Vertikální členění atmosféry Podle • teploty a hustoty vzduchu • intenzity promíchávání vzduchu • elektrických vlastností atmosféry • molekulární hmotnosti ATMOSFÉRA - plynný obal planety Země - klíčová role při vzniku života - chrání život na planetě - stabilizuje teplotu přízemních vrstev ovzduší Stratifikace atmosféry Troposféra = část atmosféry, dosahuje výšek mezi 8 a 17 km v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období Tropopauza = chladná vrstva, bariéra proti úniku vody do vyšších hladin atmosféry, kde by docházelo k její fotodisociaci Stratosféra = ustává pokles teploty s rostoucí nadmořskou výškou, teplota uvnitř stratosféry se zpočátku s výškou prakticky nemění (izotermie), potom roste až na cca -20°C. ozónosféra - absorbuje UV-složku slunečního záření a tuto vrstvu ohřívá. Mezosféra = mezi 50 až 80 km, ostrý pokles teploty s výškou z důvodu absence sloučenin absorbujících sluneční záření; teplota -80 až -100 °C Termosféra = zpočátku prudce roste teplota 1200 °C díky absorpci silně energetického záření o vlnových délkách <200 nm Exosféra = volně pokračující termosféra směrem od Země, teplota se již příliš nemění, tato vrstva volně přechází v meziplanetární prostor - molekuly a ionty odsud nevratně unikají z atmosféry Viditelné záření = vlnová délka 380 - 710 nm, účinky fotosyntetické a tepelné Infračervené záření (IR) = vlnová délka 710 - 4 000 nm, význam v tepelné oblasti, śuma = přímý vstup do atmosféry se slunečním zářením a tepelným vyzařováním objektů. Dlouhovlnné záření = vlnová délka 4 000 - 100 000 nm, významné především v tepelné oblasti Záření - elektromagnetické vlnění Ultrafialové záření (UV) - vlnová délka 290 - 380 nm - závisí na vzdálenosti od zemského povrchu - směrem nahoru intenzita stoupá - fotosyntetický i tepelný účinek nevýznamný, fotodestrukční Sluneční záření energetický zdroj procesů v atmosféře a na zemském povrchu. Sluneční (solární konstanta) 1 354 W.m-2, Energetická bilance plochy: • přímé záření (insolace) • rozptýlené (difúzního) záření • odražené záření (albedo) • tepelné vyzařování místa i atmosféry Plyn Chemická značka % objemu dusík N2 78,084 kyslík O2 20,948 argon Ar 0,934 oxid uhličitý CO2 0,031 neon Ne 0,001 818 hélium He 0,000 524 metan CH4 0,000 200 krypton Kr 0,000 114 vodík H2 0,000 050 oxid dusný N2O 0,000 050 xenon Xe 0,000 009 oxid siřičitý SO2 0 až 0,000 100 ozón O3 0 až 0,000 007 oxid dusičitý NO2 0 až 0,000 002 čpavek NH3 stopy oxid uhelnatý CO stopy jód I2 stopy Chemické složení suché a čisté troposféry: Voda v atmosféře - ve skupenství pevném, kapalném i plynném - soustředěna v troposféře (0,2 do 4 % obj.) - průměrný obsah vody v zemské atmosféře = 1,23.1016 kg, což odpovídá celosvětové srážkové vrstvě 22 mm. - Průměrný roční úhrn atmosférických srážek na Zemi se odhaduje na 5,26.1017 kg. - Vodní pára se nad každým místem zemského povrchu obnovuje v průměru 47krát za rok, tedy asi každých 8 dní. Aerosolové částice - pevné nebo kapalné částice rozptýlené v plynu - přírodní - zejména terpeny (biogenní aerosolové částice), půdní a prachové částečky, jemné krystalky mořských solí, saharský písek, částice vulkanického popele, částice organického původu (pylová zrna, spory, výtrusy, bakterie, malá semínka rostlin, rozkladné produkty organických látek v přírodě), produkty vznikající při hoření meteority, - antropogenní Ozón (O3) - silně reaktivní světle modrý plyn - vznik fotolýzou kyslíku při elektrických výbojích - přirozená složka atmosféry v koncentraci cca 3 ppm - Zdroje ozónu v čisté