A Hét 1988/1 (33. évfolyam, 1-26. szám)
1988-05-20 / 21. szám
LnJ TUDOMANT TECHNIKA Fejezetek a Föld naplójából mai légköre másodlagos eredetű, tehát nem a Föld keletkezése óta veszi körül bolygónkat. Volt ugyan a Földnek egy őslégköre is, ez elsősorban olyan könnyű gázokból (hidrogén, hélium) állt, amelyek a protoplanetáris ködnek is alkotórészei voltak, de a Föld létrejöttét követő időkben nagyrészt a kozmikus térségbe szökött. Miután a Föld felszíne fokozatosan lehűlt, a mélyebb rétegekből gázok szabadultak fel (ezt tudományosan gáztalanodásnak vagy degazációnak neveA FÖLD LÉGKÖRE 8. A Naprendszer legtöbb bolygójának van légköre, de csak a Földé olyan, amely lehetővé teszi az élet fennmaradását. Joggal fölvetődik a kérdés: melyek azok a tényezők, amelyek meghatározzák a légkör kémiai összetételét, sűrűségét, vastagságát, belső mozgását és időbeni fejlődését? Miért van az, hogy a Földnél alig valamivel kisebb sugarú Vénusz légkörében a szén-dioxid (CO2) dominál (kb. 97 %), amely olyan üvegházhatást hoz létre, hogy a bolygó felszíni hőmérséklete eléri az 500 °C-t, arról nem is szólva, hogy a légkör nyomása legalább kilencvenszer nagyobb, mint a Földön? Némelyek szerint elképzelhető, hogy egykor a Földön is hasonló légköri viszonyok uralkodtak, mint a Vénuszon ma, de mert bolygónk távolabb kering a Naptól, felszínén kezdettől fogva alacsonyabb lehetett a hőmérséklet, ami lehetővé tette az élet kialakulását. Sajnos kevés bizonyosat tudunk a bolygók keletkezésének körülményeiről és fejlődésük korai időszakáról, így a bolygók légkörének kialakulásáról és további sorsáról is jobbára feltevések alapján mondhatunk valamit. KÉT ELKÉPZELÉS A Föld légkörének eredetével kapcsolatosan jelenleg megoszlanak a vélemények. A szakemberek egyik tábora azt vallja, hogy a Föld zik), amelyek létrehozták a Föld másodlagos (szekundáris) légkörét. Ebben az atmoszférában a vízgőz és a széndioxid volt túlsúlyban, de tartalmazott metánt (CH4), ammóniát (NH3) és kén-hidrogént (H2S) is. A másik tábor képviselői szerint a Föld légköre együtt fejlődött a Földdel, tehát értelmetlen az elsődleges és másodlagos atmoszféra feltételezése. Az sem látszik valószínűnek, hogy a Föld életének hajnalán képes volt megtartani ugyanazt a könnyű gázokból álló légkört, amelyet később már nem. Kétségtelen, hogy a légkör összetétele kezdetben más lehetett, mint a későbbiekben, de ennek az a magyarázata, hogy a Föld mélyében és a felszínén olyan kémiai, fizikai és geológiai folyamatok játszódtak le, amelyek alapvetően módosították Földünk légkörének kémiai összetételét. A két elképzelés tulajdonképpen csak a kezdeti időszakra vonatkozólag tér el egymástól, a későbbi fejlődést lényegében ugyanúgy magyarázza. A kérdés tisztázása, azt hiszem még eltart egy ideig, s az sem kizárt, hogy valaki egy egészen újszerű elmélettel jelentkezik, annyi azonban bizonyosnak látszik, hogy bolygónk légkörének összetételéért elsősorban maga a Föld felelős. HOVÁ LETT A SZÉN DIOXID? Mai ismereteink szerint a Föld életkora 4,6 milliárd év. Már sok száz millió éve létezett, de élet még nem volt rajta. Aztán a körülmények szerencsés összjátéka folytán (erről egy későbbi fejezetben még szó lesz) kialakultak az első élő szervezetek. Leszármazottaik fokozatosan megtanulták, hogyan hasznosítsák a légkörben akkor még nagy