullámok terjedése

43 ionizálts ltság g alapján Ionoszféra rétegeir D rétegr km, csak nappal, alacsony hullámhossz mhosszú rádió hullámok elnyelése E rétegr km F rétegr km, napközben F1 és s F2 rétegre osztható,, rádir dió hullámok visszaverése se a felszín n felé. Magasság (km) Ionoszférikus elektron sűrűség (log 10 cm -3 ) Légköri hőmérséklet (K)

44 Magnetoszféra ra: ionizálts ltság g alapján Teteje a magnetopauza,, a légkl gkör r felső határa, mely a napszél és s a földi f mágneses m tér t r kölcsk lcsönhatásaként alakul ki. A gáz g z mozgását t már m r nem a gravitáci ció,, hanem a földi f mágneses tér t és s a plazma kapcsolata határozza meg.

45 ionizálts ltság g alapján Auróra ra jelenség: - Napkitörések => nagy mennyiségű plazma kerül l a pólusoknál l az ionoszférába - Ionizált és s gerjesztett állapotú O (piros,zöld),n (kék),n 2 (vörös)

46 A Naprendszer többi t tagja Átmérő (km) Távolság (x10 6 km) Átlagos felszíni hőm. h ( C) Sűrűség (kg/m 3 ) Főbb légkl gköri összetevők Nap 1,392,000-5,800 - Merkúr 4, ,4 - Vénusz 12, ,3 CO 2 Föld 12, ,5 N 2, O 2 Mars 6, ,9 CO 2 Jupiter 143, ,3 H 2, He Szaturnusz 121,000 1, ,7 H 2, He Uránusz 52,800 2, ,3 H 2, CH 4 Neptunusz 49,500 4, ,7 H 2, CH 4

47 A Naprendszer többi t tagja

48 Köszönöm a figyelmet!