Maan ilmakehä
Maa muodostui Aurinkoa ympäröineestä kaasu- ja pölypilvestä 4,6 miljardia vuotta sitten. Koska se oli pienikokoinen ja aluksi hyvin kuuma planeetta, sen varhainen vety- ja heliumkaasukehä karkasi avaruuteen.
Mikä ilmakehä on?
Ilmakehä on Maata ympäröivä ilmakerros. Ilmakehän kemialliset prosessit vaikuttavat Maan päällä olevaan elämään. Ilmakehää pitää paikallaan painovoimakenttä, ja siten se on osa maapallon pyörimisliikettä.
Maapallon ilmakehä voidaan jakaa neljään eri kerrokseen: troposfääriin, stratosfääriin, mesosfääriin ja termosfääriin. Ilmakehän koostumus on muuttunut merkittävästi sen jälkeen, kun Maa muodostui 4,6 miljardia vuotta sitten. Mikä ilmakehä on, ja mistä se koostuu?
Maan elämän kannalta tärkeimmät prosessit tapahtuvat ilmakehän alimpien 15 kilometrin alueella – troposfäärissä. Siellä on kaikki Maan ilmastoon liittyvä, ja tämä ilmakehän osa sisältää erilaisia kaasuja, kuten CO2:ta, metaania, vesihöyryä jne. Kaasut imevät osan Maan pinnasta heijastuvasta lämpösäteilystä ja siirtävät lämmön takaisin kohti Maan pintaa.
Lue lisää eri kerroksista galleriasta.
Maan ilmakehän neljä kerrosta
Maan ilmakehä voidaan jakaa neljään kerrokseen – troposfääriin, stratosfääriin, mesosfääriin ja termosfääriin.
Troposfääri
Troposfääri on ilmakehän alin kerros. Navoilla troposfääri ulottuu noin 7 kilometrin korkeuteen, päiväntasaajalla noin 15 kilometriin. Jokaista kilometriä kohden lämpötila laskee 6,5 astetta.
Elämälle tärkeimmät prosessit tapahtuvat troposfäärissä. Siellä määräytyvät niin sää kuin ilmastokin, ja se sisältää eri kaasuja, kuten happea, typpeä, hiilidioksidia ja metaania. Lisäksi siellä on vesihöyryä.
Kaasut imevät osan säteilystä, jota Maa lähettää avaruuteen, ja palauttavat sen takaisin Maan pinnalle.
Stratosfääri
Stratosfääri on ilmakehän seuraava kerros. Navoilla stratosfääri alkaa 8 kilometrin korkeudesta, päiväntasaajalla noin 16–17 kilometristä.
Stratosfäärissä lämpötila nousee korkeammalle mentäessä. Siihen on syynä otsonikerros, joka sijaitsee strafosfäärissä ja suojaa Maata Auringon vaaralliselta säteilyltä.
Mesosfääri
Mesosfääri on Maan ilmakehän kolmas kerros, joka sijaitsee 50–80 kilometriä Maan pinnan yllä. Mesosfäärissä lämpötila alkaa laskea, sillä siellä otsoni ei ime Auringon säteitä.
Mesosfääri on ilmakehän kerroksista se, josta tutkijat tietävät vähiten. Se johtuu siitä, että lentokoneet ja satelliitit eivät voi olla siinä.
Termosfääri
Termosfääri on ilmakehän uloin ja laajin kerros. Se alkaa 80 kilometrin korkeudesta ja jatkuu aina 600 kilometriin.
Mesosfäärin kylmyyden jälkeen termosfäärissä on jälleen lämmintä Auringon lyhytaaltoisen säteilyn vaikutuksesta. Termosfäärissä aine on hyvin harvaa.
Kansainvälinen avaruusasema (ISS) sijaitsee termosfäärissä. Myös Hubble-teleskooppi on siellä.
Mistä ilmakehä koostuu?
