1 Inleiding. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 1

Transcriptie

1 1 Inleiding fig.1.1 Onze aarde is ontstaan uit een supernova-explosie Bron: &tbnw=129&prev=/images%3Fq%3Dsupernova%26gbv%3D2%26svnum%3D10%26hl%3Dnl%26sa%3DG Na een supernova-explosie van een zeer grote ster werd onze zon gevormd. De overblijvende oernevel begon samen te trekken tot grote brokstukken die later de planeten hebben gevormd. De primaire atmosfeer van de vier binnenplaneten (waaronder de aarde) bestond hoofdzakelijk uit waterstof en helium. De zonnewind heeft deze gassen weggeblazen. Door de afwezigheid van een atmosfeer werd de aarde vloeibaar om in een later stadium te stollen. Door de vorming van gesteenten en door vulkaanuitbarstingen werden er gassen gevormd. De zo opgebouwde secundaire atmosfeer bestond uit waterstof, stikstof en koolzuurgas. Door condensatie werden er oceanen gevormd die een deel van het koolstofdioxide absorbeerden. Het koolstofdioxide-gehalte in de atmosfeer daalde. Door de ontwikkeling van het leven ging dit proces nog verder. Geleidelijk aan evolueerde de atmosfeer tot haar huidige unieke samenstelling: een mengsel van gassen ( = lucht) en een geringe hoeveelheid vloeibare of vaste deeltjes, die in deze lucht zweven en meer of minder snel vallen. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 1

2 De atmosfeer ligt als een mantel (tot 1000 km) rond de aarde en kan niet ontsnappen uit onze aardse atmosfeer door de zwaartekracht van de aarde. Deze gassen worden op grote hoogte langzaam dunner en uiteindelijk houdt de dampkring helemaal op. Daar rond bevindt zich de ruimte. fig.1.2 De onderste lagen van de atmosfeer Bron: eek.thinkquest.nl/~ll055/lucht/atmos.htm&h=194&w=181&sz=12&hl=nl&start=8&tbnid=jibtduyu0ytdhm:&tbnh=103&tbnw=96&pre v=/images%3fq%3datmosfeer%26gbv%3d2%26ndsp%3d18%26svnum%3d10%26hl%3dnl%26sa%3dn De aarde, met haar blauwe kleur, neemt als derde planeet een unieke plaats in t.o.v. de zon: niet te koud om alles te bevriezen en niet te warm om alles te verschroeien. Hoewel er nog andere planeten zijn met een dampkring, heeft enkel onze planeet een dampkring met de juiste samenstelling en opbouw die op deze wijze leven mogelijk maakt. Leven op onze planeet is mogelijk dank zij de aanwezigheid van zuurstof in onze dampkring. Mercurius, heeft door zijn korte afstand tot de zon, geen atmosfeer. Onze twee buurtplanten, Venus en Mars, hun atmosfeer is vooral opgebouwd uit CO 2. De twee grootste planeten van ons zonnestelsel, Jupiter en Saturnus, bevatten vooral helium en waterstof. Uranus atmosfeer bestaat uit methaangas en Neptunus heeft het meest venijnige en wisselvallige klimaat van ons zonnestelsel. De aarde is dus niet alleen qua ligging uniek in ons zonnestelsel, maar ook qua samenstelling van haar atmosfeer. Volg de uiteenzetting op video: Weer en klimaat - De lucht om ons heen - P1 Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 2

3 2 De opbouw van onze atmosfeer 2.1 Hoofdlagen van onze atmosfeer De dampkring kan onderverdeeld worden in een aantal hoofdlagen, die onmerkbaar in elkaar overgaan. RUIMTE MAGNETOSFEER EXOSFEER THERMOSFEER MESOSFEER STRATOSFEER TROPOSFEER fig.2.1 Opbouw van de atmosfeer Bron: Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 3

4 2.2 Samenstelling van onze atmosfeer De dikte van de atmosfeer onder de exosfeer (troposfeer + stratosfeer + mesosfeer + thermosfeer) bedraagt ongeveer 440 km. In vergelijking met de straal van onze planeet (6 370 km) is de verhouding 1/15. Eigenlijk vormt de atmosfeer maar een dunne schil rond onze planeet. fig.2.2 Samenstelling van de 5 belangrijkste lagen van onze atmosfeer In bovenstaande figuur kan je de belangrijkste gassen in de onderste en in de hogere delen van onze atmosfeer bekijken? De huidige atmosfeer bestaat vooral uit stikstofgas en zuurstofgas. Voor de troposfeer bedraagt de samenstelling: 78 % stikstofgas, 21 % zuurstofgas en 1 % andere gassen. Met toenemende hoogte vermindert de hoeveelheid zwaardere gassen zoals stikstofgas en zuurstofgas en worden de lichtere gassen zoals ozon, helium of atomair stikstof en waterstof belangrijker. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 4

