Bu gaz tabakası, o gök cisminin çekim kuvveti sebebiyle uzaya yayılmaz.Yerçekimi sayesinde tutulan atmosfer, büyük ölçüde gezegenin iç katmanlarından kaynaklanan gazların yanardağ etkinliği ile yüzeye çıkması sonucu oluşmakla birlikte, gezegenin tarihi boyunca dünya dışı kaynaklardan da beslenmiş ve etkilenmiştir.
Basınç ve yoğunluk açısından diğer yer benzeri gezegenlerden Mars’a göre yaklaşık 100 kat büyük, Venüs’e göre ise yaklaşık 100 kat küçük bir gaz kütlesini ifade eder. Ancak bileşim açısından bu iki gezegenin atmosferlerinden çok farklı olduğu gibi, Güneş Sistemi içinde de eşsizdir.
Dünya Atmosferi (Hava)
Atmosfer, yeryüzünden başlar ve takriben 3200 km yüksekliğe sahiptir. Üst seviyesi kesin olarak sınırlandırılamamaktadır. Bir hava deryası altında yaşamaktayız. Havanın yoğunluğu ilk 100 kilometrede daha fazladır. Yukarılarda ise hafif gaz tabakaları vardır. Havanın yoğunluğunun yükseklikle değiştiğini ilk defa keşfeden, İslam alimlerinden İbn-i Heysem’dir (965-1038).
Atmosfer, canlıların yaşaması için gerekli oksijen, karbondioksit ve azot kaynaklarını geniş ölçüde sağlar. Hayatın devamı için suyu temin eder.
Endüstrinin ve canlı organizmaların artıklarını yok eder. Fotosentez için lüzumlu güneş ışınını geçirir. Aynı zamanda öldürücü ultraviyole ışınlarından ve kozmik ışınlardan, uzaydan yağan meteorlardan, dünyayı korur. Haberleşme için de gereklidir. Sesi ve elektromagnetik (ışık ve radyo) dalgalarını iletir ve atmosferin üst kısmında elektriği ileten bir tabaka, radyo dalgalarını yansıtır.
Böylece ufkun sınırının ötesinde haberleşmeyi ve hava araçlarının uçuşunu özel durumlar hariç mümkün kılar.
Güneş enerjisi dünyaya geldikçe, atmosferin değişik hareketlerini devam ettirir. Dünya üzerinde yüzlerce km yüksekte yörüngede dönen hava uydularından, çalkantılı havayı belirten, karmaşık ve devamlı değişken bulut yapıları gözlenebilir. Bulutların bir kısmı kilometrelerce uzakta, bir kısmı daha yakın, bazıları basit yapılı, bazıları da daha teferruatlı yapıdadır.
Fiziki özellikleri
Okyanusların sekiz yüz metre derinliğinde yaşayan balıklar, havaya çıkarılınca parçalandığı gibi, insanlar da hava basıncı altından çıkarılınca yaşayamaz. Hava, deniz kenarında, bir santimetrekare yüzeye yaklaşık olarak bir kilogram basınç yapmaktadır. Bu basınç miktarına, “bir atmosfer” denir ki 76 cm yüksekliğindeki civa sütununun basıncına eşittir.
Civanın özgül ağırlığı 13,6 gr/cm3 olduğu için, bin otuz üç santimetre (76×13,6=1033,6) suyun basıncı, yani 10 m ve 33 cm yüksekliğindeki suyun basıncı bir atmosferdir. İnsan derisinin yüzölçümü, ortalama bir buçuk metre kare olduğuna göre, hava hepimizi on beş ton kuvvetle ezmektedir. Bu büyük kuvvet altında, pestil haline gelmeyişimiz, solunum sayesindedir.
Solunum yolları, akciğer keseleri, kapiller ve kan damarları ile vücudumuzun bütün hücrelerine hava gittiğinden, içimizde de, hariçteki basınca eşit bir basınç mevcuttur. Sıcak havada basınç azalır, barometre düşer. Soğukta ise yükselir. Bu basınç değişmesi, sıhhatimiz için de çok mühimdir. Bu değişme olmasaydı, bildiğimiz hastalıkların dörtte biri mevcut olmazdı. Sıhhi iklimler; kırların ve kışın yaylaların, ilkbaharda ekvator adalarının iklimleridir.
Hava ile yeryüzü, elektrik bakımından birbirine karşı, bir pilin kutupları vaziyetindedir. Hava artı, yeryüzü eksi yüklüdür. Bu iki kutup arasında yaşamakta olan insan elli litre tuzlu su taşıdığından, kuvvetli bir iletkendir. Üzerimiz yüzbinlerce kıl ile örtülü olduğundan bir verici istasyonu halindeyiz.
Bileşimi ve Gazların yapısı
Atmosfer renksiz, kokusuz, tatsız, çok hızlı hareket edebilen, akışkan, elastik, sıkıştırılabilir, sonsuz genleşmeye sahip ısı geçirgenliği zayıf ve titreşimleri belli bir hızda ileten bir yapıya sahiptir. Tam olarak yüksekliği saptanamamıştır. “Homojen atmosfer” olarak isimlendirilen ve yoğunluğun hemen hemen aynı olduğu alt bölümün yüksekliği 8 km civarındadır. Bu seviyeden sonra yoğunluk yükseklikle azalır ve seyrek gaz kütleleri şekline dönüşerek uzay boşluğuna kadar uzanır ki bu bölge de “heterojen atmosfer” olarak isimlendirilir.
