6. Ilmakehän rakenne

Ilma­kehä eli atmo­sfää­ri on noin vii­si­sa­taa kilo­met­riä pak­su kaa­suis­ta muo­dos­tu­va ”kal­vo” maa­pal­lon ym­pä­ril­lä.

Ilma­ke­hän pai­ne las­kee no­pe­as­ti maan pin­nal­ta ylös­päin men­tä­es­sä, jo­ten se on jo sa­dan kilo­met­rin kor­keu­del­la ää­rim­mäi­sen har­va. Tä­män ta­kia ilma­ke­häl­le ei voi mää­ri­tel­lä tark­kaa pak­suut­ta ja ylä­ra­jaa.

Ilmakehän kaasukoostumus

Ilma­ke­hän ylei­sin kaa­su on typ­pi (78 %), mut­ta elä­män kan­nal­ta tär­kein ilma­ke­hän kaa­su on hap­pi (21 %). Jäl­jel­le jää­väs­tä yh­des­tä pro­sen­tis­ta val­ta­osa on vä­hän re­a­goi­vaa jalo­kaa­sua ar­go­nia sekä pie­niä mää­riä mo­nia mui­ta kaa­su­ja. Hii­li­di­ok­si­dia CO₂ on täl­lä het­kel­lä ilma­ke­hän koos­tu­muk­ses­ta noin 0,04 %. Kos­ka sitä on niin vä­hän, ih­mi­nen vai­kut­taa sen pi­toi­suu­teen suh­tees­sa pal­jon. Pää­osin ih­mi­sen te­ke­mä hii­len polt­ta­mi­nen on­kin mel­kein kak­sin­ker­tais­ta­nut ilma­ke­hän CO² -pi­toi­suu­den pa­ris­sa sa­das­sa vuo­des­sa ja pi­toi­suu­den nou­su jat­kuu. Kaa­su­jen li­säk­si ilma­ke­häs­sä on pie­niä mää­riä kiin­tei­tä hiuk­ka­sia sekä vaih­te­le­via mää­riä vet­tä kaa­su­na eli vesi­höy­ry­nä tai pie­ni­nä pi­sa­roi­na eli su­mu­na ja pil­vi­nä.

Ilma­ke­hän kaa­su­koos­tu­mus on noin sa­dan kilo­met­rin kor­keu­del­le ta­sai­nen kaa­su­seos. Tätä ker­ros­ta kut­su­taan homo­sfää­rik­si.  Homo­sfää­rin ylä­puo­lel­la he­te­ro­sfää­ris­sä il­man kaa­sut ovat pai­non­sa mu­kai­sis­sa ker­rok­sis­sa. Ylim­pi­nä ole­vien vety­a­to­mien ti­heys pie­ne­nee vä­hi­tel­len si­ten, että yli 500 kilo­met­rin kor­keu­des­sa nii­tä­kin on enää hy­vin har­vas­sa. Ilma­ke­hän kat­so­taan vaih­tu­van ava­ruu­dek­si täl­lä vyö­hyk­keel­lä.

Ilmakehän kerroksellisuus

Sää­il­mi­öt, ku­ten sa­teet ja tuu­let, ta­pah­tu­vat ilma­ke­hän alim­mas­sa ker­rok­ses­sa, tro­po­sfää­ris­sä. Tro­po­sfää­ri ulot­tuu noin 12 kilo­met­rin kor­keu­teen. Tro­po­sfää­rin alim­man osan ilma on läm­pi­min­tä, kos­ka au­rin­gon inf­ra­puna­sä­tei­lyn läm­mit­tä­mä maan pin­ta on läm­mit­tä­nyt sitä. Me­ren pin­nan ta­sol­ta ylös­päin men­tä­es­sä ilma vii­le­nee 0,6 celciusastetta sa­taa met­riä koh­den. Käy­tän­nös­sä tämä tar­koit­taa sitä, että kak­si kilo­met­riä kor­ke­al­la vuo­rel­la on noin 12 as­tet­ta vii­le­äm­pää kuin me­ren­pin­nal­la. Tro­po­sfää­rin ylä­o­sis­sa, mis­sä mat­kus­ta­ja­ko­neet usein len­tä­vät, on noin -60 cel­sius­as­tet­ta pak­kas­ta.