5 2.3 Kenmerken van de 5 onderste lagen van onze atmosfeer De indeling van de dampkring in verschillende sferen en pauzes is gebaseerd op het verloop van de temperatuur. Een sfeer is een laag in de atmosfeer waar de temperatuur stijgt of daalt, een pauze is een overgangsgebied tussen twee sferen waar de temperatuur een maximum of minimum bereikt. fig.2.3 Temperatuurs- en drukverloop in de belangrijkste lagen van onze atmosfeer deel van de atmosfeer dikte van de sfeer troposfeer 0 tot 12 km stratosfeer 12 tot 50 km mesosfeer 50 tot 80 km thermosfeer 80 tot 435 km exosfeer 435 tot 1000 km kenmerk van de temperatuur de temperatuur daalt er tot ongeveer 60 C de temperatuur stijgt eerst langzaam, daarna snel door omzetting van UVstraling van de zon door de ozonlaag de temperatuur daalt opnieuw met de hoogte de temperatuur stijgt met de hoogte hoge temperaturen belang van deze laag - weer speelt zich af in deze laag - aardse leven dank zij zuurstof - vliegtuigverkeer: geen last van het weer - ozonlaag: bescherming tegen UVstraling lichtstrepen van meteoroïden Poollicht door ionisatie van atomen lage druk en ijle atmosfeer De luchtdruk is het grootst tegen het aardoppervlak, in de troposfeer. Met toenemende hoogte vermindert de dikte van de atmosfeer, zodat de luchtdruk daalt met de hoogte. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 5

6 3 De rol van onze atmosfeer 3.1 Ozonproblematiek Ozonconcentratie in de onderste lagen van onze atmosfeer fig.3.1 Ozonconcentratie in de troposfeer en de stratosfeer Tegen het aardoppervlak is er een iets grotere concentratie aan ozon. Deze vermindert naar de tropopauze toe om daarna sterk toe te nemen op een hoogte van 20 tot 30 km. Ozon komt voor in de troposfeer en vooral in de stratosfeer. De zogenaamde ozonlaag is dat deel van de stratosfeer waar de concentratie ozon het grootst is. Dit is in België op een hoogte van ongeveer 20 tot 30 km. In vergelijking met de andere gassen op die hoogte is de concentratie ozon toch klein! Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 6

7 3.1.2 Ozongat Fig.3.2 Het ozongat is boven Antartica Bovenstaande figuur toont de concentratie van stratosferisch ozon (uitgedrukt in D.U. = Dobson Unit) over de hele planeet, gemeten met een satelliet. De concentratie stratosferisch ozon is niet overal gelijk. Gemiddeld hebben de gematigde breedten een grotere concentratie ozon dan de equatoriale gebieden. Vanaf de maand september is de concentratie stratosferisch ozon zeer klein boven Antarctica: dit is het zogenaamde ozongat dat jaarlijks terugkeert. Het ozongat is de plaats in de stratosfeer waar de concentratie ozon klein is t.o.v. de gemiddelde concentratie in de stratosfeer. Door een luchtstroom in de atmosfeer boven Antarctica raakt een massa lucht geïsoleerd. Tijdens de arctische winter vormen zich, door sterke afkoeling van de geïsoleerde lucht, ijskristallen in de stratosfeer. Chemische reacties binnen de ijswolken zetten CFK s (chloorfluor-koolwaterstoffen) om in ozonvreters. Chlooratomen uit CFK s breken ozon af CFK s werden door de mens in de atmosfeer gebracht. CFK s werden gebruikt in spuitbussen, de productie van piepschuim en koelkasten. Na de arctische winter komt met de zon de UV-straling terug die het omzetten van CFK s versnelt. CFK s worden nu vervangen door producten zoals:hfk s - PFK s - SF 6. We noemen dit de F-gassen, ze zijn minder gevaarlijk. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 7

8 3.1.3 Bedreigende en beschermende ozon beschermende ozon troposfeer stratosfeer OZONLAAG bedreigende ozon fig.3.3 Ozonconcentratie in de troposfeer en de stratosfeer bedreigende OZON beschermende OZON Waar in de Troposfeer: op leefniveau Stratosfeer: ozonlaag atmosfeer? Ozonpercentage 10 % van de ozon 90 % van de ozon Functie van de ozon in deze laag van de atmosfeer. Vooral tijdens de zomermaanden ontstaat ozonsmog door een combinatie van veel zonlicht met luchtvervuiling (industrie en De ozonlaag absorbeert er de schadelijke UV-straling van de zon en zet die om in warmte. Schade door te veel of te weinig ozon. uitlaatgassen). Te veel ozon op leefniveau is schadelijk voor de gezondheid van de mens omdat er dan minder zuurstof beschikbaar is. Troposferisch ozon veroorzaakt irritaties aan de ogen, astma, migraine en allergieën. Te lage concentraties stratosferisch ozon laten toch een hoeveelheid schadelijke UV-straling door tot op het aardoppervlak. Teveel UV kan bij de mens huidkanker en oogschade veroorzaken. Die straling kan ook grote schade toebrengen aan zeeorganismen en ander leven op aarde. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 8

