Atmosfääri koostis ja ehitus (3)

ATMOSFÄÄR
Atmosfäär ehk õhkkond.
Tänapäeva ilmaennustamiseks kasutatakse satelliitpilte, ilmaradareid, õhupalliga taevasse lastavatelt raadiosondidelt, laevadel ja lennukitel olevatest automaatjaamadest. Arvutid on palju arengule kaasa aidanud.
Atmosfääri koostis ja ehitus
Õhk on gaaside segu, mis koosneb lämmastikust (78 %), hapnikust (21 %), argoonist (0,93 %), süsihappegaasist (0,03 %) ja mitmesugustest teistest gaasidest.
Lämmastik tekib orgaanilise aine lagunemisest ja on vajalik taimekasvuks . Hapnikku tuleb õhku juurde fotosünteesivate organismide elutegevuse käigus. Süsihappegaas satub õhku fossiilsete kütuste põletamise, vulkaanipursete ja organismide hingamise tagajärjel.(neelab pikalainelist soojuskiirgust, tekitab suures koguses kliimasoojenemist)
Veeauru hulk õhus varieerub 0,5 – 4 %. Kõige rohkem veeauru on ekvatoriaalses kliimavöötmes. Veeaur neelab päikesekiirgust ja ka maapinna soojuskiirgust, mille tagajärjel temperatuuri kõikumised õhus vähenevad. Veel esineb õhus pisikesi tolmu-, tahma – ja soolaosakesi, mida nimetatakse aerosooliks.
Õhutemperatuuri vertikaalsuunalise muutumise alusel on atmosfäär jagatud neljaks sfääriks.
Igat sfääri iseloomustab temperatuuri kindlasuunaline liikumine:

Troposfäär – kõige alumine atmosfääri kiht, kus paikneb valdav osa( 80 %) õhkkonna massist. Troposfääris on õhutemperatuuri järkjärguline langemine , keskmiselt 6 kraadi kilomeetri kohta.
Tropopaus – õhukiht, mis on troposfääri kohal ja millest kõrgemal enam temperatuur ei lange. Polaaraladel kuskil 8-9 kilomeetri kõrgusel, ekvaatori suunas tõuseb see 15-16 kilomeetri kõrgusele.
Troposfääri paksuse laiuselist muutumist põhjustab maakera pöörlemisest tingitud kesktõukejõud, mis kuhjab rohkem õhku kokku troopilistele aladel, kus jõud on kõige tugevam. Troposfääris tekivad pilved ja sademed, õhk liigub ja seguneb pidevalt, kujuneb ilm ja kliima

Stratosfäär ulatub ligi 50 km kõrguseni ja moodustab u. 20 % atmosfääri massist. Siin temperatuur kõrguse kasvades suureneb. Selle peamiseks põhjustajaks on osoonikiht - osoon neelab UV-kiirguse.

Mesosfäär – (50- 85 km ) Enam osooni pole ja temperatuur langeb kiiresti kõrguse kasvades. Õhk on üsna hõre.

Termosfäär – õhumolekule on nii vähe, et nende suure kineetilise energia tõttu temperatuur tõuseb. Termosfäär läheb üle planeetidevaheliseks ruumiks.
Tinglikult võib õhkkonna paksuseks lugeda 1000 km.
Päikesekiirguse spekter jaotatakse kolmeks peamiseks lainealaks:

Nähtav valgus – 56 % kiirgusest, silmaga nähtav valgus

UV kiirgus – 8 % päikesekiirgusest. Põhjustab naha päevitust, mis liialdamisel on tervist kahjustav . Eriti intensiivne polaaraladel ja nende läheduses.