Tro­po­sfää­rin ylä­puo­lel­la, noin 10-50 kilo­met­rin kor­keu­del­la on stra­to­sfää­ri, jos­sa läm­pö­tila ylös­päin men­tä­es­sä nou­see. Täs­sä ker­rok­ses­sa noin 30 kilo­met­rin kor­keu­del­la on mel­ko pal­jon ot­so­nia, pu­hu­taan ot­so­ni­ker­rok­ses­ta. Ot­so­ni­ker­ros suo­dat­taa eli­öil­le hai­tal­lis­ta run­sas­e­ner­gis­tä Au­rin­gon ult­ra­vi­o­let­ti- eli UV-sä­tei­lyä. Stra­to­sfää­rin ot­so­ni­pi­toi­suu­den on ha­vait­tu vä­he­ne­vän ja sa­mal­la maan pin­nal­le tu­le­van UV-sä­tei­lyn mää­rän on ha­vait­tu li­sään­ty­neen. Ot­so­ni­ka­dos­ta on ker­rot­tu hie­man tar­kem­min lu­vus­sa 13.

Stra­to­sfää­rin ylä­puo­lel­la on mesosfääri, jos­sa läm­pö­tila ylös­päin men­tä­es­sä jäl­leen kään­tyy las­kuun ja ter­mosfää­ri, jos­sa läm­pö­tila ylös­päin men­tä­es­sä nou­see. Kaik­kien kor­keim­mal­la ole­vat ylä­pil­vet ovat mesosfäärissä.

Ter­mosfää­rin ylä­o­sis­sa läm­pö­tila on Au­rin­gon ly­hyt­aal­toi­sen sä­tei­lyn imey­ty­mi­sen eli ab­sor­boi­tu­mi­sen vuok­si hy­vin kor­kea, mut­ta kaa­su on niin har­vaa, että se ei tun­tui­si läm­pi­mäl­tä. Ter­mosfää­ri siis es­tää elä­mäl­le hai­tal­li­sin­ta ly­hyt­aal­toi­sin­ta ja run­sas­e­ner­gi­sin­tä Au­rin­gon sä­tei­lyä: gam­ma- ja rönt­gen­sä­tei­lyä pää­se­mäs­tä maan pin­nal­la.

Re­von­tu­lia esiin­tyy ter­mosfää­rin ala­o­sas­sa, iono­sfää­ris­sä. Re­von­tu­lia syn­tyy, kun Au­rin­gos­ta läh­te­neet hiuk­ka­set, pro­to­nit ja elekt­ro­nit, osu­vat ilma­ke­hän ter­mosfää­rin hap­pi- ja typ­pi­a­to­mei­hin vi­rit­tä­en nii­den elekt­ro­ne­ja. Kaa­su­jen ato­mien vi­ri­tys­ti­lan pur­kau­tu­mi­nen ha­vai­taan nä­ky­vä­nä va­loa, jota kut­su­taan re­von­tu­lik­si.

Ilma­ke­hän ja ava­ruu­den vaih­tu­mis­ker­rok­ses­sa, ekso­sfää­ris­sä, kaa­su­jen ti­heys on jo ää­rim­mäi­sen har­vaa.

Magneettikenttä

Maa­pal­lol­la on sen nes­te­mäi­ses­tä rau­das­ta koos­tu­van ulko­y­ti­men vir­taus­ten ai­heut­ta­ma mag­neet­ti­kent­tä, mag­ne­to­sfää­ri, joka ulot­tuu kau­as ilma­ke­hän ulko­puo­lel­le­kin. Mag­ne­to­sfää­ri suo­jaa maa­pal­loa au­rin­ko­tuu­len pro­to­neil­ta ja elekt­ro­neil­ta.

Maa­pal­lon napa-alu­eil­la mag­neet­ti­kent­tä on eri­muo­toi­nen kuin muu­al­la ja pääs­tää enem­män Au­rin­gon hiuk­ka­sia ilma­ke­hään. Sik­si esi­mer­kik­si Suo­mes­sa näh­dään enem­män re­von­tu­lia kuin ete­läm­pä­nä.

Lisä­tie­toa maa­pal­lon mag­neet­ti­ken­täs­tä löy­dät Hel­sin­gin yli­o­pis­ton Fy­sii­kan lai­tok­sen esi­tyk­ses­tä.

Lisä­tie­toa re­von­tu­lis­ta.

Kuva 6.1. Re­von­tu­lia Nor­jas­sa.

Kuva 6.2. Ilma­ke­hän kaa­su­koos­tu­muk­sen pää­piir­teet.

Kuva 6.3. Ala­ilma­ke­hän ra­ken­ne.

Kuva 6.4. Maa­pal­lon mag­neet­ti­kent­tä.