Belirgin olan bir şey; atmosferin üst seviyesinin 30 km civarında son bulduğudur. Bu seviyeden sonra da hava bulunduğunu söylemek doğrudur fakat bu bölümün meteoroloji ile bir ilişkisi yoktur. Şöyle ki 80 km yukarıda güneş ışınlarını yansıtabilecek kadar hava, 300 km yukarıda meteorların atmosfere girişinde sürtünme nedeniyle ışık verebilmesi ve hatta 600 km yukarıda aurora’ların gözlenmesi buralarda da az da olsa atmosferin olduğu yönünde ipuçları vermektedir.
Atmosferin yeryüzüne yakın katmanlarının yüzde 78’i azot, yüzde 21’i de oksijenden oluşur. Yüzde 1’i ise su buharı, argon, karbondioksit, neon, helyum, metan, kripton, hidrojen, ozon ve ksenon elementlerinden oluşur. Bunlara toz ve duman gibi maddeler de katılır.
100 km yükseğe kadar azot-oksijen oranında önemli bir değişiklik olmaz, yalnızca 20-30 km arasındaki yüksekliklerde bir ozon yoğunlaşması gözlenir. Bu ozon katmanının önemli bir işlevi vardır, çünkü güneşten gelen morötesi ışınların büyük bir bölümü bu katman tarafından süzülür. Ama buradaki ozon hem miktar, hem de yüzde olarak çok fazla değildir.100 km’nin üzerinde hızlı bir sıcaklık düşmesi gözlenir.Buradaki gazlar artık çok ince katmanlar biçimindedir. Daha çok da hafif gazlar bulunur. Bu gazlar morötesi ışınların etkisiyle ayrışır ve böylece burada oksijen serbest atomlar halinde bulunur. Işıl ayrışma denen bu olay 200 km yükseklikte daha da yüksek bir düzeye çıkar.
Su buharı, yer ve zamana göre değişen biçimde, atmosferin alt katmanlarına karışmış olarak bulunur ve yaklaşık 10-15 km yükseklikten sonra azalmaya başlar. Yeryüzünün iklim ve meteoroloji koşulları üstünde bu su buharının önemli bir rolü vardır, çünkü bulutlara asılı olan su buharı yağış olarak yeryüzüne düşer.
Daimi Atmosfer Gazlarının Konsantrasyonu
| Gaz | Yüzdesi |
|---|---|
| Azot (N2) | 78,1100 |
| Oksijen(O2) | 20,9530 |
| Argon (Ar) | 0,9340 |
| Neon (Ne) | 18,18×10-4 |
| Helyum(He) | 5,24×10-4 |
| Kripton (Kr) | 1,14×10-4 |
| Ksenon(Xe) | 0,087×10-4 |
| Hidrojen(H2) | 0,5×10-4 |
| Metan(CH4) | 2×10-4 |
| Azotdioksit(NO2) | 0,5×10-4 |
Atmosferin Terkibi
Atmosfer, aynı vasıfta kalan gazların karışımından (özellikle azot ve oksijen), değişken gaz konsantrasyonlarından (su buharı gibi), iyonlardan (elektrik yüklü atom ve moleküllerden) ve havada dağılmış çeşitli katı ve sıvı parçacıklardan meydana gelir.
Atmosferin büyük bir bölümünde dünya yüzeyinden 80-90 km yüksekliğine kadar daimi gazlar, kısa dönemlerdeki küçük değişmeler ve sınırlı bölgelerin üzeri hariç, aynı tarzda karışmıştır.
Yüz litre havada, yetmiş sekiz litre azot, yirmi bir litre oksijen, bir litre argon gibi asal gazlar ve 0,03 litre karbondioksit gazı (CO2) bulunur. Hava bu gazların karışımıdır. Havada gaz halinde bulunan azot, yumurta akı, ekmek, et gibi cisimlerin yapı maddesidir. Böyle azottan yapılmış maddelere “protein” diyoruz. Proteinler, aminoasitlerin peptitleşmesinden hasıl olan polipeptit yapıdadır. Bunlar protoplazmanın yapı taşı olduğundan, proteinsiz, yani azotsuz yaşanmaz. Yalnız yağ, şeker, nişasta gibi azotsuz gıdalarla beslenen bir hayvan yaşayamaz. İnsan hergün gıdalardan 8 gr azot almak mecburiyetindedir. Lakin ne insan ve ne de hayvan ve bitkiler havadaki azotu doğrudan doğruya alamaz. Zira, azot moleküllerindeki ikişer atom, birbiri ile kuvvetli bağ yapmış olup, kolay ayrılmaz.
Canlıların en büyük dertlerinden biri de açlıktır.Her sene milyonlarca hayvan ve bitki açlık derdinden ölmektedir. Her an milyonlarca aç insan mevcut olup, doyasıya yemeğe muvaffak olamamaktadırlar. Bu açlar, bilhassa pahalı olan protein maddelerine, yani içinde yüzdükleri azot deryasına, ciğerlerine kadar girmiş iken, istifade etmekten aciz olduklarından açtır. Bu hal, insanların aczini göstermeye kıymetli bir misal teşkil etmektedir.
Zira teneffüs yoluyla oksijen gazını alıp kanımıza kattığımız gibi, azot gazını da tutmak hassası kanımıza bahş edilmiş olsaydı, yeryüzündeki açlık ihtiyacı bir soluma ile temin edilebilecekti. Böylece aç kimse kalmayacak, açlık sona erip, milyonlarca canlı açlık sıkıntısından kurtulacak, açlık dolayısıyla ekmek ve et için insanlar birbirlerine saldırmayacak, yeryüzü bir harp sahası halinden çıkarak, bir Cennet bahçesi haline dönecekti. Bunların hepsi, insanın ciğerlerine her gün giren bin litre azottan, sekiz gramını (yedi litre) kanına alabilmesi ile mümkün olacaktı.
