Khí quyển trái đất

Khí quyển Trái Đất
Khí quyển Trái Đất là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi
lực hấp dẫn của Trái Đất. Nó gồm có nitơ (78,1% theo thể tích) và ôxy (20,9%), với một
lượng nhỏ agon (0,9%), điôxít cacbon (dao động, khoảng 0,035%), hơi nước và một số
chất khí khác. Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống trên Trái Đất bằng cách hấp thụ các bức xạ
tia cực tím của mặt trời và tạo ra sự thay đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm.
Bầu khí quyển không có ranh giới rõ ràng với khoảng không vũ trụ nhưng mật độ không
khí của bầu khí quyển giảm dần theo độ cao. Ba phần tư khối lượng khí quyển nằm trong
khoảng 11 km đầu tiên của bề mặt hành tinh. Tại Mỹ, những người có thể lên tới độ cao
trên 50 dặm (80,5 km) được coi là những nhà du hành vũ trụ. Độ cao 120 km (75 dặm hay
400.000 ft) được coi là ranh giới do ở đó các hiệu ứng khí quyển có thể nhận thấy được khi
quay trở lại. Đường Cacman, tại độ cao 100 km (62 dặm), cũng được sử dụng như là ranh
giới giữa khí quyển Trái Đất và khoảng không vũ trụ.
Biểu đồ chiếu khí quyển Trái Đất
•
Nhiệt độ và các tầng khí quyển

Minh hoạ các tầng khí quyển
Nhiệt độ của khí quyển Trái Đất dao động theo độ cao; mối quan hệ toán học giữa nhiệt độ
và độ cao dao động giữa các tầng khác nhau của khí quyển:
• Tầng đối lưu : từ bề mặt trái đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo vĩ độ (ở 2 vùng
cực là 7-10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt đến
-50°C. Không khí trong tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng và nằm
ngang rất mạnh làm cho nước thay đổi cả 3 trạng thái, gây ra hàng loạt quá trình
thay đổi vật lý. Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương mù,...
đều diễn ra ở tầng đối lưu.
• Tầng bình lưu : từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt độ tăng theo độ
cao đạt đến 0°C. Ở đây không khí loãng, nước và bụi rất ít, không khí chuyển động
theo chiều ngang là chính, rất ổn định.
• Tầng trung lưu : từ khoảng 50 km đến 80-85 km, nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến
-75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh thoảng có một vài vệt mây bạc gọi

là mây dạ quang.
• Tầng nhiệt : từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên
đến 2.000°C hoặc hơn. Ôxy và nitơ ở tầng này ở trạng thái ion, vì thế gọi là tầng
điện li. Sóng vô tuyến phát ra từ một nơi nào đó trên vùng bề mặt Trái đất phải qua
sự phản xạ của tầng điện li mới truyền đến các nơi trên thế giới.
Tại đây, do bức xạ môi trường nhiều phản ứng hóa học xảy ra đối với ôxy, nitơ, hơi nước,
CO
2
...chúng bị phân tách thành các nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion như NO
+
,
O
+
, O
2+
, NO
3
-
, NO
2
-
...và nhiều hạt bị ion hóa phóng xạ sóng điện từ khi hấp thụ các tia mặt
trời vùng tử ngoại xa.
• Tầng ngoài : từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên
đến 2.500°C. Đây là vùng quá độ giữa khí quyển Trái Đất với khoảng không vũ
trụ. Vì không khí ở đây rất loãng, nhiệt độ lại rất cao, một số phân tử và nguyên tử
chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra khỏi sự trói buộc của sức hút
Trái đất lao ra khoảng không vũ trụ. Do đó tầng này còn gọi là tầng thoát ly. Tuy
nhiêt, các nhiệt kế, nếu có thể, lại chỉ các nhiệt độ thấp dưới 0°C do mật độ khí là
cực kỳ thấp nên sự truyền nhiệt ở mức độ có thể đo đạc được là rất khó xảy ra.