Maan ilmakehä on pysynyt varsin vakaana useiden miljoonien vuosien ajan. Se koostuu monien erilaisten kaasujen yhdistelmästä.
Ilmakehässä on 78 % typpeä, 21 % happea, noin 1 % argonia sekä aivan pieni osuus erilaisia muita kaasuja.
Typpi käyttäytyy neutraalisti monissa Maan päällä tapahtuvissa tärkeissä prosesseissa, mutta sillä on merkitystä Maan elämälle sikäli, että se jarruttaa ankarimman ultraviolettisäteilyn pääsyä Auringosta Maahan.
Happi, jota ilmakehän koostumuksesta on 21 %, vaikuttaa merkittävästi Maan elämään. Elämä kuluttaa suuria määriä happea, ja se on tärkeä useimpien elävien organismien aineenvaihdunnalle. Kasvit taas tuottavat lisää happea fotosynteesissä eli yhteyttämisessä.
Yksi prosentti ilmakehästä koostuu argon-jalokaasusta. Sillä ei ole vaikutusta Maan elämään ja ilmastoon.
CO2 ilmakehässä
Maan ilmakehässä on lisäksi CO2:ta, otsonia ja muita kaasuja, jotka muodostavat ilmakehästä pienen mutta tärkeän osan. Toisin kuin typen, hapen ja argonin osuudet näiden muiden kaasujen määrät vaihtelevat eri
paikoissa ja eri aikoina. CO2:n määrä ilmakehässä vaihtelee muun muassa fotosynteesin voimakkuuden, fossiilisten polttoaineiden käytön ja metsäpalojen mukaan.
Otsonia on pääasiassa otsonikerroksessa – stratosfäärissä. Se on erityisen tärkeä ultraviolettisäteilyn suodattimena, kun taas ilmakehän alaosassa – troposfäärissä – sillä on yhdessä vesihöyryn ja CO2:n kanssa merkitystä kasvihuoneilmiön kannalta
Video: Katso, miten ilmakehän C02-pitoisuus kasvaa
Nasan esitys näyttää, miten ilmakehän CO2-pitoisuus on asteittain kasvanut.
Maapallon ensimmäinen ilmakehä
Kun maapallo jäähtyi ja sai kiinteän kuoren, jossa esiintyi tuliperäistä toimintaa, sen ympärille alkoi muodostua enimmäkseen vesihöyryä ja hiilidioksidia sisältävä kaasukehä.
Siinä oli toki myös muita kaasuja, kuten typpeä ja ammoniakkia. Sen sijaan happea siinä ei esiintynyt vielä kaasumaisena lainkaan.
Jäisten komeettojen pommitus
Kolmas eli nykyinen ilmakehä saattoi syntyä vasta sitten, kun maapallolle oli tullut riittävästi vettä sen pintaan iskeytyneiden jääpitoisten komeettojen mukana.
Nykyään pidetäänkin todennäköisenä, että suuri osa merivedestä on peräisin niistä. Sitä mukaa kuin maapallolle muodostui meriä, hiilidioksidin määrä ilmakehässä pieneni, koska sitä sitoutui veteen.
Maapallon ensimmäiset elämänmuodot lähettivät ilmakehään happea
Toinen edellytys nykyisenkaltaisen ilmakehän syntymiselle oli yhteyttävien eliöiden kehittyminen noin kolme miljardia vuotta sitten.
Aluksi kyse oli syanobakteereista, jotka alkoivat tuottaa happea. Aluksi kaikki happi ei kuitenkaan päätynyt ilmakehään vaan helposti reagoivana aineena se muodosti kemiallisia yhdisteitä eri aineiden, kuten raudan, kanssa.
Ennen pitkää happea oli silti niin paljon, että sitä alkoi vapautua myös ilmakehään. 2–3 miljardia vuotta sitten siitä tuli pysyvä ilmakehän osa, vaikkakin sen määrä on eri aikoina vaihdellut.
Lisäksi kolmiatomisista happimolekyyleistä on muodostunut otsonikerros, joka suojaa eliöitä Auringon ultraviolettisäteilyltä.