Değişken Atmosfer Gazlarının Konsantrasyonu
| Gaz | Yüzdesi |
|---|---|
| Su (N2O) | 0-7 |
| Karbondioksit(CO2) | 0,01-0,1 (Ort: 0,032) |
| Ozon (O3) | 0-0,1 (30 kilometrede) |
| Sülfürdioksit(SO2) | 0-0,0001 |
| Azotdioksit(NO2) | 0-0,00002 |
Su atmosfere, dünya üzerinde buharlaşarak karışır ve yoğunlaşarak kar ve yağmur yağışı şeklinde geri döner. Karbondioksit; bitkiler hariç, canlıların nefes vermesi ve yanma olayı ile atmosfere karışır ve fotosentezle temizlenir. Çok miktarda karbondioksit, okyanus içindeki küçük bitkiler tarafından emilir ve bırakılır. Ozon; oksijen atomlarının ve moleküllerinin, atmosferin 20-50 km yüksekliğinde, güneş ışınlarındaki ultraviyole ışınlarını absorbasyonu ile meydana gelir. Meydana gelen ozon, diğer güneş ışınlarını absorbe ederek tekrar atomik ve moleküler oksijene dönüşür.
Ozon hariç, hemen hemen bütün oksijen gazı yeryüzünden itibaren 80 kilometreye kadar diatomik (iki atomlu) haldedir. 100 kilometrenin yukarısında ise ultraviyole güneş ışığının absorbasyonu oksijeni tek atomlu halde tutar. Dünya yüzeyinde 80-300 kilometre yükseklikteki bölgede ise önemli elektrik ve manyetik etkileri sağlayacak yeterli oksijen iyonları vardır. 500 kilometrenin üzerinde helyum muhtemelen esas atmosfer gazıdır. Helyum 3000 kilometreden itibaren gezegenler arası gazlar ile karıştığı yere kadar yavaş yavaş hidrojene yer verir.
Atmosferdeki dağınık katı ve sıvı parçacıklar çok değişik kaynaklardan gelir. Bu parçacıklar yeryüzünden sürüklenerek veya deniz yüzeylerinin buharlaşmasından meydana gelebilir. Yanardağlar ve yangınlar, toz ve duman parçacıklarını ortaya çıkarır. İnsanlar da yakıtları yakma ve endüstri artıklarını havaya karıştırmakla atmosferin terkibine tesir ederler.
Dünya yüzeyine varmadan buharlaşan meteorlar, her gün atmosfere yaklaşık olarak bir ton madde ilave eder. Bu materyalin çoğu, sonunda dünya üzerinde birikir.
Güneşten gelen maddeler, atmosferin dış bölgesine girer. Güneş rüzgarı olarak bilinen yüklü parçacıklar, güneşten her yöne doğru devamlı akar. Parçacıklar (proton ve elektronlar) güneşin ve dünyanın magnetik alanıyla birlikte etkileşirler. Neticede güneş rüzgarının şiddeti düzensiz olarak değişir ve haliyle dünyanın magnetik alanının çekimini etkiler. Zerrecikler dünyanın yüzeyine erişmezler. Bunun yerine dünyanın mağnetik alanı tarafından saptırılır veya dünyayı 3.000-30.000 km yükseklikte saran Van Allen radyasyon kuşağı tarafından tutulur.
Atmosfer uzaydan devamlı çok yüksek enerji yağmuru (genellikle protonlar) alır. Kozmik ışın denen bu parçacıklar, dünyanın magnetik alanı tarafından kısmen yansıtılır. Fakat atmosferi geçip yeryüzüne çıkacak kadar enerjisi vardır.Atmosferden geçerken hava molekülleriyle çarpışırlar. Bunun sonucu yeryüzüne varabilecek çok miktarda ikinci kozmik ışınları üretilir.
Bu suretle atmosferin bütün terkibi, işlemlerin karmaşık dengesiyle belirlenir. Bu işlemler; bitkiler tarafından karbondioksitin absorbesini ve oksijenin verilmesini, diğer canlılar tarafından oksijenin alınıp karbondioksitin verilmesini, yanardağlardan gazların boşalmasını, suyun buharlaşmasını ve yoğunlaşmasını, fotokimyasal işlemi, dünya yüzünden ve uzaydan parçacıkların ilavesini ihtiva eder. İnsanlar da keza gazları ve havayı kirleten maddeleri atmosfere karıştırır. Ekzosferden (atmosfer basıncı en az olan en yüksek tabaka) hafif gazların (esasen hidrojen ve helyum) atomlarının kaçışından dolayı biraz madde kaybı vardır. Atmosferin toplam ağırlığında kazanç veya kayıp olup olmadığı net belli değildir.
Atmosferin Yapısı
Atmosfer, farklı ısı dağılımıyla karakterize edilen bir çok tabakalara ayrılır. Bunlar sırasıyla; troposfer, stratosfer, mezosfer, termosferdir. İlk üç katmanı birbirinden ayıran üst sınırlar; tropopoz, stratopoz, mezopoz adlarını alırlar. Atmosferin en alt tabakası “troposfer”dir. “Tropo” kelimesi dönen veya değişen manasındadır. Çünkü bu tabaka, hava şartları dediğimiz değişken atmosferik şartların meydana geldiği tabakadır.
Troposfer
Tropikal bölgelerde 16-18 km, kutuplara yakın bölgelerde 8-10 km yüksekliğe kadar çıkar. Atmosferin ağırlığının beşte dördü buradadır. Yükseklik arttıkça, sıcaklık düşer. Troposferin üst sınırında, (buraya trapopoz da denir)sıcaklık -51°C’den -79°C’ye kadar değişir.