Ranh giới giữa các tầng được gọi là ranh giới đối lưu hay đỉnh tầng đối lưu, ranh giới bình
lưu hay đỉnh tầng bình lưu và ranh giới trung lưu hay đỉnh tầng trung lưu v.v. ở tầng này
có mặt các ion O
+
(<1500km), He
+
(<1500), H
+
(>1500km). Một phần hiđrô của Trái Đất
(khoảng vài nghìn tấn/năm) được tách ra đi vào vũ trụ đồng thời các dòng plasma do môi
trường thải ra là bụi vũ trụ (khoảng 2g/km²) cũng đi vào Trái Đất. Giới hạn trên của đoạn
khí quyển và đoạn chuyển tiếp với vũ trụ rất khó xác định, ước đoán khoảng 1.000 km.
Nhiệt độ trung bình của khí quyển tại bề mặt Trái Đất là khoảng 14°C.
Áp suất
Bài chính: Áp suất khí quyển
Áp suất khí quyển là kết quả trực tiếp của trọng lượng không khí. Điều đó có nghĩa là áp
suất khí quyển dao động theo khu vực và thời gian do khối lượng (và trọng lượng) của
không khí trên Trái Đất thay đổi theo khu vực và thời gian. Áp suất khí quyển giảm
khoảng ~50% khi lên tới độ cao chừng 5 km (tương đương với khoảng 50% của tổng khối
lượng không khí nằm trong phạm vi 5 km bề mặt Trái Đất). Áp suất trung bình của khí
quyển, tại mực nước biển, là khoảng 101,3 kPa hay 760 mm thủy ngân (khoảng 14,7 pound
trên inch vuông hoặc 1 átmốtphe theo hệ đo lường quốc tế (SI)).
Thành phần
Thành phần khí quyển Trái Đất.
Thành phần phần trăm của không khí khô theo thể tích - ppmv: phần triệu theo thể
tích.
Chất khí Theo NASA
Nitơ 78,084%
Ôxy 20,946%
Agon 0,9340%

Điôxít cacbon (CO
2
) 365 ppmv
Neon 18,18 ppmv
Hêli 5,24 ppmv
Mêtan 1,745 ppmv
Krypton 1,14 ppmv
Hiđrô 0,55 ppmv
Không khí ẩm thường có thêm
Hơi nước Dao động mạnh; thông thường khoảng 1%
Điôxít cacbon và mêtan cập nhật (năm 1998) theo IPCC bảng TAR 6.1. Tuy nhiên, theo
báo cáo gần đây nhất của các nhà khí tượng Mỹ NOAA vừa ghi nhận 2 thì nồng độ CO
2
trong bầu khí quyển đã gia tăng tới mức kỷ lục mới. Nồng độ CO
2
cao nhất đo được
khoảng 381 ppmv. Các nhà khí tượng lo ngại đây chính là một nhân tố có thể gây những
thay đổi bất ngờ của khí hậu.
Khối lượng phân tử trung bình của không khí khoảng 28,97 g/mol.
Mật độ và khối lượng
Mật độ của không khí tại mực nước biển là khoảng 1,2 kg/m³. Sự thay đổi tự nhiên của khí
áp ở bất kỳ độ cao nào đều là nguyên nhân của sự thay đổi thời tiết. Sự thay đổi này là
tương đối nhỏ ở các độ cao thấp nhưng là rất lớn ở các độ cao lớn vì sự thay đổi của bức
xạ mặt trời.
Mật độ của khí quyển giảm theo độ cao và có thể mô hình hóa một cách xấp xỉ theo công
thức khí áp. Những công thức có độ chính xác cao hơn được các nhà khí tượng học và các
trung tâm vũ trụ sử dụng để dự báo thời tiết và tính toán tình trạng quỹ đạo của các vệ tinh.
Tổng khối lượng của bầu khí quyển khoảng 5,1 × 10
18
kg, hay khoảng 0,9 ppm của khối

lượng Trái Đất.
Tỷ lệ phần trăm trên đây được tính theo thể tích. Giả sử các chất khí là những khí lý tưởng,
chúng ta có thể tính toán tỷ lệ theo khối lượng. Khi đó thành phần theo khối lượng của
không khí là 75,523% N
2
, 23,133% O
2
, 1,288% Ar, 0,053% CO
2
, 0,001267% Ne,
0,00029% CH
4
, 0,00033% Kr, 0,000724% He và 0,0000038% H
2
.
Các tầng khí quyển khác
Các khu vực của khí quyển có thể đặt tên theo các cách gọi khác:
• Tầng điện li hay tầng ion — Là khu vực có chứa các ion: Tương đương với tầng
giữa và tầng nhiệt đến độ cao 550 km.
• Tầng ngoài hay ngoại quyển— phía trên tầng điện ly, ở đó khí quyển mỏng dần
vào trong khoảng không vũ trụ.
• Từ quyển — Là khu vực mà từ trường Trái Đất tương tác với gió Mặt Trời. Nó có
thể dài hàng chục nghìn kilômét, với chiếc đuôi dài ngược hướng mặt trời.