menyiségben megtalálható szén-dioxidot. A nap energiája segítségével átalakították a gázállapotú szén-dioxidot és a vizet szerves anyaggá, amelyet beépítettek a saját szervezetükbe. Eközben molekuláris oxigén szabadult fel, amely a légkörbe távozott. Az autotróf szervezetek megjelenésével tehát egyidejűleg a szabad oxigén is megjelent a légkörben, ez viszont lehetővé tette olyan élőlények kialakulását, amelyek képtelenek voltak a légkör szén-dioxidjának közvetlen átalakítására. Az oxigén aránya a légkörben egyre nőtt, a szén-dioxid viszont fogyni kezdett. Jelentős része az élőlényekbe épült be, egy másik része pedig különböző karbonátok (elsősorban kalcium-karbonát — CaCC>3 — és magnézium-karbonát — MgC03) formájában kötődött meg. A LÉGKÖR KÉMIAI ÖSSZETÉTELE A levegő kémiai összetételének vizsgálata lényegében a XVIII. század második felében indult el, pontosabban ekkor születtek az első valóban figyelemre méltó eredmények. Jóllehet a légkör sűrűsége a Föld felszínétől távolodva rohamosan csökkent, kémiai öszszetétele kb. 85 km-es magasságig változatlannak tekinthető (ezért ezt az övét homosz- 1érának is nevezik). A levegő különböző gázok elegye, amelyben 78,09 % nitrogén, 20,95 % oxigén, 0,93 % argon, továbbá egyéb nemesgázok, vízgőz és szén-dioxid található. A földtörténet során ez az arány minden valószínűség szerint változott. Számos jel mutat arra, hogy az oxigén-koncentráció jelentős mértékben ingadozott, ami esetleg összefüggésbe hozható bizonyos fajok megjelenésével, illetve drámai kihalásával. Újabban amerikai kutatók több tíz- és százmillió éves borostyánkövekben konzerválódott légbuborékokat elemezve próbálják meg kideríteni, milyen is lehetett a légkör összetétele a borostyánkő megdermedésekor. Nagy feltűnést keltett a New Scientist 1987. november 5-i számában megjelent egyik cikk, amelynek szerzői (Gary Landis és Robert Bemer) azt állítják, hogy 80 millió évvel ezelőtt a Föld légköre kb. 50 %-kal több oxigént tartalmazott mint ma (tehát részaránya meghaladta a 30 %-ot). 25 millió évvel ezelőtt viszont az oxigén-koncentráció csupán 16%-os volt. Természetesen sokan kétségbe vonják a mérési eredmények pontosságát, így csak a további vizsgálatok döntik el, mi is az igazság ebben a kérdésben. A LÉGKÖR SZERKEZETE A Földünket körülvevő gázburok vastagsága mintegy 42 000—60 000 km. Természetesen a légkör nem egyenletesen oszlik el benne; a zöme — kb. 99,9 %-a — egy 100 kilométer vastag gömbgyürűben található, amelynek alsó határa a földfelszín. Itt a levegő sűrűsége 0,0012 g/cm3, feljebb emelkedve a sűrűség — a gyengülő gravitáció folytán — rohamosan csökken. Már néhány ezer méterrel a felszín fölött jóval kisebb a levegő sűrűsége és nyomása, mint közvetlenül a Föld felszínén, s a hőmérséklete is csökken. A légkörnek közvetlenül a felszín fölötti rétegét, amely az időjárásért felelős — troposzférának. nevezik. Vastagsága kb. 10—12 km, itt játszódik le az általános földi légkörzés. A felszíntől távolodva kb. 0,56 °C-szal csökken 100 méterenként a hőmérséklet (ez természetesen átlagérték), a troposzféra legfelső sávjában —55——75 °C körüli hőmérséklet uralkodik. A tropopauza a troposzféra és a sztratoszféra között húzódik. A stratoszféra elnevezéssel általában a 20 km-es magasságban kezdődő és kb. 50 km-es magasságig terjedő övét illetik. A nedvesség