Τα στρώματα της ατμόσφαιρας

Ατμόσφαιρα είναι το αέριο περίβλημα που περιβάλλει τη γη, και το οποίο συγκρατείται από τη βαρύτητα. Αποτελείται από τέσσερα διακριτά στρώματα, και πολλά ενδιάμεσα. Αυτά τα στρώματα ξεκινούν από το επίπεδο του εδάφους, το οποίο μετράται στο επίπεδο της θάλασσας, και εκτείνονται έως αυτό που ονομάζουμε διάστημα.
Φιλόσοφοι όπως ο Αριστοτέλης και ο Εμπεδοκλής εμπνευσμένοι από την διαφάνεια, τη ομοιογένεια και την αφθονία του αέρα οδηγήθηκαν σε πρώιμα συμπεράσματα σχετικά με τη φύση του. Τον κατέταξαν μαζί με το νερό, τη φωτιά και τη γη, στα τέσσερα πρωταρχικά στοιχεία του Σύμπαντος, σκέψη που διατηρήθηκε στο πέρασμα των αιώνων έως τον Μεσαίωνα.
Σήμερα γνωρίζουμε βεβαίως ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας δεν είναι ένα ομοιογενές αέριο, αλλά μίγμα διαφόρων αερίων. Το θεμέλιο για αυτό έθεσε ο σπουδαίος Λεονάρντο Ντα Βίντσι (Leonardo Da Vinci, 1452-1519) ο οποίος παρατήρησε ότι αέρας που έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την αναπνοή ή την τροφοδότηση της φωτιάς παύει να συντελεί στην καύση.
Έναν αιώνα μετά, το έτος 1624 ο Φλαμανδός γιατρός Γιαν φαν Χέλμοντ (Jan van Helmont, 1579-1644) διαπίστωσε ότι ο αέρας δεν είναι στοιχείο εφόσον αποτελείται από ένα ή περισσότερα αέρια με διαφορές στη συμπεριφορά τους (εκείνος τα ονόμαζε ατμούς). Στην αντίληψη του αυτή συνέτεινε η παρατήρηση ότι ο αέρας περιέχει επίσης υγρή και στερεή φάση. Δυστυχώς, η επιστημονική κοινότητα της εποχής απέρριψε τις απόψεις του φαν Χέλμοντ.
Τα επόμενα χρόνια επιφανείς επιστήμονες προσπάθησαν να τεκμηριώσουν την πραγματική φύση του αέρα, όμως αυτό στάθηκε αδύνατο εξαιτίας του πλήθους των ασύνδετων μεταξύ τους γνώσεων και της πολυπλοκότητας της κατάστασης έως την ανακάλυψη του αζώτου το 1772 και του οξυγόνου το 1774. Η τιμή ανήκει στον πατέρα της θεωρίας της καύσης και της σύγχρονης χημείας τον Γάλλο Αντουάν Λωράν Λαβουαζιέ (Αntoine Laurent Lavoisier, 1743-1794) που παραβλέποντας τα περιττά και συνδυάζοντας τις τεκμηριωμένες εμπειρίες που είχαν συσσωρευτεί εν τω μεταξύ, υποστήριξε ότι ο αέρας είναι μείγμα οξυγόνου και αζώτου και συγκεκριμένα, το 1/5 ήταν το αέριο του Πρίστλεϊ που ο Λαβουαζιέ ονόμασε οξυγόνο, τα δε 4/5 ήταν το αέριο του Ράδερφορντ, το άζωτο. Η ακριβής αναλογία των δυο αυτών στοιχείων στον αέρα βρέθηκε το 1784 από τον Κάβεντις, που υποστήριξε πως η σύσταση τους είναι σταθερή παντού.