Stratosfer
Troposferin üzerindeki hava tabakası. Bu tabakanın alt kısımlarında sıcaklık hemen hemen yükseklikle hiç değişmez. Fakat daha yukarılara doğru sıcaklık yükseklik ile artar. Yaklaşık 50 km yükseklikte ısı maksimum 7°C’ye varır. Bu stratopoz’un (Stratosfer ile Mezosfer arasındaki tabaka) işaretidir. 80 km yükseklikte sıcaklığın -73°C civarına düştüğü “Mezosfer”, Stratosferin yukarısında olur.
Termosfer
Mezosferin üst tabakalarında bulunur. Burada sıcaklık tekrar yükseklikle beraber 1232°C’ye kadar artar. Termosferdeki gece ve gündüz arasındaki sıcaklık değişimi belki de bir kaç yüz derecedir.
50 kilometrenin yukarısındaki ekzosfer diye bilinen kısım üç bölgedir. Burada dünyanın atmosferi uzayın gazlarıyla karışır. Bu bölgede dünyanın yerçekimi alanından kurtulan gaz molekülleri, özellikle hidrojen atomları yukarı doğru hızla uzaklaşırlar.
Atmosfer, elektriki hususiyetleri açısından da bölgelere ayrılabilir. 80 kilometrenin altında atmosfer hareketleri, yerçekimi tarafından ve basınç kuvvetleriyle kontrol edilen, başlıca nötr yüksek hava moleküllerinden meydana gelir. Burada yaklaşık 400.000 volta varan gerilim farkı veya dikey potansiyel dünya (negatif) ve iyonosfer (pozitif) arasında muhafaza edilir. Dünyada meydana gelen fırtınalar bu potansiyel farkını meydana getirir ve devam ettirir. 80 km yükseklikten 480 km’ye kadar atmosfer, nötr molekülleri olduğu kadar, elektrik yüklü parçacıkları veya iyonları da ihtiva eder. Bu bölgeye bu yüzden “iyonosfer” denir. Radyo haberleşmesinde, radyo sinyallerini uzak mesafelere yansıtır.
480 kilometrenin üzerinde “magnosfer” denilen bölge vardır. Böyle isimlendirilmesinin sebebi, burada iyonların ve atomik parçaların hareketleri hemen hemen tamamıyla dünyanın mağnetik alanı tarafından kontrol edilir. 3000-30.000 km arası, yüksek enerjili iyonize edilmiş parçacıkları ihtiva eden, ışın bölgesidir. “Van Allen Işın (Radyasyon) Kuşağı” denilen bu bölge ilk defa Amerikalı James A.Van Allen ve Rus Sergei Vernov tarafından sun’i uydulardan sağlanan bilgilerin analiziyle tespit edildi.
Heterosfer
Yeryüzeyinden 100 km yükseklikten itibaren atmosferin bileşim açısından bu türdeş yapısı kaybolmaya başlar. Bu nedenle ‘heterosfer’ adı verilen ve atmosferin son derece seyrek olduğu bu alanlarda, hareketlilik az olduğu için, gazlar uzun dönemde moleküler ağırlıklarına göre alçaktan yükseğe doğru hafife gidecek şekilde tabakalanma eğilimindedir. Güneş ışınlarının iyonize edici etkisinin güçlü hissedildiği bu bölgelerde, fotokimyasal etkinlikler de giderek önemli hale gelir, ve atmosfer bileşimini etkiler.
600-1,500 km arasında atmosferdeki oksijenin yerini, güneşteki lekelerin durumuna göre değişen bir biçimde, helyum alır, bunun üstünde de bir hidrojen katmanı bulunur. Onun için burada yerküreyi çepeçevre saran bir hidrojen tacından söz edilebilir. Yüksek enerjili güneş ışınlarının etkisi ile hızlandırılan bu hafif atomlar, Yerkürenin kütleçekiminden kurtularak uzaya kaçarlar. Eksilen hidrojenin yerini, fotokimyasal etkilerle yüksek atmosfer katmanlarındaki su moleküllerinin parçalanması sonucunda ortaya çıkan hidrojen alır. Bu nedenle hidrojen kaybı gezegenin değerli su kütlesinin kaybı anlamına gelmektedir. Ozon tabakasının tahribatı sonucunda, fotokimyasal etkinliklerin atmosferin su buharından zengin olduğu alçak tabakalarına doğru inmesi bu yönden de tehlike yaratmaktadır.
Bulutlar
Hemen hemen bütün bulutlar, troposferin alt yarısındadır. Küçük su damlacıklarından ve buz kristallerinden meydana gelir. Yatay ve dikey görünümlerinin çok değişik şekilleri vardır.Kümülüs, kümülünbüs ve diğer küçük çaplı bulutlar, yeryüzünden bakan biri tarafından rahatça tespit edilebilir. Daha değişik şekillerdeki ve büyük bulut tipleri atmosferin dışından uydularla çekilen fotoğraflarla tespit edilebilir. Bulutlar, kuru hava ve su buharı karışımının çiğ taneciklerinin meydana gelebileceği sıcaklığa kadar soğuması neticesi teşekkül eder. Umumiyetle soğuma, sıcak hava, alçak basınç alanlarına yükselip genişlediği zaman olur.
Bulutu meydana getiren su buharı, yaş topraklardan ve su yüzeyindeki buharlaşmadan kaynaklanır. Buharla zenginleşen hava genellikle yeryüzünden çok yukarılardaki doyuma ulaşacağı bir yüksekliğe kadar çıkar. Bulutun şekli, onun meydana gelmesine sebep olan atmosferik olayları açığa çıkarır. Yüksek ve dalgalı bulutlar konveksiyon birimleri0xnde (bir gaz veya sıvının ısınarak hafifleyip yükselmesi ve başka bir yerde soğuyup ağırlaşarak aşağı inmesine konveksiyon denir.)veya sür’atle havanın yükseldiği uzun bacalarda teşekkül eder.
