Ne var yerin üstünde: Hava. Nedir hava, nelerden oluşur? Alırsın bir litre, soğutursun soğutabildiğin kadar ve sırası gelen gaz sıvılaştığında, ayırıp tartarsın: Sıfır Kelvin, mutlak sıfıra yaklaşabildiğin kadar devam. Bu soğutma iş­lemi ve düşük sıcaklıklarda çalışmak güçse eğer, havayı ayrıştırmanın başka yöntemleri de var; örneğin kütle spektrometresi. Neyse: Geri­de pek bir şey kalmayınca, o bir litre havanın içindeki çeşitli gazların ağırlıklarını bulmuş olursun. Bunların toplam ağırlığa oranları, ağır­lık oranlarını verir. Veya ağırlıkları molekül ağırlıklarına bölüp, mol sayılarını bulursun. Bir mol gaz, ideal gaz, deniz düzeyi koşullarında 22.4 litre hacim kapladığına göre, mol sayılarından hareketle, hacimsel oranlar bulunur. Hava­nın bileşimi çıkar ortaya. Nedir o?

Hacimsel olarak; %78 nitrojen, %21 oksijen, %1 argon. Kütlesel oranlar, molekül ağırlıkla­rının farklılığı nedeniyle, biraz değişik. Bu bile­şim küçük miktarlarda; nitrus oksitler (0,5 ppmv), ksenon (0,09 ppmv), ozon (%0-0,07 ppmv, kışın 0-0,02 ppmv), nitrojen dioksit (0,02 ppmv), iyot (0,01 ppmv) ile eser miktarlarda karbonmonoksit ve amonyak da içeriyor. Bu bi­leşimdeki gazlardan bazılarının, oranları küçük olmakla beraber, işlevi önemli. Örneğin ozon…

Fakat bu bileşim, her yerde aynı değil; hava karışmıyorsa eğer, yükseldikçe değişir. Ne de olsa atmosferi yeryüzüne bağlı tutan, yerin kütle çekimi; durağan bir atmosferde en ağır gazlar dipte daha yoğun olmalı. Hafif olanlar daha zi­yade üstte yüzüyor, suyun üstünde yağ gibi. Karışma yoksa tabii. Hem öyle; hem de yüksel­dikçe atmosfer seyreliyor olmalı, kesin bir sınırı yok. Peki ne kadar hava var yer yüzeyinde, at­mosferi oluşturan?…

BASINÇ ve SICAKLIK

Upuzun bir tüp düşün, bir ucu yerde, bir ucu da gökyüzünde; atmosferin dışına kadar uzanıyor. Kesit alanı 1 cm2 olsun, birim alan. Uçları da açık ki içi hava dolsun. Bu durum­da, tüpü yerdeki ucunu parmağınla kapattığın­da, parmak ucunda, tüpteki havanın tüm ağır­lığını hissedersin. Birim alan başına atmosfe­rin ağırlığı bu. Bildiğimiz basınç yani, deniz düzeyindeki. Böyle bir tüp bulamayacağımıza göre, nasıl ölçeriz bu basıncı?… Basit: Evangelista Toricelli 1643 yılında barometreyi bulmuş zaten, Galileo’nun öğrencisi. Al uzunca bir tü­pü, U şeklinde kıvır; uçları yukarı gelecek şe­kilde tutup, içine, diyelim su doldur. Uçlardan birini, diyelim sağdakini, tam su seviyesinden eritip kaynat ki içinde hava kalmamış olsun. Sonra tüpü ters çevir ki ucu açık olan koldan su akabildiği kadar aksın. Hepsi akmayacaktır, çünkü diğer ucu vakumlu. Tüpü tekrar ters çevirip kollarını yukarı doğru verdiğimizde, ucu kapalı olan sağ koldaki suyun düzeyi, açık olan sol koldakinden daha yüksek olur. Çün­kü sol koldaki suyun yüzeyinde atmosfer ba­sıncı vardır halbuki sağdakinin üzerinde boş­luk olsa olsa bir miktar su buharı…

Atmosferin yoğunluğu sabit de­ğil tabii, yükseldikçe azalıyor. Basınç azaldık­ça seyrelip, sıcaklık arttıkça genleşip, azalıyor. Hem de üstel olarak. Dolayısıyla, atmosfer ka­lınlığı aslında, kesin bir sınırı olmamakla bera­ber, bundan bir hayli fazla. Ama bu değerin 10 katından çok daha fazla olacak hali de yoktur herhalde, 80-100 km’den. Sıcaklık?…

