Üldmaateadus, atmosfäär

Atmosfäär:
Õhk on gaaside segu, mis koosneb peamiselt
- lämmastikust (78%) ja
- hapnikust (21%) ning
- mitmetest teistest gaasidest (argoon, süsihappegaas jt)
Õhus on ka
- veeauru
- tolmu-tahma ja
- muid tahkeid osakesi (soola osakesed)
Õhutemperatuuri vertikaalsuunalise muutumise alusel on atmosfäär jagatud neljaks sfääriks: troposfäär, stratosfäär, mesosfäär, ja termosfäär.
Termosfäär - kõige alumine atmosfääri kiht, kus paikneb valdav osa (ligi 80%) õhkkonna massist, temperatuur langeb keskmiselt 6°C km kohta. Troposfääris leiavad aset kõik peamised ilmastikunähtused: tekivad pilved ja sademed, õhk liigub ja seguneb pidevalt, kujuneb ilm ja kliima. Tõusvad õhuvoolud (konvektsioonivoolud) võivad kerkida kuni troposfääri ülapiirini.
Stratosfäär - ulatub ligi 50 km kõrguseni ja moodustab umbes 20% atmosfääri massist, temperatuur hakkab kõrguse kasvades tõusma (peamiseks põhjuseks osoonikiht, mis neelab peaaegu täielikult päikeselt tuleva ultraviolettkiirguse, mille tagajärjel õhk soojeneb).
Mesosfääris (50-85 km) enam osooni pole ja temperatuur langeb kõrguse kasvades kiiresti. Õhk on sellisel kõrgusel juba üsna hõre (-100°C).
Termosfääris hakkab temperatuur uuesti kasvama. Õhumolekule on sellisele kõrgusele jäänud juba nii vähe, et nende suure kineetilise energia tõttu temperatuur tõuseb (+100°C).
Kiirgusbilanss on maapinnas neeldunud ja maapinnalt lahkunud kiirgusvoogude vahe.
Tervikuna on Maa kiirgusbilanss tasakaalus, see tähendab, et kogu juurdetulev ja lahkuv kiirgushulk on võrdsed. Piirkonniti on kiirgusbilansid erinevad. Palavvööst on soojenemine suures ülekaalus, polaaraladel toimub tugev jahtumine.
Õhu liikumine ja hoovused ühtlustavad Maa temperatuuri.
Kiirgus jõuab päikeselt (100%) maale:
48% kiirgusest neeldub pinnases
Muutub soojuskiirgudeks
3% neeldub pilvedes
18% neeldub atmosfääris
69% lahkub soojuskiirgudena (sisaldab atmosfääris ja pilvedes neeldunud kiirgust ja soojuskiirgust).
27% peegeldub õhust ja pilvedest
4% peegeldub maapinnalt
31% peegeldub tagasi (sisaldab pinnases neeldunud kiirgust; maapinnast, pilvedest ja pinnasest peegeldunud kiirgust).
Konkreetses kohas maapinnale langeva päikesekiirguse hulk sõltub:
- koha geograafilisest laiusest ehk Päikese kõrgusest horisondil,
- öö ja päeva pikkusest,
- pilvisusest,
- aluspinna omadustest.
Ekvaatorilähedased alad saavad palju päikesekiirgust. Õhk soojeneb tugevasti ja hakkab tõusma, mille tagajärjel kujuneb püsiv madalrõhuala. Tõusev õhuvool liigub kuni troposfääri ülaosani (tropopausini) ja hakkab sealt liikuma pooluste suunas. Jahtunud õhk hakkab laskuma, tekitades alumistes õhukihtides kõrgrõhuala. Laskub õhk soojeneb ja muutub kuivemaks, põhjustades nendel laiustel pidevalt kuivad ja päikesepaistelised ilmad.
Püsivalt ekvaatori poole puhuvad tuuled - passaadid - kalduvad oma liikumissuunast Coriolisi ja hõõrdejõu tõttu kõrvale, tekitades põhjapoolkeral kirdepassaadid ja lõunapoolkeral kagupassaadid.