Böyle bulutlardan farklı olarak gelecek yağış, havanın yükselmesinin ve soğumasının sür’ati sebebiyle ağırdır. Geniş alanlara yayılan düz tabakalı bulutlar, yavaş olarak çok kademeli eğilimle yükselen hava içerisinde teşekkül eder. Aralarında açık boşluklar bulunan sıralı bulutlar ve atmosferik dalgalarla meydana gelen bulutlar genellikle tepelerin veya dağların rüzgar almayan yerlerinde sık sık görülür. Fakat böyle engellerden uzakta da meydana gelebilir.
Enerji Dönüşümü
Dünyanın çevresi, içinde karmaşık enerji dönüşümünün devamlı meydana geldiği bir yerdir. Bu dönüşümler; atmosferin, havanın ve iklimin hareketlerini belirtir. İnsanların hayatını devam ettirmesi için bağlı olduğu biyolojik gelişmeleri de belirler.
Güneş Enerjisi
Güneş, hakikatte atmosferdeki büyük hava akımlarını meydana getiren enerjinin kaynağıdır. Atmosferin üstünde güneş ışınlarına dik bir santimetrekarelik yüzeye düşen enerji, yaklaşık dakikada 2 kaloriye kadar çıkar. Buna “güneş sabiti” denir. Bir kenarı 50 km olan bir kare yüzeye, bir dakikada gelen enerji, küçük bir atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan enerjiye eşdeğerdedir.
Atmosferik absorbasyon ve yayma: Dünya yüzeyinde santimetrekareye gelen enerji, güneş sabitinden oldukça azdır. Bu enerji yükseklikle, güneşin açısı (mevsim, enlem derecesi, vakit), güneş enerjisi ile hareket eden havanın miktarıyla ve bulut örtüsünün miktarıyla değişir. Atmosfere gelen güneş enerjisinin ortalama %18’i atmosferde absorbe edilir ve yaklaşık % 35’i ise; bulutlar, dünyanın yüzeyi ve atmosferin kendisi tarafından geriye, uzaya yansıtılır.
Güneş enerjisinin geriye kalan % 47’si dünya yüzeyi tarafından absorbe edilir. Dünya ve atmosferi tarafından absorbe edilen ışık, okyanus dalgalarını ve rüzgarları meydana getiren ayrıca dünyadaki bütün biyolojik faaliyetleri sağlayan enerji kaynağıdır. Güneş enerjisinin yansıtılması ve absorbe edilmesine ait değerlerin (ortalama yüzdelerin) büyük değişimi, enlem derecelerindeki, mevsimlerdeki, günün vakitlerindeki, yeryüzünün şeklindeki ve bulut şartlarındaki farklılıklardan ileri gelir.
Deniz ve kara, güneş ışığını absorbe etmede farklılık gösterir. Deniz yüzeyi, gelen ışının hemen hemen bütününü absorbe eder ve bu enerji, yeterli olarak, bölgesel akımlarla karışır. Böylece sıcaklıkta küçük genel değişiklikler olur. Öte yandan kuru kara yüzeyi, gelen ışınla derhal ısınır. Bu ısınma, ince bir yüzey tabakasından öteye gitmez. Bu farklılık, ılıman deniz iklimi ile, sert kara iklimi arasındaki aşırı zıtlığı açıklar.
Dünyanın yüzeyi sıcaklıkla artan bir oranda yukarıya doğru ışın yayar. Infrared (kızılötesi) denen bu ışın gözle görülemez. Fakat yayılan enerji güneşten alınan enerjiyle karşılaştırılabilir. Açık havada dünya yüzeyi tarafından yayılan ışının % 60-70’i atmosferdeki su buharı ve karbondioksit tarafından tutulur. Kalan doğrudan uzaya kaçar. Absorbe edici gazlar tuttukları enerjiyi hem dünyaya, hem de uzaya geri yayar. Dolayısıyla su buharı ve karbondioksit, battaniye vazifesini görür. Dünya yüzeyinde atmosfer olmasaydı, yeryüzü mevcuttan yaklaşık 36°C daha sıcak olurdu. Bulut tabakaları gelen kızılötesi ışınların hemen hepsini tutar ve bu enerjiyi geri yayar. Bu şekilde dünya yüzeyini tecrit ederler. Bu hadiseye “Sera etkisi” denir.Terim aslında yanlış olarak kullanılmaktadır. Çünkü bu olay öncelikle konvekteyi (bir gaz veya sıvının ısınarak yükselmesi ve başka bir yerde soğuyup ağırlaşarak aşağı inmesini) engelliyerek ısısını muhafaza eder. Işınla ısınmanın ve soğumanın net mikdarı genellikle ışının tutulduğu ve yayıldığı oranlar arasındaki küçük farklılıklara bağlı olduğundan, ışının etkilerinin sebebini izah etmek veya tahmin etmek çok zordur.
Enerji Dönüşümünün Etkileri
Açık bir gecede arazi üzerindeki nemli havada veya soğuk havada sıcak suyun üzerinde buharın meydana gelmesi gibi hadiselerde enerji dönüşümünün etkileri açıkça görülebilir. Fakat nisbeten bu basit misallerde bile enerji dönüşümünün gelişimi öyle boyut kazanır ki, buhar meydana gelmesine ait tahminler belirsizleşir.