teljes mértékben hiányzik belőle, ezért a sztratoszférában már nem képződnek felhők. Az itt előforduló ún. gyöngyházfelhők anyaga kozmikus por. A sztratoszférában található a Földünket az ibolyántúli sugárzástól védő, s napjainkban aggódva figyelt ózonréteg vagy ózonpajzs, amely háromatomos oxigénmolekulákból áll. A legnagyobb ózon-koncentráció a 22—24 km-es magasságban található, de még a 90 km-es szinten is előfordul ózon. Az ózonrétegben sajátos hőmérsékleti viszonyok uralkodnak, az ózon által elnyelt napsugárzás melegítő hatása révén a sztratoszféra legfelső sávjában a hőmérséklet jóval 0 °C fölé is emelkedhet. A sztratoszférát a sztratopauza zárja, utána a mezoszféra következik (50—80 km), ahol tovább csökken a hőmérséklet (—92 °C). A vulkánkitörések pora és az atomrobbantások radioaktív termékei egészen a mezoszféráig elhatolhatnak, s itt játszódnak le azok a fényjelenségek is, amelyeket a Föld felé közeledő meteoritok keltenek (az ún. csillaghullás). A mezoszférát lezáró mezopauza után kezdődik a termoszféra, amelynek felső határa egyúttal a Föld légkörének is a felső határa. Itt már igen csekély a gázok sűrűsége, s többnyire ionizált formában találhatók benne, tehát már nem is gázhalmazállapotúak, hanem plazmának tekinthetők. A felszíntől mintegy 200 km-nyire a hőmérséklet jelentősen emelkedik: eléri az 1 500-1 700 °C-t. A légkört különböző szempontok alapján lehet övekre osztani, az egyik ilyen szempont a részecskék ionizáltsága. 65 km-es magasságig lényegében elhanyagolható az ionizált atomok és molekulák aránya a légkörben, ezért ezt a réteget szokás neutroszférának is nevezni. 65 km magasan például alig 100 ion található 1 köbcentiméternyi levegőben, 200—300 km-re a felszíntől azonban már több mint 106 ion van ugyanolyan térfogatban. Ezért a neutroszférá fölött elhelyezkedő réteget ionoszférának nevezik. Az ionoszfórát további rétegekre szokás osztani (D-réteg, Kennely-Heaviside-réteg. Appleton-rétegek). ezek részletesebb ismertetését mellőzném, csupán annyit fűznék még hozzá, hogy az ionoszférának nagy szerepe van a rádiózásban. Az ionoszféra fölött helyezkedik el a protonoszféra. amelyben elsősorban pozitív töltésű hidrogénatommagok, protonok találhatók. A Föld mágneses terének és a napszélnek a hatása a magnetoszférának is nevezett rétegben, tehát a 100—150 km-töl egészen a légkör határáig terjedő nagyon kis sűrűségű sávban jelentkezik. Az első mesterséges holdak hoztak hírt arról (1958-ban), hogy több ezer kilométernyire a Föld felszínétől különböző sugárzási övék veszik körül bolygónkat. Ezeket van-Allen-öveknek is nevezik. A magnetoszféra fontos szerepet ját^ szik a Föld élővilágának védelmében. Az ionizált részecskéket tulajdonképpen a bolygónkat bombázó kozmikus sugárzás hozza létre, s ezáltal energiájának legnagyobb része elnyelődik, a felszínt csupán a töredéke éri el. Ugyanakkor a Nap felől érkező elektron- és protonáramot (az ún. napszelet) is feltartóztatja és eltéríti, s bár ez mágneses viharokkal jár (amint arról már egy korábbi alkalommal szó volt), még mindig kisebb veszélyt jelent, mintha ezek a nagy energiájú részecskék közvetlenül a földfelszínt bombáznák. A légkör szerkezetének és tulajdonságainak vizsgálata — elsősorban a műholdak segítségével — napjainkban egyre erőteljesebben folyik. LACZA TIHAMÉR Fotó: J. Dube ň