Osa 30. laiustel laskunud võrdlemisi soojast õhust liigub pooluste suunas ja kohtub umbes 60. laiustel pooluste poolt tuleva külma õhuga. Coriolisi jõu mõjul kaldub õhuvool paremale, tekitades kõrgemates õhukihtides läänetuuled. Maapinna lähedal on hõõrdumise tõttu ülekaalus edelatuuled.
Vastastikku liiguvad soe ja külm õhumass ei segune omavahel kuigi hästi ja neid jääb eraldama polaarfront. Selles piirkonnas tekivad jälle tõusvad õhuvoolud.
Polaaraladel on domineerivas õhuvooluks idavool, mis maapinna lähedal Arktikas on enam kirdest, Antarktikas aga kagust, eemale pooluse kohal olevast tugevast kõrgrõhkkonnast.
Mussoonid - sessoonsed tuuled, mis tekivad mere ja maa erinevast soojenemisest ja jahtumisest
Talvemussoon: India kohal kõrgrõhkkond, India ookeanil madalrõhkkond.
Suur Euraasia manner jahtub talvel tugevasti, selle keskosas tekib kõrgrõhkkond laskuvate õhuvooludega. Maapinnani laskub õhk jõuab mandri äärealani ja nii puhub tuul maalt merele.
Suvemussoon: India kohal madalrõhkkond ja India ookeanil kõrgrõhkkond, mis liigub madalrõhkkonna poole.
Suvel kuumenevad Aasia sisealad tugevasti, õhk hakkab tõusma ja selle asemele liiguvad ookeanialadelt niisked õhumassid. Tuul puhub püsivalt merelt maale jahutades sealset õhku.
Kohalikud tuuled:
- BRIISID on rannikul esinevad tuuled, mis muudavad oma suunda ööpäeva vältel
- Tekivad maismaa ja merevee erineva soojenemise ja jahtumisega.
- Päeval puhub tuul merelt maismaale- merebriis. Vee kohal on kõrgrõhkkond ja maa peal on madalrõhkkond.
- Öösel puhub tuul maalt merele- maabriis
Maa kohal on kõrgrõhkkond ja vee kohal on madalrõhkkond. Vesi soojeneb ja jahtub aeglasemalt kui maapind.
Madalrõhkkond ehk tsüklon, kõrgrõhkkond ehk antitsüklon. Teke: frontidel ookeani kohal, liiguvad üldises läänevoolus läänest itta. Õhu liikumine (tuule suund) tsüklonis, antitsüklonis. Ilmastik suvel ja talvel tsüklonis, antitsüklonis. Tsükloneid enam sügisel ja talvel, antitsükloneid kevadel ja suvel.
Tsükloni eesosas (idaosas) valitsevad kagu- ja lõunatuuled, mis toovad sooja õhku. Seega on tsükloni idapoolsemas osas ilm soe. Tsükloni tagalas valitsevad tuuled loodest ja põhjast, mis muudavad ilma külmaks. Tsükloni lõunapoolsest osast käib alguses üle soe front ja seejärel külm front. Mõlemaga kaasnevad sademed. Tsükloni põhjapoolses osas valitsevad idakaarte tuuled ja fronte pole. Temperatuur jääb suhteliselt madalaks, aga sademeid võib olla rohkesti. Talvel kaasneb tsükloniga pehme, suvel aga jahe ilm.
Kõrgrõhkkonna (antitsükloni) puhul on vastupidi - talvel on ilm pakaseline ja suvel päikeseliselt soe. Sademeid ei esine
Kliimat kujundavad tegurid:
- Geograafiline laius.
- Kaugus ookeanidest ja meredest.
- Soojade, külmade hoovuste mõju.
- Pinnamood (kõrgus merepinnast; paiknemine mäestiku, tasandike suhtes).
- Valitsevad õhumassid, tuuled.
- TUUL- õhu horisontaalne liikumine maapinna suhtes. Mõjutatud õhurõhkude erinevusest.
- ÕHUMASS- ühesuguste omadustega (temperatuur ja niiskus) suur õhukogum. Saab oma omaduse aluspinnalt.