9 Bij te hoge ozonconcentraties moet de overheid de bevolking inlichten: mensen met gevoelige luchtwegen, ouderen en kinderen kunnen beter zware inspanningen in de buitenlucht vermijden tussen 12 en 20 uur. In de zomer hoor je dit dikwijls tijdens de nieuwsberichten. Ozon is tegelijk een zegen en een vloek voor de mens en wel om volgende reden Teveel ozon in de troposfeer is een probleem net zoals een tekort aan ozon in de stratosfeer. De afbraak van stratosferisch ozon wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door CFK s (chloorfluor-koolwaterstoffen) die door de mens in de atmosfeer werden gebracht. CFK s werden gebruikt in spuitbussen, bij de productie van piepschuim en koelkasten. Broeikaseffect en ozongat worden dikwijls door elkaar gehaald, maar zijn dus totaal verschillende mondiale problemen. Hoewel. In nevenstaande cartoon lijkt het ozongat een oplossing te kunnen bieden aan de opwarming van onze aarde (broeikaseffect). Was het maar zo simpel. fig.3.4 Ozongat als oplossing voor het broeikaseffect Bron: De Morgen Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 9

10 3.2 De levensbelangrijke functies van onze atmosfeer Ademhaling van de meeste organismen De atmosfeer in het algemeen en de troposfeer in het bijzonder bevatten gassen (zuurstof) die onmisbaar zijn voor het leven op aarde (ademhaling) Bescherming van leven op aarde tegen kosmische straling Volg de uiteenzetting op video: The complete cosmos Eclipsen en Aurorae Het gebied in de ruimte dat beheerst wordt door het aardse magnetisch veld, heet de magnetosfeer. Komische straling (= energierijke deeltjes) afkomstig van onze zon (protuberansen), maar ook van buiten ons zonnestelsel (achtergrondstraling van de melkweg, straling van exploderende sterren, pulsars, quasars) worden constant afgebogen door de magnetosfeer, het magnetisch veld rond de aarde. Dit veld is vergelijkbaar met het patroon dat gevormd wordt wanneer ijzeren schilfers zich uitlijnen rond een staafmagneet. Onder de invloed van de zonnewind, worden de magnetische veldlijnen aan de zonne-kant van de aarde samengedrukt en uitgerekt aan de andere kant. Dit geeft aanleiding tot een traanvormige magnetosfeer met een complexe structuur (zie figuur). fig.3.5 Magnetosfeer van onze aarde Bron: Zonder dit veld zou de aarde onleefbaar zijn door de invloed van de zonnewind. Een kleine hoeveelheid van die deeltjes komt wel de magnetosfeer binnen, en veroorzaakt het poollicht. Op momenten dat de zon zeer actief is, zendt zij meer straling uit. Dit wordt wel een magnetische storm genoemd. Deze stormen veroorzaken elektrische velden in de magnetosfeer, wat storingen kan opleveren voor bijvoorbeeld satellieten. Ook het poollicht neemt dan in hevigheid toe. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 10

11 fig.3.6 Poollicht Bron: fig.3.7 Meteoriet in onze dampkring Bron: Bescherming van bombardementen van meteoroïden Behalve de grote hemellichamen draaien er ook talloze kleine voorwerpen om de zon: van enorme brokken steen tot kleine steentjes en stofjes. De grotere brokken en stenen noemen we meteoroïden en ze zijn ontstaan uit botsingen van planetoïden. Dit zijn grote brokstukken die tussen Mars en Jupiter circuleren. De kleine steentjes en stofdeeltjes zijn meestal restanten van kometen, die in een ellipsvormige baan rond de Zon blijven draaien. De aarde passeert elk jaar in augustus een zo n komeetbaan en dan krijgen zeer veel vallende sterren te zien. Soms komt zo n deeltje (we noemen deze deeltjes meteoor) in de aardbaan en in onze atmosfeer terecht. Dat alles gebeurt op grote hoogte (meer dan 80 km) en bij zeer hoge snelheden, soms wel meer dan km per uur! Door die hoge snelheid gaat de meteoroïde gloeien. Daarbij verdampt of smelt de meteoroïde meestal binnen een seconde. Wij hier op Aarde zien dan een kort oplichtend spoor aan de hemel een meteoor, vallende ster in de volksmond. Een wat groter brokstuk kan zorgen voor een lichtspoor zo helder als de volle maan. We spreken dan van een vuurbol. De atmosfeer kan zo n grotere meteoroïde niet helemaal versmelten. Daardoor kan een deel op Aarde vallen: dat is dan een meteoriet. Gelukkig vormt de atmosfeer als het ware een paraplu tegen die stenen uit de ruimte. Zou die er niet zijn, dan zou onze Aarde er al snel uit zien zoals de Maan, namelijk bezaaid met katers Behoud van temperatuur Hiervoor zorgen zowel de atmosfeer als de hydrosfeer (= alle water op aarde: inde oceanen, zeeën, rivieren,.., meer ook in de wolken). Overdag beschermt de atmosfeer ons tegen de felle hitte van de zon (de aarde warmt wel op) en s nachts houdt de atmosfeer de uitgestraalde warmte van de aarde vast (werkt als een soort deken). We verwijzen naar deel 4 Stralingsbalans. Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 11