Denizin veya karaların yüzey tabakası enerjiyi bir mevsim veya daha fazla müddet depo edebilir. Sonunda tutulan enerji, değişik usullerde serbest bırakılır. Okyanus akıntıları, enerjiyi tropikal bölgelerden daha yüksek enlem derecelerine taşır. Dünyanın yüzeyinden alınan ışının bir kısmı kızılötesi ışını şeklindedir. Bu enerjinin bir kısmı atmosfere geçer ve bir kısmı dünya yüzeyinden buharlaşan su buharıyla birleşen latent ısısı (donmuş bir maddenin erimesi veya bir sıvının buharlaşması için gerekli olan ısı miktarı) olarak dönüşür. Isının taşınması ve buharlaşma, karmaşık bir şekilde, dünya yüzeyinin tabiatına ve yüzeye yakın havadaki rüzgar hızının ve sıcaklığının dikey dağılımına bağlıdır. Bütün bu te’sirler hava akımlarını etkiler ve bu akımlar da, ısı ve su buharını dünya yüzeyinden yukarıya taşıyan ana mekanizmadır.
Okyanuslarda buharlaşma esnasında açığa çıkan enerji, kara parçalarındaki buharlaşma enerjisinden çok daha fazladır. Kara kesimlerinde daha az buharlaşma vardır. Bu buharlaşma en fazla ekvator bölgesindeki ormanlarda ve kara kesimlerindeki ormanlık bölgelerde gerçekleşir. Kara kesimlerinde yağış, buharlaşmadan çok daha fazladır. Böylece atmosfer, denizdeki suyun karalara taşınmasına sebeb olmaktadır. Ayrıca suptropikal bölgelerde (yaklaşık 30 enlem derecesi)okyanuslardaki buharlaşma, yağıştan fazladır.Yaklaşık 50 enlem derecesinde ve ekvatorda ise buharlaşma, yağıştan daha azdır. Böylece, orta enlem derecelerine ve ekvator bölgelerine su, rüzgarlar vasıtasıyla ulaştırılmış olur.
Atlas Okyanusundaki Gulf Stream ve Kurashio, Büyük Okyanustaki Japon akıntıları, ısı enerjisini nakletmekte de önemli rol oynarlar. Bu akıntılar kuzey yarım kürede iklim üzerinde önemli tesirler gösterirler. Ancak taşıdıkları enerjinin toplamı, atmosfer tarafından taşınan enerjiden daha azdır.
Atmosferik Hareketler
Enerji dönüşümünün en önemli etkilerinden biri, rüzgar sistemlerini ve fırtınaları meydana getirmektir. Meydana gelen bu rüzgarlar aynı zamanda enerji (ısı) dönüşümüne yardım eder. Bu da atmosferdeki karışık hadiseleri izah etmeye yarar. Atmosferde meydana gelen hareketler; sürtünme, yerçekimi, basınç ve elektromanyetik kuvvetlere (iyonosfer ve magnetosferde) tepki olarak meydana gelir. Bu kuvvetlere merkezkaç ve Coriolis kuvvetleri de ilave etmek gerekir. 100 kilometreye kadar olan yükseklik ve yeryüzü sathı yakınları hariç, sürtünme kuvveti ihmal edilir. Ancak, küçük çaplı hareketler ve hava akımlarında sürtünmenin mühim bir rolü vardır.
Elektromanyetik kuvvetlerin atmosferik hareketler üzerindeki tesiri iyonosfer tabakasının altındaki kısımlarda pek önemli değildir, ihmal edilebilir. Yer çekimi kuvveti dünyanın merkezine doğru yani düşey istikamettedir. Bu sebeple atmosfer, dünyaya doğru basınç uygular. Güneşin ve ayın, atmosfere uyguladıkları çok küçük bir çekim kuvvetleri de vardır. Bu kuvvet, güneşin ve ayın yüzeyinde alınan bir kıyas noktasına göre değişiklik gösterir.
Atmosferdeki diğer kuvvetler olan basınç ve coriolis kuvvetleri yatay olarak hareket edebilir. Bu durum, rüzgarların meydana gelmesinde mühim rol oynar. Atmosfer içinde bir noktadaki basınç, o noktadan atmosferin tepesine kadar uzanan hava kolonunun ağırlığıyla orantılıdır. Paralel pasınç kuvvetleri bu yüzden, hava kolonlarının ağırlıklarındaki farklılıklardan ileri gelir. Bu farklılıklar ısıdaki paralel farklılıkları temsil ederler. Hava sıcaklıkları değiştikçe, bu yüzden paralel basınç kuvvetlerinde farklılıklar olur.
Coriolis Kuvveti
Coriolis kuvveti, dönen bir platformun karşı tarafına yürümeye çalışan biri tarafından anlaşılabilir. Yürümek istediği tarafa doğru dik açıyla itildiğini görür. Benzer şekilde, dönen yer kürenin yüzeyi üzerinde hareket eden hava, kuzey yarım kürede hareket yönünün sağına, güney yarım kürede soluna saptırır. Bu saptırma gücüne “coriolis kuvveti” denir.
Büyük çaplı atmosfer haraketleri: Kuzey kutbunun üstünden dünyaya bakan bir gözlemciye göre, dünya ve atmosferi, kutup ekseni etrafında, saat yelkovanının ters istikametinde 24 saatte bir defa döner. Güney kutbunun üzerinde dönüş, saat yelkovanının istikametinde görünür. Atmosfer genellikle yer küreden biraz daha fazla dönüş hızına sahiptir. Bu yüzden hava kutuplarda büyük bir girdap içinde akar.
