Becsüljük meg a légkör tömegét!
Zsigó Zsolt
2006/05/24 14:12
5036 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
Bolygónk légkörét a gravitációs vonzás tartja fogva. Ha ez a vonzóerő megszűnne, vagy nagysága lecsökkenne, akkor a légkört alkotó részecskék az állandó rendezetlen hőmozgás miatt a világűrbe távoznának. Így a légkört alkotó gázok "elfogynának".

A fentiekből következik, hogy azoknak az égitesteknek lehet csak légkörük, amelyeken elég nagy a gravitációs vonzás ahhoz, hogy a légkört alkotó gázrészecskéket "fogva tartsa". A Holdnak például nincs légköre, mert a Holdon a gravitációs vonzás nem elég ahhoz (a Földön mérhető gravitációnak csak kb. hatodrésze mérhető a Holdon), hogy a gázrészecskéket a Hold gravitációs vonzáskörében tartsa. A naprendszerünket alkotó bolygók közül több is rendelkezik légkörrel.

A bolygók légköre

A Merkúrt és a Plútót kivéve minden bolygónak van légköre. A Vénusz, a Föld és a Mars légkörének kiterjedése azonban messze elmarad az óriásbolygókat körülvevő vastag buroktól. A Jupiter típusú bolygók lényegében megtartották keletkezésük idején szerzett gáznemű légkörüket. A Föld típusú bolygók azonban képtelenek voltak megőrizni az ilyen típusú atmoszférát. Légkörüket a belsejükből -például vulkáni működés révén- kiszabaduló gázok hozták létre. Számos tényezőtől függ, hogy egy bolygó meg tudja-e őrizni atmoszféráját, de főként a légkör hőmérsékletétől, kémiai összetételétől és a szökési sebességtől. Ha bolygó légkörének külső övezetében egy részecske a bolygó szökési sebességénél gyorsabban mozog, képes kiszökni az űrbe. Minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabban mozognak az atomok és a molekulák, bizonyos hőmérsékleten pedig a nehezebb atomok és molekulák lassabbak. A nagy tömegű bolygókon nagyobb a szökési sebesség mint a kisebbeken. A Jupiter

A hidegebb s nagyobb sűrűségű Jupiter típusú bolygók hidrogénjük és héliumuk legnagyobb részét megtartották, miközben a kőzetbolygók elveszítették ezeket a gázokat. A légkör tömege több szempontból is fontos. Minél nehezebb egy atmoszféra, annál nagyobb a talajszintre gyakorolt nyomása, és ez a nyomás a hőmérséklettel együtt meghatározza az alatta lévő anyag halmazállapotát. A Vénusz légkörének fő alkotórésze a szén-dioxid, a teljes légkör több mint 96%-a. A légkör nyomása a földiének 90-szerese. A Marsnak főként széndioxidból (96%) álló ritka légköre van, a fennmaradó rész többsége nitrogén és argon. A légkör nyomása nem éri el a földi légkör nyomásának a századrészét sem.

A Merkúrnak nincs észrevehető sűrűségű légköre. Tekintettel arra ugyanis, hogy a bolygó napsütötte oldala igen forró, fel kell tételeznünk, hogy még a legnehezebb gázok is eltávoztak onnan. A Jupiter légkörét 90%-ban hidrogén, illetve hidrogénvegyületek, 10%-ban pedig hélium alkotja. A Szaturnusz légköre hidrogénből és hidrogénvegyületekből, valamint 6% héliumból áll. (Hasonló a Jupiteréhez, csak ott kicsit nagyobb a héliumtartalom.)

Az Uránuszt egy vastag, héliumot, hidrogént és metánt tartalmazó légkör övezi. A Plútó 1989-ban olyan közel került a Naphoz, mint felfedezése óta még soha, és az erősebb napsugárzás hatására légkört fejlesztett. Ez a légkör főként nitrogénből áll, nyomokban pedig metán fordul elő.

Becsüljük meg, mekkora tömegű a Föld légköre!

A Földön a levegő súlyából származó nyomás értéke 105 Pa, vagy 100 kPa. Ennek szemléletes jelentése: a levegő a Föld minden négyzetméterére 105 N erőt fejt ki, a levegő súlya miatt. A légkör teljes súlyát könnyen kiszámíthatjuk, ha a Föld felszínét megszorozzuk ezzel az értékkel. Mivel a Föld sugara 6378 km, azaz 6378000 m, így az ismert összefüggés alapján: A légkör súlya tehát: Így a légkör tömege: Ha ezt a Föld teljes tömegéhez - 6,4 1024 kg- hasonlítjuk, akkor látszik, hogy a légkör tömege ennek csak kb. milliomod része.

Milyen vastag a Föld légköre?

A légkör vastagságának meghatározása első hallásra nem tűnik túl nehéznek, hiszen a légnyomásból ismerjük az 1 m2 felületet nyomó levegőoszlop súlyát, és így tömegét is. (105 N, illetve 104 kg). A levegőoszlop térfogata pedig rögtön adódik, ha a levegő tömegét elosztjuk a levegő sűrűségével (normál). Ebből már adódik is, hogy a levegőoszlop 7692 m magas!

Becslésünk azért nem lehet pontos, mert nem vettük figyelembe azt, hogy a levegő nyomása, és sűrűsége a magassággal csökken. Tapasztalat szerint az előbbi jellemzők értéke nagyjából 5,5 kilométerenként a felére csökken. Ez egyben azt is jelenti, hogy a felettünk lévő légkör tömege is megfeleződik, így a légkör tömegének fele az 5,5 km magasság alatt, háromnegyede pedig 11 km-es magasság alatt található. Ha tovább folytatjuk ezt a gondolatmenetet, akkor a hetedik felezés után már 38,5 km-nél tartunk, és ez magában foglalja a teljes légkör tömegét is.

Persze a légkörnek nincs éles felső határa, a légkör fokozatosan ritkul, és a sűrűsége eléri a bolygóközi tér részecskesűrűségének értékét, ami csak néhány részecskét jelent köbcentiméterenként. A légkör felső határnak becsült értéke 300-400 km. A Mir űrállomás földkörüli pályán A Föld körül keringő mesterséges holdak is ebben a magasságban keringenek, így a levegő okozta közegellenállás már nem akadályozza a mozgásukat.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE program Program iskoláknak a bullying ellen
Jövő osztályterme Modern tanulási környezetekről a Sulineten