Sıcaklık daha basit. Alırsın bir tüp; bu sefer kısa olabilir; havasını boşaltıp, içine biraz sıvı koyarsın; iki ucunu da kaynattın mı, olur termo­metre. İçindeki sıvı ısındıkça, boşluğa karşı gen­leşir ve eğer genleşme miktarı sıcaklıkla doğru orantılıysa; sıvı yüksekliğindeki oynamalar, sı­caklık değişimlerini verir. İlk termometreyi 1593 yılında Galileo keşfetmiş, Toriçelli’nin hocası. Aslında, sıcaklıktan etkilenen herhangi bir şey termometre olarak kullanılabilir. Yeter ki bu etki, güvenilir bir göstergeye bağlanabilsin; yani sıcaklığa bağlı olarak, uygun bir şekilde ölçeklendirilebilsin. Neyse, bu iki temel aygıtla atmosferin yüksekliklerinde ölçüm nasıl yapıla­cak? Bir kere; yeryüzü coğrafyasının yüksek noktalarına tırmanılabilir, bu bir. İkincisi; rast­layıp ölçtüğü en yüksek ve en düşük sıcaklık ve basıncı kaydedecek birer aygıt, bir uçurtmaya bağlanıp uçurtulabilir. 18. ve 19. yüzyıllarda at­mosfer verileri böyle toplanırdı. Tevekkeli Benjamin Franklin uçurtmaya o kadar meraklıymış, sınırlı imkanlarla çalışan onca bilim insanından yalnızca birisi olmasından dolayı. Bu yöntemle 3 km yüksekliklere kadar ulaşılabilir. Balonla­rın ise, dikey erimi 50 km kadar. Ancak yatay­da fazla hareketli olduklarından; sonradan tek­rar bulunup, ölçümlerinin okunması lazım ki bu her zaman mümkün değil. Hâlbuki Markoni’nin radyoyu keşfetmesinden ve işlevsel bir radyonun küçültülmesinden sonra, 1930’lu yıl­larda, ‘radyosonda’ denilen rasat balonlarının, ölçümlerini radyo dalgalarıyla yere iletmeleri mümkün oldu ve balonların peşinden koşuştur­maca son buldu. 1960’lı yıllarda ise, çok daha yükseklere tırmanabilen ‘atmosfer inceleme uçakları’ ve uydular vardı. Değişik yükseklikler­de ölçümler yapılıp, hava örnekleri alındı. Şim­di artık, Doppler etkisine dayalı ölçümler yapan radarlarla donanımlı ‘rasat uyduları’, hava tahminlerine yönelik kısa vadeli verileri büyük bir hızla toplayabildikleri gibi, iklimdeki uzun vade­li değişimlerin belirtilerini de arıyorlar. Yapılan ayrıntılı incelemelere göre, durum kabaca şöy­le…

KATMANLAR

Konum ve zamanla bağlı olarak değişmekle beraber, atmosferin deniz düzeyindeki yoğunlu­ğu 1,2 kg/m3. Basıncı 1 atm veya 1,013 bar, ya­ni 101.300 N/m2 ya da Paskal. Sıcaklık, ortala­ma 14 °C kadar. Yükseklik arttıkça; yoğunluk üstel olarak sürekli azalırken; sıcaklık önce aza­lıp sonra artıyor, sonra yine tekrar. Dolayısıyla, sıcaklık değişimlerine göre, atmosferi kabaca dört katmana ayırmak mümkün: Troposfer, stra­tosfer, mezosfer, termosfer.