Infrapunane kiirgus - 36 % kogukiirgusest. Inimese silm ei näe, aga keha tunneb soojusena
Päikesekiirguse muutumine atmosfääris
Osa kiirgusest neeldub atmosfääris ja neeldub soojusenergiaks, peegeldub tagasi pilvedelt. Neelavateks aineteks on stratosfääris osoon ning troposfääris veeaur, pilved ja aerosool .
Maapinnale jõuab umbes pool atmosfääri sisenenud päikesekiirgusest. osa hajub pilvedes ja jõuab maale hajuskiirgusena. Otse- ja hajuskiirgus moodustavad kogukiirguse.
Maapinnale jõudnud kiirgusest neeldub maapinnas, mille tagajärjel aluspind soojeneb. Teine osa peegeldub atmosfääri tagasi. Aluspinna albeedo e. tagasipeegeldunud kiirguse suhe. Lume puhul on see 0,9 või üle selle. Albeedo iseloomustab aluspinna peegeldumisvõimet. Taimkattega maapinna albeedo on 0,25.
Kiirgusbilanss
Mida kõrgem on aluspinna temperatuur ja madalam õhutemperatuur, seda suurem on Maa soojuskiirgus ja seda kiiremini maapind jahtub.
Kui aga ilm on pilves , õhk soe ja sisaldab palju veeauru, siis esineb märkimisväärne atmosfääri vastukiirgus.
Efektiivseks kiirguseks nimetatakse Maa soojuskiirguse ja atmosfääri vastukiirguse vahet.
Kiirgusbilanss on maapinnas neeldunud ja maapinnalt lahkunud kiirgusvoogude vahe :
R=Q(1-A) – E
kus R- kiirgusbilanss, Q-kogukiirgus , A-albeedo, E – efektiivne kiirgus
Positiive kiirgusbilanss tähendab seda, et maapind saab päikeselt rohkem kiirgusenergiat, kui ise soojuskiirgusena ise ära annab. – Maapind soojeneb.
Eesti aastane kiirgusbilanss on positiivne. Tervikuna on maakera kiirgusbilanss tasakaalus.
Osooniaugud
Osooni on kõigis atmosfääri kihtides, kuid valdav osa on stratosfääris. Osooniaukudeks nimetatakse osoonikihi olulist õhenemist stratosfääris. (Kuid see ei tähenda täielikku puudumist)
Osoonile on omane selgelt väljendunud sesoonne iseloom. Kõige suurem oht UV poolt on kevadel, kui osooni on vähem, päikesekiirgus suur ja inimesed pole harjunud sellist kogust kiirgusest saama,
Peamiselt lagundavad osooni freoonid (külmutuskappide, õhujahutusseadmete ja mitmete balloonide kasutamisel )
Montreali protokoll – kindlateks tähtaegadeks freoonide tootmine lõpetada.
Kasvuhooneefekt
Lühilaineline päikesekiirgus läbib atmosfääri kuid pikaajalise soojuskiirguse väljumine on takistatud. See neeldub õhus, atmosfäär soojeneb. Soojuskiirguse neelajaks on veeaur, CO2, CH4, N2O, O3, aerosool , neid nimetatakse kasvuhoonegaasideks.
Kasvuhooneefekt on looduslik protsess, mis esineb atmosfääris koguaeg suuremal v vähemalt määral kogu aeg. Praegusel ajal on aga inimtegevuse tagajärjel eelkõige süsihappegaas, aga ka metaan ja naerugaas.
Tuul ja õhuringlus
Tuule kiirust ja suunda mõjutavad tegurid
Õhurõhu territoriaalsed erinevused põhjustavad õhu horisontaalse liikumise – tuule. Õhu paneb liikuma õhurõhkude erinevusest tekkinud gradientjõud, mis on suunatud kõrgema rõhuga aladelt madalama rõhuga ala suunas.
Oluliseks suunda mõjutavaks jõuks on maakera pöörlemisel tekkiv inertsjõud ehk Coriolisi jõud. See jõud on maksimaalne poolusel ja puudub ekvaatoril.
Maapinnalähedases, kuni 1 m kõrguses õhukihis mõjutab tuule liikumist veel aluspinna hõõrdejõud. Selle tulemusena tuul väheneb ja tuule suund muutub. Sellest tulenevalt võib tähele panna tuule suuna kuni 30-kraadilist erinevust ehk tuulenihet.
Globaalne õhuringlus ehk atmosfääri üldine tsirkulatsioon tähendab suuremõõtmeliste õhuvoolude suhteliselt püsivat süsteemi, mille järgi toimub õhumasside ümberpaiknemine maakeral.
Maakera hõlmava õhuringluse muudavad keerukaks mitu asjaolu:
Coriolisi seadus, hõõrdejõud, mere- ja maismaa-alade erinev soojenemine ja jahtumine (kõrg ja madalrõhualade paiknemise muutumine – määrab tuulte tsonaalse jaotumise ), kõrged mäestikud.
Mussoonid – kujutab endast ulatuslikku õhuvoolude süsteemi, mille korral tuule suund muutub sesoonselt vastupidiseks. Tekivad suurte mandrite äärealadel maismaa ja veepinna erinevast soojenemisest ja jahtumisest. Tüüpilisel kujul esinevad Lõuna-Aasias.
Paljuaastase keskmise õhurõhu kaardilt on näha kõrgema ja madalama õhurõhuga piirkonnad ehk miinimumid ja maksimumid. Neid kokku nimetatakse atmosfääri mõjukeskmeks, sest nad kujundavad õhuringlust palju suuremal alal, kui nende endi pindala.
Eestis Islandi miinimum : põhjustab pehme ja sajuse talveilmastiku
Assoori maksimum: suvel eriti palavad ja päikesepaistelised ilmad
Grööni v Siberi maksimum: pakaselised talveilmad
Õhuringluse mõju Eesti kliimale
Eesti paikneb üleminekuvööndis, merelisest kliimast mandrilisele. Ilmastik väga vahelduv, eriti talvel, kui ilm sõltub õhuvoolude suunast .(läänevoolu intensiivsus)
Viimastel aastakümnetel on kesk õhutemperatuur tõusnud, tulenevalt globaalsest soojenemisest.
Õhumassid, frondid, tsüklonid
Õhumassiks nimetatakse tohutu suurt õhu hulka, mis on kujunenud ühesuguse aluspinna kohal ja millel on sarnased omadused (temperatuur, niiskus). Kui õhumass liigub teistsuguse aluspinna kohal, hakkavad tema omadused muutuma .
Peamised õhumassid maakeral:

• Arktiline õhk – külm ja kuiv. Liikudes lõunasse õhk soojeneb vähehaaval ja muutub järjest kuivemaks. Eestis esineb arktilise õhu sissetunge talvel, põhjustades pakast, kevadel külma ja selget ilma.
  
• Parasvöötme mereline õhk – niiske, talvel soe, suvel jahe. Kujuneb parasvöötmes ookeanide kohal. Valitseb pilves ja sajune ilm. Eestisse kandub läänevooluga. Talvel sulailmad, suvel vihmased ja tuulised ilmad.
  
• Parasvöötmeline kontinentaalne õhk – kuiv, suvel soe, talvel külm. Kujuneb mandri kohal keskmistel laiustel. Ilm on valdavalt selge. Eestis esineb sageli. Suvel palav , talvel pakane ilm
  
• Troopiline mereline õhk – soe ja niiske. Kujuneb ookeanide kohal kõrgrõhuvööndis ja passaattuulte vööndis.
  
• Troopiline kontinentaalne õhk – palav ja äärmiselt kuiv. Kujuneb troopiliste kõrbete kohal.
  
• Ekvatoriaalne õhk – kuum ja niiske. Kujunenud ekvaatori lähedases madalrõhuvööndis nii ookeanide kui ka mandrite kohal. Võimsad tõusvad õhuvoolud, paduvihmad, maapind püsivalt niiske.
  
• Antarktiline õhk – külm ja kuiv, kujunenud mandrit katva jääkilbi kohal. Kõige külmem piirkond Maal.
  

Atmosfäärifrondid
Frondid on kitsad eraldusvööndid kahe erineva omadustega õhumassi vahel. Soojemat ja külmemat õhumassi eraldav front kujutab endast läbilõikes pigem frontaalpinda, kus ülevalpool on soojem ja allpool külmem õhk.
Frondi liikumisest on võimalik eristada järgmisi fronte:

• Statsionaarne e. püsiv front- esineb siis kui front on mitu päeva seisnud paigal ja pole võimalik määrata liikumise suunda
  