Õhumasside omadused:
- Polaarne õhumass - külm ja kuiv
- Parasvöötme mereline õhumass - niiske, suvel jahe ja talvel suhteliselt soe
- Parasvöötme mandriline õhumass - kuiv, suvel soe ja talvel külm
- Troopiline õhumass - kuiv ja palav
- Ekvatoriaalne õhumass - niiske ja palav
Kasvuhooneefekt on looduslik protsess, mis on atmosfääris esinenud, kas suuremal või vähemal määral kogu aeg. Peamiseks soojuskiirguse neelajaks on:
- veeaur,
- lisaks veel süsihappegaas CO2,
- metaan CH4,
- naerugaas N2O,
- maalähedane osoon O3 ja teised gaasid,
- samuti aerosool.
Kokku on selliseid gaase atmosfääris üle 40 ja neid nimetatakse kasvuhoonegaasideks.
Nendel geoloogilistel ajastutel, kui CO2 sisaldus oli suur, valitses maakeral soe kliima, ja kui see oli väike, siis domineeris külm kliima koos mandri- ja mägijäätumisega. Viimastel aastakümnetel on inimtegevuse tagajärjel eelkõige süsihappegaasi, aga ka metaani ja naerugaasi hulk suurenenud. Arvatakse, et see ongi põhjustanud kliima soojenemise.
Kogu maakera keskmine temperatuur päris pinnalähedases õhukihis on +15°C. Kui kasvuhooneefekt ei toimiks, siis oleks see vaid -18°C.
Lühiajaline päikesekiirgus läbib atmosfääri, kuid pikalainelise soojuskiirguse väljumine on takistatud. See neeldub õhus, mille tagajärjel atmosfäär soojeneb.
Tähtsamad kasvuhoonegaasid:
süsihappegaas ehk süsinikdioksiid CO2:
- eraldub fossiilsete kütuste põlemisel (87%);
- tekib metsade mahavõtmisel (suur kogus süsihappegaasi pääseb atmosfääri); eriti troopilistel aladel, kus massiliselt hävitatakse vihmametsi (11%);
- eraldub lubja (kaltsiumoksiidi ehk tsemendi) tootmisel (2%)
metaan CH4 - värvusetu, lõhnatu õhust kergem gaas - maagaasi põhikomponent, mida kasutatakse kütusena, eraldub märgaladest, eriti riisikasvatusest (28%); paiskub õhku ka koduloomade (näiteks: veiste) väljaheidetest (29%), eraldub prügilatest (10%); moodustub rohkesti ka soodes ja rabades. Enamasti toodavad seda gaasi bakterid ja teised mikroorganismid vesinikust ja süsihappegaasist.
eralduvad aerosoolide (deodorandid, lämmastikoksiidid Nox)
- moodustuvad peamiselt sisepõlemismootorites, autoheitgaasid,
- paiskub atmosfääri ka reaktiivlennukite düüsidest (35%);
- tekivad lämmastikväetiste lagunemisel mullas, kust nad õhku lenduvad (21%);
- NO2 eraldub ka biomassist vastavate bakterite elutegevuse tulemusena (42%)
freoonid
- mitmesugused vahud,
- külmikute ning külmutussüsteemide,
- õhukonditsioneeride,
- tulekustutusseadmete,
- keemiliste puhastusvahendite kasutamisel.
Globaalse õhutemperatuuri kasvu tagajärjed:
Mõju põllumajandusele:
põudade (väheneb saagikus), samas, kasvuperioodi pikenemine Põhja-Kanadas ja Euroopas võib saake aga suurendada. Vihmasadude sagenemine teistes piirkondades põhjustab endisest enam üleujutusi ja põllukultuuride hävimist. Lõunapoolsete kahjurite levik suurematele laiuskraadidele. Joogivee puudus võib tabada just arengumaid, see muutub XXI. sajandil veelgi suuremaks probleemiks.
Mõju inimeste tervisele:
Soojemas kliimas hakkavad oma elupaiku laiendama moskiitod, puugid ning närilised, kes kõik levitavad mitmesuguseid haigusi. Põuast tingitud puhta joogivee nappus suurendab nakkuste levikut. Kuumalainete sagenemine põhjustab suurlinnades õhukvaliteedi halvenemist, mis omakorda suurendab südame-, kopsu- ning teiste krooniliste haiguste sagenemist.