Troposfer

Troposfer, hava paketlerinin yükselip alçal­dığı ve iklim olaylarının hemen tümünün yer al­dığı katman. Kalınlığı, enleme ve hava durumu­na bağlı olarak, 7-17 km arasında değişiyor. De­niz düzeyinde 1 atm olan basınç, ilk 5 km’nin sonunda %50, katman sınırında %90 oranında azalıyor ve bu atmosferin toplam kütlesinin, sı­rasıyla %50’sinin ve %90’ının bu ince kabuklar içerisinde bulunduğu anlamına geliyor. Örne­ğin, Everest’in 8.856 m yüksekliğindeki zirvesinde 300 milibar, yani deniz düzeyindeki 1 atm’in üçte birinden az. Tırmanıcılar bu yüzden, oksijen tankı ve maskesi kullanmak zorun­da. Sıcaklık keza, yükseklikle birlikte azalıyor. Bu da beklenen bir durum. Yerkabuğu güneş­ten gelen ışınlarla ısındığına ve radyoaktif kö­kenlisi de dahil olmak üzere yerin iç ısısı kabuk­tan dışarıya verilmekte olduğuna göre; litosfer, atmosferin bu en alt katmanına göre daha sıcak ve litosferden uzaklaşıp troposferde tırmandıkça, hava sıcaklığı azalmak zorunda. Ölçüme dayalı değişim for­mülleri farklılık göstermekle beraber, her km’de yaklaşık 6 °C kadar. Dola­yısıyla; deniz düzeyinde 14 °C olan or­talama sıcaklık, katman sınırında -52 °C’ye kadar iniyor. Örneğin Everest’in zirvesinde, -39 °C olması gerekirken, ölçümler -36 °C veriyor. Troposferle bir sonraki katman arasında, ‘tropopause’ denilen ince bir geçiş tabakası var. Bu ikisine birlikte, ‘alt atmosfer’ de deniyor.

Stratos­fer

Troposferden sonraki katman, 50 km yüksekliğe kadar tırmanan stratos­fer. Buradaki hava kuru ve daha az yoğun. Hava hareketleri hala var, ama çoğunlukla yatay. Sıcaklık yükseklik­le birlikte, -3 °C‘ye kadar artıyor. De­mek ki bu katmanda bir enerji kayna­ğı var. O da, güneşten gelen morüstü (‘ultraviolet’) ışınların yüksek frekans­lı kısmını soğuran ve böylelikle, yeryüzündeki hayatı bu ışınların zararlı etki­lerinden koruyan, yaklaşık 12 km ka­lınlığındaki ozon tabakası. Gerçi ‘ozon tabakası’, yanıltıcı bir isim. Çün­kü ozon aslında, buradaki hava bileşiminin küçük bir kısmını oluşturuyor.

1990’lı yıllarda bu tabakanın insan ya­pımı kloroflorokarbon bileşiklerinin etkisiyle, başta Antarktika üzerinde ol­mak üzere bazı bölgelerde inceldiği belirlenince, söz konusu bileşiklerin kullanımından vazgeçildi. Troposfer; bir sonraki katmandan, yani mezosfer­den, ‘tropopoz’ (‘tropopause’) denilen ince bir tabakayla ayrılıyor.

Mezos­fer (şemosfer) 

50 km ile 80-85 km arasında yer alan mezos­ferde, sıcaklık tekrar azalma eğilimine giriyor ve katmanın, ‘mezopoz’ (‘mesopause’) denilen dış sınırında -93 °C’ye düşüyor. Stratosfer ve me­zosfere, stratopoz ve mezopoz tabakalarıyla bir­likte, ‘orta atmosfer’ de deniyor. ATLAS Uzay Laboratuvarı misyonu kapsamında ayrıntılı ola­rak incelendi. Orta atmosferde 80 km yüksekliğin üstüne çıkanlar, ABD’de ‘astronot’ olarak nitelendiriliyor.

Termosfer (iyonosfer)

Bir sonraki katman; 80-85 km’den başlayıp, 640 km’den yukarısına kadar uzanan termosfer. Havası çok seyrelmiş olmakla beraber, güneşten gelen en yüksek enerjili foton veya parçacıkları soğuruyor. Dolayısıyla, sıcaklık yükseklikle bir­likte artarak, 1.727 °C’ye kadar ulaşabili­yor. Atomlarının çoğu iyonlaşmış halde oldu­ğundan, bu katmana ‘iyonosfer’ de deniyor. İyon katmanının radyo dalgalarını yansıtıyor olması, yeryüzeyindeki uzun mesafe radyo ileti­şimini mümkün kılıyor. İyonosferin yapısı, Güneş’teki patlamaların fırlattığı ve çoğunlukla yüksek enerjili protonlar­dan (-500 keV) oluşan ‘Güneş rüzgarı’ndan ciddi şekilde etkileniyor. Bu rüzgarın gücü Güneş’in etkinlik düzeyine bağlı olduğundan, iyonosfer üzerindeki etkisi de zamanla de­ğişken. Ancak, kimyasal tepkimeler yüksek sıcaklık nedeniyle, yer yüzeyindekine oranla çok daha hızlı sey­rettiğinden; iyonosfer, yapısındaki değişiklikleri hızla onarma yeteneği­ne sahip. ‘Üst atmosfer’ olarak da nitelendirilen bu katman, ‘Tasmalı Uydu Misyonu’nca (‘Tethered Satellite Mission, TSS-1R’) incelenecek. Tasma; termosferde gezinecek olan inceleme uydusunu, daha alçakların görece güvenli ortamında seyreden bir uzay aracına bağlayan halat…