Τροπόσφαιρα: Στην τροπόσφαιρα ο αέρας, επειδή βρίσκεται πλησιέστερα στη γη, ρέει πάνω κάτω με σταθερή ροή. Επίσης, σε αυτή τη σφαίρα, ο αέρας είναι θερμότερος πιο κοντά στην επιφάνεια της γης και πιο κρύος όσο πιο ψηλά ταξιδεύουμε. Η τροπόσφαιρα είναι πολύ σημαντική στις καθημερινές μας δραστηριότητες.
Ξεκινώντας από το επίπεδο της θάλασσας, η τροπόσφαιρα ανεβαίνει στα επτά μίλια. Το χαμηλότερο ένα τρίτο, αυτό το οποίο είναι πιο κοντά σε μας, περιέχει το 50% του συνόλου των ατμοσφαιρικών αερίων.
Αυτό είναι το μόνο τμήμα της ατμόσφαιρας στο οποίο μπορούμε να αναπνεύσουμε, και επίσης η περιοχή όπου όλα τα καιρικά φαινόμενα λαμβάνουν χώρα. Έχει επίσης την ιδιότητα του προσανατολισμού βορρά-νότου. Ο αέρας του βορείου ημισφαιρίου και ο αέρας του νοτίου συναντιούνται και σμίγουν στον ισημερινό. Στη συνέχεια βρίσκεται ένα λεπτό στρώμα που ονομάζεται τροπόπαυση και χωρίζει την τροπόσφαιρα από την στρατόσφαιρα.

Η Στρατόσφαιρα: Η στρατόσφαιρα είναι το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας. Εδώ ο αέρας ρέει παράλληλα προς τη γη σε πολύ γρήγορα ρεύματα αέρος. Αυτό είναι το στρώμα στο οποίο πετούν πλέον τα αεριωθούμενα. Η στρατόσφαιρα αρχίζει στα 10 χιλιόμετρα περίπου (8 – 14,5 μίλια) και φτάνει περίπου στα πενήντα χιλιόμετρα ύψος (περίπου 30 μίλια). Το άνω τμήμα της στρατόσφαιρας είναι πλούσιο σε όζον. Το όζον είναι υποπροϊόν ηλιακής ακτινοβολίας και οξυγόνου.
Συλλαμβάνοντας τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου και αναδιανέμοντάς τες, το όζον αφαιρεί όλες τις βλαβερές επιδράσεις. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για όλα τα έμβια όντα πάνω στη γη, αφού η αφιλτράριστη ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να καταστρέψει κάθε ζωικό ιστό. Μετά τη στρατόσφαιρα, υπάρχει και ακόμα ένα ρυθμιστικό στρώμα, και ονομάζεται στρατόπαυση.

Η Μεσόσφαιρα: Πάνω από τα τριάντα μίλια και μέχρι τα πενήντα εκτείνεται η μεσόσφαιρα. Αυτή η περιοχή σημειώνει τις ψυχρότερες θερμοκρασίες όλης της ατμόσφαιρας. Εδώ, οι μετεωρίτες που έρχονται πολύ κοντά στη γη αναφλέγονται.

Η θερμόσφαιρα: Το τελευταίο στρώμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται θερμόσφαιρα, και μετράται στα 50 έως 90 μίλια πάνω από τη γη, περιέχει δε λιγότερο από το 0,01% του συνόλου του αέρα του ατμοσφαιρικού περιβλήματος.
Οι θερμοκρασίες εδώ φθάνουν και τους 1100°C αλλά τα αέρια μόρια που απαρτίζουν τον αέρα βρίσκονται σε τόσο μεγάλη απόσταση μεταξύ τους, ώστε η θερμοκρασία να μην γίνεται αισθητή.

Η ιονόσφαιρα: Το πολύ εξωτερικό άκρο της θερμόσφαιρας είναι η περιοχή που ονομάζεται ιονόσφαιρα και δεν αποτελεί ξεχωριστό στρώμα. Από εδώ άτομα αερίου παρασύρονται στο διάστημα. Λέγεται ιονόσφαιρα, διότι σε αυτό το τμήμα της ατμόσφαιρας η ακτινοβολία του ήλιου είναι ιονισμένη, καθώς ταξιδεύει δε μέσω των μαγνητικών πεδίων της γης στους πόλους της γης, δημιουργείται το φαινόμενο που ονομάζεται σέλας.
Τα πολύχρωμα σχήματα στον ουρανό ονομάζονται Βόρειο Σέλας ή Aurora Borealis στο βόρειο ημισφαίριο, και Νότιο Σέλας ή Aurora Australis στο νότιο ημισφαίριο.