12 3.2.5 Filter voor elektromagnetische straling (EM-straling) De straling van het EM-spectrum kan opgedeeld worden in schadelijke en onschadelijke straling en deze straling wordt al dan niet tegengehouden door bepaalde lagen in de atmosfeer. Je kan dit zien in onderstaande figuur. fig.3.8 De atmosfeer als filter voor de EM-straling schadelijke straling tegengehouden onschadelijke straling doorgelaten röntgenstraling thermosfeer Zichtbaar licht korte UV-stralen thermosfeer IR-straling UV-stralen stratosfeer radiogolven Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 12

13 4 Stralingsbalans 4.1 Verloop van de zonnestraling in de atmosfeer Onderstaande omschrijving is te volgen op de bijhorende figuur. Niet al het zonlicht door de atmosfeer reist, bereikt het aardoppervlak. We sommen hieronder op wat er allemaal gebeurt in de atmosfeer met het zonlicht. 51% van het zonlicht wordt geabsorbeerd door de continenten en de oceanen (instraling) en omgezet in warmte (uitstraling). 30% van het zonlicht gaat verloren door reflectie op wolken en op het aardoppervlak. 19 % van het zonlicht wordt geabsorbeerd door broeikasgassen (16%) en wolken (3%) omgezet in warmte. Met de teruggekaatste energie (thermische energie) gebeurt het volgende in de atmosfeer. Ongeveer 15 % van de uitgestraalde warmte wordt vastgehouden door broeikasgassen. Je kan deze gassen vergelijken met het glas van een broeikas: ze laten het zonlicht door, maar houden de uitstraling gevangen. Hoe meer broeikasgassen zich in de atmosfeer bevinden, hoe meer uitstraling er gevangen blijft in de atmosfeer en niet kan ontsnappen in de ruimte. Dit veroorzaakt een opwarming van de aarde. Het grootste deel van de uitstraling (70%) verdwijnt tenslotte in de ruimte, een klein deel blijft gevangen in de atmosfeer. fig.4.1 Warmtebalans op aarde Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 13

14 4.2 Invloed van de mens op de stralingsbalans Menselijke activiteiten geven aanleiding tot grote veranderingen van het aardoppervlak en/of wijzigingen in de samenstelling van de atmosfeer. Dit heeft rechtstreeks invloed op de reflectie en absorptie van energie. Daardoor kan er opwarming of afkoeling in de atmosfeer ontstaan. We geven enkele voorbeelden, maar meer details tref je aan bij het deel broeikaseffect. fig A Vliegtuigen produceren broeikasgassen door verbading van kerosine (opwarming) en condensatieslierten van witte ijskristallen (reflectie van zonlicht, afkoeling). fig B Ontbossing leidt tot bodemdegradatie en dit kan woestijnbodems doen ontstaan die zonlicht reflecteren (afkoeling). Het verdwijnen van grote oppervlakten bos kan anderzijds aanleiding geven tot meer CO 2 (door minder fotosynthese) in de atmosfeer (opwarming). fig C fig D Door het toenemende verbruik van fossiele brandstoffen (industrie en verkeer) is de hoeveelheid broeikasgassen sterk toegenomen (opwarming). Voor de aanleg van wegen wordt asfalt en beton gebruikt, beide materialen die veel zonlicht absorberen en een grotere uitstraling veroorzaken (afkoeling). Ook de moderne veeteelt is verantwoordelijk voor een belangrijke toename van het broeikasgas methaan in de troposfeer (opwarming). Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 14

15 INHOUDSTAFEL GERAADPLEEGDE WERKEN Geoscoop 5/6, Wolters Plantyn, Mechelen, Enkele aan te bevelen internetsites Gemeentelijk Technisch Instituut Londerzeel Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 15

16 Daalkouter Londerzeel DE ATMOSFEER Opgemaakt door Wim Van Buggenhout Naam Klas Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 16

17 Derde graad Aardrijkskunde - Atmosfeer 17