Gezegen Dalgaları
Havanın hızı ve hızların dağılımı, üç boyutlu uzayda (enlem, boylam ve yükseklik)devamlı değişir. Lakin gezegen dalgaları diye bilinen atmosferik dalgalar devamlı olarak dünyanın her yerinde aynı şiddette vuku bulur. Bu dalgalar, müthiş tropikal fırtınalara sebep olurlar. Bu tropikal fırtınalar da tropikal bölgelerden başka diğer bölgelerin kış iklimine tesir ederler. Dalgalar binlerce kilometre karelik alanı te’siri altına alır ve ortaya çıkması birkaç gün sürer. Genellikle kutuplarda bir enlem dairesine dağılan 2-3 ve 45° enlemi etrafında ise 8-10 gezegen dalgaları vardır. En yoğun dalgalar 60° enlemi etrafındaki dalgalardır.
Gezegen dalgalarının başka bir hususiyeti de havanın sıcaktan soğuğa, yani ekvatordan kutba akarken yükselmesi ve tersi istikamette akarken alçalmasıdır. Dikey hızı kuzey-güney hızının % 1’inden daha azdır. Bir yandan dikey hızı yükselen hava (güney rüzgarları)bölgesinde bulutları meydana getirirken, öte yandan alçalan hava, kuzey rüzgarları bölgesinde de parlak gökyüzü meydana getirmek için yeterlidir. Gezegen dalgaları, alçak enlemlerin fazla su buharı ve ısısını yüksek enlemlere taşımada te’sirli bir mekanizmadır. Ekvator bölgesinde bulunan, sıcak ve daha az yoğun olan hava, kutuplara doğru yükselerek ilerlerken, kutuplar bölgesindeki daha yoğun ve soğuk hava ise, alçalarak ekvatora doğru harekete geçer. Böylece gezegen dalgaları meydana gelir. Bu gelişmeler esnasında sistemlerin potansiyel enerjisinin bir kısmı dalga hareketinin kinetik enerjisine çevrilir. Bu enerji dönüşümü neticesinde 5000 km gezegen dalga boyu meydana gelir. Bu büyüklükteki dalgalar neticede atmosfere hakimdir. Büyük yükseklikteki gezegen dalga boyları, orta enlem jet akınları diye bilinen kuşaksal atmosferik akımların kinetik enerjisine de katkıda bulunur.
Kasırgalar
Bir merkez etrafında kabaca dairevi veya hortumvari olarak havanın aktığı atmosferik rüzgar sistemlerinin çok sayıda misali vardır. Bu sistemler çöl bölgelerinde görülen küçük toz fırtınalarını, orta ve yüksek enlemlerin kış fırtınalarını, kasırgalarını ve boralarını ihtiva eder.
Tropikal Dışı Siklonlar
Orta veya yüksek enlemlerde cereyan eden büyük rüzgar sistemleridir.
Yukarıda görüldüğü gibi kuzey yarım kürede meydana gelen kasırgalar saat yelkovanının tersi yönünde, güney kutbunda da saat yelkovanı istikametinde eser. Tropikal harici siklonların serileri genellikle bir tek gezegen dalgasıyla birleşir. Bu siklonların en yoğunu dünya yüzeyinden stratosfere kadar yayılan çok büyük toz fırtınalarına dönüşür.
Aşağıdakiler tam gelişmiş tropikal siklon yapılarının özellikleridir. Rüzgar, alçak hava basıncının merkezi bölgesi etrafında saat yelkovanı istikametinde eser. Kasırgaların doğu tarafındaki sıcak nemli hava yükselir. Yayılarak soğur ve sonra su buharını yağmur veya kar yağışı şeklinde bırakır. Batı tarafındaki soğuk hava alçalır. Sıkışma ile ısınır. Böylece orada açık kuru hava meydana gelir. Kasırga geliştikçe, sıcak ve soğuk hava arasındaki sınırlar gittikçe kesinleşir. Bu safhada soğuk ve sıcak cepheler meydana gelir. Neticede sıcak ve soğuk havaların bu karşılaşmalarında diğer kasırgalar meydana gelir. Gelişimin daha sonraki safhasında sıcak hava, sıcak ve soğuk hava kesimlerinin aşınması veya absorbesiyle yukarıya itilir.
Tropikal Kasırgalar
Daha küçük veya yoğun kasırgalardır. Tropikal kasırgalar yazın ve sonbahar başlarında genellikle okyanusların batı taraflarında gelişirler. Atlas Okyanusu’nda ise nadiren hasıl olurlar. Fırtınalar, kuzey ve güney yarım kürelerde bir kuşak şeklinde rüzgarların meydana geldiği tropik okyanuslar üzerinde, doğu rüzgarlarındaki karışıklıklardan dolayı gelişirler.
Tropikal kasırgalar belki de atmosferik olayların en yıkıcılarıdır. Dünya yüzeyinin yakınında rüzgarlarının hızı saatte 160 kilometreyi aşar. Fırtınanın yolundan yüzlerce kilometre uzaktaki alçak adaları kaplayacak dev okyanus dalgalarını meydana getirirler. 50 santimetreye varan yağış miktarına her zaman rastlanabilir. 250 santimetreye varanı da bildirilmiştir. Bu fırtınalar içerisindeki yoğunlaşmada bulunan günlük enerji dönüşümü, termonükleer patlama sonucu ortaya çıkan enerjiden kat kat fazladır.