• Soe front – tekib kui soojem õhumass liigub külmale peale
  
• Külm front- esineb kui külmem mass liigub soojale alla
  

Sooja frondi üleminekul muutub ilmastik seaduspäraselt. Frondi lähenedes tõmbab taevas pilve, sest soe õhk liigub külmale peale ja sunnib seda taganema. Mööda frontaalpinda liikudes soe õhk jahtub ja kondenseerub, tekivad pilved.
Külma frondi puhul on edasiliikuv külm front raske ja liigub maapinna lähedal, lükates sooja õhu ülespoole. tekivad rünksajupilved, esineb äikest. Temperatuur langeb järsult.
Frontide puhul on oluline meelde jätta, et sooja frondi puhul on sajuala frondi ees, külma puhul frondi taga.
Madalrõhkkonnad ehk tsüklonite ja kõrgrõhkkondade ehk antitsüklonite vaheldumine põhjustab Eestis muutlikku ilma. Nende keeriste tõttu ei valitse meil koguaeg püsivad lääne- ja edelatuuled.
Tsüklonid kujunevad tavaliselt välja frontidel ookeani kohal. Frondid on enamasti lainetavad. Kuskil liigub lõuna poolt soojem õhk kaugemale põhja, teisal aga külm õhk lõunasse. Nii kujunevad keerised, mille sees on sooja ja külma õhu voolud koos sooja ja külma frondiga.
Enamasti liiguvad tsüklonid läänevoolus läänest itta . Tsüklonite ees on soojad õhud, tagaosas valitsevad tuuled muudavad õhu külmaks. Mingil ajal jõuab tagant tulev külm front ees liikuvale soojale frondile järele. Toimub tsükloni sulgumine , mille järel keeris hääbub.
Talvel kaasneb tsükloniga pehme, suvel aga jahe ilm. Kõrgrõhkkonna puhul on vastupidi. Kõige rohkem tsükloneid on sügisel ja talvel. Kevadisel ja suvisel ajal on antitsüklonid.
Lõunatsükloniteks nimetatakse selliseid tsükloneid, mis tekivad Vahemere või Musta mere piirkonnas ja liiguvad lõunast põhja poole. Nendega kantakse kuuma ja niisket troopilist õhku suurtele laiustele.
Trombid ja vesipüksid
Lisaks suurtele õhukeeristele e. tsüklonitele esineb atmosfääris ka väikesemõõtmelisi väga tugevaid keeriseid. Tornaadod Põhja-Ameerika preeriavööndis on läbimõõduga mõnisada meetrit. Nad kannavad ära pinnast ja lõhuvad kõik ettejääva oma teel. Euroopas tuntud trombid on põhimõtteliselt samad nähtused, kuid väiksemate mõõtmetega. Mere kohal esinevaid õhukeeriseid nim. vesipüksideks . Mõnemeetrise läbimõõduga tuulekeerist nim. tuulispasaks.
Tromb on londikujuline õhukeeris, mis ulatub äikesepilvest maapinnani. Selle sees on väga madal õhurõhk. Suure hõrenduse tõttu imeb endasse prahti, pinnast jms. Rebib majadelt katuseid, sest majas palju kõrgem rõhk.
Äike
Pilvede omavaheline või pilvede ja maavaheline võimas sädelahendus.
Jaotatakse kaheks: õhumassisisesteks ja frontaalseteks.
Esimesed tekivad konvektsioonivoolude tagajärjel sama õhumassi sees. Frontaaläikesed esinevad koos külma frondiga. Frontaaläike on seda tugevam, mida suurem on õhutemperatuuri erinevus ja mida kiiremini liigub front edasi.
Õhu saastumine
Saasteaineid satub õhku nii inimtegevuse tagajärjel kui ka looduslikul teel. Linnades peamised õhusaaste allikad kütmisel tekkiv suits, autode heitgaasid .
Maakeral tervikuna soojuselektrijaamad, metallurgia , naftatööstus ja autotransport.
Tahke aine lendumist soodustav tugev tuul ja kuiv pinnas. Põua ajal tekkinud metsatulekahjud saastavad õhku väga ulatuslikul määral. Kõige enam tolmu tuleb kõrbealadelt.
Õhu saastamise tagajärjel väheneb atmosfääri läbipaistvus ja maapinnale jõuab vähem päikesekiirgust. Ja siis see maasoojenemine blabla . Inimeste hingamiselundite kahjustamine .
Sudu – udu ja tahmaosakeste segu.
Atmosfäär puhastub sademete läbi. Lämmastik ja vääveldioksiid lahustuvad vees, muudavad mulla happeliseks sh. happesademed . See omakorda muudab vee ja mullaorganismide elu raskemaks. Okaspuumetsade hävimine ka.
Võetakse kasutusele uusi meetmeid võitlemiseks blabla.
Vulkaanipursete mõju – palju tahket materjali atmosfääri. Väävliühendid. Vähendab atmosfääri läbipaistvust.
Lisaks õhku paisatud saaste hulgale mõjutab õhukvaliteeti ka ilmastik. Kui õhk on väheliikuv ja vertikaalne segunemine takistatud, hakkavad saasteained ohtlikes kontsentratsioonides kuhjuma. Õhu vähene segunemine on iseloomulik kõrgrõhkkonnale- kõige ohtlikum talvel. Maapinna lähedal toimub jahtumine, kuid ülalpool on temperatuur mõnevõrra kõrgem. sellist nähtust nim inversiooniks. Inversiooni tõttu ei saa õhk kõrgemale tõusta ja selline olukord soodustab saasteainete kontsentratsiooni tõusu.
Rahvusvahelised lepingud atmosfääri ja kliima kaitseks
1992. a Rio de Janeiros ÜRO keskkonna – ja arengukonverents. Määratleb riikide kohustused kliima edasise muutmise vältimiseks ja konkreetsed suunised eesmärkide saavutamiseks.
1998. a Kyoto protokoll. Jõustub, kui 55 riiki selle ratifitseerivad. Määratakse vabatahtlikult võetud kohustused kasvuhoonegaaside emissiooni vähendamiseks ja vastavad meetmed selle saavutamiseks. – USA negatiivselt meelestatud, sellega on pidurdunud rahvusvaheline koostöö nimetatud valdkonnas, mis on esile kutsunud terava kriitika USA suhtes.
1985. a Viini konventsioon - osoonikihi kaitsmine
1987. a Montreali protokoll – osoonikihti lagundavate ainete kohta. Peab saama selle täieliku kontrolli alla.