100 km’nin altındaki atmosfer, yükseklikle birlikte seyrelmekle be­raber, oldukça iyi karıştığından, yak­laşık olarak aynı bileşime sahip. Fa­kat 100 km’nin üstünde bu bileşim, karışıma etkilerinin yokluğu nede­niyle, yükseklikle birlikte değişmeye başlıyor. Çünkü her gaz yük­seklikle üstel olarak, fakat daha ağır olanları daha hızlı seyrelmek zorun­da. Dolayısıyla, oksijen ve nitrojen gibi molekül ağırlığı görece yüksek olan gazlar, helyum ve hidrojen gibi hafif moleküllü gazlardan daha hızlı seyreliyor. Sonuç olarak, termosfe­rin dış kısmı; ‘heterosfer’ olarak ad­landırılan ve sırasıyla helyum, mole­kül halindeki hidrojen ve atom halindeki hidrojen gazlarının egemen olduğu bir bölge içeriyor. Bu bölgenin yüksekliği ve içerdi­ği tabakaların kalınlıkları, sıcaklığa bağlı olarak değişken. Uzay araçlarının atmosfere girişinde, atmosferin varlığı 120 km’nin altında hissedil­meye başlanıyor. 100 km’de ise, bazen atmos­ferle uzay arasındaki sınır olarak kullanılan ve ünlü akışkanlar dinamikçisi Theodore Von Karman’ın anısına atfen adlandırılmış olan ‘Karman sınırı’ var. Fakat atmosferin aslında kesin bir sı­nırı yok.

Ekzosfer

Termosferin ötesinde seyrelmeye de­vam ederek, gezegenler arası gazlarla karışıyor. Çok düşük yoğunluklardaki hidrojen ve hel­yum, ekzosfer denilen bu bölgedeki ana bileşen­ler. Öte yandan, Dünya’nın manyetik alanı, on binlerce kilometre ötelere uzanıyor ve Güneş rüzgarını oluşturan yüklü parçacıkların vücut verdiği manyetik alanın etkisiyle, Güneş’e zıt yönde uzun bir kuyruk oluşturuyor. Manyetosfer denilen bu bölge, rüzgarın getirdiği yüksek enerjili yüklü parçacıkları yakalayıp sarmal yö­rüngelerde yavaşlatarak, dünyayı bu en tehlike­li kozmik ışınların hışmından koruyan bir kal­kan görevi görüyor. Van Allen radyasyon kuşa­ğında hapsolan iyonlar, kutup bölgesinde at­mosfere girdiklerinde, ‘Kutup Işıkları’ da deni­len ‘aurora’ ışımasına yol açıyor.

ATMOSFER NEDİR, KATMANLARI, ÖZELLİKLERİ, GAZLARIhttps://i2.wp.com/bilgikapsulu.com/wp-content/uploads/2017/04/atmosfer-nedir-katmanları.jpg?fit=428%2C465https://i0.wp.com/bilgikapsulu.com/wp-content/uploads/2017/04/atmosfer-nedir-katmanları.jpg?resize=150%2C150adminGüncelNediratmosfer basıncı,atmosfer katmanları,atmosfer sıcaklığı,atmosferde sıcaklık,Ekzosfer,hava nedir,hava nelerden oluşur,havadaki gaz oranları,havadaki gazlar nasıl ayrıştırılır,havadaki gazların ağırlıkları,havadaki gazların ayrıştırılması,iyonosfer,Manyetosfer,mezopoz,mezosfer,Normal atmosfer basıncı,orta atmosfer,ozon tabakası,şemosfer,stra­tosfer,stratopoz,termosfer,tropopause,tropopoz,TroposferNe var yerin üstünde: Hava. Nedir hava, nelerden oluşur? Alırsın bir litre, soğutursun soğutabildiğin kadar ve sırası gelen gaz sıvılaştığında, ayırıp tartarsın: Sıfır Kelvin, mutlak sıfıra yaklaşabildiğin kadar devam. Bu soğutma iş­lemi ve düşük sıcaklıklarda çalışmak güçse eğer, havayı ayrıştırmanın başka yöntemleri de var; örneğin kütle spektrometresi. Neyse: Geri­de...Bilim Sağlık Yaşam Teknoloji Güncel ve daha fazlası