Küçük Çaplı Atmosfer Hareketleri
Atmosfer, tropikal harici ve tropikal kasırgalardan çok daha küçük ölçekteki hareketlerde havayı hissedilir derecede etkiler. Bu küçük çaplı sistemlere şimşekli fırtınalar, imbat meltemleri, yerçekimi dalgaları ve şiddetli fırtınalar da dahildir. Bu sistemlerde rüzgar hızları genellikle daha büyük kasırgalarınki kadar, bazan da onlardan daha büyüktür. Fakat 10 kilometrelik veya daha az sınırlı yatay yayılmalarından dolayı bu küçük olaylar atmosferik çevrimde doğrudan önemli bir rol oynamaz.
Bulutlar genellikle çok şiddetli yukarı yükselişlerin (bir gaz veya sıvının ısınarak hafifleyip yükselmesi ve başka bir yerde soğuyup ağırlaşarak aşağıya inmesinin) konveksiyon hücreleridir. Eğer konveksiyon hücreleri yeterince yukarıya yayılırsa, muhtemelen üst kısımda buz kristalleri meydana gelir.
Bu durum, elektrik yüklerinin bulut içerisinde ayrılması ve şimşek veya yıldırımın oluşması için gerekli şartları hazırlar. İmbat meltemleri çok küçük ölçüde dünya yüzeyine farklı ısınma etkilerinin bir misalidir. Gün boyunca karalar ısındığında, denizin üzerindeki soğuk hava, yükselip denize doğru hareket eden sıcak havayla yer değiştirir. Yerçekimi dalgaları genelde sıcak havanın altındaki soğuk hava tabakaları içerisinde teşekkül eder. Bir gözetleme noktası üstünden geçerlerken basınçtaki ani artışla tesbit edilirler.
Hortumlar
Atmosferik olayların en şiddetlisi hortumlardır. Hortumlar 100 m çapında baca şeklinde bulutlardır. Hortumlar, muhtemelen fırtına alanı içindeki hava kütlelerinin büyük çapta dönüşüyle birlikte, kuvvetli dikey konveksiyon akıntılarının neticesiyle meydana gelirler. Konveksiyon hücresine doğru içeriye hava aktıkça daha hızlı döner. Merkezkaç etkisi hortumun donmasını önler ve dakikalarca varlığına izin verir.
Çalkantılı Hava Hareketleri
Bunların iki görevi vardır. Dünya yüzeyi yakınında serbest havaya (atmosfere)ısı, enerji ve madde transferinin esas mekanizmasıdır. Aynı zamanda atmosferik hareketlerin kinetik enerjisinin dağılma şeklidir. Yani enerji daha büyükten daha küçük hareketlere ve sonunda ısı (termal)enerjisini meydana getiren molekül hareketlerine geçer. Çalkantılı hava, genellikle dalgalı yüzeyler üzerinde akan havada veya rüzgar hızının ani değiştiği yerlerde meydana gelir. Sıcaklık değişimleri büyük şehirler üzerinde olduğu zaman yer yüzeyi yakınında dumanı ve buharı yakalar. Çalkantılı hava, bulutların hususiyetlerine nüfuz etmede kısmen önemlidir. Yoğunlaşma ve buz teşekkülü çalkantıyla gerçekleşir ve büyük hava hacimleri içine dağıtılır.
Diğer Atmosferik Olaylar
Atmosfer bazan güzel ve görünmeye değer, bazan da gizli ve fark edilemeyen görüntüler ve seslerle doludur. Normal olarak atmosfer; yıldızlardan, aydan ve güneşten dünyamıza ulaşan ışıkları kırar. Işık ışınlarının buz kristalleri tarafından kırılması neticesinde, ışık kaynağı etrafında, ışık halkaları meydana gelir. Su damlalarıyla kırılma neticesinde alışılagelmiş gökkuşağı meydana gelir. Şimşek veya yıldırımlar, ultraviyole (morötesi) den çok uzun radyo dalgalarına kadar değişen elektromanyetik dalgalar teşekkül ettirir. Dünyanın manyetik alanıyla ilgili olaylar henüz açıklığa kavuşmamıştır. Manyetik alan kaynağı yerkürenin içerisinde olup, uzaya doğru binlerce km uzanır. Proton ve elektron akımı olan güneş rüzgarı, güneşe yakın kenardaki jeomanyetik sahayı baskı altına alır. Ultraviyole güneş ışınlarının tutulmasıyla açığa çıkan atmosferdeki daha az enerji yüklü iyonlar, dünyanın manyetik alanı tarafından etki altına alınırlar. Yerkürenin üzerinde 100-300 km arasındaki bölgede, o bölgeyi elektriki olarak iletken hale getirebilecek yeterli iyon vardır. Bu tabakadaki nötr moleküller çok daha fazladır. Lakin onlar atmosferin gel-git hareketlerine iştirak ederler.
İyonlar, atmosferik gel-git boyunca taşınırlar. Fakat manyetik kuvvet hattını geçtiklerinde, gel-git hareketine dik açılarla hareket etmeye zorlanırlar. Bu şekilde yaklaşık 60.000 amperlik iyonosfer akımı üst atmosferde akıtılır. Ultraviyole güneş ışınlarının dünya atmosferi üzerindeki başka etkisi, 80-110 km arasındaki yüksekliklerde, oksijen ve azot ihtiva eden fotokimyasal reaksiyonların neticesinde havanın (zayıfca) parlamasıdır
Atmosferik Değişiklik
Tarlaların sulanması, orman ve yeşil bölgelerin temizlenmesi, petrolün yakılması ve bunun gibi çok geniş faaliyetler daha şimdiden atmosferi önemli bir şekilde değiştirmiştir. Mesela atmosferin karbondioksit muhteviyatı bu yüzyılda % 25 arttı ve artmaya devam edebilir. Havayı kirleten maddeler, daha ziyade büyük şehirler üzerinde atmosfere karışmaktadır.
Kaynak: Rehber Ansiklopedisi