Kaasukehä muilla planeetoilla
Maan lisäksi Aurinkokunnassa on kaasukehä Venus- ja Mars-planeetalla, kääpiöplaneetta Plutolla sekä Titan- ja Triton-kuulla.
Erityisen kiinnostavaa on Maan lähimpien planeettojen kaasukehän tutkiminen, koska nykyään pohditaan, voisiko ihmiskunta muuttaa lähiplaneetoille asumaan.
Venus oli todennäköisesti muinoin elinkelpoinen planeetta, jonka ilmasto oli leppeämpi ja kaasukehä ohuempi – eli sen olot muistuttivat Maan nykyisiä oloja.
Venuksella on paksu kaasukehä
Venus tunnetaan ”Maan kaksosena”. Se muistuttaa kooltaan Maata, ja sen pinta koostuu pääasiassan samanlaisesta kiviaineksesta kuin Maan pinta.
Venuksen pinnan lämpötila on kuitenkin keskimäärin noin 460 astetta, mikä tekee siitä Aurinkokunnan kuumimman planeetan.
Lämpö on lähtöisin Auringosta, ja se pysyy planeetalla sen hyvin paksun kaasukehän ansiosta. Venuksen kaasukehä koostuu 96-prosenttisesti hiilidioksidista, ja siksi Venuksessa vallitsee erittäin voimakas kasvihuoneilmiö.
Venuksella ei ole yhtään kuuta. Sen sijaan siellä on yli tuhat tulivuorta, joiden läpimitta on yli 20 km. Esimerkiksi yksi Maan suurimmista tulivuorista, Mauna Loa, on läpimitaltaan vain 3–5 km.
Venuksen paksun kaasukehän vuoksi paine sen pinnalla on 92 kertaa niin korkea kuin Maassa.
Ylinnä Venuksen kaasukehässä leijuu kerros rikkihappopilviä. Ne kietovat planeetan verhoon, jonka läpi pinnalle on mahdollista nähdä ainoastaan tutkan avulla.
Juuri Venuksen armottoman kaasukehän vuoksi mahdollisuus planeetan asuttamiseen on äärimmäisen pieni.
Jos kuitenkin siirrytään ajassa taaksepäin muutama miljardi vuotta, Venus oli todennäköisesti elämälle suotuisa planeetta. Muinoin planeetan lämpötila oli miellyttävä, siellä puhalsivat lauhkeat tuulet ja merivesi aaltoili, kuten nykyisin Maassa.
Marsin kaasukehä on hyvin ohut
Mars on Aurinkokunnan tarkimmin tutkittu planeetta. Tutkijoiden arvion mukaan se on muinoin muistuttanut hyvin paljon Maata.
Mars on Maan tavoin kiviplaneetta. Nykyään sen pinta on kuiva ja pölyinen, mutta 1970-luvulta asti sen pintaa tutkineet luotaimet ja mönkijät ovat löytäneet merkkejä siitä, että Marsissa on aiemmin ollut nestemäistä vettä – jopa virtaavia jokia. Tuolloin Marsissa oli myös paksumpi kaasukehä ja se oli kaiken kaikkiaan paljon soveliaampi elämälle kuin nykyisessä olomuodossaan.
Marsilla ei valitettavasti enää ole yhtä voimakasta magneettikenttää kuin Maalla, ja siksi Mars ei ole samalla tavalla suojassa Auringolta. Marsin kaasukehä on erittäin ohut, mikä johtuu varsinkin Auringossa tapahtuvista purkauksista.
Tutkijat ovat kuitenkin sitä mieltä, että Mars on Aurinkokunnan planeetoista helpoimmin ihmisen asutettava, ja siksi sen asuttamista suunnitellaan parhaillaan. Teoreettisesti on mahdollista esimerkiksi luoda Marsiin keinotekoinen ilmakehä, mutta se on kallis, pitkäkestoinen ja vaikea hanke.