METEOROLOGIE
Atmosféra Země - stuktura a složení

Atmosféra Země není jen homogenní „koule“ plynu, obalující tuhé těleso planety. Její struktura se mění v prostoru i v čase. Je zavedeno především vertikální členění atmosféry, podle různých kritérií. Z hlediska chemického složení je atmosféra zhruba stejná od povrchu do výšek kolem 100 km. Teprve nad touto výškou mírně převažují lehké plyny, jako je vodík nebo vzácné helium. Tyto prvky, lehčí než ostatní vzduch, snadno pronikají vzhůru proti gravitační síle a obohacují vyšší koncentrací hlavně vysoké vrstvy. Vrstvu od povrchu do výšek kolem 100 km tedy nazýváme homosféra, nad touto hladinou pak heterosféra

Také elektrické vlastnosti atmosféry jsou ve vrstvě od povrchu do výšek asi 90-120 km vyrovnané, elektroneutrální. Tuto vrstvu nazýváme neutrosféra. Nad ní se pak zvýšenou koncentrací vyskytují ionizované plyny a jde o ionosféru. Tato vrstva má význam např. při šíření rádiových krátkých vln, ionizované plyny interagují s částicemi kosmického záření (důsledkem je např. polární záře) nebo utvářejí téměř neviditelné přirozené záření atmosféry, airglow.

Struktura atmosféry
Struktura atmosféry

Z meteorologického i leteckého hlediska je však nejpodstatnější dělení podle vertikálního průběhu teploty vzduchu. Čistě hypoteticky by se chtělo říct, že u zemského povrchu bude teplota atmosféry nejvyšší, protože odtud atmosféra přijímá nejvíc tepla, zatímco někde ve výšce stovek kilometrů, kde atmosféra přechází do nehostinně chladného vesmírného prostoru, bude teplota řídkého vzduchu klesat kamsi k absolutní nule (-273 °C). Skutečnost je ale komplikovanější, protože atmosféra není úplně přesně homogenní a v určitých vrstvách obsahuje vyšší koncentrace plynů, které lépe přijímají sluneční energii a zahřívají se efektivněji, než třeba vrstvy nad a pod nimi. Takovou typickou vrstvou je zvýšená koncentrace ozónu mezi zhruba 15 a 50 km výšky. Ozón je skleníkový plyn, který se přímým slunečním zářením ohřívá a proto v této vrstvě, ač vysoko nad povrchem, roste teplota.

Pojďme se na průběh teploty podívat doslova od podlahy, tj. od zemského povrchu. Každý má srozumitelnou představu, jak vypadá teplota vzduchu u země. V polárních oblastech je zima, teplota pod nulou. V rovníkových oblastech je kolem 30 °C. Na zimní Sibiři nebo uprostřed Antarktidy může být až -80 °C, na pouštích v létě po poledni až 50 °C. Přízemní teplotní pole je velice rozmanité. V dlouhodobém průměru je na celém glóbu teplota vzduchu u zemského povrchu 15 °C. Tato teplota je také zanesena do Mezinárodní standardní atmosféry, o které se budeme bavit v následujících kapitolách. 

Stoupáme-li od povrchu, teplota vzduchu v průměru klesá o 0,65 °C na každých 100 m výšky. Opět se jedná o průměrný teplotní gradient; v reálné atmosféře se teplota od této křivky různě odchyluje. Takto teplota vzduchu klesá až do výšky 11 km — a opět, těchto 11 km je průměrná výška, kde se pokles teploty zastaví. Nad rovníkem je tato hladina až okolo 16 km, nad póly okolo 7-8 km. Celá vrstva atmosféry mezi zemským povrchem a výškou 11 km, charakterizovaná zmíněným poklesem teploty vzduchu, se nazývá troposféra. Ta nás v celém dalším výkladu bude zajímat nejvíce, protože prakticky veškeré létání se odbývá právě v ní a tady se tvoří většina toho, co nazýváme počasím. 