troposféře : průnik ozónu ze stratosféry fotochemická produkce - ochranný štít Země proti tvrdému kosmickému záření - množství O3 ve stratosféře se udává v Dobsonových jednotkách (D.U.) 1 D.U. = síla vrstvy ozónu 10-5m 100 D.U. = 1 mm. OH radikál - vznik srážkou excitovaného O s vodními parami, životnost 1 sekunda - oxidace metanu hydroxylovými radikály - hlavní zdroj CO. Doba setrvání CO v atmosféře - 30 až 90 dnů. OH• Molekul/cm3 Léto - den 5-10 × 106 Zima - den 1-5 × 106 Noc < 2 × 105 Acidobazické reakce v atmosféře - atmosféra je slabě kyselá - bazické látky, - těžba hornin (vápence), popel (oxidy, hydroxidy a uhličitany Ca) - biodegradací N bohatých biologických materiálů - amoniak Jaderné reakce Uran238 - obsažený v mnoha typech hornin Radon - poločas rozpadu 3,8 dní. - uniká zemským povrchem přímo do atmosféry (uhelné doly, sklepy ap.) - většina pochází ze zhruba metrové vrchní vrstvy Země, radon vznikající ve větších hloubkách je konvertován na produkty, které nejsou v plynné fázi. Skleníkový efekt ukazatel „radiační účinnost“ - o kolik více energie ze Slunce se díky jednotlivým plynům zadrží ve srovnání se stavem v roce 1750 Skleníkové plyny - vodní pára, oxid uhličitý, uhlovodíky (methan), oxid dusný, freony a ozón Základní látkové oběhy (cykly) 1) cyklus geologický 2) cyklus hydrologický – odpařování, srážky, pohyb vod po povrchu 3) cyklus biochemický – výměna látek mezi živými organismy a okolím, pro život jsou klíčové cykly uhlíku, dusíku, kyslíku Cyklus uhlíku Výskyt: • Litosféra: vápencové horniny, fosilní paliva (uhlí, ropa, zemní plyn) • Hydrosféra: (rozpuštěný CO2 a karbonátové látky) • Atmosféra: (CO2, CH4 …): 0,036 % • Biosféra: základní stavební částice živých organismů Největším rezervoárem uhlíku jsou oceánské a pevninské sedimenty Fotosyntéza Dýchání CO2 + H2O + sunlight -> CH2O + O2 O2 + CH2O -> energy + H2O + CO2 CO2 + H2O -> H2CO3 (carbonic acid)Zvětrávání Cyklus dusíku - výměna dusíku a jeho sloučenin mezi atmosférou, biosférou a litosférou - primární prvek živých organismů (aminokyseliny, proteiny, bílkoviny). Forma výskytu: • Elementární N2 • amoniakální NH3 • dusitanový NO2• dusičnanový NO3 – • organické látky (močovina, bílkoviny) významný pro růst rostlin Cyklus dusíku Fixace - přeměna na formu dostupnou pro živé organismy, redukce - N2 velmi stabilní, přeměna energeticky náročná - mikroorganismy, spalování fosilních paliv, výboje v atmosféře Cyklus dusíku Nitrifikace Anammox – za aerobních podmínek dochází ke vzniku elementárního dusíku - Méně kyslíku, není třeba OH, vzniká méně biomasy Kyslík spolu s vodíkem, dusíkem a fosforem představuje základní stavební kámen makromolekul DNA a ATP. Má značný oxido-redukční potenciál a uplatňuje se v mitochondriálním dýchacím řetězci jako konečný příjemce elektronů. V atmosféře je obsažen v plynné formě O2, rozpustné ve vodě, v hydrosféře je také součástí CaCO3 v sedimentech. Většina kyslíku vstupuje do rostlin a živočichů při dýchání. Zásoby kyslíku v atmosféře jsou doplňovány fotosyntézou autotrofních producentů. Suchozemské rostlinstvo produkuje téměř 3 x 1011 tun O2 denně a značnou část atmosférických zásob kyslíku produkují také oceány. Z celkového objemu produkce kyslíku je drtivá většina spotřebována mikroorganismy při oxidaci odumřelé hmoty v rozkladných procesech v detritovém potravním řetězci a jen malá část je dlouhodobě vbudována do živých těl. Roční spotřeba kyslíku při spalování fosilních paliv, v průmyslu a dopravě se blíží spotřebě ostatního živého a neživého světa. Cyklus kyslíku