Liustike sulamine:
Mägedes asuvad liustikud lihtsalt sulavad, nende arv võib väheneda järgneva saja aasta jooksul veerand kuni pool korda. See omakorda mõjutab lähedalasuvaid ökosüsteeme ning aastaajalisi veevarusid jõgedes (sh ka joogivesi).
Rannikualade üleujutused:
Eelmise sajandi jooksul on üldine maailma merepind tõusnud umbes 15 cm. Arvatakse, et globaalse soojenemise tagajärjel tõuseb see aastaks 2030 veelgi 18 cm. Tulemuseks on üleujutatud madalamad saared ning rannikualad.
Looduse mitmekesisuse vähenemine:
Järsk kliima muutus ohustab liigilist mitmekesisust ning ökosüsteemide stabiilsust. Paljude liikide elukohad hävivad kliima soojenemise, metsade mahavõtmise ja teiste keskkonnaprobleemide koosmõjul. Kui taimed ja loomad ei suuda uute tingimustega kiiresti kohaneda, siis surevad nad lihtsalt välja. Mäestike ökosüsteemid on hävimisohus. Väärtuslikud rannikupiirkondades asuvad ökosüsteemid satuvad tõsise ohu alla. Neis piirkondades asuvad ainulaadsed ning hinnalised ökosüsteemid nagu mangroov- metsad, korallriffid ning mitmed vetikate kooslused. Jõgede deltad, atollid ja korallrahud on kõik mõjutatud tormidest ning sademetest. Soojemad merevee temperatuurid võivad hävitada igasugustele muutustele tundlikud korallid.
Muutused loodusvööndite piirides.
Metsad kohanevad aeglaselt muutuvate tingimustega. Mitmed puuliigid võivad kaduda. Ilmselt kannatavad põhjapoolsemad metsad rohkem. Tõenäoliselt muutuvad paljud kõrbealad veelgi kuumemaks ja kuivemaks. Kõrgem õhutemperatuur võib ohustada mitmeid taimi ja loomi.
Happesademete tekkepõhjused:
Inimtegevus:
- fossiilsete kütuste (nafta, kivisüsi, põlevkivi jt) põletamisel satuvad õhku väävli- ja lämmastikuühendid SO2, NOx (peamine happevihmade põhjustaja),
- metallisulatamine;
- metsatulekahjud CO
Looduslikud protsessid:
- vulkaaniline tegevus SO2, äike.
Happesademete tagajärjed:
Kahjustuvad eelkõige okaspuud (metsad): hävib okkaid kattev vahakiht, suureneb auramine ja puud kuivavad. Vähenevad puudel kasvavad samblikuliigid.
"Must Kolmnurk" Tšehhi, Poola, Saksamaa piiril palju metsa hävinud, ka Kagu-Soomes ja Ida-Lapimaal. SO2 lagundab taimerakkude kattekoed ja lagundab kloroplaste.
Kiireneb keemiline murenemine: ehitised lagunevad, skulptuurid murenevad, raudesemed roostetavad kiiremini. Veekogude vesi muutub happelisemaks. Paljud veeorganismid (kalad) hukkuvad, vaesub liigiline koosseis (Lõuna-Rootsi, Lõuna-Norra, Kanada, USA).
Mullad muutuvad happelisemaks. Happelisemas keskkonnas tõrjutakse taime toitained välja, kiireneb leostumine, taimed ei saa neid kätte. (Soomes suurem probleem kui näiteks Põhja-Eestis).
Mõju inimese tervisele. Sagenevad hingamisteede haigused (bronhiit, astma, kopsuvähk).
Happesademed võivad kahju tekitada kaugel nende tekkekohast.
Sudu tekib kui õhku sattunud mürgised põlemisproduktid (tahm, suits) segunevad  uduga (õhuniiskusega).
Osoonikihi hõrenemine - osoon tekib atmosfääri ülemistes kihtides kaheaatomilisest hapnikust ultraviolettkiirguse toimel. Inimtegevus viib osoonikihi osalisele lagunemisele, tekivad nii-nimetatud osooniaugud. Peamised osoonikihti lõhkuvad ained on freoonid ja lämmastikoksiidid. Lämmastikoksiidide peamiseks tehislikuks allikaks on põlemine küttekolletes ja sisepõlemismootorites. Freoone toodetakse külmutusseadmetes kasutamiseks.