Nahoře je troposféra ohraničena tenkou vrstvou (stovky metrů, nanejvýš 2 km silnou), tropopauzou, v níž teplota vzduchu dosáhne asi -57 °C. Jedná se o přechodovou zónu mezi troposférou a další vrstvou, stratosférou. Stratosféra zasahuje až do výšek kolem 50 km a civilní letadla létají v její spodní části. Občas se do těchto výšek dostane i větroň ve vlnovém proudění za vysokým pohořím, může sem s obtížemi vystoupat i výkonný vrtulník. Vojenské stíhačky jsou schopny vyletět i do 20kilometrové výšky a odtud pak ještě balistickým letem vyskočit do výšek i přes 30 km, ale to už není norma. Nejvýš jsou schopny vystoupat plynové balóny, Rakušan Baumgartner by mohl vyprávět o svém parašutistickém seskoku z výšky asi 35 km, o kterém média psala, že to bylo z „hranic vesmíru“. K hranicím vesmíru je odtud však stále ještě daleko, oficiálně se uvádí, že tato hranice leží ve výšce 100 km. Každopádně je stratosféra charakteristická růstem teploty vzduchu. Nejprve se ve výškách 11 až asi 15-20 km teplota příliš nemění a udržuje se na zhruba -60 °C. Stav konstantní teploty vzduchu nazýváme izotermie. Od výšky 15-20 km až k horní hranici stratosféry v 50 km však teplota vzduchu roste, v 50 km dosahuje zhruba 0 °C. Důvodem je právě vyšší koncentrace ozónu, jenž se ohřívá přímým slunečním zářením. Zajímavostí je, že v oblastech uvnitř polárního kruhu v zimním období slunce nesvítí a ozonosféra se tak ochladí až na -60 až -80 °C. V důsledku toho se zde utvoří jakési polární jezero studeného vzduchu a výšková tlaková níže, která vyvolá silný západo-východní vítr kolem pólu, tzv. polární vortex. Rychlosti větru zde přesahují i 400 km/h a tvoří se vlnové proudění s vlnovou délkou tisíce km. Tyto vlny pak propagují do nižších hladin, dokonce až k zemi, a ovlivňují tak zimní počasí u povrchu. Zima 2019/2020 byla v Evropě velmi teplá, protože vortex byl neobyčejně stabilní a způsoboval západní proudění i u země. Do Evropy tak celou zimu proudil teplejší vlhký vzduch z Atlantiku, teploty byly většinou nad nulou a sníh se objevoval sporadicky. Takový vliv může mít dění vysoko v atmosféře na počasí u země! Jakmile do stratosféry začne zjara víc svítit slunce, polární vortex se rozpadá a charakter počasí se začíná měnit. V létě je vortex obrácený, východo-západní, ale jen velice slabý a na počasí u země se nepodílí. 

Také stratosféra je nahoře ohraničena přechodovou vrstvou, stratopauzou. Od 50 do 85 až 90 km výšky je mezosféra. Ta je zajímavá např. příležitostným letním výskytem nočních svítících oblaků ve výškách 85 km. Jsou to cirrovité oblaky, které kolem letního slunovratu odrážejí sluneční paprsky, když je slunce nepříliš hluboko pod horizontem. Samy oblaky nesvítí, jen se tak nazývají. Pro létání tento jev nemá žádný význam. 

Horní hranicí mezosféry je přechodová vrstva mezopauza. Nad ní, od 85-90 km, pokračuje už velice řídká (a stále řídnoucí) termosféra. Zatímco na horní hranici mezosféry je teplota kolem -90 °C (a v létě paradoxně až -120 °C), v termosféře teplota vzduchu roste „nade všechny meze“ k hodnotám stovek °C. Kosmonauti však nemusejí mít strach, že by se při výstupu do otevřeného prostoru upekli. Vzduch je už tak řídký, že bychom vysokou teplotu vůbec nepocítili. O to víc bychom vnímali přímé sluneční záření, nefiltrované atmosférou. Povrch, vystavený slunečním paprskům, by se zahřál až na nějakých 120 °C, to se například děje na povrchu Měsíce, který je od Slunce vzdálený prakticky stejně, jako Země. Proto musí návštěvníci Měsíce přistát na rozumném místě, kde sluneční paprsky nedopadají kolmo a Měsíc není tak rozpálený. Avšak odvrácená a neosluněná strana je zase velmi studená, kolem -90 °C, tak je výběr místa přistání lunárního modulu docela věda. Pro nás je to informace o tom, jaký tepelný význam má naše atmosféra — ta utlumí denní přísun sluneční energie, takže v poledne na rovníku není 120 °C, a současně také udrží teplotu v rozumných mezích v noci, kdy teplota zemského povrchu neklesne na -90 °C, ale zůstává v hodnotách pro udržitelný život. Zemská atmosféra tedy plní funkci jakési tepelné izolace naší planety, asi jako když zateplíme dům. 

Někdy se uvádí ještě poslední vrstva atmosféry, exosféra, která volně přechází do kosmu. Čistě hypoteticky by atmosféra, jejíž tlak a hustota klesají s rostoucí výškou logaritmicky, měla dosáhnout nulových hodnot až v nekonečnu. Abychom zůstali v reálu, definujeme, že atmosféra Země sahá až tam, kde ještě částice vzduchu rotují spolu se Zemí. A to je desítky tisíc km od planety. Pokud nemáme známé v NASA, do těchto výšek tak často létat nebudeme, a tak tuto naši znalost možná ocení jen zkušební komisař u teoretické zkoušky z meteorologie. 

Odstartuje cestu za pilotním průkazem teď hned!

Cena: 8 900 
error: Obsah je chráněn proti kopírování

Invite & Earn

X
Signup to start sharing your link
Signup

Available Coupon

X